Hysterese og virvelstrømstap

Under magnetisering reversering av magnetiske materialer med et vekslende magnetfelt går en del av energien til magnetfeltet som er involvert i magnetiserings reverseringen tapt. En spesifikk del av kraften, som kalles "spesifikt magnetisk tap", blir forsvunnet per massenhet av et visst magnetisk materiale i form av varme.

Spesifikke magnetiske tap inkluderer dynamiske tap så vel som hysteresetap. Dynamiske tap inkluderer tap forårsaket av virvelstrømmer (indusert i materialet) og magnetisk viskositet (den såkalte magnetiske ettervirkningen). Tap på grunn av magnetisk hysterese forklares med irreversible bevegelser av domenegrenser.

Hvert magnetisk materiale har sitt eget tap av hysterese proporsjonalt med frekvensen til det magnetiserende magnetiseringsfeltet, så vel som området med hysteresesløyfen til dette materialet.

Hysterese loop:

Følgende formel brukes for å finne kraften til tap assosiert med hysterese i en masseenhet (i W / kg):

For å redusere tap av hysterese benytter man seg ofte til bruk av slike magnetiske materialer, hvis tvangskraft er liten, det vil si materialer med en tynn hysteresesløyfe. Slikt materiale blir glødet for å avlaste spenninger i den indre strukturen, redusere antall dislokasjoner og andre feil, og også forstørre kornet.

Virvelstrømmer forårsaker også irreversible tap. De skyldes det faktum at magnetiseringsmagnetiseringen induserer en strøm inne i magnetiseringsmaterialet. Tap forårsaket av henholdsvis virvelstrømmer avhenger av den elektriske motstanden til det magnetiserte magnetiseringsmaterialet og av konfigurasjonen av magnetkretsen.

Jo større resistivitet (desto dårligere ledningsevne) for magnetisk materiale, desto mindre blir tapene forårsaket av virvelstrømmer.

Tap på grunn av virvelstrømmer er proporsjonalt med frekvensen av det magnetiserende magnetiseringsfeltet i kvadratet, og derfor er magnetiske kretser laget av materialer med høy elektrisk ledningsevne ikke anvendelige i apparater som opererer med tilstrekkelig høye frekvenser.

For å estimere kraften til virvelstrømstap for en enhetsmasse av magnetisk materiale (i W / kg), bruk formelen:

 

Siden tapene på grunn av virvelstrømmer kvantitativt avhenger av kvadratet av frekvensen, for å arbeide i høyfrekvensområdet, er det først og fremst nødvendig å ta hensyn til tapene på grunn av virvelstrømmer.

For å minimere disse tapene prøver de å bruke magnetiske kjerner med høyere elektrisk motstand.

For å øke motstanden blir kjernene satt sammen fra et antall gjensidig isolerte ark ferromagnetisk materiale med en tilstrekkelig høy egenelektrisk resistivitet.

Det pulveriserte magnetiske materialet blir presset med et dielektrikum slik at partikler av magnetisk materiale blir separert fra hverandre av dielektriske partikler. Så få magnetodelektrikk.

Et annet alternativ er bruken av ferriter - en spesiell ferrimagnetisk keramikk, preget av høy elektrisk resistivitet, nær motstanden fra dielektriske og halvledere. Ferriter er faktisk faste oppløsninger av jernoksyd med oksider av noen divalente metaller, som kan beskrives med den generelle formelen:

 

Med en reduksjon i tykkelsen på platen av metallmateriale, reduseres tapene forårsaket av virvelstrømmer tilsvarende. Men samtidig øker tap assosiert med hysterese, fordi med tynning av bladet, reduseres også kornstørrelsen, noe som betyr at tvangskraften vokser.

Nesten med økende frekvens øker virvelstrøm mer enn hysteresetap, dette kan sees ved å sammenligne de to første formlene. Og ved en viss frekvens begynner tapet av virvelstrøm mer og mer å råde over hysteresetap.

Dette betyr at selv om tykkelsen på arket avhenger av arbeidsfrekvensen, men for hver frekvens, må en viss tykkelse på arket velges som magnetiske tap som helhet skal minimeres med.

Typisk har magnetiske materialer en tendens til å forsinke endringen i sin egen magnetiske induksjon, avhengig av varigheten av magnetiseringsfeltet.

Dette fenomenet forårsaker tap forbundet med magnetisk ettervirkning (eller såkalt magnetisk viskositet). Dette skyldes tregheten i prosessen for domenegjenmagnetisering. Jo kortere varigheten av det påførte magnetfeltet, desto lengre er forsinkelsen, og følgelig det magnetiske tapet forårsaket av "magnetisk viskositet", mer. Denne faktoren må tas i betraktning når du designer pulserende enheter med magnetiske kjerner.

Effekt tapene fra den magnetiske ettervirkningen kan ikke beregnes direkte, men de kan finnes indirekte - som forskjellen mellom de totale spesifikke magnetiske tapene og summen av tapene på grunn av virvelstrømmer og magnetisk hysterese:

Så i prosessen med magnetisering reversering er det et lite forsinkelse i magnetisk induksjon fra intensiteten til magnetiseringsmagnetiseringsfeltet i fase. Årsaken til dette er igjen virvelstrømmer, som i følge Lenz lov forhindrer endringer i magnetisk induksjon, hysteresefenomener og magnetisk ettervirkning.

Faseforsinkelsesvinkelen kalles vinkelen til magnetisk tap δm. Egenskapene til magnetiske materialers dynamiske egenskaper indikerer en slik parameter som tangenten til den magnetiske tapsvinkelen tanδm.

Her er ekvivalent krets og vektordiagram for en toroidal spole med en kjerne av magnetisk materiale, hvor r1 er ekvivalent motstand for alle magnetiske tap:

Man ser at tangenten til den magnetiske tapsvinkelen er omvendt proporsjonal med kvalitetsfaktoren til spolen. Induksjonen Bm som oppstår under disse forholdene i det magnetiserbare materialet, kan spaltes i to komponenter: den første sammenfaller i fase med intensiteten til magnetiseringsfeltet, og den andre ligger 90 grader bak.

Den første komponenten er direkte relatert til reversible prosesser under magnetisering reversering, den andre til irreversible. Brukt i AC-kretser er magnetiske materialer karakterisert i forbindelse med denne parameteren, for eksempel kompleks magnetisk permeabilitet: