Hvad er hysteresis tab?

Hvad er hystereses tab?

Hystereses tab refererer til energiforbruget, der opstår i ferromagnetiske materialer (såsom jernkerner) på grund af hystereseeffekten under magnetiseringsprocessen. Når den eksterne magnetfelt styrke ændres, følger magnetiseringen af det ferromagnetiske materiale ikke med det samme denne ændring; i stedet er der en forsinkelse. Specifikt, når magnetfeltstyrken returnerer til nul, returnerer magnetiseringen ikke helt til nul, men kræver et modsat magnetfelt for at eliminere restmagnetiseringen. Denne forsinkelse resulterer i, at energi dissiperes som varme, hvilket kaldes hystereses tab.

Hystereseloopen er en grafisk repræsentation af dette fænomen, der viser forholdet mellem magnetfeltstyrke (H) og magnetisk fluestrømstæthed (B). Arealet indskrænket af hystereseloopen repræsenterer energitabet pr. enhedsvolumen af materialet for hver komplet cyklus af magnetisering.

Rolle af hystereses tab i magnetiske kredsløb

Energiforbrug:

I transformatorer, motorer og andre elektromagnetiske enheder er kernen typisk lavet af ferromagnetisk materiale. Da disse enheder fungerer, ændrer magnetfeltet i kernen ofte retning og styrke. Hver ændring i magnetfeltet fører til hysteresestab, hvilket resulterer i, at energi dissiperes som varme.

Dette energitab reducerer den samlede effektivitet af enheden, da en del af den indgående energi spildes på at opvarme kernen i stedet for at blive brugt til den ønskede arbejdsopgave.

Temperaturstigning:

Varmen genereret af hysteresestab kan forårsage, at kernens temperatur stiger. Hvis temperaturen bliver for høj, kan det skade isoleringsmaterialer, forkorte enhedens levetid eller endda forårsage fiasko.

Derfor er det vigtigt, når man designer og vælger ferromagnetiske materialer, at tage hensyn til deres hystereseegenskaber for at minimere unødvendig varmegenerering.

Indvirkning på enhedens ydeevne:

Høje hysteresestab kan reducere enhedens effektivitet, især i højfrekvensapplikationer, hvor disse tab er særdeles betydelige. For at forbedre effektiviteten vælges ofte materialer med lav coercitivitet og lav hysteresestab, såsom siliciumstål eller amorfe legemetallegaoder.

I nogle tilfælde kan designet af magnetiske kredsløb optimeres for at reducere frekvensen af ændringer i magnetisk fluestrømstæthed, hvilket minimaliserer hysteresestab.

Beregning af hysteresestab:

Hysteresestab kan estimeres ved hjælp af Steinmetz ligningen:

hvor, Wh er hysteresestab pr. enhedsvolumen (watt per kubikmeter);

kh er en konstant relateret til materialet;

f er frekvensen af ændringer i magnetfelt (hertz);

Bm er maksimal magnetisk fluestrømstæthed (tesla);

n er en empirisk eksponent, typisk mellem 1.6 og 2.0.

Oversigt

Hysteresestab er energiforbruget, der forårsages af hystereseeffekten i ferromagnetiske materialer, primært manifesteret som varme. I magnetiske kredsløb påvirker det effektiviteten og temperaturstigningen af enheder, så der skal lægges stor vægt på valg af materialer og design. Ved at vælge passende materialer og optimere design, kan hysteresestab effektivt reduceres, hvilket forbedrer den samlede ydeevne og levetid af udstyret.