เหล็กซิลิคอนหรือที่เรียกว่าเหล็กกล้าไฟฟ้าเป็นวัสดุสำคัญในอุตสาหกรรมไฟฟ้าเนื่องจากการสูญเสียแกนต่ำและการซึมผ่านของแม่เหล็กสูง หนึ่งในปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อประสิทธิภาพการทำงานคือการสูญเสียฮิสเทรีซิส ในฐานะซัพพลายเออร์เหล็กซิลิกอนการทำความเข้าใจวิธีการคำนวณการสูญเสีย hysteresis เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับทั้งเราและลูกค้าของเรา ในบล็อกนี้เราจะเจาะลึกลงไปในรายละเอียดของการคำนวณการสูญเสีย hysteresis ในเหล็กซิลิกอน
ทำความเข้าใจกับการสูญเสียฮิสเทรีซิส
การสูญเสีย Hysteresis เกิดขึ้นเมื่อวัสดุแม่เหล็กเช่นเหล็กซิลิกอนอยู่ภายใต้สนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลง กระบวนการดึงดูดและแม่เหล็กของวัสดุไม่ได้เป็นเส้นตรง เมื่อสนามแม่เหล็กเพิ่มขึ้นโดเมนแม่เหล็กในเหล็กซิลิกอนจัดเรียงกับสนาม อย่างไรก็ตามเมื่อสนามลดลงโดเมนจะไม่กลับสู่สถานะเดิมทันที ความล่าช้านี้ระหว่างการสะกดจิตและสนามแม่เหล็กนี้เรียกว่า hysteresis พลังงานที่กระจายไปในระหว่างกระบวนการนี้คือการสูญเสียฮิสเทรีซีสซึ่งถูกแปลงเป็นความร้อน
สมการของ Steinmetz สำหรับการคำนวณการสูญเสีย hysteresis
วิธีที่ใช้กันมากที่สุดในการคำนวณการสูญเสียฮิสเทรีซิสในเหล็กซิลิกอนคือสมการของสไตน์เมตซ์ สมการนี้ถูกเสนอโดย Charles Proteus Steinmetz ในปี 1892 และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายนับตั้งแต่นั้นมา สมการมีดังนี้:
[p_h = k_h f b_m^{n} v]
ที่ไหน:
- (P_H) คือการสูญเสีย hysteresis ในวัตต์ (w)
- (K_H) เป็นค่าสัมประสิทธิ์ฮิสเทอซิส Steinmetz ซึ่งเป็นค่าคงที่ที่ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของวัสดุของเหล็กซิลิกอน เกรดเหล็กซิลิกอนที่แตกต่างกันมีค่าที่แตกต่างกัน (k_h)
- (f) คือความถี่ของสนามแม่เหล็กสลับใน Hertz (Hz)
- (B_M) คือความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กสูงสุดใน Teslas (T)
- (n) เป็นเลขชี้กำลัง Steinmetz ซึ่งโดยทั่วไปจะอยู่ในช่วงตั้งแต่ 1.5 ถึง 2.5 สำหรับเหล็กซิลิกอน
- (v) เป็นปริมาตรของเหล็กซิลิกอนในลูกบาศก์เมตร ((M^3))
การกำหนดค่าสัมประสิทธิ์ Steinmetz และเลขชี้กำลัง
ค่าสัมประสิทธิ์ Steinmetz (K_H) และ exponent (n) เป็นพารามิเตอร์วัสดุเฉพาะ ค่าเหล่านี้มักจะถูกกำหนดผ่านการวัดการทดลอง ผู้ผลิตเหล็กซิลิกอนมักจะให้ค่าเหล่านี้ในแผ่นข้อมูลผลิตภัณฑ์ของพวกเขา ตัวอย่างเช่นหากคุณใช้เหล็กซิลิกอนเกรดเฉพาะจากผู้ผลิตที่รู้จักกันดีคุณสามารถค้นหาค่า (k_h) และ (n) ในเอกสารทางเทคนิค
