Stahl ist eines der Hauptmaterialien, die in Magnetdrähten verwendet werden. Ein wichtiges Merkmal von Stahl sind seine Verluste, die die Effizienz des Magnetkreises beeinflussen. Verluste im Stahl treten aufgrund verschiedener physikalischer Prozesse auf, die auftreten, wenn ein magnetischer Fluss durch ein Material geleitet wird.
Eine der Hauptursachen für Stahlverluste ist die Energieableitung, die durch Wirbelströme und magnetische Entspannung entsteht. Diese Effekte bewirken, dass die Energie des Magnetfeldes in Wärme umgewandelt wird. Es ist unmöglich, diese Verluste vollständig loszuwerden, aber ihre Wirkung kann reduziert werden.
Die Größe der Stahlverluste hängt von mehreren Faktoren ab, einschließlich der Wechselstromfrequenz, der Induktion des Magnetfeldes, der Dicke des Stahlblechs und seiner Zusammensetzung. Je höher die Frequenz und die Induktion, desto mehr Verluste treten im Stahl auf. Die Dicke des Stahls beeinflusst auch die Verluste: Je dicker das Blatt ist, desto größer ist der Verlust. Die Stahlzusammensetzung hat einen signifikanten Einfluss auf Verluste - die Zusammensetzung kann Verunreinigungen enthalten, die die Verlustprozesse verstärken oder umgekehrt reduzieren.
Das Material des Magnetkreises und seine Zusammensetzung
Das Hauptmaterial für die Herstellung eines Magnetkreises ist Stahl. Da Stahl eine hohe magnetische Permeabilität und eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweist, ist es die optimale Wahl für die Herstellung von magnetischen Schaltungen.
Es ist auch wichtig, auf die Zusammensetzung des Stahls zu achten. Reiner Stahl weist einige Nachteile auf, die zu erhöhten Verlusten in der Magnetleitung führen können. Daher werden während der Stahlherstellung verschiedene Verunreinigungen hinzugefügt oder eine Magnetpulsbehandlung durchgeführt.
Verunreinigungen wie Silizium, Aluminium, Nickel und andere verbessern die Eigenschaften von Stahl so gut wie möglich und machen ihn noch magnetisch leitender. Dies reduziert den Verlust des Magnetkreises und verbessert seine Effizienz.
Der Stahl kann auch einer speziellen magnetischen Pulsbehandlung unterzogen werden, deren Ergebnis die Beseitigung von magnetischen Verzerrungen und die Verbesserung der magnetischen Leitfähigkeit ist. Dies reduziert auch die Verluste im Magnetdraht.
Als Ergebnis ist die richtige Wahl des Magnetkreismaterials und seiner Zusammensetzung ein wichtiger Faktor, der die Verluste im Magnetkreis bestimmt. Die Verwendung von Stahl mit optimaler Zusammensetzung und die Durchführung spezieller Behandlungen ermöglichen minimale Verluste und maximale Effizienz des Magnetkreises.
Die Dichte des magnetischen Flusses in der Magnetleitung
Die Verluste im Magnetkreisstahl hängen von der Dichte des magnetischen Flusses ab, da sie proportional zum Quadrat dieses Wertes sind (das Hopkins-Epp-Gesetz). Wenn die Dichte des magnetischen Flusses zunimmt, nehmen auch die Verluste in der Magnetleitung zu.
Hohe Verluste in der Magnetleitung können durch mehrere Faktoren verursacht werden, die die Dichte des magnetischen Flusses beeinflussen:
- Falsche Konstruktion des Magnetkreises, was zu unzureichender Partitionierung und Vorallokation des magnetischen Flusses führt;
- Eine unzureichende Auswahl des Magnetkreismaterials, das keine ausreichende Durchlässigkeit für den magnetischen Fluss bietet;
- Das Vorhandensein unerwünschter Defekte im Material des Magnetkreises, wie z. B. Mikrorisse oder Einschlüsse;
- Das Vorhandensein zusätzlicher Elemente, die zusätzliche magnetische Verluste verursachen, wie elektrische Leiter oder andere magnetische Materialien.
All diese Faktoren beeinflussen die Dichte des magnetischen Flusses in der Magnetleitung, was wiederum die Effizienz der Vorrichtung beeinflusst, in der diese Magnetleitung verwendet wird.
Form und Geometrie des Magnetkreises
Der erste wichtige Parameter ist die Länge des Magnetkreises. Je länger der Magnetkreis ist, desto größer ist der Verlust. Die Länge des Magnetkreises wird durch die Strukturgeometrie bestimmt und kann erhöht werden, indem mehrere Magnetkreisel in einer Reihe miteinander verbunden werden.
