利用BH磁化的直流电动机磁滞损耗解码曲线

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寻找金属项目的合适材料和过程?您可以了解铁磁性材料的性质经过研究其磁滞回路。您还可以了解如何最大限度地减少直流机器中的损失(也可能甚至是ACS!)。

滞后回路表示感应磁通密度(B)和磁化力(H)之间的关系。这就是臭名昭着的BH曲线来自的地方。我们将在一分钟内更详细地解释字母汤。

如果您完全熟悉电磁材料,请忘记这篇文章。但是,如果您对磁滞后环路如何适用于粉末金属和项目,请阅读。

直流电机磁滞损耗:磁畴理论

在讨论典型的BH曲线之前,值得短暂的覆盖磁畴理论。这将是快速的 - 承诺!

磁畴与所有金属的晶粒结构类似,较小。将它们视为材料内的迷你磁铁。

域在非磁化的情况下随机定向铁磁材料有效地取消任何净磁矩。

完全磁饱和的材料将在一个方向上排列所有域(假设到本页的顶部)。完全退磁的材料将在页面的两个维度中随机定向各种域,互相取消。显然,磁性是一种3D现象,但仍然可以应用相同的类比。

这与BH磁化曲线有何相关?

BH曲线(基本上是另一种说明滞后回路的方式)表示实现一定水平的磁感应(Y轴)所需的必要施加的场(X轴)。就域理论而言,微观域在所施加的场的方向上重新定位,从而克服它们的一些随机取向。

当应用足够的字段时,所有域将以一个方向导向金属将达到磁饱和度。应用领域的进一步增加不会改变域方向。

因此,磁性不是材料的任何大规模变化,而是一种微观磁性畴的音乐椅。

直流电机图中的滞后损失

下图表是代表大多数铁磁性材料(在测试前完全退磁或磁性退火)。

这表明电流诱导样品材料上的磁通量。随着电流的增加,感应磁通量也增加。在施加的场的正常水平上,当该字段减小到零时,在样品中存在一些残留的磁性。它需要相反方向的一定程度的电流,以有效地消除材料。

这种缺乏可逆性称为滞后;它实际上意味着一些能量损失在磁化 - 去磁循环期间。这就是当施加电流减小到零时未回溯初始磁化曲线的原因。滞后是恒定的,直流机器中的恒定损耗是低效率的公式。

直流电机磁滞损耗 -  BH磁化曲线
那么滞后损失取决于哪些因素是什么?让我们首先打破这个图表的每个元素,显示磁性材料的BH曲线:

●μ.最大限度——初始磁化曲线的斜率称为“µ”,即材料的磁导率。通常一种材料的特征是具有最大的渗透性,μ.最大限度。这只是磁化曲线的瞬时最大斜率。

●BR.- 当施加的场关闭时给定条件的残余磁力。相对于我们之前谈过的域,这表示由于应用领域的结果重新定向了多少个域。

●HMAX.- 磁力(在奥斯特队中测量)。这测量了金属内施加的最大磁性强度。

Bmax- 磁通量密度(在千山斯中测量)。这被定义为垂直于磁通方向拍摄的区域中的磁通量。

●感应水平- 由外部场磁化材料的水平。在Gauss,Kilogauss或Tesla中测量。

●HC.- 这矫顽力。如果您有希望从加到零逆转的材料,这是您必须进入它的能量。数量越低,你必须消耗的能量越少。

●应用领域- 您必须进入多少电流(AKA能量)以获得一定的电压?在奥斯特斯衡量。

●Visa Bar.- 一个完美的材料将在此图表上无限且无限地下降,没有扩大。这在身体上不可能,所以这个酒吧是一种衡量材料有多好的衡量标准。

注意BH曲线在X轴方面和下方具有镜像外观。这意味着电流的方向不会改变磁性行为。

h(在o oSted)=(电流在放大器x 1.777 x次数的次数)/磁路长度

虽然上面的曲线用于直流磁性测试;它还可以用于评估AC应用,例如感应电动材料中的滞后损失。在许多情况下,AC曲线将相对于DC BH曲线开始扭曲。这种失真是用测试材料产生的涡流的结果。

留在滞后循环

滞后回路表明,磁化更容易含有大颗粒的材料。

更具体地,更重要的是,对于一种材料软磁性,其滞后环应尽可能薄,高。对于您的材料,这意味着:

  • 低强制力
  • 高磁渗透性
  • 高饱和感应值

由于硬磁性材难以消磁,因此它们的外部磁场将无限期地持续(至少直到外部源去除它们)。因此,它们用于永久磁化是必须的应用:

  • 内存设备
  • 扬声器
  • 传感器
  • 磁记录

对于软磁铁,它们容易磁化和去磁化的能力使其成为AC和DC应用的理想候选者。上面的“bh”曲线是一个评估磁性能的方法两种DC和AC条件中的材料。它很有用,因为它很快显示了材料的磁性性能,并且可以容易地将其与其他物质进行比较。

软磁材料在变压器和电感器中看到核心广泛使用增强和/或引导产生的磁通量。称为磁芯期间磁芯中的能量耗散,称为磁化和退磁周期核心损失。这些损失对硬磁铁来说不是一个大问题,但它们是对软磁应用的效率至关重要- 和可以用适当的方法选择。想象一下,对定子核心损失急性控制!

