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- ヒステリシス損失とは何ですか？
ヒステリシス・ロスはなぜ起こるのか？
を実験的にテストする。 NdFeB材料 の後、外部磁場を用いて磁化の向きを正反対の状態に繰り返し変化させる。 外部磁場 が消失しても、材料は完全に非磁性状態に戻るわけではなく、一定の磁性を保持する。この現象は 極小磁区 磁区と呼ばれる材料内のドメイン。これらのドメインは磁場の方向の変化に抵抗する。この抵抗はすべて、主に磁区が反転する際の内部抵抗に起因する。これに打ち勝つために行われる仕事は、材料内で消費され、熱に変換される。 温度-これはヒステリシス損失の究極的な現れであり、この加熱効果はヒステリシス損失として知られている。
ヒステリシス損失が引き起こす問題とは？
1.温度上昇
電気機器において、放熱は永遠の課題である。ヒステリシス損失が続くと鉄心温度が上昇し、絶縁材料の老化を早め、機器の寿命を縮める。
2.営業効率の低下
機器の運転では、エネルギーの100%が有用な仕事に使われるのではなく、一部が無駄な熱として浪費される。都市の電力システムでは、こうした損失が積み重なり、天文学的に大きなエネルギー浪費となっている。効率の改善は、世界的な省エネルギーと排出削減の取り組みにおいて重要なテーマである。
ヒステリシス・ロスはどこで見られるか？
1.ACモーターの用途
トランスフォーマー そして ほとんどの電気モーター は交流電流を使用する。交流電流は、方向と大きさの両方が周期的に変化する磁界を発生させ、モーターの固定子／回転子の磁性材料に高周波電流を流す。 磁化-減磁サイクル.その結果、ヒステリシスの損失が極めて大きくなる。設計者は特別な材料と冷却システムを使用してこれを管理し、機械の過熱を防止しなければならない。
2.DCモーターの用途
多くの場合 DCモーターアーマチュア鉄心は回転し、外部励磁磁界は直流電流によって生成され、方向は一定であるが、アーマチュア鉄心上のどの点においても、アーマチュア鉄心は回転し、外部励磁磁界は直流電流によって生成され、方向は一定である。 アーマチュア鉄心このため、モーターが受ける有効磁界の方向は常に変化する。DCモーターでは ヒステリシスロス 電機子鉄心は一定の磁界の中で回転するため、主に電機子鉄心で発生し、内部で経験する有効磁界の方向が周期的に変化します。これとは対照的に、固定子ヨークは一定の磁場を経験するため、そのヒステリシス損失は一般的に非常に小さくなります。
ヒステリシス・ロスを減らすには？
1.軟磁性材料の使用
軟磁性材料の利点は、保磁力と残留磁化が低く、ヒステリシスループの面積を小さくできることである。これが最も基本的な対策である。
2.ヒステリシスループ面積の小さい材料を使用する
ヒステリシスループの面積はエネルギー損失に相当する。ケイ素鋼にケイ素を添加すると、鉄の磁気特性が最適化され、磁化と脱磁が容易になる。
3.プロセスによる材料特性の最適化
精錬や熱処理などの工程を経て、材料の内部応力や結晶欠陥を減少させ、保磁力やヒステリシス損失を減少させる。
ヒステリシス損失の計算
鉄芯のある電化製品がなぜ発熱するのかを理解するには、エネルギーがどのように「浪費」されるかを段階的にたどっていけばいい。
例えば、こうだ：
l = 鉄の棒の長さ
A = ロッドの断面積
N = コイルの巻き数
i = 任意の瞬間の電流
H = 着磁力 = (N × i) / l
B = 磁束密度
鉄棒の体積 V = A × l
長さl、断面積Aの鉄の棒があるとする。 V = A × l.
コイルの電流iが微小な変化diを起こすと、電磁誘導の法則に従い、コイルに起電力eが誘導され、電流の変化に抵抗しようとする。電流を変化させ続けるためには、電源はこの起電力eに対抗する仕事をしなければならない： dW = e × i × dt.
物理式を使って e = N × A × (dB/dt) を導出するために、このマイクロワークを材料の内部磁気状態を記述する物理量に完全に変換することができる： dW = V × H × dB.この結果は非常に重要で、材料の磁気状態のわずかな変化にもエネルギーが必要であることを物語っている。
電流が一巡すると、材料の磁化状態もヒステリシスループに沿って一巡します。途中の増分仕事dWをすべて合計することで、1サイクルの総エネルギー損失を求めることができます： サイクルあたりのエネルギー損失＝材料 体積V×ヒステリシスループ面積.
このような磁化サイクルが1秒間にf回発生する場合、電力損失は次のようになる：ヒステリシス損失電力 Pₕ = V × ループ面積 × f.
この継続的な電力は最終的にジュール熱に変換され、トランスやモーターのケーシングが熱くなる根本的な理由のひとつとなる。
私は磁石に関するポピュラー・サイエンスの執筆に専念している。私の記事は主に、磁石の原理、応用、業界の逸話に焦点を当てています。読者の皆様に価値ある情報を提供し、磁石の魅力や意義をより深く理解していただくことが目標です。同時に、磁石にまつわる皆さんのご意見もお待ちしています。磁石の無限の可能性を一緒に探っていきましょう！