چیست اتلاف هیسترزیس؟

هیسترزیس گمشده چیست؟

هیسترزیس گمشده به تلف شدن انرژی در مواد فرومغناطیس (مانند هسته‌های آهن) به دلیل اثر هیسترزیس در طول فرآیند مغناطیس‌سازی اشاره دارد. زمانی که میدان مغناطیسی خارجی تغییر می‌کند، مغناطیس‌شدن ماده فرومغناطیسی به تغییر میدان مغناطیسی پیروی نمی‌کند؛ بلکه تأخیری وجود دارد. به طور خاص، وقتی قوت میدان مغناطیسی به صفر برمی‌گردد، مغناطیس‌شدن کاملاً به صفر بازمی‌گردد و نیاز به یک میدان مغناطیسی معکوس برای حذف مغناطیس‌شدن باقی‌مانده دارد. این تأخیر منجر به تبدیل انرژی به گرما می‌شود که به عنوان هیسترزیس گمشده شناخته می‌شود.

حلقه هیسترزیس یک نمایش گرافیکی از این پدیده است که رابطه بین قوت میدان مغناطیسی (H) و چگالی جریان مغناطیسی (B) را نشان می‌دهد. مساحت محاط شده توسط حلقه هیسترزیس انرژی گمشده بر واحد حجم ماده برای هر چرخه کامل مغناطیس‌سازی را نشان می‌دهد.

نقش هیسترزیس گمشده در مدارهای مغناطیسی

تلف انرژی:

در ترانسفورماتورها، موتورها و سایر دستگاه‌های الکترومغناطیسی، هسته معمولاً از ماده فرومغناطیسی ساخته شده است. با عملکرد این دستگاه‌ها، میدان مغناطیسی درون هسته به طور مکرر جهت و قوت خود را تغییر می‌دهد. هر تغییر در میدان مغناطیسی منجر به هیسترزیس گمشده می‌شود که باعث تلف شدن انرژی به صورت گرما می‌شود.

این تلف انرژی کارایی کلی دستگاه را کاهش می‌دهد زیرا بخشی از انرژی ورودی به جای استفاده برای کار مورد نظر، در گرم کردن هسته صرف می‌شود.

افزایش دمایی:

گرما تولید شده توسط هیسترزیس گمشده می‌تواند باعث افزایش دمای هسته شود. اگر دمای هسته خیلی بالا رود، می‌تواند مواد عایق‌بندی را آسیب ببیند، عمر مفید دستگاه را کاهش دهد یا حتی باعث خرابی شود.

بنابراین، در طراحی و انتخاب مواد فرومغناطیسی، لازم است خصوصیات هیسترزیس آن‌ها را در نظر گرفته تا تولید گرما غیرضروری کاهش یابد.

تأثیر بر عملکرد دستگاه:

هیسترزیس گمشده بالا می‌تواند کارایی دستگاه را کاهش دهد، به ویژه در کاربردهای با فرکانس بالا که این تلفات بسیار مهم هستند. برای بهبود کارایی، معمولاً مواد با کوسرسیویته کم و تلفات هیسترزیس کم مانند فولاد سیلیسیوم یا آلیاژ‌های بی‌شکل انتخاب می‌شوند.

در برخی موارد، طراحی مدار مغناطیسی می‌تواند بهینه شود تا فرکانس تغییرات چگالی جریان مغناطیسی کاهش یابد و در نتیجه تلفات هیسترزیس کاهش یابد.

محاسبه هیسترزیس گمشده:

هیسترزیس گمشده می‌تواند با استفاده از معادله استاینمتز تخمین زده شود:

که در آن، Wh تلفات هیسترزیس بر واحد حجم (وات بر متر مکعب) است؛

kh ثابتی مرتبط با ماده است؛

f فرکانس تغییرات میدان مغناطیسی (هرتز) است؛

Bm چگالی جریان مغناطیسی حداکثر (تسلا) است؛

n یک نمای تجربی است که معمولاً بین ۱.۶ تا ۲.۰ متغیر است.

خلاصه

هیسترزیس گمشده تلف شدن انرژی ناشی از اثر هیسترزیس در مواد فرومغناطیسی است که عمده‌اً به صورت گرما ظاهر می‌شود. در مدارهای مغناطیسی، این تلفات کارایی و افزایش دمای دستگاه‌ها را تحت تأثیر قرار می‌دهد، بنابراین باید به انتخاب مواد و طراحی با دقت توجه شود. با انتخاب مواد مناسب و بهینه‌سازی طراحی‌ها، تلفات هیسترزیس می‌تواند مؤثر به کاهش یافته و عملکرد و عمر مفید دستگاه بهبود یابد.