Der zweite Parameter ist die Querschnittsfläche des Magnetkreises. Je größer die Schnittfläche ist, desto geringer ist der Verlust im Stahl. Beachten Sie dabei, dass eine Erhöhung der Querschnittsfläche zu einer Gewichtszunahme der Struktur führen kann, was ein unerwünschter Faktor ist.
Der dritte Parameter ist die Form des Magnetkreises. Die optimale Form des Magnetkreises sollte dafür sorgen, dass das Magnetfeld gleichmäßig verteilt wird und die Querströme innerhalb des Stahls minimiert werden. Es wird empfohlen, eine rechteckige oder kreisförmige Form eines Magnetkreises zu verwenden.
Es sollte beachtet werden, dass die Form und Geometrie des Magnetkreises eng mit dem Herstellungsprozess und den Konstruktionsanforderungen der Vorrichtung verbunden sind. Bei der Konstruktion und Auswahl eines Magnetkreises müssen alle diese Parameter berücksichtigt werden, um eine maximale Arbeitseffizienz zu erreichen und Verluste im Stahl zu minimieren.
Das Vorhandensein von Widerständen in der Magnetleitung
Der Widerstand eines Magnetkreismaterials manifestiert sich in Form eines elektrischen Widerstands, der von seinen elektrischen und magnetischen Eigenschaften abhängt. Je höher der Widerstand des Materials ist, desto größer ist der Verlust im Magnetkreisstahl.
Kontaktwiderstände treten an den Verbindungsstellen verschiedener Teile des Magnetkreises auf. Sie entstehen durch Unvollkommenheiten von Verbindungen, das Vorhandensein von Oxiden und anderen Verunreinigungen. Kontaktwiderstände können signifikant sein und zu zusätzlichen Energieverlusten führen.
Der Widerstand zwischen den Kontakten der Erreger- und Messwicklungen ist ebenfalls signifikant und kann zu Energieverlusten führen. Diese Art von Widerstand tritt auf, weil die Kontakte und der Widerstand der Leiter nicht perfekt sind.
Um die Verluste im Magnetkreisstahl zu reduzieren, ist es notwendig, ein Material mit niedrigem elektrischen Widerstand zu verwenden, eine gute Verbindung verschiedener Teile des Magnetkreises zu gewährleisten und den Widerstand zwischen den Wicklungskontakten zu minimieren.
Die Frequenz des Wechselstroms, der durch den Magnetkreis fließt
Der Hauteffekt besteht darin, dass Wechselstrom dazu neigt, über die Oberfläche des Leiters und nicht über seinen gesamten Querschnitt zu fließen. Je höher die Stromfrequenz ist, desto geringer ist die Eindringtiefe des Stroms in den Leiter. Infolgedessen konzentrieren sich die durch WECHSELSTROM übertragene Energie und Leistung auf die Oberfläche des Leiters.
Der Grund für den Hauteffekt hängt mit der Induktivität des Magnetkreismaterials zusammen. Im Fall von Stahl ist die Induktivität einer der Hauptfaktoren, die den Energieverlust bestimmen. Sie entstehen durch den thermischen Widerstand des Stahlmaterials.
Der Hauteffekt wird besonders bei hohen Stromfrequenzen, z. B. in hochfrequenten Wechselstromsystemen oder in Transformatoren zur Übertragung von Elektrizität über große Entfernungen, von Bedeutung.
Daher ist es ratsam, einen niederfrequenten Wechselstrom zu verwenden, um die Verluste im Magnetkreisstahl zu minimieren. In einigen Fällen wird jedoch aufgrund bestimmter Anforderungen und Betriebsbedingungen ein hochfrequenter Wechselstrom verwendet.
Temperatur des Magnetkreises
Eine Erhöhung der Temperatur des Magnetkreises führt zu einer Erhöhung des Widerstandes gegen elektrischen Strom, was wiederum zu einer Erhöhung der Verluste im Leiter führt. Auch eine Erhöhung der Temperatur kann zu einer Veränderung der magnetischen Eigenschaften des Materials und zu zusätzlichen Verlusten führen.
Ein Temperaturanstieg kann jedoch auch zu einer Verbesserung der magnetischen Eigenschaften von Stahl führen, was zur Verringerung von Verlusten beitragen kann. Alles hängt vom spezifischen Material des Magnetkreises und seinen Parametern ab.
Daher ist die Überwachung und Aufrechterhaltung der optimalen Temperatur des Magnetkreises eine wichtige Aufgabe, um seinen effizienten Betrieb zu gewährleisten und Verluste zu minimieren.
