Qué es la pérdida por histéresis: factores y sus aplicaciones

El término Histéresis es una antigua palabra griega y su significado es retraso o deficiencia. Fue inventado por "Sir James Alfred Ewing" aproximadamente en el año 1890 para describir el comportamiento del material magnético. Sabemos que las pérdidas rotacionales se producen principalmente en todos los motores eléctricos al cambiar la potencia de eléctrica a mecánica. En general, estas pérdidas se clasifican en diferentes pérdidas: magnéticas, mecánicas, de cobre, de escobillas o pérdidas parásitas, según la causa fundamental y el mecanismo. Así, las pérdidas magnéticas son de dos tipos: histéresis y corrientes de Foucault. En este artículo se trata una visión general de las pérdidas por histéresis y los factores que las afectan.

¿Qué es la pérdida por histéresis?

Definición: La pérdida de histéresis puede ser causada por la magnetización y desmagnetización del núcleo cuando se suministra corriente en las direcciones de avance y retroceso. Cuando se aplica la fuerza de magnetización dentro del material magnético, las moléculas de éste se alinean en una dirección determinada. Esta fuerza puede invertirse en la dirección inversa; la reflexión interna de los imanes moleculares se resiste a la inversión del magnetismo, lo que da lugar a la histéresis magnética. La reflexión interna puede superarse utilizando la parte de la fuerza magnetizante.

Fórmula de pérdida por histéresis

La relación principal entre "H" (fuerza de magnetización), "B" (la densidad de flujo) se ilustra en la siguiente curva de histéresis. El área del bucle de histéresis muestra la energía necesaria para completar un ciclo completo de magnetización y desmagnetización. El área del bucle representa principalmente la energía perdida a lo largo de este proceso.

La ecuación de la pérdida de histéresis puede representarse con la siguiente ecuación

Pb = η*Bmaxn*f *V

A partir de la ecuación anterior

'Pb' es la pérdida por histéresis

η' es el coeficiente de histéresis de Steinmetz, que depende del material

'Bmax' es la densidad de flujo más alta

n' es el exponente de Steinmetz, según el material, oscila entre 1,5 y 2,5

'f' es la frecuencia de la inversión magnética por cada segundo.

'V' es el volumen de material magnético (m3).

La principal ventaja del bucle de histéresis es que el área del bucle de histéresis representa una baja pérdida de histéresis. Este bucle proporciona el valor de retentividad y coercitividad de un material. Por lo tanto, la forma de seleccionar el material ideal para construir un imán permanente, entonces el núcleo de la máquina será más fácil. A partir del gráfico B-H anterior, se determina el magnetismo remanente y, por tanto, la selección de un material es fácil para los electroimanes.

La magnitud de la pérdida de histéresis

La siguiente figura de la tira muestra un ciclo de magnetización del material magnético. A continuación se ilustra una pequeña tira con un grosor de dB sobre el bucle de histéresis.

Para cualquier valor de corriente (I), el valor del flujo equivalente es

Φ = B x A weber

Para la carga diminuta 'dϕ' es dB x A entonces el trabajo realizado puede darse como

dW = amperios de giro x cambio de flujo

dW = NI x (dB x A) Julios

dW = N (Hl/n) (dB x A) Julios

Donde H = NI/l

dW = H (Al) dB Julios

El trabajo completo realizado a lo largo de un ciclo total de magnetización puede obtenerse integrando la ecuación anterior a ambos lados

dW = H (Al) dB Julios

W = ∫H (Al) dB

W = Al ∫H dB Julios

A partir de la ecuación anterior, el área del bucle es 'ʃ HdB'

Por tanto, W=Al x el área del bucle de histéresis, de lo contrario el trabajo realizado por unidad de volumen es W/m3 es igual al área del bucle de histéresis en julios.

Si el número de ciclos de magnetización que se pueden realizar por cada segundo entonces la pérdida de histéresis/m3 = Un área de bucle de histéresis x f julios por segundo de lo contrario Watts

La pérdida de histéresis en el material magnético para cada unidad de volumen puede expresarse como sigue
Ph/m3 = Ƞ Bmax1,6 fV Vatios

A partir de la ecuación anterior

'Ph' es la pérdida de histéresis en vatios

ƞ' es la constante de histéresis en J/m3. Este valor depende principalmente de la naturaleza del material magnético.

bmax" es el valor más alto de la densidad del flujo dentro del material magnético en wb/m2

'f' es el número de ciclos de magnetización que se realiza por cada segundo

'V' es el volumen de material magnético en m3

Factores que afectan a la pérdida de histéresis

Hay diferentes tipos de factores que afectan a la pérdida por histéresis, como los siguientes

• El bucle de la histéresis es estrecho; el material se magnetizará muy fácilmente.
• Del mismo modo, si el material no se magnetiza fácilmente, el bucle de histéresis será grande.
• A diferentes valores de "B", los distintos materiales pueden saturarse, por lo que la altura del bucle se verá afectada.
• Este bucle depende principalmente de la naturaleza del material.
• El tamaño del bucle, así como su forma, depende principalmente de la primera posición de la probeta.

¿Cómo reducimos las pérdidas por histéresis?

Las pérdidas por histéresis pueden reducirse utilizando un material que tenga menos área del bucle de histéresis. Por tanto, para diseñar el núcleo de un transformador se puede utilizar acero de alto grado o de sílice, porque tiene un área extremadamente menor del bucle de histéresis.

Para reducir esta pérdida, se puede utilizar un material de núcleo especial que alcanza una densidad de flujo nula/no nula una vez que se elimina el flujo de corriente.

Estas pérdidas pueden disminuirse aumentando el número de láminas que se alimentan a través de menos huecos entre las placas. Las pérdidas por histéresis pueden disminuirse eligiendo un núcleo blando que tenga menos histéresis. El mejor ejemplo es el acero al silicio, etc. Estas pérdidas dependen principalmente de la densidad de flujo, del núcleo laminado y de la frecuencia.

Aplicaciones

El aplicaciones de la pérdida de histéresis incluyen las siguientes.

El bucle de histéresis proporciona los datos de coercitividad, retentividad, susceptibilidad, permeabilidad y pérdida de energía a lo largo de un único ciclo de magnetización para cada material ferromagnético. Por lo tanto, este bucle nos ayudará a elegir el material correcto y adecuado para un fin determinado. Algunos de los ejemplos de pérdida por histéresis son los imanes permanentes, los electroimanes y el núcleo del transformador.

• Se utilizan en los ferromagnetos.
• Los bucles de histéresis son importantes en el diseño de numerosos dispositivos eléctricos

Por lo tanto, esto es todo sobre una visión general de la pérdida de histéresis que incluye la fórmula, los factores y las aplicaciones. Las principales propiedades de estas pérdidas incluyen principalmente la Retentividad, el Flujo Residual, el Magnetismo Residual, la Fuerza Coercitiva, la Permeabilidad y la Reluctancia. Aquí tienes una pregunta, ¿cuál es la unidad de la pérdida por histéresis?