Độ trễ và tổn thất dòng xoáy

Trong quá trình đảo ngược từ hóa của vật liệu từ tính bằng một từ trường xen kẽ, một phần năng lượng của từ trường liên quan đến sự đảo ngược từ hóa bị mất. Một phần cụ thể của năng lượng, được gọi là tổn thất từ ​​tính cụ thể, được tiêu tan trên một đơn vị khối lượng của một vật liệu từ tính nhất định dưới dạng nhiệt.

Tổn thất từ ​​tính cụ thể bao gồm tổn thất động cũng như tổn thất trễ. Tổn thất động bao gồm tổn thất do dòng điện xoáy (gây ra trong vật liệu) và độ nhớt từ tính (cái gọi là hậu quả từ tính). Tổn thất do trễ từ được giải thích bằng chuyển động không thể đảo ngược của ranh giới miền.

Mỗi vật liệu từ tính có độ trễ trễ riêng tỷ lệ với tần số của từ hóa từ hóa, cũng như diện tích của vòng trễ của vật liệu này.

Vòng trễ:

Để tìm sức mạnh của tổn thất liên quan đến độ trễ trong một đơn vị khối lượng (tính bằng W / kg), công thức sau đây được sử dụng:

Để giảm tổn thất trễ, thường sử dụng các vật liệu từ tính như vậy, lực cưỡng bức có kích thước nhỏ, nghĩa là các vật liệu có vòng trễ trễ. Vật liệu này được ủ để làm giảm các căng thẳng trong cấu trúc bên trong, giảm số lần trật khớp và các khuyết tật khác, và cũng phóng to hạt.

Dòng điện xoáy cũng gây ra tổn thất không thể đảo ngược. Chúng là do thực tế là trường từ hóa tạo ra một dòng điện bên trong vật liệu từ hóa. Các tổn thất gây ra bởi dòng điện xoáy, tương ứng, phụ thuộc vào điện trở của vật liệu từ hóa và từ cấu hình của mạch từ.

Do đó, điện trở suất càng lớn (độ dẫn điện càng tệ) của vật liệu từ tính thì càng nhỏ sẽ là tổn thất do dòng điện xoáy gây ra.

Tổn thất do dòng điện xoáy tỷ lệ thuận với tần số của từ trường từ hóa bình phương, do đó mạch từ làm bằng vật liệu có độ dẫn điện cao không được áp dụng trong các thiết bị hoạt động ở tần số đủ cao.

Để ước tính sức mạnh của tổn thất dòng điện xoáy cho một đơn vị khối lượng vật liệu từ tính (tính bằng W / kg), sử dụng công thức:

 

Do tổn thất do dòng điện xoáy phụ thuộc một cách định lượng vào bình phương tần số, để làm việc ở vùng tần số cao, trước hết cần phải tính đến tổn thất do dòng điện xoáy.

Để giảm thiểu những tổn thất này, họ cố gắng sử dụng lõi từ tính với điện trở cao hơn.

Để tăng sức đề kháng, các lõi được lắp ráp từ một số lượng lớn các vật liệu sắt từ bị cô lập lẫn nhau với điện trở suất bên trong đủ cao.

Vật liệu từ tính dạng bột được ép bằng chất điện môi để các hạt của vật liệu từ được tách ra khỏi nhau bằng các hạt điện môi. Vì vậy, nhận được từ tính.

Một lựa chọn khác là sử dụng ferrites - một loại gốm sắt từ đặc biệt, được đặc trưng bởi điện trở suất cao, gần với điện trở của chất điện môi và chất bán dẫn. Trong thực tế, ferrites là dung dịch rắn của oxit sắt với oxit của một số kim loại hóa trị hai, có thể được mô tả bằng công thức tổng quát:

 

Với sự giảm độ dày của tấm vật liệu kim loại, tổn thất do dòng điện xoáy giảm theo. Nhưng đồng thời, tổn thất liên quan đến độ trễ tăng lên, bởi vì với sự mỏng đi của lá, kích thước hạt cũng giảm, điều đó có nghĩa là lực cưỡng chế tăng lên.

Hầu như với tần suất ngày càng tăng, tổn thất dòng xoáy tăng nhiều hơn tổn thất trễ, điều này có thể được nhìn thấy bằng cách so sánh hai công thức đầu tiên. Và ở một tần số nhất định, tổn thất dòng xoáy bắt đầu ngày càng chiếm ưu thế so với tổn thất trễ.

Điều này có nghĩa là mặc dù độ dày của tấm phụ thuộc vào tần số làm việc, tuy nhiên, đối với mỗi tần số, độ dày nhất định của tấm phải được chọn trong đó toàn bộ tổn thất từ ​​tính sẽ được giảm thiểu.

Thông thường, các vật liệu từ tính có xu hướng trì hoãn sự thay đổi trong cảm ứng từ của riêng chúng, tùy thuộc vào thời gian của từ trường.

Hiện tượng này gây ra tổn thất liên quan đến hậu quả từ tính (hay còn gọi là độ nhớt từ tính). Điều này là do quán tính của quá trình tái cấu trúc tên miền. Thời gian của từ trường ứng dụng càng ngắn, độ trễ càng dài và do đó tổn thất từ ​​tính gây ra bởi "độ nhớt từ", càng nhiều. Yếu tố này phải được tính đến khi thiết kế các thiết bị xung có lõi từ tính.

Các tổn thất điện năng từ hậu quả từ tính không thể được tính trực tiếp, nhưng chúng có thể được tìm thấy một cách gián tiếp - vì sự khác biệt giữa tổng tổn thất từ ​​tính cụ thể và tổng tổn thất do dòng điện xoáy và độ trễ từ:

Vì vậy, trong quá trình đảo ngược từ hóa, có một độ trễ nhỏ trong cảm ứng từ so với cường độ của trường từ hóa trong pha. Lý do cho điều này một lần nữa là dòng điện xoáy, theo luật của Lenz, ngăn chặn sự thay đổi trong cảm ứng từ, hiện tượng trễ và hậu quả từ tính.

Góc trễ pha được gọi là góc mất từ ​​δm. Các đặc tính của tính chất động của vật liệu từ tính chỉ ra một tham số như tiếp tuyến của góc mất từ ​​tính tanδm.

Dưới đây là sơ đồ mạch và vectơ tương đương cho một cuộn hình xuyến có lõi bằng vật liệu từ tính, trong đó r1 là điện trở tương đương của tất cả các tổn thất từ ​​tính:

Người ta thấy rằng tiếp tuyến của góc mất từ ​​tính tỷ lệ nghịch với yếu tố chất lượng của cuộn dây. Bm cảm ứng phát sinh trong các điều kiện này trong vật liệu từ tính có thể bị phân hủy thành hai thành phần: phần thứ nhất trùng với pha với cường độ của trường từ hóa, và phần thứ hai chậm hơn 90 độ so với nó.

Thành phần đầu tiên liên quan trực tiếp đến các quá trình thuận nghịch trong quá trình đảo ngược từ hóa, thành phần thứ hai với các quá trình không thể đảo ngược. Được sử dụng trong các mạch điện xoay chiều, các vật liệu từ tính được đặc trưng liên quan đến thông số này, chẳng hạn như tính thấm từ phức: