Histerezis Kaybı Neden Oluşur?
Bir parçayı deneysel olarak test ettiğimizde NdFeB malzeme ve harici bir manyetik alan kullanarak mıknatıslanma yönünü tekrar tekrar tamamen zıt duruma değiştirdikten sonra harici manyetik alan kaybolduğunda, malzeme tamamen manyetik olmayan bir duruma geri dönmez, ancak belirli bir manyetizmayı korur. Bu fenomenin kaynağı küçük manyetik bölgeler malzeme içinde manyetik alanlar olarak adlandırılır. Bu alanlar manyetik alanın yönündeki değişikliklere direnç gösterir. Tüm bu direnç öncelikle alanların ters çevrilmesindeki iç dirençten kaynaklanmaktadır. Bunun üstesinden gelmek için yapılan iş malzeme içinde tüketilir ve ısıya dönüştürülerek malzemenin ısısında bir artışa yol açar. sıcaklık-Bu histerezis kaybının nihai tezahürüdür ve bu ısıtma etkisi histerezis kaybı olarak bilinir.
Histerezis Kaybı Hangi Sorunlara Neden Olabilir?
1. Sıcaklık Artışı
Elektrikli ekipmanlarda ısı dağıtımı ebedi bir zorluktur. Sürekli histerezis kaybı demir çekirdek sıcaklığının yükselmesine neden olarak yalıtım malzemelerinin yaşlanmasını hızlandırır ve ekipmanın ömrünü kısaltır.
2. Azaltılmış İşletme Verimliliği
Çalışan ekipmanlarda enerjinin 100%'si faydalı işler için kullanılmaz; bunun yerine bir kısmı gereksiz ısı olarak israf edilir. Bir şehrin enerji sisteminde bu kayıplar birikerek astronomik boyutlarda bir enerji israfı oluşturur. Verimliliğin artırılması, küresel enerji tasarrufu ve emisyon azaltma çabalarında kilit bir konudur.
Histerezis Kaybını Nerede Görebiliriz?
1.AC Motor Uygulamaları
Transformers ve çoğu elektrik motoru alternatif akım kullanır. Alternatif akım, hem yönü hem de büyüklüğü periyodik olarak değişen bir manyetik alan oluşturarak motorun stator/rotorundaki manyetik malzemelerin yüksek frekansa maruz kalmasına neden olur mıknatıslanma-demanyetizasyon döngüleri. Bu, son derece önemli histerezis kaybına neden olur. Tasarımcılar bunu yönetmek ve makinenin aşırı ısınmasını önlemek için özel malzemeler ve soğutma sistemleri kullanmalıdır.
2. DC Motor Uygulamaları
Birçok DC motorlararmatür demir çekirdeği öyle döner ki, harici uyarma manyetik alanı doğru akım tarafından üretilmesine ve yönü sabit kalmasına rağmen, armatür üzerindeki herhangi bir nokta için armatür demir çekirdeğiyaşadığı etkin manyetik alan yönü sürekli değişmektedir. DC motorlarda, histerezis kaybı esas olarak armatür demir çekirdeğinde meydana gelir, çünkü sabit bir manyetik alanda döner ve dahili olarak yaşanan etkili manyetik alan yönünde periyodik değişikliklere yol açar. Buna karşılık, stator boyunduruğu sabit bir manyetik alanla karşılaşır, bu nedenle histerezis kaybı tipik olarak çok küçüktür.
Histerezis Kaybı Nasıl Azaltılır?
1. Yumuşak Manyetik Malzemeler Kullanın
Yumuşak manyetik malzemelerin avantajları, daha küçük bir histerezis döngü alanına izin veren düşük zorlayıcılık ve düşük remananstır. Bu en temel ölçüdür.
2. Küçük Histerezis Döngü Alanlarına Sahip Malzemeler Kullanın
Histerezis döngüsünün alanı enerji kaybına eşdeğerdir. Silisyum çeliğe silisyum eklenmesi demirin manyetik özelliklerini optimize ederek mıknatıslanmasını ve manyetikliğinin giderilmesini kolaylaştırır.
3. Süreçler Aracılığıyla Malzeme Özelliklerini Optimize Edin
Rafine etme ve ısıl işlem gibi süreçler sayesinde malzemedeki iç gerilimler ve kristal kusurları azaltılır, böylece koersivite ve histerezis kaybı azalır.
Histerezis Kaybının Hesaplanması
Demir çekirdekli bir cihazın neden ısındığını anlamak için, enerjinin nasıl "boşa harcandığını" adım adım izleyebiliriz.
Örneğin:
l = demir çubuğun uzunluğu
A = çubuğun enine kesit alanı
N = bobin sarım sayısı
i = herhangi bir andaki akım
H = mıknatıslama kuvveti = (N × i) / l
B = manyetik akı yoğunluğu
Demir çubuğun hacmi V = A × l
Diyelim ki uzunluğu l ve kesit alanı A olan bir demir çubuğumuz var ve hacmi V = A × l.
Bobindeki akım i, elektromanyetik indüksiyon yasasına göre küçük bir di değişimine uğradığında, bu durum bobinde akımdaki değişime direnmeye çalışan bir e elektromotor kuvvetine neden olur. Akımı değiştirmeye devam etmek için, güç kaynağı bu elektromotor kuvvete karşı iş yapmalıdır, e. Çok kısa bir süre içinde, dt, güç kaynağı tarafından yapılan iş: dW = e × i × dt.
Fiziksel formülü kullanarak e = N × A × (dB/dt) Türetme için, bu mikro işi malzemenin iç manyetik durumunu tanımlayan fiziksel büyüklüklere tamamen dönüştürebiliriz: dW = V × H × dB. Bu sonuç son derece önemlidir: bize malzemenin manyetik durumundaki her küçük değişikliğin enerji girişi gerektirdiğini söyler.
Akım tam bir çevrimi tamamladığında, malzemenin mıknatıslanma durumu da histerezis döngüsü boyunca bir kez çevrilir. Yol boyunca artan tüm dW işlerini toplayarak, bir döngü için toplam enerji kaybını elde edebiliriz: Çevrim başına enerji kaybı = Malzeme V hacmi × Histerezis döngü alanı.
Bu tür mıknatıslanma döngüleri saniyede f kez meydana gelirse, güç kaybı olur: Histerezis kayıp gücü P𝜓 = V × döngü alanı × f.
Bu sürekli güç sonunda Joule ısısına dönüşür, bu da transformatörlerin veya motor gövdelerinin ısınmasının temel nedenlerinden biridir.
Kendimi mıknatıslar hakkında popüler bilim yazıları yazmaya adadım. Makalelerim ağırlıklı olarak prensiplerine, uygulamalarına ve endüstri anekdotlarına odaklanıyor. Amacımız okuyuculara değerli bilgiler sunarak herkesin mıknatısların cazibesini ve önemini daha iyi anlamasına yardımcı olmaktır. Aynı zamanda, mıknatısla ilgili ihtiyaçlar hakkındaki görüşlerinizi duymak için sabırsızlanıyoruz. Mıknatısların sonsuz olanaklarını birlikte keşfederken bizi takip etmekten ve bizimle etkileşime geçmekten çekinmeyin!