Analiza przydatności metody histerezowej do wyznaczania strat mocy w rdzeniu ferromagnetycznym

• Autorzy: Detka Kalina , Górecki Krzysztof

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2022.09.30

Warianty tytułu

EN

Analysis the usefulness of the method of determining power losses in magnetic materials based on the measurement of the hysteresis loop surface area

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przeanalizowano przydatność metody wyznaczania strat mocy w materiałach magnetycznych bazującej na pomiarze pola powierzchni pętli histerezy. Dodatkowo zastosowano model Steinmetza w celu weryfikacji zakresu częstotliwości i amplitudy indukcji, dla których model ten pozwala na poprawne wyznaczenie strat mocy w materiale magnetycznym. Wykorzystując straty mocy w rdzeniu wyznaczone przy zastosowaniu metody histerezowej zbadano wpływ amplitudy indukcji magnetycznej na rezystancję termiczną rdzeni ferromagnetycznych. Do badań wykorzystano 2 rdzenie toroidalne o podobnych rozmiarach wykonane z różnych materiałów ferromagnetycznych, tj. sproszkowanego żelaza (-26) oraz ferrytu SM-100. Z przeprowadzonych badań wynika, że zastosowanie metody histerezowej powoduje nawet siedmiokrotne zawyżenie wartości strat mocy w rdzeniu. Obliczenia przy zastosowaniu modelu Steinmetza pozostają w dobrej zgodności z danymi katalogowymi dla rdzenia wykonanego ze sproszkowanego żelaza.

EN

The paper analyzes the usefulness of the method of determining power losses in magnetic materials based on the measurement of the hysteresis loop surface area. Additionally, the Steinmetz model was used to verify the range of frequency and the induction amplitude, for which this model allows for the correct determination of power losses in the magnetic material. Using the power losses in the core determined with the hysteresis method, the influence of the magnetic flux density on the thermal resistance of ferromagnetic cores was investigated. Two similar-sized toroidal cores made of different ferromagnetic materials (powdered iron (-26) and SM-100 ferrite) were used for the investigation. The obtained results show that the application of the hysteresis method causes even a sevenfold increase in the value of the power dissipated in the core. Calculations using the Steinmetz model are in good agreement with the catalog data for a core made of powdered iron.

Słowa kluczowe

PL

rdzeń ferromagnetyczny; strata mocy; pętla histerezy; transformator; rezystancja termiczna

EN

ferromagnetic core; power losses; hysteresis loop; transformer; thermal resistance

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2022
• Tom: R. 98, nr 9
• Strony: 139--142
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys.

Twórcy

autor

Detka Kalina

• Uniwersytet Morski w Gdyni, Wydział Elektryczny, Katedra Elektroniki Morskiej, ul. Morska 81-87, 81-225 Gdynia

• https://orcid.org/0000-0002-1584-3874

autor

Górecki Krzysztof

• Uniwersytet Morski w Gdyni, Wydział Elektryczny, Katedra Elektroniki Morskiej, ul. Morska 81-87, 81-225 Gdynia

• https://orcid.org/0000-0002-9857-8235

Bibliografia

• [1] Barlik R., Nowak M., Energoelektronika elementy podzespoły układy, Politechnika Warszawska, 2014
• [2] Tumański S., Handbook of Magnetic Measurements, Taylor and Francis Group, Boca Raton, 2011
• [3] Kazimierczuk M., High-Frequency Magnetic Components, Wiley, 2014
• [4] Górecki K., Zarębski J., Detka K.: Application of the Electrothermal Average Inductor Model for Analyses of Boost Converters, 2015 22nd International Conference Mixed Design of Integrated Circuits & Systems (Mixdes), 2015, 417 – 421.
• [5] Górecki K., Detka K., Górski K.: Compact Thermal Model of the Pulse Transformer Taking into Account Nonlinearity of Heat Transfer, Energies, 13 (2020), nr.11, 2766, doi: 10.3390/en13112766
• [6] Van den Bossche A., Valchev VC., Inductor and Transformers for Power Electronic, CRC Press, Taylor & Francis Group, 2005.
• [7] Steinmetz Ch.: On the law of hysteresis, Proceedings of theIEEE, Vol.: 72, No. 2, 1984, pp. 197 – 221, doi: 10.1109/PROC.1984.12842
• [8] Górecki K., Detka K.: Improved method for measuring power losses in the inductor core, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 70 (2021), 1500710, doi: 10.1109/TIM.2020.3031977.
• [9] Van den Bossche A., Valchev V.C., Van den Sype D. M., Van den Bossche L.P.: Ferrite losses of cores with square wave voltage and dc bias. Journal of Applied Physics No. 99, 2006, pp. 08M908-1 - 08M908-3.
• [10] Górecki K., Detka K.: Influence of Power Losses in the Inductor Core on Characteristics of Selected DC-DC Converters, Energies, 12 (2019), doi: 10.3390/en12101991
• [11] Barlik R., Nowak M., Grzejszczak P., Zdanowski M.: Estimation of power losses in a high-frequency planar transformer using a thermal camera. Archives of Electrical Engineering Vol. 65, No.3, 2016, pp.613-627.
• [13] Dane katalogowe materiału SM-100 https://en.aet.com.pl/Portals/en/ZelNet_HermesNet/ProductFiles/W%C5%81A%C5%9ACIWO%C5%9ACI%20MATERIA%C5%81U%20SM-100.pdf dostęp 22.04.2022
• [14] Dane katalogowe materiały (-26) https://feryster.pl/rdzenie-proszkowe-rtp, Dostęp 22.04.2022.
• [15] Górecki K., Detka K.: The parameters estimations of the electrothermal model of inductors, Informacije MIDEM, 45 (2015), nr. 1, 29-38.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).