O que é perda por histerese?

O que é Perda por Histerese?

A perda por histerese refere-se à dissipação de energia que ocorre em materiais ferromagnéticos (como núcleos de ferro) devido ao efeito de histerese durante o processo de magnetização. Quando o campo magnético externo muda, a magnetização do material ferromagnético não segue imediatamente a mudança no campo magnético; em vez disso, há um atraso. Especificamente, quando a intensidade do campo magnético retorna a zero, a magnetização não retorna completamente a zero, mas requer um campo magnético reverso para eliminar a magnetização residual. Este atraso resulta na dissipação de energia sob a forma de calor, o que é conhecido como perda por histerese.

O ciclo de histerese é uma representação gráfica deste fenômeno, mostrando a relação entre a intensidade do campo magnético (H) e a densidade de fluxo magnético (B). A área encerrada pelo ciclo de histerese representa a perda de energia por unidade de volume do material para cada ciclo completo de magnetização.

Papel da Perda por Histerese em Circuitos Magnéticos

Perda de Energia:

Em transformadores, motores e outros dispositivos eletromagnéticos, o núcleo é tipicamente feito de material ferromagnético. À medida que esses dispositivos operam, o campo magnético dentro do núcleo frequentemente muda de direção e intensidade. Cada mudança no campo magnético leva a perdas por histerese, resultando em energia dissipada como calor.

Esta perda de energia reduz a eficiência geral do dispositivo, pois parte da energia de entrada é desperdiçada no aquecimento do núcleo em vez de ser usada para o trabalho pretendido.

Aumento de Temperatura:

O calor gerado pelas perdas por histerese pode causar o aumento da temperatura do núcleo. Se a temperatura se tornar muito alta, pode danificar os materiais de isolamento, encurtar a vida útil do equipamento ou até mesmo causar falha.

Portanto, ao projetar e selecionar materiais ferromagnéticos, é crucial considerar suas características de histerese para minimizar a geração desnecessária de calor.

Impacto no Desempenho do Dispositivo:

Perdas por histerese elevadas podem reduzir a eficiência do dispositivo, especialmente em aplicações de alta frequência, onde essas perdas são particularmente significativas. Para melhorar a eficiência, são frequentemente escolhidos materiais com baixa coercividade e baixa perda por histerese, como aço silício ou ligas amorfas.

Em alguns casos, o design do circuito magnético pode ser otimizado para reduzir a frequência de mudanças na densidade de fluxo magnético, minimizando assim as perdas por histerese.

Cálculo da Perda por Histerese:

A perda por histerese pode ser estimada usando a equação de Steinmetz:

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

kh é uma constante relacionada ao material;

f é a frequência das mudanças no campo magnético (hertz);

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

n é um expoente empírico, geralmente variando entre 1,6 e 2,0.

Resumo

A perda por histerese é a dissipação de energia causada pelo efeito de histerese em materiais ferromagnéticos, manifestando-se principalmente como calor. Em circuitos magnéticos, afeta a eficiência e o aumento de temperatura dos dispositivos, portanto, deve-se dar atenção cuidadosa à seleção de materiais e ao design. Ao escolher materiais apropriados e otimizar designs, as perdas por histerese podem ser efetivamente reduzidas, melhorando o desempenho geral e a vida útil do equipamento.