Hysterēze un virpuļstrāvas zudumi

Laikā, kad magnetizē magnētisko materiālu maiņu ar mainīgu magnētisko lauku, tiek zaudēta daļa magnētiskā lauka enerģijas, kas iesaistīta magnetizācijas maiņā. Īpaša jaudas daļa, ko sauc par “īpatnējiem magnētiskajiem zaudējumiem”, tiek izkliedēta uz noteiktu magnētiskā materiāla masas vienību siltuma veidā.

Īpatnējie magnētiskie zudumi ietver dinamiskos zaudējumus, kā arī histerēzes zudumus. Dinamiskos zaudējumos ietilpst zaudējumi, ko izraisa virpuļstrāvas (ierosinātas materiālā) un magnētiskā viskozitāte (tā saucamā magnētiskā pēcafekts). Zaudējumi magnētiskās histerēzes dēļ tiek izskaidroti ar domēna robežu neatgriezeniskām kustībām.

Katram magnētiskajam materiālam ir savi histerēzes zudumi, kas ir proporcionāli magnetizējošā magnetizējošā lauka frekvencei, kā arī šī materiāla histerēzes cilpas laukumam.

Hysterēzes cilpa:

Lai atrastu ar histerēzi saistīto zaudējumu jaudu masas vienībā (W / kg), izmanto šādu formulu:

Lai samazinātu histerēzes zudumus, visbiežāk jālieto tādi magnētiski materiāli, kuru piespiešanas spēks ir mazs, tas ir, materiāli ar plānu histerēzes cilpu. Šāds materiāls ir atkausēts, lai mazinātu iekšējās struktūras spriegumus, samazinātu dislokāciju un citu defektu skaitu, kā arī palielinātu graudu daudzumu.

Virpuļstrāvas rada arī neatgriezeniskus zaudējumus. Tie rodas tāpēc, ka magnetizējošā magnetizācija ierosina strāvu magnetizācijas materiāla iekšpusē. Zaudējumi, ko izraisa virpuļstrāvas, attiecīgi ir atkarīgi no magnetizētā magnetizācijas materiāla elektriskās pretestības un magnētiskās shēmas konfigurācijas.

Tādējādi, jo lielāka ir magnētiskā materiāla pretestība (jo sliktāka vadītspēja), jo mazāki būs virpuļstrāvu radītie zaudējumi.

Zaudējumi virpuļstrāvu dēļ ir proporcionāli magnētiskā magnetizējošā lauka frekvencei kvadrātā, tāpēc magnētiskās shēmas, kas izgatavotas no materiāliem ar augstu elektrisko vadītspēju, nav piemērojamas ierīcēs, kas darbojas ar pietiekami augstām frekvencēm.

Lai aprēķinātu virpuļstrāvas zudumu jaudu magnētiskā materiāla masas vienībai (W / kg), izmantojiet formulu:

Tā kā virpuļstrāvu radītie zaudējumi kvantitatīvi ir atkarīgi no frekvences kvadrāta, lai strādātu augstfrekvences apgabalā, pirmkārt, ir jāņem vērā virpuļstrāvu radītie zaudējumi.

Lai samazinātu šos zaudējumus, viņi mēģina izmantot magnētiskos serdeņus ar lielāku elektrisko pretestību.

Lai palielinātu pretestību, serdeņus samontē no daudzām savstarpēji izolētām feromagnētiskā materiāla loksnēm ar pietiekami augstu iekšējo elektrisko pretestību.

Pulverveida magnētiskais materiāls tiek nospiests ar dielektriku, lai magnētiskā materiāla daļiņas būtu atdalītas viena no otras ar dielektriskām daļiņām. Tāpēc iegūstiet magnetodielektriku.

Vēl viena iespēja ir ferītu izmantošana - īpaša ferimagnētiskā keramika, kurai raksturīga augsta elektriskā pretestība, tuvu dielektriķu un pusvadītāju pretestībai. Faktiski ferīti ir dzelzs oksīda cietie šķīdumi ar dažu divvērtīgo metālu oksīdiem, ko var aprakstīt ar vispārinātu formulu:

Samazinoties metāla materiāla loksnes biezumam, attiecīgi samazinās virpuļstrāvu radītie zaudējumi. Bet tajā pašā laikā palielinās zaudējumi, kas saistīti ar histerēzi, jo līdz ar lapas retināšanu samazinās arī graudu lielums, kas nozīmē, ka piespiedu spēks aug.

Gandrīz pieaugot frekvencei, virpuļstrāvas zudumi palielinās vairāk nekā histerēzes zudumi, to var redzēt, salīdzinot pirmās divas formulas. Un noteiktā frekvencē virpuļstrāvas zudumi sāk arvien vairāk prevalēt pār histerēzes zaudējumiem.

Tas nozīmē, ka, lai arī loksnes biezums ir atkarīgs no darba frekvences, tomēr katrai frekvencei ir jāizvēlas noteikts loksnes biezums, ar kuru tiek samazināti magnētiskie zudumi kopumā.

Parasti magnētiskajiem materiāliem ir tendence aizkavēt izmaiņas viņu pašu magnētiskajā indukcijā atkarībā no magnetizējošā lauka ilguma.

Šī parādība rada zaudējumus, kas saistīti ar magnētisko iedarbību (vai tā saukto magnētisko viskozitāti). Tas ir saistīts ar domēna pārtaisīšanas procesa inerci. Jo īsāks ir piemērota magnētiskā lauka ilgums, jo ilgāka kavēšanās un līdz ar to arī magnētiskie zaudējumi, ko rada “magnētiskā viskozitāte”. Šis faktors jāņem vērā, izstrādājot impulsa ierīces ar magnētiskiem serdeņiem.

Jaudas zudumus no magnētiskās ietekmes nevar tieši aprēķināt, bet tos var atrast netieši - kā starpību starp kopējiem īpatnējiem magnētiskajiem zaudējumiem un virpuļstrāvu un magnētiskās histerēzes radīto zaudējumu summu:

Tātad magnetizācijas apgriešanas procesā magnētiskā indukcija nedaudz atpaliek no magnetizējošā magnetizācijas lauka intensitātes fāzē. Iemesls tam atkal ir virpuļstrāvas, kas saskaņā ar Lenca likumiem novērš izmaiņas magnētiskajā indukcijā, histerēzes parādības un magnētiskās sekas.

Fāzes kavēšanās leņķi sauc par magnētiskā zuduma leņķi δm. Magnētisko materiālu dinamisko īpašību raksturojums norāda uz tādu parametru kā magnētisko zaudējumu leņķa tandens m.

Šeit ir līdzvērtīga ķēdes un vektoru diagramma toroidālai spolei ar magnētiskā materiāla serdi, kur r1 ir visu magnētisko zudumu ekvivalentā pretestība:

Ir redzams, ka magnētiskā zuduma leņķa pieskare ir apgriezti proporcionāla spoles kvalitātes koeficientam. Indukciju Bm, kas rodas šādos apstākļos magnetizējamā materiālā, var sadalīt divos komponentos: pirmais sakrīt fāzē ar magnetizējošā lauka intensitāti, bet otrais atpaliek par 90 grādiem.

Pirmais komponents ir tieši saistīts ar atgriezeniskiem procesiem magnetizācijas apgriešanas laikā, otrais - ar neatgriezeniskiem. Maiņstrāvas ķēdēs izmantotie magnētiskie materiāli tiek raksturoti saistībā ar šo parametru, piemēram, sarežģītu magnētisko caurlaidību: