Hysterese og virkelige strømtab

Under magnetisering af reversering af magnetiske materialer ved hjælp af et vekslende magnetfelt går en del af energien fra det magnetiske felt, der er involveret i magnetiseringen, tilbage. En bestemt del af kraften, der kaldes ”specifikt magnetisk tab”, spredes pr. Enhedsmasse af et bestemt magnetisk materiale i form af varme.

Specifikke magnetiske tab inkluderer dynamiske tab såvel som hysteresetab. Dynamiske tab inkluderer tab forårsaget af virvelstrømme (induceret i materialet) og magnetisk viskositet (den såkaldte magnetiske eftereffekt). Tab på grund af magnetisk hysterese forklares ved irreversible bevægelser af domænegrænser.

Hvert magnetisk materiale har sit eget hysteresetab, der er proportionalt med frekvensen af ​​det magnetiserende magnetiseringsfelt, såvel som området med hysteresesløjfen for dette materiale.

Hysterese loop:

For at finde styrken af ​​tab forbundet med hysterese i en masseenhed (i W / kg) bruges følgende formel:

For at reducere hysteresetab benyttes oftest brugen af ​​sådanne magnetiske materialer, hvis tvangskraft er lille, dvs. materialer med en tynd hysteresesløjfe. Sådant materiale anneales for at afhjælpe spændinger i den indre struktur, reducere antallet af forskydninger og andre defekter og også forstørre kornet.

Virvelstrømme forårsager også irreversible tab. De skyldes det faktum, at magnetiseringsmagnetiseringen inducerer en strøm inde i magnetiseringsmaterialet. Tab forårsaget af henholdsvis hvirvelstrømme afhænger af den elektriske modstand for det magnetiserede magnetiseringsmateriale og af konfigurationen af ​​det magnetiske kredsløb.

Jo større resistivitet (desto dårligere ledningsevne) for det magnetiske materiale er, jo mindre er tabene forårsaget af hvirvelstrømme.

Tab på grund af hvirvelstrømme er proportional med frekvensen af ​​det magnetiserende magnetiseringsfelt i kvadratet, derfor er magnetiske kredsløb fremstillet af materialer med høj elektrisk ledningsevne ikke anvendelige i apparater, der arbejder med tilstrækkelig høje frekvenser.

For at estimere effekten af ​​virvelstrømstab for en enhedsmasse af magnetisk materiale (i W / kg) skal du bruge formlen:

 

Da virvelstrømstabet kvantitativt afhænger af kvadratet på frekvensen, er det for arbejde i højfrekvensområdet først og fremmest nødvendigt at tage hensyn til virvelstrømstabet.

For at minimere disse tab prøver de at bruge magnetiske kerner med en højere elektrisk modstand.

For at øge modstanden samles kernerne fra en flerhed af gensidigt isolerede lag ferromagnetisk materiale med en tilstrækkelig høj indre elektrisk modstand.

Det pulveriserede magnetiske materiale presses med et dielektrikum, så partikler af det magnetiske materiale adskilles fra hinanden af ​​dielektriske partikler. Så få magnetodielektrik.

En anden mulighed er brugen af ​​ferriter - en speciel ferrimagnetisk keramik, der er kendetegnet ved høj elektrisk modstand, tæt på resistensen fra dielektrik og halvleder. Faktisk er ferriter faste opløsninger af jernoxid med oxider af nogle divalente metaller, som kan beskrives med den generaliserede formel:

 

Med et fald i tykkelsen af ​​pladen af ​​metalmateriale falder tabene forårsaget af hvirvelstrømme tilsvarende. Men på samme tid stiger tab i forbindelse med hysterese, fordi med tyndingen af ​​bladet også kornstørrelsen aftager, hvilket betyder, at tvangskraften vokser.

Næsten med stigende hyppighed øger virvelstrømstabet mere end hysteresetab, dette kan ses ved at sammenligne de to første formler. Og ved en bestemt frekvens begynder tab af hvirvelstrøm i stigende grad at sejre end hysteresetab.

Dette betyder, at skønt arkets tykkelse afhænger af arbejdsfrekvensen, skal der dog for hver frekvens vælges en bestemt tykkelse af arket, med hvilket de magnetiske tab som helhed minimeres.

Typisk har magnetiske materialer en tendens til at forsinke ændringen i deres egen magnetiske induktion, afhængigt af varigheden af ​​magnetiseringsfeltet.

Dette fænomen forårsager tab forbundet med magnetisk eftereffekt (eller såkaldt magnetisk viskositet). Dette skyldes inertien i domænegenagnetiseringsprocessen. Jo kortere varigheden af ​​det påførte magnetfelt er, jo længere er forsinkelsen og dermed magnettabet forårsaget af den "magnetiske viskositet", mere. Denne faktor skal tages i betragtning ved design af pulserede enheder med magnetiske kerner.

Effekttabene fra den magnetiske eftereffekt kan ikke beregnes direkte, men de kan findes indirekte - som forskellen mellem de samlede specifikke magnetiske tab og summen af ​​tabene på grund af hvirvelløststrømme og magnetisk hysterese:

I processen med magnetisering reversering er der således en lille forsinkelse i magnetisk induktion fra intensiteten af ​​magnetiseringsmagnetiseringsfeltet i fase. Årsagen til dette er igen hvirvelstrømme, der ifølge Lenz's lov forhindrer ændringer i magnetisk induktion, hysteresefænomener og magnetisk eftereffekt.

Faseforsinkelsesvinklen kaldes vinklen for magnetisk tab δm. Egenskaberne ved magnetiske materialers dynamiske egenskaber indikerer en sådan parameter som tangenten af ​​den magnetiske tabsvinkel tanδm.

Her er det ækvivalente kredsløb og vektordiagram for en toroidal spole med en kerne af magnetisk materiale, hvor r1 er den ækvivalente modstand for alle magnetiske tab:

Det ses, at tangenten af ​​den magnetiske tabsvinkel er omvendt proportional med spolens kvalitetsfaktor. Induktionen Bm, der opstår under disse betingelser i det magnetiserbare materiale, kan nedbrydes i to komponenter: den første falder sammen i fase med intensiteten af ​​magnetiseringsfeltet, og den anden halter 90 grader bagefter.

Den første komponent er direkte relateret til reversible processer under magnetisering reversering, den anden til irreversible processer. Brugt i vekslingskredsløb er magnetiske materialer karakteriseret i forbindelse med denne parameter, såsom kompleks magnetisk permeabilitet: