¿Por qué se produce la pérdida de histéresis?
Cuando probamos experimentalmente una pieza de Material NdFeB y cambiar repetidamente su dirección de magnetización al estado completamente opuesto utilizando un campo magnético externo, después de que el campo magnético externo desaparece, el material no vuelve completamente a un estado no magnético, sino que conserva cierto magnetismo. Este fenómeno tiene su origen en minúsculas regiones magnéticas dentro del material llamados dominios magnéticos. Estos dominios resisten los cambios de dirección del campo magnético. Esta resistencia se debe principalmente a la resistencia interna de los dominios al girar. El trabajo realizado para superar esta resistencia se consume dentro del material y se convierte en calor, lo que provoca un aumento de la temperatura del material. temperatura-es la última manifestación de la pérdida por histéresis, y este efecto de calentamiento se conoce como pérdida por histéresis.
¿Qué problemas puede causar la pérdida de histéresis?
1.Aumento de temperatura
En los equipos eléctricos, la disipación del calor es un reto eterno. Las continuas pérdidas por histéresis hacen que aumente la temperatura del núcleo de hierro, lo que acelera el envejecimiento de los materiales aislantes y acorta la vida útil de los equipos.
2.Eficiencia operativa reducida
En el funcionamiento de los equipos, no 100% de la energía se utiliza para un trabajo útil, sino que una parte se desperdicia en forma de calor inútil. En el sistema eléctrico de una ciudad, estas pérdidas se acumulan para formar un derroche de energía astronómicamente grande. Mejorar la eficiencia es un tema clave en los esfuerzos globales de conservación de la energía y reducción de emisiones.
¿Dónde podemos ver pérdidas por histéresis?
1.Aplicaciones del motor de CA
Transformers y la mayoría de los motores eléctricos utilizan corriente alterna. La corriente alterna genera un campo magnético que cambia periódicamente tanto de dirección como de magnitud, lo que hace que los materiales magnéticos del estator/rotor del motor sufran un proceso de alta frecuencia. ciclos de magnetización-desmagnetización. El resultado es una pérdida de histéresis muy importante. Los diseñadores deben utilizar materiales y sistemas de refrigeración especiales para gestionarla y evitar el sobrecalentamiento de la máquina.
2.Aplicaciones del motor de CC
En muchos Motores de CCel núcleo de hierro de la armadura gira de tal manera que, aunque el campo magnético de excitación externo es producido por la corriente continua y permanece constante en dirección, para cualquier punto del núcleo de hierro de la armaduraLa dirección efectiva del campo magnético que experimenta cambia constantemente. En los motores de corriente continua, pérdida por histéresis se produce principalmente en el núcleo de hierro del inducido porque gira en un campo magnético constante, lo que provoca cambios periódicos en la dirección efectiva del campo magnético que se experimenta internamente. En cambio, el yugo del estator experimenta un campo magnético constante, por lo que su pérdida por histéresis suele ser muy pequeña.
¿Cómo reducir las pérdidas por histéresis?
1.Utilizar materiales magnéticos blandos
Las ventajas de los materiales magnéticos blandos son su baja coercitividad y su baja remanencia, lo que permite reducir el área del bucle de histéresis. Esta es la medida más fundamental.
2.Utilizar materiales con áreas de bucle de histéresis pequeñas
El área del bucle de histéresis equivale a la pérdida de energía. La adición de silicio al acero al silicio optimiza las propiedades magnéticas del hierro, facilitando su magnetización y desmagnetización.
3.Optimizar las propiedades de los materiales mediante procesos
Mediante procesos como el refinado y el tratamiento térmico, se reducen las tensiones internas y los defectos cristalinos del material, disminuyendo así la coercitividad y la pérdida de histéresis.
Cálculo de la pérdida por histéresis
Para entender por qué se calienta un aparato con núcleo de hierro, podemos seguir paso a paso cómo se "desperdicia" la energía.
Por ejemplo:
l = longitud de la barra de hierro
A = sección transversal de la varilla
N = número de vueltas de la bobina
i = corriente en cada momento
H = fuerza magnetizante = (N × i) / l
B = densidad de flujo magnético
Volumen de la barra de hierro V = A × l
Supongamos que tenemos una barra de hierro de longitud l y sección transversal A, con un volumen de V = A × l.
Cuando la corriente i en la bobina experimenta un pequeño cambio di, según la ley de inducción electromagnética, esto induce una fuerza electromotriz e en la bobina, que intenta resistir el cambio de corriente. Para continuar cambiando la corriente, la fuente de alimentación debe realizar un trabajo contra esta fuerza electromotriz, e. En un tiempo muy corto, dt, el trabajo realizado por la fuente de alimentación es: dW = e × i × dt.
Utilizando la fórmula física e = N × A × (dB/dt) para la derivación, podemos convertir completamente este microtrabajo en cantidades físicas que describan el estado magnético interno del material: dW = V × H × dB. Este resultado es profundamente significativo: nos dice que cada pequeño cambio en el estado magnético del material requiere un aporte de energía.
Cuando la corriente completa un ciclo, el estado de magnetización del material también recorre el bucle de histéresis una vez. Sumando todo el trabajo incremental dW a lo largo del camino, podemos obtener la pérdida total de energía para un ciclo: Pérdida de energía por ciclo = Material volumen V × área del bucle de histéresis.
Si tales ciclos de magnetización se producen f veces por segundo, la pérdida de potencia es: Potencia de pérdida por histéresis Pₕ = V × área del bucle × f.
Esta potencia continua acaba convirtiéndose en calor Joule, que es una de las razones fundamentales por las que se calientan los transformadores o las carcasas de los motores.
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