直流电机磁滞损耗 - 滞后线图

所示的M47和M19所示的数据基于单个层压。但是,大多数电机定子都没有由单张制成。阅读更多以了解与层压组件相比的单板叠片。

滞后损失

核心损失通常分为三种类型:

  • 滞后损失
  • 涡流损失
  • 电线损失

滞后损失在磁化 - 退磁回路下来回源自畴壁的运动。金属块中的杂质,缺陷和其他特征的存在可以增加这些损失。它们与所施加的场的频率表现出线性关系。

涡流损失是铁磁性材料的AC应用期间产生的损失。将它们视为材料对变化磁场的阻力。具体地,涡流反对交流电并用铁磁材料产生热量。当您上运行频率时,这些损失可能会变得显着。

电线损失作为名称意味着,通过加热铜线产生的低效率。在这种加热过程中消耗能量。考虑这种损失的一种方法是在很长一段时间后,家用延长线如何变热。但是,与延长线不同,AC器件中的铜损耗是在设计中的。

软磁电机材料效益

现在,如何最小化或降低滞后丢失?粉末冶金吸引了工程师和购买者的兴趣寻求开发新型和先进的电磁产品适用于AC和DC应用。DC应用最好由烧结的软磁材料提供。AC应用最好使用软磁复合材料来实现。

不管怎样,粉末冶金因为其低生产成本、最小的材料浪费和易于回收而获得了自己的优势。铁基复合材料在电子设备(如马达)中的应用越来越受到人们的关注,部分原因在于其各种令人印象深刻的性能。

SMCS.拥有层压钢板的几个优点,例如:

  • 易于塑造(AC和DC应用)
  • 如何降低涡流损耗的优异解决方案(AC / SMC应用)
  • 高磁导率(DC /烧结磁性应用)
  • 电阻率较高(AC / SMC应用)


BH磁化曲线:粉末金属Vs.电动钢

看看差异BH曲线电钢叠片和软磁复合材料(SMC):

BH磁化曲线 - 软磁复合VS层压钢

在上图中,层压钢实际上是烧结纯铁材料,其密度为7.2g /cm³。外带是磁性复合材料具有较低的渗透性,并且需要更多的电流来实现相同的感应水平;SMC的明确缺点。

这就是为什么你听到SMCS相对于钢叠层具有更高滞后损失的批评。假设滞后损耗为频率的第一功率产生热量。

但滞后损失只是总损失的一个组成部分在交流设备中。第二,并且通常更有影响,损失是所谓的涡流损失。这些是施加的交流电流引起铁磁材料内的循环电流的结果。

假设涡流损耗以产生与升高到第二电源的操作频率成比例的热量。这意味着涡流损耗通常在较高频率下更大。

笔记:上面未提及的一种磁性质量?饱和感应,或最大磁通物料可以存储。这是密度的函数。处理不会改变这种特征。)

通过频率比较BH磁化曲线

相当于最近的实验工作已经看过不同频率的SMC材料的滞后曲线。目标?看看BH曲线如何改变形状的变化频率。以下图表显示了BH曲线如何在不同的频率上比较:

BH磁化曲线 - 软磁复合材料乘频率我们是什么思考该图表表明是,对于软磁粉末材料,每个频率的BH的形状和相对位置几乎完全彼此完全一致。这意味着所测试频率下的SMC的主要损耗几乎完全是滞后损失。

是的,完全消除所有涡流损失是不可能的,但这些是SMC的次要贡献,这是他们预期的设计
限制。这就是为什么SMC优于高频应用中的层压钢。

现在,让我们考虑如何改善BH曲线所代表的各种磁性的磁性 - 因此提高您的产品性能

组件渗透性

您可以通过以下方式提高组件渗透率

  • 越来越密度
  • 用磷或硅合金化铁
  • 在烧结过程中最小化任何碳或氮素拾取物
  • 提高铁的纯度
  • 最小化零件的任何后续处理(尺寸,加工等)

这些品质中的一些适用于软磁复合材料和烧结软磁。如果该部件确实需要二次处理,则可以退火部分以避免相关的不利影响。

最大诱导材料

您可以通过以下方式提高最大归纳:

  • 增加部分密度
  • 提高铁材料的纯度
  • 最小化任何后续处理

残余磁性

通过提高渗透性的相同因素可以改善残留磁性(HR)。也称为剩磁,它可用于在磁存储装置中提供磁存储器。

强制力

您可以降低强制力:

  • 用磷或硅合金化
  • 在烧结过程中最小化任何碳或氮素拾取物
  • 最小化任何后续处理

想要在软磁材料上深入了解?

软磁复合材料的品质以及它们是否适合您的设计需求在滞后环中高度反映。

如果您需要更多帮助了解磁性和材料选择如何影响您的产品的性能,请与我们联系

如果您或您的工程团队希望对磁性和材料进行更多的研究,请尝试对磁性和粉末金属的关系进行这些额外的材料,加上我们的免费可视视图和SMC和电机效率。

新的呼叫动作

(编者注:本文最初发布于2018年11月,最近已更新。)

话题:粉末冶金磁性特性电机


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