Leckstrom und Randfelder

Verlustfluss- und Randeffektanalyse

Definition: Verlustfluss bezieht sich auf den magnetischen Fluss, der vom vorgesehenen Pfad in einem magnetischen Kreislauf abweicht. Dies kann mit Hilfe eines Spulenbeispiels verdeutlicht werden, um den Unterschied zwischen Verlustfluss und Randeffekt zu illustrieren:

Wenn Strom durch eine Spule fließt, bildet der größte Teil des Flusses den Hauptfluss entlang der Kernachse, während ein Bruchteil außerhalb der Spule ausströmt, ohne den Kernpfad vollständig zu folgen – dies ist der Verlustfluss. In einer langen Spule tritt Verlustfluss hauptsächlich an beiden Enden auf, wo die Magnetfeldlinien in die umgebende Luft abweichen, anstatt durch den Querschnitt des Kerns zu passieren.

Gleichzeitig zeigen die Magnetfeldlinien an den Enden der Spule eine nicht-uniforme Verteilung, was einen „Randeffekt“ erzeugt, der zur Flussdiffusion führt. Im Gegensatz zum Verlustfluss (der die Abweichung vom Pfad betont) beschreibt der Randeffekt die Dispersion des Hauptflusses an den Grenzen. Beide Phänomene beeinflussen die Effizienz der Spule: Der Verlustfluss verursacht Energieverlust, während der Randeffekt das Magnetfeld verzerrt, wodurch Optimierungsmaßnahmen wie die Erhöhung des Kernquerschnitts oder die Anwendung von magnetischer Abschirmung in elektromagnetischen Entwürfen erforderlich sind.

Flussklassifizierung in Spulenmagnetkreisläufen

Der größte Teil des von einer Spule erzeugten magnetischen Flusses durchläuft den Kern, überbrückt die Luftspalte und trägt zur gewünschten Funktion des magnetischen Kreislaufs bei. Diese Komponente wird als nützlicher Fluss (φᵤ) definiert.

In der Praxis folgt nicht alle Flusskomponenten strikt dem im magnetischen Kern vorgesehenen Pfad. Ein Teil des Flusses strahlt um die Spule herum oder umgibt den Kern, ohne zum operativen Zweck des Kreislaufs beizutragen. Dieser nicht-funktionale Fluss wird als Verlustfluss (φₗ) bezeichnet, der in der umgebenden Medien dissipiert, anstatt an elektromagnetischer Arbeit teilzunehmen.

Daher ist der gesamte Fluss (Φ), der von der Spule erzeugt wird, die algebraische Summe des nützlichen und des Verlustflusses, was durch die Gleichung ausgedrückt wird:Φ= ϕu + ϕl

Leckagekoeffizient Das Verhältnis des gesamten erzeugten Flusses zum nützlichen Fluss, der in der Luftspalte des magnetischen Kreislaufs eingerichtet wird, wird als Leckagekoeffizient oder Leckagefaktor bezeichnet. Er wird mit (λ) bezeichnet.