Hystereesi ja pyörrevirtahäviöt

Magneettisten materiaalien magnetoinnin kääntämisen aikana vuorottelevalla magneettikentällä, osa magnetointikäännökseen osallistuvan magneettikentän energiasta menetetään. Tietty osa energiasta, jota kutsutaan ”erityiseksi magneettiseksi häviöksi”, häviää tietyn magneettisen materiaalin massayksikköä kohti lämmön muodossa.

Erityisiin magneettisiin häviöihin sisältyy dynaamisia häviöitä sekä hystereesihäviöitä. Dynaamisiin häviöihin sisältyy pyörrevirtojen (materiaalissa indusoituneiden) ja magneettisen viskositeetin (ns. Magneettinen jälkivaikutus) aiheuttamat häviöt. Magneettisesta hystereesistä johtuvat menetykset selittyvät verkkotunnuksen rajojen peruuttamattomilla liikkeillä.

Jokaisella magneettisella materiaalilla on oma hystereesihäviö, joka on verrannollinen magnetoivan magnetointikentän taajuuteen, samoin kuin tämän materiaalin hystereesisilmukan pinta-ala.

Hystereesisilmukka:

Hystereesiin liittyvien häviöiden voiman löytämiseksi massayksikössä (W / kg) käytetään seuraavaa kaavaa:

Hystereesihäviöiden vähentämiseksi turvataan useimmiten sellaisten magneettisten materiaalien käyttö, joiden pakkovoima on pieni, ts. Materiaalit, joilla on ohut hystereesi-silmukka. Tällainen materiaali hehkutetaan lievittämään sisäisen rakenteen rasituksia, vähentämään dislokointien ja muiden virheiden lukumäärää ja myös suurentamaan rakeisuutta.

Pyörrevirrat aiheuttavat myös peruuttamattomia menetyksiä. Ne johtuvat siitä, että magnetoiva magnetointi indusoi virran magnetointimateriaalin sisällä. Pyörrevirtojen aiheuttamat häviöt riippuvat vastaavasti magnetoidun magnetointimateriaalin sähkövastuksesta ja magneettisen piirin konfiguraatiosta.

Siten mitä suurempi magneettisen materiaalin resistiivisyys (huonompi johtavuus), sitä pienempiä ovat pyörrevirtojen aiheuttamat häviöt.

Pyörrevirtojen aiheuttamat häviöt ovat verrannollisia magnetoivan magnetoivan kentän taajuuteen neliössä, siksi korkean sähkönjohtavuuden omaavista materiaaleista valmistettuja magneettipiirejä ei voida soveltaa laitteisiin, jotka toimivat riittävän korkeilla taajuuksilla.

Arvioida pyörrevirtahäviöiden teho magneettisen materiaalin massayksikölle (W / kg) käyttämällä kaavaa:

Koska pyörrevirtahäviö riippuu kvantitatiivisesti taajuuden neliöstä, työskennellessään korkeataajuusalueella on ensinnäkin otettava huomioon pyörrevirtahäviö.

Näiden häviöiden minimoimiseksi he yrittävät käyttää magneettisia ytimiä, joilla on suurempi sähköinen vastus.

Resistanssin lisäämiseksi ytimet kootaan useista toisistaan ​​eristetyistä ferromagneettisen materiaalin arkeista, joilla on riittävän korkea sisäinen sähkövastus.

Jauhettu magneettimateriaali puristetaan dielektrisellä materiaalilla siten, että magneettisen materiaalin hiukkaset erotetaan toisistaan ​​dielektrisillä hiukkasilla. Joten hanki magnetodielektrikot.

Toinen vaihtoehto on ferriittien käyttö - erityinen ferrimagneettinen keramiikka, jolle on ominaista korkea sähkövastus, lähellä dielektristen ja puolijohteiden vastusta. Itse asiassa ferriitit ovat raudan oksidien kiinteitä liuoksia joidenkin kahdenarvoisten metallien oksidien kanssa, joita voidaan kuvata yleistetyllä kaavalla:

Kun metallilevyn paksuus vähenee, pyörrevirtojen aiheuttamat häviöt vähenevät vastaavasti. Mutta samaan aikaan hystereesiin liittyvät menetykset kasvavat, koska lehden ohenemisen myötä myös raekoko pienenee, mikä tarkoittaa, että pakkovoima kasvaa.

Melkein taajuuden kasvaessa pyörrevirtahäviöt kasvavat enemmän kuin hystereesihäviöt, tämä voidaan nähdä vertaamalla kahta ensimmäistä kaavaa. Ja tietyllä taajuudella pyörrevirtahäviöt alkavat olla yhä tärkeämpiä hystereesihäviöiden suhteen.

Tämä tarkoittaa, että vaikka levyn paksuus riippuu työtaajuudesta, jokaiselle taajuudelle on kuitenkin valittava tietty levyn paksuus, jolla magneettiset häviöt kokonaisuudessaan minimoidaan.

Tyypillisesti magneettisilla materiaaleilla on taipumus viivästyttää oman magneettisen induktion muutosta riippuen magnetoivan kentän kestosta.

Tämä ilmiö aiheuttaa tappioita, jotka liittyvät magneettiseen vaikutukseen (tai ns. Magneettiseen viskositeettiin). Tämä johtuu verkkotunnuksen uudelleenmagnetointiprosessin hitaudesta. Mitä lyhyempi käytetyn magneettikentän kesto, sitä pidempi viive ja siten "magneettisen viskositeetin" aiheuttama magneettinen häviö, sitä enemmän. Tämä tekijä on otettava huomioon suunnitellessa pulssilaitteita, joissa on magneettinen ydin.

Magneettisesta vaikutuksesta johtuvia tehohäviöitä ei voida laskea suoraan, mutta ne voidaan löytää epäsuorasti - erityisten magneettisten häviöiden ja pyörrevirtojen ja magneettisen hystereesin aiheuttamien häviöiden erotuksena:

Joten magnetointivaiheen kääntöprosessissa magneettinen induktio on pienellä viiveellä magnetoivan magnetointikentän voimakkuudesta vaiheessa. Syynä tähän ovat taas pyörrevirrat, jotka Lenzin lain mukaan estävät magneettisen induktion muutokset, hystereesi-ilmiöt ja magneettiset vaikutukset.

Vaiheviivekulmaa kutsutaan magneettisen häviön kulmaksi δm. Magneettisten materiaalien dynaamisten ominaisuuksien ominaisuudet osoittavat sellaisen parametrin kuin magneettisen häviökulman tangentti tanδm.

Tässä on vastaava piiri- ja vektorikaavio toroidikelalta, jossa on magneettisen materiaalin sydän, missä r1 on kaikkien magneettisten häviöiden ekvivalentti vastus:

Nähdään, että magneettisen häviökulman tangentti on kääntäen verrannollinen kelan laatukertoimeen. Näissä olosuhteissa magnetoituvassa materiaalissa syntyvä induktio Bm voidaan hajottaa kahteen komponenttiin: ensimmäinen vastaa vaiheessa magnetoivan kentän voimakkuutta ja toinen jää 90 astetta sen taakse.

Ensimmäinen komponentti liittyy suoraan palautuviin prosesseihin magnetointikäännöksen aikana, toinen palautumattomiin. Vaihtovirtapiireissä käytetyille magneettisille materiaaleille on karakterisoitu tämän parametrin yhteydessä, kuten monimutkainen magneettinen läpäisevyys: