Що таке гістерезисна втрата?

Що таке гістерезисна втрата?

Гістерезисна втрата — це розсіювання енергії, яке відбувається у феромагнітних матеріалах (наприклад, в залізних сердечниках) через гістерезисний ефект під час процесу намагнічування. Коли зовнішнє магнітне поле змінюється, намагнічування феромагнітного матеріалу не відразу слідує за зміною магнітного поля, а існує затримка. Зокрема, коли сила магнітного поля повертається до нуля, намагнічування не повністю повертається до нуля, а потребує оберненого магнітного поля для ліквідації залишкового намагнічування. Ця затримка призводить до розсіювання енергії у вигляді тепла, що відомо як гістерезисна втрата.

Гістерезисна петля — це графічне представлення цього явища, яке показує зв'язок між силою магнітного поля (H) та магнітною індукцією (B). Площа, обмежена гістерезисною петлею, представляє енергетичну втрату на одиницю об'єму матеріалу для кожного повного циклу намагнічування.

Роль гістерезисної втрати в магнітних контурах

Енергетична втрата:

У трансформаторах, двигунах та інших електромагнітних пристроях, сердечник зазвичай виготовлений з феромагнітного матеріалу. Під час роботи цих пристроїв, магнітне поле всередині сердечника часто змінює напрямок та силу. Кожна зміна магнітного поля призводить до гістерезисних втрат, що в свою чергу призводить до розсіювання енергії у вигляді тепла.

Ця енергетична втрата зменшує загальну ефективність пристрою, оскільки частина введеної енергії витрачається на нагрівання сердечника, а не на виконання призначеного роботу.

Підвищення температури:

Тепло, що генерується гістерезисними втратами, може спричинити підвищення температури сердечника. Якщо температура стає занадто високою, це може пошкодити ізоляційні матеріали, скоротити термін служби обладнання або навіть призвести до його виходу з ладу.

Тому, при проектуванні та виборі феромагнітних матеріалів, важливо враховувати їх гістерезисні характеристики, щоб мінімізувати непотрібне теплоутворення.

Вплив на продуктивність пристрою:

Високі гістерезисні втрати можуть знизити ефективність пристрою, особливо в високочастотних додатках, де ці втрати є особливо значущими. Для покращення ефективності часто вибираються матеріали з низькою коефіцієнтом запекання та низькими гістерезисними втратами, такі як силиконова сталь або аморфні сплави.

У деяких випадках, дизайн магнітного контуру може бути оптимізований, щоб зменшити частоту змін густини магнітного потоку, що в свою чергу мінімізує гістерезисні втрати.

Обчислення гістерезисної втрати:

Гістерезисну втрату можна оцінити за допомогою рівняння Штейнметца:

де Wh — це гістерезисна втрата на одиницю об'єму (вати на метр кубічний);

kh — це константа, пов'язана з матеріалом;

f — це частота змін магнітного поля (герц);

Bm — це максимальна густина магнітного потоку (тесла);

n — емпіричний степінь, який зазвичай знаходиться в діапазоні від 1,6 до 2,0.

Висновок

Гістерезисна втрата — це розсіювання енергії, спричинене гістерезисним ефектом у феромагнітних матеріалах, що проявляється переважно у вигляді тепла. У магнітних контурах вона впливає на ефективність та підвищення температури пристроїв, тому при проектуванні та виборі матеріалів необхідно приділити увагу. Вибираючи відповідні матеріали та оптимізуючи дизайн, гістерезисні втрати можна ефективно зменшити, покращивши загальну продуктивність та тривалість життя обладнання.