Qu'est-ce que la perte par hystérésis

Qu'est-ce que la perte par hystérésis?

La perte par hystérésis fait référence à la dissipation d'énergie qui se produit dans les matériaux ferromagnétiques (tels que les noyaux en fer) en raison de l'effet d'hystérésis lors du processus de magnétisation. Lorsque le champ magnétique extérieur change, la magnétisation du matériau ferromagnétique ne suit pas immédiatement le changement du champ magnétique ; au lieu de cela, il y a un retard. Plus précisément, lorsque l'intensité du champ magnétique revient à zéro, la magnétisation ne revient pas complètement à zéro mais nécessite un champ magnétique inverse pour éliminer la magnétisation résiduelle. Ce retard entraîne une dissipation d'énergie sous forme de chaleur, ce qui est connu sous le nom de perte par hystérésis.

La boucle d'hystérésis est une représentation graphique de ce phénomène, montrant la relation entre l'intensité du champ magnétique (H) et la densité de flux magnétique (B). La zone encerclée par la boucle d'hystérésis représente la perte d'énergie par unité de volume du matériau pour chaque cycle complet de magnétisation.

Rôle de la perte par hystérésis dans les circuits magnétiques

Perte d'énergie:

Dans les transformateurs, moteurs et autres dispositifs électromagnétiques, le noyau est généralement fabriqué à partir de matériau ferromagnétique. Lorsque ces dispositifs fonctionnent, le champ magnétique à l'intérieur du noyau change fréquemment de direction et d'intensité. Chaque changement du champ magnétique entraîne des pertes par hystérésis, résultant en une dissipation d'énergie sous forme de chaleur.

Cette perte d'énergie réduit l'efficacité globale du dispositif car une partie de l'énergie d'entrée est gaspillée pour chauffer le noyau plutôt que d'être utilisée pour le travail prévu.

Augmentation de la température:

La chaleur générée par les pertes par hystérésis peut faire augmenter la température du noyau. Si la température devient trop élevée, elle peut endommager les matériaux d'isolation, raccourcir la durée de vie du matériel ou même causer une panne.

Il est donc crucial, lors de la conception et de la sélection des matériaux ferromagnétiques, de prendre en compte leurs caractéristiques d'hystérésis pour minimiser la génération de chaleur inutile.

Impact sur la performance du dispositif:

Les fortes pertes par hystérésis peuvent réduire l'efficacité du dispositif, en particulier dans les applications à haute fréquence où ces pertes sont particulièrement significatives. Pour améliorer l'efficacité, on choisit souvent des matériaux à faible coercivité et à faible perte par hystérésis, tels que l'acier au silicium ou les alliages amorphes.

Dans certains cas, la conception du circuit magnétique peut être optimisée pour réduire la fréquence des changements de densité de flux magnétique, minimisant ainsi les pertes par hystérésis.

Calcul de la perte par hystérésis:

La perte par hystérésis peut être estimée en utilisant l'équation de Steinmetz:

où, Wh est la perte par hystérésis par unité de volume (watts par mètre cube);

kh est une constante liée au matériau;

f est la fréquence des changements de champ magnétique (hertz);

Bm est la densité de flux magnétique maximale (tesla);

n est un exposant empirique, généralement compris entre 1,6 et 2,0.

Résumé

La perte par hystérésis est la dissipation d'énergie causée par l'effet d'hystérésis dans les matériaux ferromagnétiques, manifestant principalement sous forme de chaleur. Dans les circuits magnétiques, elle affecte l'efficacité et l'augmentation de la température des dispositifs, il est donc essentiel de porter une attention particulière à la sélection des matériaux et à la conception. En choisissant des matériaux appropriés et en optimisant les conceptions, les pertes par hystérésis peuvent être réduites efficacement, améliorant ainsi les performances globales et la durée de vie du matériel.