히스테리시스 손실이 발생하는 이유는 무엇인가요?
실험적으로 테스트할 때 NdFeB 소재 외부 자기장을 사용하여 자화 방향을 완전히 반대되는 상태로 반복적으로 변경 한 후 외부 자기장 가 사라지면 재료는 완전히 비자성 상태로 돌아가지 않고 일정한 자성을 유지합니다. 이 현상은 다음에서 비롯됩니다. 작은 자기 영역 자성 도메인이라고 불리는 물질 내에 있습니다. 이러한 도메인은 자기장 방향의 변화에 저항합니다. 이 모든 저항은 주로 도메인이 뒤집히는 내부 저항에서 비롯됩니다. 이를 극복하기 위해 수행되는 작업은 재료 내에서 소비되고 열로 변환되어 재료의 온도-이것은 히스테리시스 손실의 궁극적인 징후이며, 이러한 가열 효과를 히스테리시스 손실이라고 합니다.
히스테리시스 손실은 어떤 문제를 일으킬 수 있나요?
1. 온도 상승
전기 장비에서 열 방출은 영원한 과제입니다. 지속적인 히스테리시스 손실은 철심 온도를 상승시켜 절연 재료의 노화를 가속화하고 장비의 수명을 단축시킵니다.
2. 운영 효율성 향상
장비를 작동할 때 에너지의 100%가 유용한 작업에 사용되는 것이 아니라 일부는 쓸모없는 열로 낭비됩니다. 도시의 전력 시스템에서는 이러한 손실이 누적되어 천문학적으로 큰 에너지 낭비가 발생합니다. 효율성 향상은 전 세계적인 에너지 절약 및 배출량 감축 노력의 핵심 주제입니다.
히스테리시스 손실은 어디에서 확인할 수 있나요?
1. AC 모터 애플리케이션
트랜스포머 그리고 대부분의 전기 모터 교류를 사용합니다. 교류는 방향과 크기가 주기적으로 변하는 자기장을 생성하여 모터의 고정자/회전자에 있는 자성 물질에 고주파를 일으킵니다. 자화-자화 주기. 이로 인해 매우 큰 히스테리시스 손실이 발생합니다. 설계자는 이를 관리하고 기계가 과열되는 것을 방지하기 위해 특수 재료와 냉각 시스템을 사용해야 합니다.
2.DC 모터 애플리케이션
많은 DC 모터전기자 철심은 외부 여자 자기장이 직류에 의해 생성되고 방향이 일정하게 유지되도록 회전하지만, 전기자의 어느 지점에서나 전기자 철심의 유효 자기장 방향은 지속적으로 변화합니다. DC 모터에서, 히스테리시스 손실 는 주로 전기자 철심에서 발생하는데, 철심은 일정한 자기장 속에서 회전하기 때문에 내부에서 발생하는 유효 자기장 방향이 주기적으로 변화하기 때문입니다. 반면 고정자 요크는 일정한 자기장을 경험하므로 히스테리시스 손실이 일반적으로 매우 작습니다.
히스테리시스 손실을 줄이는 방법은?
1. 부드러운 자성 소재 사용
연자성 소재의 장점은 낮은 보자력과 낮은 잔존율로 히스테리시스 루프 면적을 줄일 수 있다는 점입니다. 이것이 가장 기본적인 측정값입니다.
2. 히스테리시스 루프 영역이 작은 머티리얼 사용
히스테리시스 루프의 면적은 에너지 손실과 동일합니다. 실리콘 스틸에 실리콘을 첨가하면 철의 자기적 특성이 최적화되어 자화 및 자성을 쉽게 제거할 수 있습니다.
3. 프로세스를 통한 머티리얼 속성 최적화
정제 및 열처리와 같은 공정을 통해 재료의 내부 응력과 결정 결함이 감소하여 보자력 및 히스테리시스 손실이 감소합니다.
히스테리시스 손실 계산
철심이 있는 가전제품이 뜨거워지는 이유를 이해하기 위해 에너지가 어떻게 '낭비'되는지 단계별로 추적할 수 있습니다.
예를 들어
L = 철봉의 길이
A = 막대의 단면적
N = 코일 회전 수
i = 어느 순간 현재
H = 자화력 = (N × i) / l
B = 자속 밀도
철봉의 부피 V = A × l
길이 l, 단면적 A의 철봉이 있고 부피가 다음과 같다고 가정해 보겠습니다. V = A × l.
전자기 유도 법칙에 따라 코일의 전류 i가 작은 변화 di를 겪으면 코일에서 기전력 e가 유도되어 전류 변화에 저항하려고 시도합니다. 전류를 계속 변화시키려면 전원이 이 기전력에 대항하는 일, 즉 아주 짧은 시간 동안 전원이 하는 일, 즉 dt를 해야 합니다: dW = e × i × dt.
물리적 공식 사용 e = N × A × (dB/dt) 도출을 위해 이 마이크로 작업을 재료의 내부 자기 상태를 설명하는 물리량으로 완전히 변환할 수 있습니다: dW = V × H × dB. 이 결과는 매우 중요한데, 재료의 자기 상태가 미세하게 변화할 때마다 에너지가 투입되어야 한다는 것을 알려줍니다.
전류가 전체 사이클을 완료하면 재료의 자화 상태도 히스테리시스 루프를 따라 한 번 순환합니다. 이 과정에서 발생하는 모든 증분 일손 dW를 합하면 한 사이클의 총 에너지 손실을 구할 수 있습니다: 사이클당 에너지 손실 = 재료 볼륨 V × 히스테리시스 루프 영역.
이러한 자화 사이클이 초당 f회 발생하면 전력 손실은 다음과 같습니다: 히스테리시스 손실 전력 Pₕ = V × 루프 면적 × f.
이 지속적인 전력은 결국 변압기나 모터 케이스가 뜨거워지는 근본적인 이유 중 하나인 줄 열로 변환됩니다.
저는 자석에 관한 대중 과학 글을 쓰고 있습니다. 제 기사는 주로 자석의 원리, 응용 분야, 업계 일화에 초점을 맞추고 있습니다. 제 목표는 독자들에게 유용한 정보를 제공하여 모든 사람이 자석의 매력과 중요성을 더 잘 이해할 수 있도록 돕는 것입니다. 동시에 자석과 관련된 여러분의 의견을 듣고 싶습니다. 자석의 무한한 가능성을 함께 탐구하는 동안 자유롭게 팔로우하고 참여해 주세요!