Wat is hysteresisverlies?

Wat is hysteresisverlies?

Hysteresisverlies verwijst naar de energiedissipatie die optreedt in ferromagnetische materialen (zoals ijzerkernen) als gevolg van het hysteresiseffect tijdens het magnetisatieproces. Wanneer het externe magnetisch veld verandert, volgt de magnetisatie van het ferromagnetische materiaal de verandering van het magnetisch veld niet onmiddellijk; in plaats daarvan is er een vertraging. Specifiek gezegd, wanneer de sterkte van het magnetisch veld terugkeert naar nul, keert de magnetisatie niet volledig terug naar nul, maar is er een omgekeerd magnetisch veld nodig om de restmagnetisatie te elimineren. Deze vertraging resulteert in energie die als warmte wordt afgegeven, wat bekend staat als hysteresisverlies.

De hysteresislus is een grafische weergave van dit verschijnsel, waarin de relatie tussen de sterkte van het magnetisch veld (H) en de magnetische fluxdichtheid (B) wordt getoond. Het gebied dat door de hysteresislus wordt omsloten, vertegenwoordigt het energieverlies per volume-eenheid van het materiaal voor elke volledige cyclus van magnetisatie.

Rol van hysteresisverlies in magnetische circuits

Energieverlies:

In transformatoren, motoren en andere elektromagnetische apparaten is de kern meestal gemaakt van ferromagnetisch materiaal. Tijdens het gebruik van deze apparaten verandert het magnetisch veld in de kern vaak van richting en sterkte. Elke verandering in het magnetisch veld leidt tot hysteresisverliezen, waardoor energie als warmte wordt afgegeven.

Dit energieverlies vermindert de algehele efficiëntie van het apparaat, omdat een deel van de ingangsenergie wordt verspild aan het opwarmen van de kern in plaats van gebruikt te worden voor de bedoelde arbeid.

Temperatuurstijging:

De warmte die wordt geproduceerd door hysteresisverliezen kan de kertemperatuur doen stijgen. Als de temperatuur te hoog wordt, kan dit isolatiematerialen beschadigen, de levensduur van de apparatuur verkorten of zelfs falen veroorzaken.

Daarom is het cruciaal bij het ontwerpen en selecteren van ferromagnetische materialen rekening te houden met hun hysteresiseigenschappen om onnodige warmteopwekking te minimaliseren.

Invloed op de prestaties van het apparaat:

Hoog hysteresisverlies kan de efficiëntie van het apparaat verminderen, vooral in toepassingen met hoge frequenties, waar deze verliezen bijzonder significant zijn. Om de efficiëntie te verbeteren, worden vaak materialen met lage coerciviteit en laag hysteresisverlies gekozen, zoals siliciumstaal of amorfe legeringen.

In sommige gevallen kan het ontwerp van het magnetische circuit worden geoptimaliseerd om de frequentie van veranderingen in de magnetische fluxdichtheid te verlagen, waardoor hysteresisverliezen worden geminimaliseerd.

Berekening van hysteresisverlies:

Hysteresisverlies kan worden geschat met behulp van de Steinmetz-vergelijking:

waarbij, Wh het hysteresisverlies per volume-eenheid (watt per kubieke meter) is;

kh is een constante die gerelateerd is aan het materiaal;

f is de frequentie van de veranderingen in het magnetisch veld (hertz);

Bm is de maximale magnetische fluxdichtheid (tesla);

n is een empirische exponent, die meestal varieert tussen 1,6 en 2,0.

Samenvatting

Hysteresisverlies is de energiedissipatie die wordt veroorzaakt door het hysteresiseffect in ferromagnetische materialen, voornamelijk uitgedrukt als warmte. In magnetische circuits beïnvloedt het de efficiëntie en de temperatuurstijging van apparaten, dus bij het selecteren van materialen en het ontwerpen moet zorgvuldig rekening worden gehouden met de hysteresiseigenschappen. Door passende materialen te kiezen en ontwerpen te optimaliseren, kunnen hysteresisverliezen effectief worden verkleind, waardoor de algehele prestaties en levensduur van de apparatuur worden verbeterd.