Hystereze a ztráty vířivými proudy

Během magnetizačního obrácení magnetických materiálů střídavým magnetickým polem dochází ke ztrátě části energie magnetického pole zapojené do magnetizačního obrácení. Specifická část energie, která se nazývá „specifická magnetická ztráta“, se rozptýlí na jednotku hmotnosti určitého magnetického materiálu ve formě tepla.

Specifické magnetické ztráty zahrnují dynamické ztráty stejně jako ztráty hystereze. Dynamické ztráty zahrnují ztráty způsobené vířivými proudy (indukovanými v materiálu) a magnetickou viskozitou (tzv. Magnetickým následkem). Ztráty způsobené magnetickou hysterezí jsou vysvětleny nevratnými pohyby hranic domény.

Každý magnetický materiál má svou vlastní hysterezní ztrátu úměrnou frekvenci magnetizačního magnetizačního pole, jakož i oblast hysterezní smyčky tohoto materiálu.

Hysterezní smyčka:

K nalezení síly ztrát spojených s hysterezí v jednotce hmotnosti (v W / kg) se používá následující vzorec:

Pro snížení ztrát hystereze se nejčastěji uchylují k použití takových magnetických materiálů, jejichž donucovací síla je malá, tj. Materiály s tenkou hysterezní smyčkou. Takový materiál je žíhán pro zmírnění napětí ve vnitřní struktuře, snížení počtu dislokací a dalších defektů a také pro zvětšení zrna.

Eddy proudy také způsobují nevratné ztráty. Jsou způsobeny skutečností, že magnetizační magnetizace indukuje proud uvnitř magnetizačního materiálu. Ztráty způsobené vířivými proudy závisejí na elektrickém odporu magnetizovaného magnetizačního materiálu a na konfiguraci magnetického obvodu.

Čím větší je tedy odpor (horší vodivost) magnetického materiálu, tím menší budou ztráty způsobené vířivými proudy.

Ztráty způsobené vířivými proudy jsou úměrné frekvenci druhé mocniny magnetizačního magnetizačního pole, proto magnetické obvody vyrobené z materiálů s vysokou elektrickou vodivostí nejsou použitelné v zařízeních, která pracují s dostatečně vysokými frekvencemi.

Pro odhad výkonu ztrát vířivých proudů na jednotku hmotnosti magnetického materiálu (ve W / kg) použijte vzorec:

Protože ztráta vířivých proudů kvantitativně závisí na druhé mocnině frekvence, je pro práci v oblasti vysokofrekvenčních frekvencí nutné nejprve vzít v úvahu ztrátu vířivých proudů.

Aby se tyto ztráty minimalizovaly, snaží se použít magnetická jádra s vyšším elektrickým odporem.

Za účelem zvýšení odporu jsou jádra sestavena z množiny vzájemně izolovaných listů feromagnetického materiálu s dostatečně vysokou vlastní elektrickou rezistivitou.

Práškový magnetický materiál je lisován dielektrikem, takže částice magnetického materiálu jsou od sebe odděleny dielektrickými částicemi. Tak získejte magnetodielektriku.

Další možností je použití feritů - speciální ferrimagnetická keramika, která se vyznačuje vysokým elektrickým odporem, blízko odporu dielektrik a polovodičů. Ferity jsou ve skutečnosti pevné roztoky oxidu železa s oxidy některých dvojmocných kovů, které lze popsat zobecněným vzorcem:

Se snížením tloušťky plechu se ztráty způsobené vířivými proudy odpovídajícím způsobem snižují. Zároveň se však zvyšují ztráty spojené s hysterezí, protože se ztenčováním listu také klesá velikost zrn, což znamená, že roste donucovací síla.

Téměř se zvyšující se frekvencí se ztráty vířivými proudy zvyšují více než ztráty hystereze, lze to vidět porovnáním prvních dvou vzorců. A při určité frekvenci začínají ztráty vířivými proudy stále více převládat nad ztrátami hystereze.

To znamená, že ačkoliv tloušťka fólie závisí na provozní frekvenci, musí být pro každou frekvenci zvolena určitá tloušťka fólie, čímž se minimalizují magnetické ztráty jako celek.

Typicky mají magnetické materiály tendenci zpožďovat změnu své vlastní magnetické indukce, v závislosti na délce magnetizačního pole.

Tento jev způsobuje ztráty spojené s magnetickým následkem (neboli tzv. Magnetickou viskozitou). Důvodem je setrvačnost procesu remagnetizace domény. Čím je doba trvání aplikovaného magnetického pole kratší, tím delší je zpoždění a tím i magnetická ztráta způsobená „magnetickou viskozitou“. Tento faktor je třeba vzít v úvahu při navrhování pulzních zařízení s magnetickými jádry.

Ztráty energie způsobené magnetickým následkem nelze vypočítat přímo, ale lze je nalézt nepřímo - jako rozdíl mezi celkovými specifickými magnetickými ztrátami a součtem ztrát způsobených vířivými proudy a magnetickou hysterezí:

V procesu obrácení magnetizace tedy dochází k mírnému zpoždění magnetické indukce od intenzity magnetizačního magnetizačního pole ve fázi. Důvodem jsou opět vířivé proudy, které podle Lenzova zákona zabraňují změnám magnetické indukce, jevů hystereze a magnetických následků.

Úhel fázového zpoždění se nazývá úhel magnetické ztráty δm. Charakteristiky dynamických vlastností magnetických materiálů naznačují takový parametr, jako je tangens úhel magnetické ztráty tanδm.

Zde je ekvivalentní obvodový a vektorový diagram toroidní cívky s jádrem z magnetického materiálu, kde r1 je ekvivalentní odpor všech magnetických ztrát:

Je vidět, že tangens úhel magnetické ztráty je nepřímo úměrná faktoru kvality cívky. Indukce Bm vznikající za těchto podmínek v magnetizovatelném materiálu může být rozložena na dvě složky: první se kryje ve fázi s intenzitou magnetizačního pole a druhá zpožďuje 90 stupňů za ní.

První složka přímo souvisí s reverzibilními procesy během reverzace magnetizace, druhá s nevratnými. Při použití v střídavých obvodech jsou magnetické materiály charakterizovány ve spojení s tímto parametrem, jako je složitá magnetická propustnost: