Straty hysterézie a vírivých prúdov

Pri magnetickom striedaní magnetických materiálov striedavým magnetickým poľom sa stratí časť energie magnetického poľa, ktorá sa podieľa na obrátení magnetizácie. Špecifická časť energie, ktorá sa nazýva „špecifická magnetická strata“, sa rozptýli na jednotku hmotnosti určitého magnetického materiálu vo forme tepla.

Medzi špecifické magnetické straty patria dynamické straty, ako aj straty hysterézie. Medzi dynamické straty patria straty spôsobené vírivými prúdmi (vyvolané v materiáli) a magnetická viskozita (tzv. Magnetický dodatočný účinok). Straty spôsobené magnetickou hysterézou sa vysvetľujú nevratnými pohybmi hraníc domény.

Každý magnetický materiál má svoju vlastnú hysteréznu stratu úmernú frekvencii magnetizačného magnetizačného poľa, ako aj plochu hysteréznej slučky tohto materiálu.

Hysterézna slučka:

Na zistenie sily strát spojených s hysteréziou v jednotke hmotnosti (v W / kg) sa používa tento vzorec:

Na zníženie strát hysterézie sa najčastejšie uchyľuje k použitiu takých magnetických materiálov, ktorých donucovacia sila je malá, to znamená materiály s tenkou hysteréznou slučkou. Takýto materiál je žíhaný, aby sa odstránili napätia vo vnútornej štruktúre, znížil sa počet dislokácií a iných defektov a tiež sa zväčšilo zrno.

Aj vírivé prúdy spôsobujú nezvratné straty. Dôvodom je skutočnosť, že magnetizačná magnetizácia indukuje prúd vo vnútri magnetizačného materiálu. Straty spôsobené vírivými prúdmi závisia od elektrického odporu magnetizovaného magnetizačného materiálu a od konfigurácie magnetického obvodu.

Čím väčšia je teda odpor (horšia vodivosť) magnetického materiálu, tým menšie budú straty spôsobené vírivými prúdmi.

Straty spôsobené vírivými prúdmi sú úmerné frekvencii štvorcového magnetizačného magnetizačného poľa, preto magnetické obvody vyrobené z materiálov s vysokou elektrickou vodivosťou nie sú použiteľné v zariadeniach pracujúcich pri dostatočne vysokých frekvenciách.

Na odhad sily strát vírivých prúdov pre jednotku hmotnosti magnetického materiálu (v W / kg) použite vzorec:

 

Pretože strata vírivých prúdov kvantitatívne závisí od druhej mocniny frekvencie, pri práci v oblasti vysokofrekvenčnej frekvencie je predovšetkým potrebné zohľadniť stratu vírivých prúdov.

Aby sa tieto straty minimalizovali, snažia sa používať magnetické jadrá s vyšším elektrickým odporom.

Aby sa zvýšil odpor, jadrá sú zostavené z množstva vzájomne izolovaných listov feromagnetického materiálu s dostatočne vysokou vnútornou elektrickou rezistivitou.

Práškový magnetický materiál je lisovaný dielektrikom, takže častice magnetického materiálu sú od seba oddelené dielektrickými časticami. Tak získajte magnetodielektriku.

Ďalšou možnosťou je použitie feritov - špeciálna ferimagnetická keramika, ktorá sa vyznačuje vysokým elektrickým odporom, blízko odporu dielektrik a polovodičov. Ferity sú v skutočnosti pevné roztoky oxidu železa s oxidmi niektorých dvojmocných kovov, ktoré možno opísať všeobecným vzorcom:

 

S poklesom hrúbky plechu sa straty spôsobené vírivými prúdmi zodpovedajúco znižujú. Zároveň sa však zvyšujú straty spojené s hysteréziou, pretože pri stenčovaní listu sa tiež zmenšuje veľkosť zŕn, čo znamená, že narastá donucovacia sila.

Takmer so zvyšujúcou sa frekvenciou sa straty vírivými prúdmi zvyšujú viac ako straty hysterézie, je to vidieť porovnaním prvých dvoch vzorcov. A pri určitej frekvencii začínajú straty na vírivých prúdoch prevládať nad stratami hysterézie.

To znamená, že hoci hrúbka fólie závisí od prevádzkovej frekvencie, musí sa napriek tomu pre každú frekvenciu zvoliť určitá hrúbka fólie, čím sa minimalizujú magnetické straty ako celok.

Typicky majú magnetické materiály tendenciu oneskorovať zmenu vo svojej vlastnej magnetickej indukcii, v závislosti od trvania magnetizačného poľa.

Tento jav spôsobuje straty spojené s magnetickým následkom (alebo tzv. Magnetickou viskozitou). Je to kvôli zotrvačnosti procesu remagnetizácie domény. Čím je doba trvania použitého magnetického poľa kratšia, tým dlhšie je oneskorenie a tým aj magnetická strata spôsobená „magnetickou viskozitou“. Tento faktor sa musí zohľadniť pri navrhovaní impulzných zariadení s magnetickým jadrom.

Straty výkonu spôsobené magnetickým následkom nemôžu byť vypočítané priamo, ale je možné ich nájsť nepriamo - ako rozdiel medzi celkovými špecifickými magnetickými stratami a súčtom strát spôsobených vírivými prúdmi a magnetickou hysteréziou:

V procese reverzácie magnetizácie teda dochádza k miernemu oneskoreniu magnetickej indukcie od intenzity magnetizačného magnetizačného poľa vo fáze. Dôvodom sú opäť vírivé prúdy, ktoré podľa Lenzovho zákona bránia zmenám v magnetickej indukcii, fenoménom hysterézie a magnetickej následnosti.

Uhol fázového oneskorenia sa nazýva uhol magnetickej straty δm. Charakteristiky dynamických vlastností magnetických materiálov naznačujú taký parameter, ako je dotyčnica uhla magnetickej straty tanδm.

Toto je ekvivalentný obvodový a vektorový diagram toroidnej cievky s jadrom z magnetického materiálu, kde r1 je ekvivalentný odpor všetkých magnetických strát:

Je zrejmé, že dotyčnica uhla magnetickej straty je nepriamo úmerná faktoru kvality cievky. Indukcia Bm vznikajúca za týchto podmienok v magnetizovateľnom materiáli sa môže rozložiť na dve zložky: prvá sa zhoduje vo fáze s intenzitou magnetizačného poľa a druhá za ňou zaostáva o 90 stupňov.

Prvá zložka priamo súvisí s reverzibilnými procesmi počas reverzácie magnetizácie, druhá s nezvratnými procesmi. Pri použití v striedavých obvodoch sú magnetické materiály charakterizované v súvislosti s týmto parametrom, ako je napríklad zložitá magnetická permeabilita: