Nedir bu histeresis kaybı?

Histerizis Kaybı Nedir?

Histerizis kaybı, ferromanyetik malzemelerde (demir çekirdekler gibi) manyetiklenme süreci sırasında histerizis etkisi nedeniyle meydana gelen enerji dağılımını ifade eder. Dış manyetik alan değiştiğinde, ferromanyetik malzemenin manyetiklenmesi manyetik alanın değişimiyle anında takip etmez; bunun yerine bir gecikme olur. Özellikle, manyetik alan gücü sıfıra döndüğünde, manyetiklenme tamamen sıfıra dönmez, bu da artan manyetiklenmenin ortadan kaldırılması için ters bir manyetik alan gerektirir. Bu gecikme, ısı olarak dağılan enerjinin oluşmasına neden olur ve bu duruma histerizis kaybı denir.

Histerizis döngüsü, bu fenomenin grafiksel gösterimidir ve manyetik alan gücünü (H) ile manyetik akı yoğunluğunu (B) arasındaki ilişkiyi gösterir. Histerizis döngüsünün kapattığı alan, malzemenin her bir manyetiklenme döngüsü için birim hacim başına kaybedilen enerjiyi temsil eder.

Histerizis Kaybının Manyetik Devrelerdeki Rolü

Enerji Kaybı:

Dönüşümçüler, motorlar ve diğer elektromanyetik cihazlarda, çekirdek genellikle ferromanyetik malzeme ile yapılmıştır. Bu cihazlar çalışırken, çekirdekteki manyetik alan sıklıkla yönünü ve gücünü değiştirir. Her manyetik alan değişikliği histerizis kaybına neden olur, bu da enerjinin ısı olarak dağılmasına neden olur.

Bu enerji kaybı, cihazın toplam verimliliğini azaltır çünkü bazı giriş enerjisi, işe kullanılması yerine çekirdeği ısıtmakta harcanır.

Sıcaklık Yükselişi:

Histerizis kaybından kaynaklanan ısı, çekirdeğin sıcaklığının yükselmesine neden olabilir. Sıcaklık çok yüksek olursa, yalıtım malzemelerini hasarlayabilir, ekipmanın ömrünü kısaltabilir veya hatta başarısızlığa yol açabilir.

Bu nedenle, ferromanyetik malzemelerin seçilmesi ve tasarlanması sırasında, gereksiz ısı üretiminin en aza indirilmesi için histerizis özelliklerinin düşünülmesi önemlidir.

Cihaz Performansı Üzerindeki Etkisi:

Yüksek histerizis kaybı, özellikle yüksek frekanslı uygulamalarda bu kayıplar oldukça belirgin olduğunda, cihazın verimliliğini düşürebilir. Verimliliği artırmak için, düşük zorlama ve düşük histerizis kaybı olan malzemeler, silikon çeliği veya amorfe alaşımlar gibi, genellikle tercih edilir.

Bazı durumlarda, manyetik devre tasarımının optimize edilerek manyetik akı yoğunluğunun değişim frekansının azaltılmasıyla histerizis kaybı minimize edilebilir.

Histerizis Kaybının Hesaplanması:

Histerizis kaybı, Steinmetz denklemi kullanılarak tahmin edilebilir:

burada, Wh birim hacim başına histerizis kaybıdır (vat/m³);

kh malzemeyle ilgili bir sabittir;

f manyetik alan değişikliklerinin frekansıdır (herz);

Bm maksimum manyetik akı yoğunluğudur (tesla);

n ampirik üs, genellikle 1.6 ile 2.0 arasında değişir.

Özet

Histerizis kaybı, ferromanyetik malzemelerde histerizis etkisi nedeniyle oluşan enerji dağılımıdır ve genellikle ısı şeklinde ortaya çıkar. Manyetik devrelerde, cihazların verimliliğini ve sıcaklık yükselişini etkiler, bu nedenle malzeme seçimi ve tasarım aşamasında dikkatli olunmalıdır. Uygun malzemelerin seçilmesi ve tasarımların optimize edilmesiyle histerizis kayıpları etkili bir şekilde azaltılabileceği için, ekipmanların genel performansını ve ömrünü artırmak mümkündür.