Que é a perda por histerese

Que é a perda por histerese?

A perda por histerese refírese á dissipación de enerxía que ocorre nos materiais ferromagnéticos (como os núcleos de ferro) debido ao efecto de histerese durante o proceso de magnetización. Cando o campo magnético externo cambia, a magnetización do material ferromagnético non segue inmediatamente o cambio no campo magnético; en vez diso, hai un retardo. Especificamente, cando a forza do campo magnético volve a ser cero, a magnetización non volve completamente a ser cero, senón que require un campo magnético inverso para eliminar a magnetización residual. Este retardo resulta na dissipación de enerxía como calor, coñecida como perda por histerese.

O ciclo de histerese é unha representación gráfica deste fenómeno, que mostra a relación entre a forza do campo magnético (H) e a densidade de fluxo magnético (B). A área encerrada polo ciclo de histerese representa a perda de enerxía por unidade de volume do material en cada ciclo completo de magnetización.

Papel da perda por histerese nos circuitos magnéticos

Perda de Enerxía:

Nos transformadores, motores e outros dispositivos electromagnéticos, o núcleo xeralmente está feito de material ferromagnético. En tanto que estes dispositivos operan, o campo magnético dentro do núcleo muda frecuentemente de dirección e intensidade. Cada cambio no campo magnético leva a perdas por histerese, resultando na dissipación de enerxía como calor.

Esta perda de enerxía reduce a eficiencia global do dispositivo porque parte da enerxía de entrada se desperdicia no calentamento do núcleo en lugar de usarse para o traballo pretendido.

Subida de Temperatura:

O calor xerado polas perdas por histerese pode causar un aumento da temperatura do núcleo. Se a temperatura se torna demasiado alta, pode danar os materiais de aislamento, acortar a vida útil do equipo ou incluso provocar fallos.

Por tanto, ao deseñar e seleccionar materiais ferromagnéticos, é crucial considerar as súas características de histerese para minimizar a xeración de calor innecesaria.

Impacto no Rendemento do Dispositivo:

As altas perdas por histerese poden reducir a eficiencia do dispositivo, especialmente en aplicacións de alta frecuencia onde estas perdas son particularmente significativas. Para mellorar a eficiencia, xeralmente escóllese materiais de baixa coercitividade e baixas perdas por histerese como o acero silicio ou as ligas amorfas.

En algúns casos, o deseño do circuito magnético pode optimizarse para reducir a frecuencia dos cambios na densidade de fluxo magnético, minimizando así as perdas por histerese.

Cálculo da Perda por Histerese:

A perda por histerese pode estimarse usando a ecuación de Steinmetz:

onde, Wh é a perda por histerese por unidade de volume (vatios por metro cúbico);

kh é unha constante relacionada co material;

f é a frecuencia dos cambios no campo magnético (hertz);

Bm é a densidade máxima de fluxo magnético (tesla);

n é un expoñente empírico, xeralmente situado entre 1.6 e 2.0.

Resumo

A perda por histerese é a dissipación de enerxía causada polo efecto de histerese nos materiais ferromagnéticos, manifestándose principalmente como calor. Nos circuitos magnéticos, afecta a eficiencia e a subida de temperatura dos dispositivos, polo que debe darlle unha atenta consideración á selección do material e ao deseño. Escollendo materiais apropiados e optimizando os deseños, as perdas por histerese poden reducirse eficazmente, mellorando o rendemento global e a vida útil do equipo.