Modelling the effect of excitation frequency on the shape of hysteresis loop in permalloy

• Autorzy: Jabłoński Paweł , Chwastek Krzysztof , Najgebauer Mariusz , Kusiak Dariusz , Szczegielniak Tomasz , Koprivica Branko , Rosić Marko , Divac Srdjan

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2024.10.31

Warianty tytułu

PL

Modelowanie wpływu częstotliwości wzbudzenia na kształt pętli histerezy w permaloju

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the paper the effect of excitation frequency on the shape of hysteresis loops in permalloy was investigated and modelled. Two models were considered – one based on effective field with term depending on magnetization derivative, and the other based on viscosity-related equation superimposed over a static hysteresis model. In the first approach only a qualitative agreement with measurements was obtained, whereas the second one offers a better agreement, although it exhibits specific anvil-like distortion in the second and the fourth quadrant of the H-B coordinate system. The "anvils” are a direct consequence of singularity in the viscosity equation when saturation is approached.

PL

W artykule zbadano i zamodelowano wpływ częstotliwości wymuszenia na kształt pętli histerezy permaloju. Rozważano dwa modele – jeden oparty na polu efektywnym ze składnikiem zależnym od pochodnej namagnesowania, drugi oparty na równaniu lepkościowym nałożonym na model histerezy statycznej. W pierwszym podejściu uzyskano jedynie jakościową zgodność z pomiarami, natomiast drugie oferuje lepszą zgodność, choć z pojawiają się w nim pętle z „kowadłami” w drugiej i czwartej ćwiartce układu współrzędnych H-B. „Kowadła” te są bezpośrednią konsekwencją osobliwości w równaniu lepkościowym w stanie nasycenia.

Słowa kluczowe

EN

magnetic hysteresis; effective field; viscosity-like equation; T(x) model; permalloy

PL

histereza magnetyczna; pole efektywne; równanie lepkościowe; model T(x); permaloj

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 100, nr 10
• Strony: 160--163
• Opis fizyczny: Bibliogr. 29 poz., rys.

Twórcy

autor

Jabłoński Paweł

• Politechnika Częstochowska, Wydział Elektryczny, Al. Armii Krajowej 17, 42-201 Częstochowa

• https://orcid.org/0000-0002-2912-9639

autor

Chwastek Krzysztof

• Politechnika Częstochowska, Wydział Elektryczny, Al. Armii Krajowej 17, 42-201 Częstochowa

• https://orcid.org/0000-0002-2294-9976

autor

Najgebauer Mariusz

• Politechnika Częstochowska, Wydział Elektryczny, Al. Armii Krajowej 17, 42-201 Częstochowa

• https://orcid.org/0000-0001-9441-1924

autor

Kusiak Dariusz

• Politechnika Częstochowska, Wydział Elektryczny, Al. Armii Krajowej 17, 42-201 Częstochowa

• https://orcid.org/0000-0001-9349-1934

autor

Szczegielniak Tomasz

• Politechnika Częstochowska, Wydział Elektryczny, Al. Armii Krajowej 17, 42-201 Częstochowa

• https://orcid.org/0000-0002-1864-1135

autor

Koprivica Branko

• University of Kragujevac, Faculty of Technical Sciences Čačak, Svetog Save 65, 32102, Čačak, Serbia

• https://orcid.org/0000-0001-5014-6866

autor

Rosić Marko

• University of Kragujevac, Faculty of Technical Sciences Čačak, Svetog Save 65, 32102, Čačak, Serbia

• https://orcid.org/0000-0001-7846-7004

autor

Divac Srdjan

• University of Kragujevac, Faculty of Technical Sciences Čačak, Svetog Save 65, 32102, Čačak, Serbia

• https://orcid.org/0000-0002-7093-9529

Bibliografia

• [1] C. S. S chneider , S. W. Winchel l , Hysteresis in conductive materials, Physica B, 372 (2006), 269-272
• [2] E. Dlala, A. Belahcen, J. Pippuri , A. Arkkio, Interdependence of hysteresis and eddy-current losses in laminated magnetic cores of electrical machines, IEEE Trans. Magn., 46 (2010), No. 2, 306-309
• [3] M. Pet run, K. Chwas tek , D. Dol inar , Hysteresis loops of a resistance spot welding transformer, COMPEL, 32 (2013), No. 4, 1404-1416
• [4] K. Chwastek , The Effects of Sheet Thickness and Excitation Frequency on Hysteresis Loops of Non-Oriented Electrical Steel, Sensors, 22 (2022), No. 20, 7873
• [5] K. Chwastek, M. Najgebauer, P. Jabłoński, T. Szczegielniak, D. Kusiak, B. Koprivica, M. Rosić , S. Di vac , Modeling Dynamic Hysteresis Curves in Amorphous Magnetic Ribbons, Appl. Sci., 13 (2023), No. 16, 9134
• [6] K. Chwastek, P. Jabłoński , D. Kus iak, T. Szczegielniak, V. Kotlan, P. Karban, The effective field in the T(x) model, Energies, 16 (2023), No.5, 2237
• [7] K. Chwastek, B. Kopri v i c a , M. Ros i ć, R. Gozdur, P. Gębara, Modelling hysteresis loops of non-oriented electrical steel, Przegl. Elektrotechn., 99 (2023), No. 11, 221- 223
• [8] S. E. Z i r ka, Y. I. Moroz , P. Mar ketos , A. J. Moses , Dynamic hysteresis modelling, Physica B, 343 (2004), 90-95
• [9] S. E. Z i r ka, Y. I. Moroz , P. Mar ketos , A. J. Moses , A Viscous-Type Dynamic Hysteresis Model as a Tool for Loss Separation in Conducting Ferromagnetic Laminations, IEEE Trans. Magn., 41 (2005), No.3, 1109-1111
• [10] S. E. Zi r ka, Y. I. Moroz , S. Steent jes , K. Hameyer , K. Chwastek, S. Zurek, R. G. Harrison, Dynamic magnetization models for soft ferromagnetic materials with coarse and fine domain structures, J. Magn. Magn. Mater., 394 (2015), 229-236
• [11] J. Takács , Mathematics of hysteretic phenomena. Wiley- VCH, Weinheim 2003
• [12] P. Weis s , L’hypothèse du champ moléculaire et la propriété ferromagnétique, J. Phys. Theor. Appl., 6 (1907), 661-690
• [13] M. Fabr i z io, C. Giorgi, A. Mor ro, A thermodynamic approach to ferromagnetism and phase transitions, Int. J. Eng. Sci., 47 (2009), 821–839
• [14] P. Andrei , A. Stancu, H. Hauser, P. Fulmek, Temperature, stress, and rate dependent numerical implementation of magnetization processes in phenomenological models, J. Optoelectr. Adv. Mater., 9 (2007),1137-1139
• [15] K. Chwas tek, Higher order reversal curves in some hysteresis models, Arch. Electr. Eng., 61 (2012), No. 4, 455- 470
• [16] K. Chwas tek , A dynamic extension to the Takács model, Physica B, 405 (2010), 3800-3802
• [18] J. K rah, A. J. Bergqvi s t , Numerical Optimization of a Hysteresis Model, Physica B 343 (2004), 35-38
• [19] M. Sablik, R. A. Langman, Approach to the anhysteretic surface, J. Appl. Phys., 79 (1996), 6134–6136
• [20] J. Takác s , Mathematical proof of the definition of anhysteretic state, Physica B, 372 (2006), 57-60
• [21] D. C. Jiles, D. L. Atherton, Theory of ferromagnetic hysteresis, J. Magn. Magn. Mater. 61 (1986), 48-60
• [22] S. E. Zirka, Y. I. Moroz, R. G. Harrison, K. Chwastek, On Physical Aspects of the Jiles-Atherton Hysteresis Models, J. Appl. Phys., 112 (2012), 043916
• [23] R. Jastrzębs ki , K. Chwas tek , Comparison of macroscopic descriptions of magnetization curves, ITM Web of Conferences, 15 (2017), 03003
• [24] https://www.dierk-raabe.com/electrical-steels-fe-3-si/
• [25] R. M. Bozor th, Ferromagnetism, Van Nostrand, New York 1951
• [26] R. M. Bozor th, The permalloy problem. Review of Modern Physics, 25 (1953), 42-48
• [27] A. T. Engl ish, G. Y. Chin, Metallurgy and magnetic properties control in permalloy, Journal of Applied Physics, 38 (1967), 1183-1187
• [28] J . Szczygłows ki , Modelowanie obwodu magnetycznego o jednorodnej i niejednorodnej strukturze materiałowej (Modeling of magnetic circuit with homogeneous and non-homogeneous material structure - in Polish), Seria Monografie nr 80, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa, 2001
• [29] T. Waeckerlé, A. Demi e r , F. Godard , H. Fraisse, Evolution and recent developments of 80%Ni permalloys, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 505 (2020), 166635

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2025).