ในการวัดค่าเหล่านี้การทดลองตัวอย่างของเหล็กซิลิกอนจะถูกวางไว้ในสนามแม่เหล็กที่มีความถี่ที่รู้จักและความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็กสูงสุด การสูญเสียพลังงานในตัวอย่างถูกวัดโดยใช้ Wattmeter โดยการเปลี่ยนแปลงความถี่และความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กและการบันทึกการสูญเสียพลังงานที่สอดคล้องกันสามารถรับชุดของจุดข้อมูลได้ จากนั้นโดยการพล็อตข้อมูลในสเกลบันทึก - บันทึกและทำการถดถอยเชิงเส้นค่าของ (k_h) และ (n) สามารถคำนวณได้
ตัวอย่างการคำนวณการสูญเสียฮิสเทรีซิส
สมมติว่าเรามีแกนเหล็กซิลิกอนที่มีพารามิเตอร์ต่อไปนี้:
- ค่าสัมประสิทธิ์ฮิสเทอซิส Steinmetz (K_H = 200) (หน่วยขึ้นอยู่กับระบบของหน่วยที่ใช้ที่นี่เราถือว่าชุด SI ที่สอดคล้องกัน)
- ความถี่ของสนามแม่เหล็กสลับ (F = 50) Hz (ซึ่งเป็นความถี่พลังงานมาตรฐานในหลายประเทศ)
- ความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็กสูงสุด (B_M = 1.5) T.
- Exponent Steinmetz (n = 1.6)
- ปริมาตรของแกนเหล็กซิลิกอน (v = 0.01) (M^3)
การใช้สมการของ Steinmetz (p_h = k_h f b_m^{n} v) เราแทนที่ค่า:
[p_h = 200 \ times50 \ times (1.5)^{1.6} \ times0.01]
ก่อนอื่นคำนวณ ((1.5)^{1.6} \ ประมาณ 1.93) จากนั้น (p_h = 200 \ times50 \ times1.93 \ times0.01 = 193) W.
ซึ่งหมายความว่าการสูญเสีย hysteresis ในแกนเหล็กซิลิคอนภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้คือ 193 วัตต์
ปัจจัยที่มีผลต่อการสูญเสียฮิสเทรีซิส
มีหลายปัจจัยที่อาจส่งผลกระทบต่อการสูญเสียฮิสเทรีซิสในเหล็กซิลิกอน
- ความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็ก: ดังที่แสดงในสมการของ Steinmetz การสูญเสีย hysteresis เป็นสัดส่วนกับ (b_m^{n}) ความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็กที่สูงขึ้นจะส่งผลให้สูญเสียฮิสเทรีซิสสูงขึ้น ดังนั้นในการใช้งานที่การลดการสูญเสียฮิสเทอรีซิสลดลงเป็นสิ่งสำคัญความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็กควรถูกเก็บไว้ให้ต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในขณะที่ยังคงปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพ
- ความถี่: การสูญเสีย hysteresis เป็นสัดส่วนโดยตรงกับความถี่ของสนามแม่เหล็กสลับ ในการใช้งานที่มีความถี่สูงเช่นในหม้อแปลงอิเล็กทรอนิกส์และตัวเหนี่ยวนำการสูญเสีย hysteresis สามารถสูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับการใช้งานความถี่ต่ำ
- คุณสมบัติของวัสดุ: องค์ประกอบและโครงสร้างจุลภาคของเหล็กซิลิกอนยังส่งผลต่อการสูญเสียฮิสเทรีซิส ตัวอย่างเช่นการเพิ่มซิลิคอนไปยังเหล็กสามารถลดการสูญเสีย hysteresis กระบวนการผลิตที่แตกต่างกันเช่นการกลิ้งเย็นและการหลอมสามารถเปลี่ยนโครงสร้างเมล็ดของเหล็กซิลิกอนซึ่งส่งผลกระทบต่อคุณสมบัติแม่เหล็กและการสูญเสีย hysteresis
