Hysteres och virvelströmförluster

Under magnetiseringsåterföring av magnetiska material med ett växlande magnetfält går en del av energin i magnetfältet som är involverat i magnetiseringsomvändningen förlorad. En specifik del av kraften, som kallas "specifik magnetförlust", sprids per massa av ett visst magnetiskt material i form av värme.

Specifika magnetiska förluster inkluderar dynamiska förluster såväl som hysteresförluster. Dynamiska förluster inkluderar förluster orsakade av virvelströmmar (inducerade i materialet) och magnetisk viskositet (den så kallade magnetiska eftereffekten). Förluster på grund av magnetisk hysteres förklaras av irreversibla rörelser av domängränser.

Varje magnetiskt material har sin egen hysteresförlust proportionell mot frekvensen för det magnetiserande magnetiseringsfältet, såväl som området för hysteresslingan för detta material.

Hysteresslinga:

För att hitta kraften hos förluster associerade med hysteres i en massenhet (i W / kg) används följande formel:

För att minska hysteresförluster, brukar man ofta använda sådana magnetiska material, vars tvångskraft är liten, det vill säga material med en tunn hysteresslinga. Sådant material glödgas för att lindra spänningar i den inre strukturen, minska antalet dislokationer och andra defekter och också förstora kornet.

Virvelströmmar orsakar också oåterkalleliga förluster. De beror på det faktum att magnetiseringsmagnetiseringsfältet inducerar en ström inuti magnetiseringsmaterialet. Förluster orsakade av respektive virvelströmmar beror på det elektriska motståndet hos det magnetiserade magnetiseringsmaterialet och på konfigurationen av magnetkretsen.

Ju större resistivitet (desto sämre konduktivitet) hos magnetmaterialet, desto mindre förluster orsakade av virvelströmmar.

Förluster på grund av virvelströmmar är proportionella mot frekvensen för det magnetiserande magnetiseringsfältet i kvadrat, därför är magnetkretsar tillverkade av material med hög elektrisk konduktivitet inte tillämpliga i anordningar som arbetar med tillräckligt höga frekvenser.

För att uppskatta effekten hos virvelströmförluster för en massa av magnetiskt material (i W / kg) använder du formeln:

Eftersom förlusterna på grund av virvelströmmar kvantitativt beror på kvadratet för frekvensen, för att arbeta i högfrekvensområdet, är det först nödvändigt att ta hänsyn till förlusterna på grund av virvelströmmarna.

För att minimera dessa förluster försöker de använda magnetkärnor med högre elektrisk motstånd.

För att öka motståndet monteras kärnorna från ett flertal ömsesidigt isolerade ark av ferromagnetiskt material med en tillräckligt hög intrinsisk elektrisk resistivitet.

Det pulverformiga magnetiska materialet pressas med ett dielektriskt material så att partiklar av det magnetiska materialet separeras från varandra med dielektriska partiklar. Så få magnetodielektrik.

Ett annat alternativ är användningen av ferriter - en speciell ferrimagnetisk keramik, kännetecknad av hög elektrisk resistivitet, nära dielektricitet och halvledares motstånd. I själva verket är ferriter fasta lösningar av järnoxid med oxider av vissa tvåvärda metaller, som kan beskrivas med den generaliserade formeln:

Med en minskning av tjockleken på skivan av metallmaterial minskar förlusterna orsakade av virvelströmmar i enlighet därmed. Men samtidigt ökar förluster förknippade med hysteres, eftersom med bladets tunnning minskar kornstorleken, vilket innebär att tvångskraften växer.

Nästan med ökande frekvens ökar virvelströmförlusterna mer än hysteresförluster, detta kan ses genom att jämföra de två första formlerna. Och vid en viss frekvens börjar förlusterna av virvelström alltmer segra över hysteresförluster.

Detta betyder att även om tjockleken på arket beror på driftsfrekvensen, ändå, för varje frekvens, måste en viss tjocklek på arket väljas med vilken de magnetiska förlusterna som helhet minimeras.

Typiskt tenderar magnetiska material att fördröja förändringen i sin egen magnetiska induktion, beroende på varaktigheten för magnetiseringsfältet.

Detta fenomen orsakar förluster associerade med magnetisk eftereffekt (eller så kallad magnetisk viskositet). Detta beror på trögheten i domängenomagnetiseringsprocessen. Ju kortare varaktigheten för det applicerade magnetfältet är, desto längre är fördröjningen och därmed magnetförlusten orsakad av "magnetisk viskositet", mer. Denna faktor måste beaktas vid utformning av pulserade enheter med magnetkärnor.

Effektförlusterna från den magnetiska eftereffekten kan inte beräknas direkt, men de kan hittas indirekt - som skillnaden mellan de totala specifika magnetiska förlusterna och summan av förlusterna på grund av virvelströmmar och magnetisk hysteres:

Således, i processen med magnetiseringsomvändning, finns det en liten fördröjning i magnetisk induktion från intensiteten hos magnetiseringsmagnetiseringsfältet i fas. Anledningen till detta är återigen virvelströmmar, som enligt Lenzs lag förhindrar förändringar i magnetisk induktion, hysteresfenomen och magnetisk eftereffekt.

Fasfördröjningsvinkeln kallas vinkeln för magnetisk förlust 5m. Egenskaperna hos de magnetiska egenskaperna hos magnetiska material indikerar en sådan parameter som tangenten för den magnetiska förlustvinkeln tanδm.

Här är motsvarande krets- och vektordiagram för en toroidspole med en kärna av magnetiskt material, där r1 är ekvivalentmotståndet för alla magnetiska förluster:

Det framgår att tangenten för den magnetiska förlustvinkeln är omvänt proportionell mot spolens kvalitetsfaktor. Induktionen Bm som uppstår under dessa förhållanden i det magnetiserbara materialet kan sönderdelas i två komponenter: den första sammanfaller i fas med intensiteten hos magnetiseringsfältet och den andra ligger 90 grader bakom det.

Den första komponenten är direkt relaterad till reversibla processer under magnetisering reversering, den andra till irreversibla. Används i växelströmskretsar kännetecknas magnetiska material i samband med denna parameter, till exempel komplex magnetisk permeabilitet: