Por que ocorre a perda por histerese?
Quando testamos experimentalmente uma peça de Material NdFeB e mudar repetidamente sua direção de magnetização para o estado completamente oposto usando um campo magnético externo, depois que o campo magnético externo desaparece, o material não retorna totalmente a um estado não magnético, mas mantém um certo magnetismo. Esse fenômeno se origina de minúsculas regiões magnéticas dentro do material, chamados de domínios magnéticos. Esses domínios resistem a mudanças na direção do campo magnético. Toda essa resistência decorre principalmente da resistência interna da inversão dos domínios. O trabalho realizado para superar isso é consumido dentro do material e convertido em calor, o que leva a um aumento na temperatura do material. temperatura-Essa é a manifestação final da perda por histerese, e esse efeito de aquecimento é conhecido como perda por histerese.
Que problemas a perda de histerese pode causar?
1. aumento da temperatura
Em equipamentos elétricos, a dissipação de calor é um desafio eterno. A perda contínua por histerese faz com que a temperatura do núcleo de ferro aumente, acelerando o envelhecimento dos materiais de isolamento e reduzindo a vida útil do equipamento.
2. redução da eficiência operacional
Ao operar um equipamento, nem 100% da energia é usada para trabalho útil; em vez disso, uma parte é desperdiçada como calor inútil. No sistema de energia de uma cidade, essas perdas se acumulam e formam um desperdício de energia astronomicamente grande. O aumento da eficiência é um tópico fundamental nos esforços globais de conservação de energia e redução de emissões.
Onde podemos ver a perda por histerese?
1.Aplicações do motor CA
Transformadores e a maioria dos motores elétricos usam corrente alternada. A corrente alternada gera um campo magnético que muda periodicamente tanto na direção quanto na magnitude, fazendo com que os materiais magnéticos no estator/rotor do motor passem por um processo de alta frequência ciclos de magnetização-desmagnetização. Isso resulta em uma perda de histerese extremamente significativa. Os projetistas devem usar materiais e sistemas de resfriamento especiais para gerenciá-la e evitar o superaquecimento da máquina.
2. aplicações do motor CC
Em muitos Motores CCO núcleo de ferro da armadura gira de tal forma que, embora o campo magnético de excitação externa seja produzido por corrente contínua e permaneça constante na direção, para qualquer ponto do núcleo de ferro da armaduraSe o motor for de corrente contínua, a direção do campo magnético efetivo que ele experimenta está mudando constantemente. Em motores CC, perda por histerese ocorre principalmente no núcleo de ferro da armadura porque ele gira em um campo magnético constante, levando a mudanças periódicas na direção do campo magnético efetivo experimentado internamente. Por outro lado, o garfo do estator experimenta um campo magnético constante, portanto, sua perda por histerese é normalmente muito pequena.
Como reduzir a perda por histerese?
1. usar materiais magnéticos macios
As vantagens dos materiais magnéticos macios são a baixa coercividade e a baixa remanência, o que permite uma área de loop de histerese menor. Essa é a medida mais fundamental.
2. Use materiais com pequenas áreas de loop de histerese
A área do loop de histerese é equivalente à perda de energia. A adição de silício ao aço silício otimiza as propriedades magnéticas do ferro, facilitando a magnetização e a desmagnetização.
3. otimizar as propriedades do material por meio de processos
Por meio de processos como refino e tratamento térmico, as tensões internas e os defeitos de cristal no material são reduzidos, diminuindo assim a coercividade e a perda de histerese.
Cálculo da perda por histerese
Para entender por que um aparelho com núcleo de ferro aquece, podemos rastrear como a energia é "desperdiçada" passo a passo.
Por exemplo:
l = comprimento da barra de ferro
A = área da seção transversal da haste
N = número de voltas da bobina
i = corrente em qualquer momento
H = força de magnetização = (N × i) / l
B = densidade do fluxo magnético
Volume da barra de ferro V = A × l
Suponha que tenhamos uma barra de ferro de comprimento l e área de seção transversal A, com um volume de V = A × l.
Quando a corrente i na bobina sofre uma pequena alteração di, de acordo com a lei da indução eletromagnética, isso induz uma força eletromotriz e na bobina, tentando resistir à alteração na corrente. Para continuar alterando a corrente, a fonte de energia deve trabalhar contra essa força eletromotriz, e. Em um tempo muito curto, dt, o trabalho realizado pela fonte de energia é: dW = e × i × dt.
Usando a fórmula física e = N × A × (dB/dt) para derivação, podemos converter totalmente esse microtrabalho em quantidades físicas que descrevem o estado magnético interno do material: dW = V × H × dB. Esse resultado é profundamente significativo: ele nos diz que cada pequena alteração no estado magnético do material requer entrada de energia.
Quando a corrente completa um ciclo completo, o estado de magnetização do material também percorre o loop de histerese uma vez. Ao somar todo o trabalho incremental dW ao longo do caminho, podemos obter a perda total de energia para um ciclo: Perda de energia por ciclo = Material volume V × área do loop de histerese.
Se esses ciclos de magnetização ocorrerem f vezes por segundo, a perda de potência será: Potência de perda por histerese Pₕ = V × área do circuito × f.
Essa energia contínua acaba se convertendo em calor Joule, que é um dos principais motivos pelos quais os transformadores ou as carcaças dos motores esquentam.
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