แอพพลิเคชั่นในอุตสาหกรรมไฟฟ้า
เหล็กซิลิคอนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมไฟฟ้าและการทำความเข้าใจการสูญเสียฮิสเทรีซิสเป็นสิ่งสำคัญในการใช้งานเหล่านี้
- หม้อแปลงไฟฟ้า: หม้อแปลงเป็นหนึ่งในแอพพลิเคชั่นที่พบบ่อยที่สุดของเหล็กซิลิคอน ในหม้อแปลงแกนทำจากเหล็กซิลิกอน การลดการสูญเสีย hysteresis ในแกนกลางเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการปรับปรุงประสิทธิภาพของหม้อแปลง โดยการคำนวณการสูญเสีย hysteresis อย่างแม่นยำนักออกแบบสามารถเลือกเกรดเหล็กซิลิกอนที่เหมาะสมและเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบของหม้อแปลงเพื่อลดการสูญเสียพลังงาน
- มอเตอร์ไฟฟ้า: มอเตอร์ไฟฟ้ายังใช้เหล็กซิลิคอนในคอร์สเตอร์และแกนโรเตอร์ การสูญเสีย Hysteresis ในแกนสามารถลดประสิทธิภาพของมอเตอร์และเพิ่มอุณหภูมิการทำงาน โดยการคำนวณและลดการสูญเสีย hysteresis ประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของมอเตอร์สามารถปรับปรุงได้
ผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้องในอุตสาหกรรมเหล็ก
นอกเหนือจากเหล็กซิลิกอนแล้วยังมีผลิตภัณฑ์เหล็กประเภทอื่นที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่าง ๆ ตัวอย่างเช่น,แผ่นสแตนเลสที่มีลวดลายเป็นตัวเลือกยอดนิยมสำหรับการตกแต่งและโครงสร้างเนื่องจากมีลักษณะที่เป็นเอกลักษณ์และความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีAloy SSC - 6mo มีคุณภาพดีเยี่ยมเป็นโลหะผสมสแตนเลสสตีลที่มีประสิทธิภาพสูงซึ่งให้ความแข็งแรงและความต้านทานการกัดกร่อนที่ยอดเยี่ยมทำให้เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรงแผ่นเหล็ก DH32ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการต่อเรือด้วยความเหนียวสูงและการเชื่อมที่ดี
บทสรุป
การคำนวณการสูญเสีย hysteresis ในเหล็กซิลิคอนเป็นสิ่งสำคัญของอุตสาหกรรมไฟฟ้าและเหล็กกล้า ด้วยการใช้สมการของ Steinmetz และทำความเข้าใจกับปัจจัยที่มีผลต่อการสูญเสียฮิสเทรีซิสวิศวกรและนักออกแบบสามารถตัดสินใจได้อย่างชาญฉลาดเมื่อเลือกเหล็กซิลิคอนสำหรับการใช้งานของพวกเขา ในฐานะซัพพลายเออร์ซิลิคอนเหล็กเรามุ่งมั่นที่จะให้บริการผลิตภัณฑ์ที่มีคุณภาพสูงและการสนับสนุนทางเทคนิคแก่ลูกค้าของเรา หากคุณมีความสนใจในการซื้อเหล็กซิลิคอนหรือมีคำถามใด ๆ เกี่ยวกับการคำนวณการสูญเสียฮิสเทรีซิสโปรดติดต่อเราเพื่อการอภิปรายเพิ่มเติมและการเจรจาต่อรองการจัดซื้อจัดจ้าง
การอ้างอิง
- Steinmetz, CP (1892) "ตามกฎของการตีโพยตีพาย" การทำธุรกรรมของสถาบันวิศวกรไฟฟ้าอเมริกัน, 9, 33 - 52
- Grover, FW (1946) การคำนวณการเหนี่ยวนำ: สูตรการทำงานและตาราง Dover Publications
- Chikazumi, S. (1964) ฟิสิกส์ของแม่เหล็ก John Wiley & Sons
