Hysterese-tab

Hysteresetab er energitab, der opstår i ferromagnetiske materialer som f.eks. jern, når de udsættes for et periodisk skiftende magnetfelt. De hører til de såkaldte jerntab og forekommer især i komponenter, der drives med elektrisk energi. Tabene skyldes, at magnetiseringen af et materiale ikke følger det eksterne magnetfelt direkte og uden tab. Denne effekt er kendt som hysterese. Den energi, der går tabt i processen, omdannes til varme.

Fysisk baggrund

Oprindelsen til hysteresetab ligger i fysikken i ferromagnetiske materialer. De består af magnetiske domæner, dvs. de mindste områder, hvor de magnetiske momenter er rettet ind i samme retning. Hvis der skabes et eksternt magnetfelt – f.eks. af en strøm, der løber i en spole – reagerer disse domæner på feltet.

Når en magnetiseringscyklus er afsluttet, beskriver den magnetiske fluxtæthed (B) en lukket kurve, hysteresesløjfen, som en funktion af den magnetiske feltstyrke (H). Dette er en grundlæggende funktion til at beskrive den magnetiske adfærd. Arealet af denne sløjfe svarer til den energi, der går tabt pr. cyklus.

Tab

Hysteresetabene er forårsaget af flere mikroskopiske processer i materialet. Bevægelsen af domænevæggene er særlig vigtig. De skal overvinde indre modstand forårsaget af materialedefekter eller spændinger.

Desuden roteres de magnetiske momenter i domænerne. Denne proces kræver også energi. Da disse processer ikke er helt reversible, går der energi tabt.

Disse tab forekommer sammen med andre typer tab, som f.eks. hvirvelstrømstab, og betragtes derfor ofte som en del af det samlede jerntab. Andre yderligere tab kan også opstå som følge af komplekse interaktioner i materialet.

Indflydelsesrige faktorer

Mængden af hysteresetab afhænger af forskellige faktorer. En nøglefaktor er det anvendte materiale. Særlige blødmagnetiske materialer som f.eks. transformerstål har lavere tab end hårdmagnetiske materialer.

Strømmens frekvens har også stor indflydelse. Jo hurtigere magnetfeltet ændrer sig, jo hyppigere opstår tabsmekanismen. Den maksimale magnetisering spiller også en rolle.

Temperatur, mekaniske spændinger og materialets kvalitet har også indflydelse på tabene. Disse faktorer undersøges ofte som en del af tekniske analyser og målinger inden for elektroteknik for præcist at kunne bestemme materialernes opførsel.

Betydning i praksis

Hysteresetab er relevante i mange tekniske anvendelser, især i transformere, elektriske motorer og generatorer. I alle disse enheder bruges strømmen til at generere magnetfelter, hvilket uundgåeligt resulterer i tab.

Det får systemerne til at varme op og reducere deres effektivitet. I industrielle anvendelser kan selv små tab have stor betydning, da de løber op over lange driftstider. Specielt fremstillede metalplader bruges ofte til at reducere det samlede tab.

At forstå denne fysiske effekt er derfor afgørende for udviklingen af effektive elektriske maskiner.

Reduktion af hysteresetab

Der bruges særlige materialer til at minimere tab, især blødmagnetiske legeringer som f.eks. siliciumstål. Disse materialer er kendetegnet ved en smal hysteresesløjfe og reducerer dermed energitabet.

Behandlingen af materialet spiller også en rolle. Indre spændinger kan reduceres gennem varmebehandling. Desuden optimeres komponenternes design for at minimere det samlede tab.

I praksis kombineres disse foranstaltninger ofte for at minimere jerntab, hvirvelstrømstab og yderligere tab.

Sammenfatning

Hysteresetab er en central del af jerntab i ferromagnetiske materialer. De er forårsaget af fysiske processer under ommagnetisering og fører til omdannelse af energi til varme. Effekten opstår overalt, hvor der genereres magnetfelter. Disse tab kan dog reduceres betydeligt gennem målrettet materialevalg, optimeret komponentfunktion og præcis måling – især inden for elektroteknik.