Хистерезис и загуби от вихрови токове

По време на обратното намаление на магнитните материали чрез редуващо се магнитно поле част от енергията на магнитното поле, участващо в обръщане на намагнитване, се губи. Специфична част от мощността, която се нарича "специфична магнитна загуба", се разсейва на единица маса от определен магнитен материал под формата на топлина.

Специфичните магнитни загуби включват динамични загуби, както и загуби от хистерезис. Динамичните загуби включват загуби, причинени от вихрови токове (индуцирани в материала) и магнитен вискозитет (т. Нар. Магнитно влияние). Загубите, дължащи се на магнитна хистерезиса, се обясняват с необратими движения на границите на домейна.

Всеки магнитен материал има своя собствена загуба на хистерезис, пропорционална на честотата на намагнетизиращото намагнетизиращо поле, както и площта на хистерезисния контур на този материал.

Хистерезисна верига:

За да намерите силата на загубите, свързани с хистерезиса в единица маса (в W / kg), се използва следната формула:

За да се намалят загубите от хистерезис, най-често се прибягва до използването на такива магнитни материали, чиято сила на принуда е малка, тоест материали с тънък контур на хистерезис. Такъв материал се отгрява, за да се облекчи напрежението във вътрешната структура, да се намали броят на дислокациите и други дефекти, а също и да се увеличи зърното.

Вихровите токове също причиняват необратими загуби. Те се дължат на факта, че намагнетизираното намагнитване предизвиква ток вътре в намагнитен материал. Загубите, причинени от вихровите токове, съответно, зависят от електрическото съпротивление на намагнетизирания магнетизиращ материал и от конфигурацията на магнитната верига.

По този начин, колкото по-голямо е съпротивлението (толкова по-лоша е проводимостта) на магнитния материал, толкова по-малки ще бъдат загубите, причинени от вихровите токове.

Загубите, дължащи се на вихрови токове, са пропорционални на честотата на намагнетизиращото намагнетизиращо поле в квадрат, следователно магнитните вериги, изработени от материали с висока електрическа проводимост, не са приложими в устройства, работещи на достатъчно високи честоти.

За да оцените мощността на загубите от вихрови токове за единица маса магнитен материал (в W / kg), използвайте формулата:

Тъй като загубите, дължащи се на вихрови токове, количествено зависят от квадрата на честотата, за да се работи във високочестотния регион, е необходимо преди всичко да се вземат предвид загубите, дължащи се на вихрови токове.

За да сведат до минимум тези загуби, те се опитват да използват магнитни ядра с по-високо електрическо съпротивление.

За да се увеличи съпротивлението, сърцевината се събира от множество взаимно изолирани листове от феромагнитен материал с достатъчно високо вътрешно електрическо съпротивление.

Прахообразният магнитен материал се пресова с диелектрик, така че частиците от магнитния материал се отделят една от друга чрез диелектрични частици. Така че вземете магнитодиелектрици.

Друг вариант е използването на ферити - специална феримагнитна керамика, характеризираща се с високо електрическо съпротивление, близко до съпротивлението на диелектриците и полупроводниците. Всъщност феритите са твърди разтвори на железен оксид с оксиди на някои двувалентни метали, които могат да бъдат описани с обобщената формула:

С намаляване на дебелината на листа от метален материал загубите, причинени от вихровите токове, съответно намаляват. Но в същото време загубите, свързани с хистерезиса, се увеличават, тъй като с изтъняването на листата размерът на зърното също намалява, което означава, че силата на принуда нараства.

Почти с увеличаване на честотата загубите от вихрови токове се увеличават повече от загубите от хистерезис, това може да се види, като се сравнят първите две формули. И с определена честота загубите от вихрови токове започват все повече да надделяват над загубите от хистерезис.

Това означава, че въпреки че дебелината на листа зависи от работната честота, все пак за всяка честота трябва да бъде избрана определена дебелина на листа, с която магнитните загуби като цяло ще бъдат сведени до минимум.

Обикновено магнитните материали са склонни да забавят промяната в собствената си магнитна индукция, в зависимост от продължителността на намагнетизиращото поле.

Това явление причинява загуби, свързани с магнитното влияние (или така наречения магнитен вискозитет). Това се дължи на инертността на процеса на премагнетизиране на домейна. Колкото по-кратка е продължителността на приложеното магнитно поле, толкова по-дълго е забавянето и следователно магнитната загуба, причинена от "магнитния вискозитет", повече. Този фактор трябва да се вземе предвид при проектирането на импулсни устройства с магнитни ядра.

Загубите на мощност от магнитното влияние не могат да бъдат изчислени директно, но те могат да бъдат намерени индиректно - като разликата между общите специфични магнитни загуби и сумата на загубите, дължащи се на вихрови токове и магнитна хистерезиса:

И така, в процеса на обръщане на магнетизацията се наблюдава леко забавяне на магнитната индукция от интензивността на намагнитващото поле на намагнетизиране във фаза. Причината за това са отново вихрови токове, които според закона на Ленц предотвратяват промените в магнитната индукция, явленията на хистерезиса и магнитното влияние.

Ъгълът на забавяне на фазата се нарича ъгъл на магнитна загуба δm. Характеристиките на динамичните свойства на магнитните материали показват такъв параметър като тангента на ъгъла на магнитна загуба tanδm.

Ето една еквивалентна схема и векторна диаграма за тороидална намотка със сърцевина от магнитен материал, където r1 е еквивалентното съпротивление на всички магнитни загуби:

Вижда се, че допирателната на ъгъла на магнитна загуба е обратно пропорционална на коефициента на качество на намотката. Индукцията Bm, възникваща при тези условия в намагнитвания материал, може да се разложи на два компонента: първият съвпада във фаза с интензивността на намагнитващото поле, а вторият изостава на 90 градуса зад него.

Първият компонент е пряко свързан с обратими процеси по време на обръщане на магнетизацията, вторият - с необратимите. Използвани в променливотокови вериги, магнитните материали се характеризират във връзка с този параметър като сложна магнитна проницаемост: