Vad är hysteresisförlust?

Vad är hysteresförlust?

Hysteresförlust refererar till energiförlusten som uppstår i ferromagnetiska material (som järnkärnor) på grund av hystereffekten under magnetiseringsprocessen. När det externa magnetfältet ändras följer inte magnetiseringen av det ferromagnetiska materialet omedelbart förändringen i magnetfältet; istället finns det en fördröjning. Specifikt när magnetfältets styrka återgår till noll, återgår inte magnetiseringen helt till noll utan kräver ett omvänt magnetfält för att eliminera restmagnetiseringen. Denna fördröjning resulterar i att energi släpps ut som värme, vilket kallas hysteresförlust.

Hysteresloop är en grafisk representation av detta fenomen, som visar sambandet mellan magnetfältets styrka (H) och magnetflödestätheten (B). Området som hysteresloopen innesluter representerar energiförlusten per enhetsvolym av materialet för varje fullständig cykel av magnetisering.

Hysteresförlustens roll i magnetkretsar

Energiförlust:

I transformatorer, motorer och andra elektromagnetiska enheter är kärnan vanligtvis gjord av ferromagnetiskt material. När dessa enheter fungerar ändras ofta riktningen och styrkan på det magnetiska fältet inuti kärnan. Varje förändring i det magnetiska fältet leder till hysteresförluster, vilket resulterar i att energi släpps ut som värme.

Denna energiförlust minskar den totala effektiviteten hos enheten eftersom en del av den inmatade energin slösas bort på uppvärmning av kärnan snarare än används för det avsedda arbetet.

Temperaturökning:

Värmen som genereras av hysteresförluster kan orsaka en temperaturökning i kärnan. Om temperaturen blir för hög kan det skada isolerande material, förkorta utrustningens livslängd eller till och med orsaka fel.

Därför är det viktigt att ta hänsyn till materiens hysteregenskaper vid design och val av ferromagnetiska material för att minimera onödig värmeuppbyggning.

Påverkan på enhetens prestanda:

Höga hysteresförluster kan minska enhetens effektivitet, särskilt i högfrekventa tillämpningar där dessa förluster är särskilt betydande. För att öka effektiviteten väljs ofta material med låg coercitivitet och låga hysteresförluster, såsom siliciumstål eller amorfa legningar.

I vissa fall kan magnetkretsdess utformning optimeras för att reducera frekvensen av förändringar i magnetflödestätheten, vilket minimerar hysteresförluster.

Beräkning av hysteresförlust:

Hysteresförlust kan uppskattas med Steinmetz ekvation:

där Wh är hysteresförlusten per enhetsvolym (vatt per kubikmeter);

kh är en konstant relaterad till materialet;

f är frekvensen av magnetfältets förändringar (hertz);

Bm är den maximala magnetflödestätheten (tesla);

n är en empirisk exponent, vanligtvis mellan 1,6 och 2,0.

Sammanfattning

Hysteresförlust är energiförlusten som orsakas av hystereffekten i ferromagnetiska material, främst som manifesterar sig som värme. I magnetkretsar påverkar den enheternas effektivitet och temperaturökning, så noggrann hänsyn måste tas till materialval och design. Genom att välja lämpliga material och optimera designerna kan hysteresförluster effektivt minskas, vilket förbättrar den totala prestandan och livslängden för utrustningen.