Co je ztráta hybsterézy?

Co je ztráta hysterezní?

Ztráta hysterezní se týká disipace energie, která nastává v feromagnetických materiálech (jako jsou železné jádra) v důsledku hysterezního efektu během procesu magnetizace. Když se externí magnetické pole mění, magnetizace feromagnetického materiálu neokamžitě nesleduje změnu magnetického pole, místo toho dochází k prodlevě. Konkrétně, když síla magnetického pole se vrátí na nulu, magnetizace se úplně na nulu nevrátí, ale vyžaduje reverzní magnetické pole k eliminaci reziduální magnetizace. Tato prodleva má za následek, že energie se disipuje jako teplo, což se nazývá ztráta hysterezní.

Hysterezní smyčka je grafické znázornění tohoto jevu, ukazující vztah mezi intenzitou magnetického pole (H) a hustotou magnetického toku (B). Plocha uzavřená hysterezní smyčkou představuje ztrátu energie na jednotkovém objemu materiálu pro každý kompletní cyklus magnetizace.

Role ztráty hysterezní v magnetických obvodech

Ztráta energie:

V transformátorech, motorech a jiných elektromagnetických zařízeních je jádro obvykle vyrobeno z feromagnetického materiálu. Během provozu těchto zařízení se magnetické pole uvnitř jádra často mění ve směru a síle. Každá změna magnetického pole vedoucí k ztrátám hysterezním, vede k disipaci energie jako tepla.

Tato ztráta energie snižuje celkovou efektivitu zařízení, protože část vstupní energie se marní na ohřev jádra namísto použití pro zamýšlenou práci.

Nárůst teploty:

Teplonosné ztráty hysterezní mohou způsobit nárůst teploty jádra. Pokud teplota stoupne příliš vysoko, může poškodit izolační materiály, zkrátit životnost zařízení nebo dokonce způsobit selhání.

Proto je při návrhu a výběru feromagnetických materiálů klíčové zohlednit jejich hysterezní charakteristiky, aby se minimalizovala nepotřebná produkce tepla.

Dopad na výkon zařízení:

Vysoké ztráty hysterezní mohou snížit efektivitu zařízení, zejména v aplikacích s vysokou frekvencí, kde tyto ztráty jsou zvláště významné. Pro zlepšení efektivity se často volí materiály s nízkou koercitivitou a nízkými ztrátami hysterezními, jako je siliciumová ocel nebo amorfické slitiny.

V některých případech lze optimalizovat návrh magnetického obvodu tak, aby se minimalizovala frekvence změn hustoty magnetického toku, čímž se minimalizují ztráty hysterezní.

Výpočet ztráty hysterezní:

Ztráta hysterezní lze odhadnout pomocí Steinmetzova rovnice:

kde Wh je ztráta hysterezní na jednotkový objem (vaty na metr krychlový);

kh je konstanta související s materiálem;

f je frekvence změn magnetického pole (hertz);

Bm je maximální hustota magnetického toku (tesla);

n je empirický exponent, obvykle se pohybuje mezi 1,6 a 2,0.

Shrnutí

Ztráta hysterezní je disipace energie způsobená hysterezním efektem v feromagnetických materiálech, především se projevující jako teplo. V magnetických obvodech ovlivňuje efektivitu a nárůst teploty zařízení, proto musí být při výběru materiálů a návrhu pečlivě zohledněny. Výběrem vhodných materiálů a optimalizací návrhů lze efektivně snížit ztráty hysterezní, což zlepší celkový výkon a životnost zařízení.