Was verursacht hohe Hystereseverluste in Transformatoren bei niedrigen Frequenzen?

Der Grund, warum die Hystereseverluste in Transformatoren bei niedrigen Frequenzen höher sind, liegt hauptsächlich an den Eigenschaften des Hysterese-Effekts selbst und nicht an der Niedrigfrequenz-Sättigung. Hier ist eine detaillierte Erklärung:

Grundbegriff des Hystereseverlusts

Hystereseverluste sind Energieverluste, die im Transformatorkern aufgrund des Umschaltens der magnetischen Domänen während des Magnetisierungsprozesses auftreten. Die Größe des Hystereseverlusts hängt von der Fläche des Hystereseschleifens ab, das die Magnetisierungskurve darstellt. Eine größere Hystereseschleifenfläche führt zu höheren Hystereseverlusten.

Gründe für höhere Hystereseverluste bei niedrigen Frequenzen

Größere Hystereseschleifenfläche:

Bei niedrigen Frequenzen ist die Magnetisierungsfrequenz niedriger, und die magnetischen Veränderungen treten langsamer innerhalb jedes Zyklus auf. Dies bedeutet, dass die magnetischen Domänen mehr Zeit haben, um umzuschalten, was zu einer größeren Hystereseschleifenfläche führt.

Eine größere Hystereseschleifenfläche führt direkt zu erhöhten Hystereseverlusten.

Erhöhte Magnetisierungstiefe:

Bei niedrigen Frequenzen ändern sich die magnetischen Felder langsamer, was die Magnetisierungstiefe erhöht. Dies bedeutet, dass ein größerer Teil des Kerns am Magnetisierungsprozess beteiligt ist, was die Anzahl und den Umfang der Domänenumkehrungen erhöht und somit die Hystereseverluste steigert.

Langsamere Änderung der magnetischen Intensität:

Bei niedrigen Frequenzen ist die Änderungsrate des magnetischen Feldes langsamer, was zu einer langsameren Änderung der magnetischen Intensität führt. Dies führt zu einem größeren Widerstand gegen die Domänenumkehrungen, wodurch jede Umschaltung mehr Energie verbraucht.

Unterscheidung von der Niedrigfrequenz-Sättigung

Niedrigfrequenz-Sättigung: Niedrigfrequenz-Sättigung bezieht sich auf die Tendenz, dass die magnetische Flussdichte bei niedrigen Frequenzen aufgrund der langsameren Änderungen des magnetischen Feldes leichter Sättigungspegel erreicht. In der Sättigung nimmt die Permeabilität des Kerns ab, und der Magnetisierungsstrom steigt stark an. Dies beeinflusst jedoch hauptsächlich Wirbelstromverluste, nicht Hystereseverluste.

Hystereseverlust: Hystereseverluste hängen hauptsächlich mit dem Umschalten der magnetischen Domänen zusammen und nicht damit, ob die magnetische Flussdichte Sättigung erreicht. Auch unter unsättigten Bedingungen kann eine niedrige Frequenz zu erhöhten Hystereseverlusten führen.

Zusammenfassung der Einflussfaktoren

• Magnetisierungsfrequenz: Bei niedrigen Frequenzen ist die Magnetisierungsfrequenz niedriger, wodurch den magnetischen Domänen mehr Zeit zur Verfügung steht, um umzuschalten, was die Hystereseschleifenfläche erhöht.

• Magnetisierungstiefe: Bei niedrigen Frequenzen erhöht sich die Magnetisierungstiefe, wodurch mehr vom Kern am Magnetisierungsprozess beteiligt ist.

• Änderung der magnetischen Intensität: Bei niedrigen Frequenzen ist die Änderung der magnetischen Intensität langsamer, was den Widerstand gegen die Domänenumkehrungen und die pro Umschaltung verbrauchte Energie erhöht.

Fazit

Der Hauptgrund für höhere Hystereseverluste in Transformatoren bei niedrigen Frequenzen ist die größere Hystereseschleifenfläche, die durch die längere Zeit für die Domänenumkehrungen, die erhöhte Magnetisierungstiefe und die langsamere Änderung der magnetischen Intensität resultiert. Während die Niedrigfrequenz-Sättigung auch die Leistung des Transformators beeinflussen kann, wirkt sie hauptsächlich auf die Wirbelstromverluste und nicht auf die Hystereseverluste.