Magnetische eigenschappen

Presentatie over: "Magnetische eigenschappen"— Transcript van de presentatie:

1 Magnetische eigenschappen
behoort bij open leertaak OT 6.3.1 © friesland college 1999

2 Menu Kies een onderwerp Wervelstroomverliezen Kernmaterialen
Hysteresisverliezen Stoppen Magnetische afscherming

3 We nemen een spoel met daarin een metalen kern.
Hysteresisverliezen Om te weten wat hysteresisverliezen zijn moeten we eerste weten wat magnetische hysteresis is. We nemen een spoel met daarin een metalen kern.

4 Hysteresisverliezen Weissgebieden zijn willekeurig gericht
Als er geen stroom door de spoel loopt zijn de magnetische gebiedjes (weiss-gebieden) in de kern niet gericht. Ze wijzen in willekeurige richtingen en er is geen uitwendig magnetisch veld.

5 Hysteresisverliezen N S I
Wanneer we een stroom door de spoel laten lopen ontstaat er wél een magnetisch veld met links de noord- en rechts de zuidpool

6 De weissgebieden worden hierdoor gericht
Hysteresisverliezen N S I Weissgebieden worden gericht De weissgebieden worden hierdoor gericht

7 De weissgebieden worden hierdoor gericht
Hysteresisverliezen N S I Weissgebieden worden gericht De weissgebieden worden hierdoor gericht

8 We kunnen dat weergeven in een grafiek
Hysteresisverliezen Spoel met ijzer B (fluxdichtheid) N S Luchtspoel I H (is afhankelijk van I) Doordat de weissgebeiden het magnetisch veld meehelpen krijgen we een grotere magnetische fluxdichtheid dan zonder ijzer. We kunnen dat weergeven in een grafiek

9 Sommige blijven staan, anderen veren
Hysteresisverliezen N S Sommige blijven staan, anderen veren terug Maken we de stroom weer 0, dan blijven sommige weissgebieden staan en anderen “veren” terug

10 Sommige blijven staan, anderen veren
Hysteresisverliezen N S Sommige blijven staan, anderen veren terug Maken we de stroom weer 0, dan blijven sommige weissgebieden staan en anderen “veren” terug

11 Hysteresisverliezen N S
Spoel met ijzer B (fluxdichtheid) N S Remanent magnetisme Luchtspoel H (is afhankelijk van I) H = 0 want I = 0 De kern blijft een beetje magnetisch. We noemen dit remanent magnetisme. Kijk naar de grafiek

12 Nu laten we de stroom de andere kant op lopen
Hysteresisverliezen I Nu laten we de stroom de andere kant op lopen

13 Hysteresisverliezen S N I Er ontstaat rechts een noordpool
De weissgebieden keren helemaal om Er ontstaat rechts een noordpool Alle weissgebiedjes moeten nu worden omgedraaid.

14 Hysteresisverliezen S N I Er ontstaat rechts een noordpool
De weissgebieden keren helemaal om Er ontstaat rechts een noordpool Alle weissgebiedjes moeten nu worden omgedraaid.

15 In de grafiek ziet dat er zo uit.
Hysteresisverliezen Spoel met ijzer B (fluxdichtheid) S N Luchtspoel I H (is afhankelijk van I) In de grafiek ziet dat er zo uit.

16 Hysteresisverliezen N S I I
B (fluxdichtheid) N S I H (is afhankelijk van I) I Keren we nu de stroomvoortdurend om, zoals bij een wisselstroom, dan geeft de grafiek dit te zien.

17 Klik op de startbutton voor een animatie van dit verschijnsel
Hysteresisverliezen B (fluxdichtheid) N S I H (is afhankelijk van I) I Klik op de startbutton voor een animatie van dit verschijnsel start

18 Hysteresisverliezen B (fluxdichtheid) H (is afhankelijk van I) I

19 Hysteresisverliezen B (fluxdichtheid) N S I H (is afhankelijk van I) I

20 Hysteresisverliezen B (fluxdichtheid) N S I H (is afhankelijk van I) I

21 Hysteresisverliezen B (fluxdichtheid) N S H (is afhankelijk van I) I

22 Hysteresisverliezen B (fluxdichtheid) S N I H (is afhankelijk van I) I

23 Hysteresisverliezen B (fluxdichtheid) S N H (is afhankelijk van I) I

24 Hysteresisverliezen B (fluxdichtheid) N S I H (is afhankelijk van I) I

25 Hysteresisverliezen N S I Animatie herhalen B (fluxdichtheid) H
(is afhankelijk van I) I Animatie herhalen

26 Het ompolen van de weissgebieden kost energie
Hysteresisverliezen I Het ompolen van de weissgebieden kost energie

27 Hysteresisverliezen I De kern wordt warm

28 Hysteresisverliezen I
De elektrische energie wordt dus niet helemaal gebruikt voor het magnetische veld. De ontwikkelde warmte is puur verlies. We noemen deze verliezen hysteresisverliezen.

29 Hysteresisverliezen Hier zijn de magnetiseringsgrafieken gegeven van
B (fluxdichtheid) B (fluxdichtheid) H (is afhankelijk van I) H (is afhankelijk van I) De kleine lus De grote lus Hier zijn de magnetiseringsgrafieken gegeven van 2 verschillende kernmaterialen. Bij welk materiaal denk je dat de hysteresisverliezen het grootst zijn?

30 Hysteresisverliezen Weinig hysteresis verlies Veel hysteresis verlies
B (fluxdichtheid) B (fluxdichtheid) Veel weissgebeiden blijven gericht H (is afhankelijk van I) H (is afhankelijk van I) Er is een grote kracht nodig om ze om te polen Goed! De verliezen worden veroorzaakt door het ompolen van de weissgebieden. Hoe meer weissgebeiden er gericht blijven (remanent magnetisme) en hoe groter de kracht (veldsterkte) die nodig is om ze om te polen, des te meer energie is er nodig.

31 Hysteresisverliezen Weinig hysteresis verlies Veel hysteresis verlies
B (fluxdichtheid) B (fluxdichtheid) Veel weissgebeiden blijven gericht H (is afhankelijk van I) H (is afhankelijk van I) Er is een grote kracht nodig om ze om te polen Fout! De verliezen worden veroorzaakt door het ompolen van de weissgebieden. Hoe meer weissgebeiden er gericht blijven (remanent magnetisme) en hoe groter de kracht (veldsterkte) die nodig is om ze om te polen, des te meer energie is er nodig.

32 Hysteresisverliezen I +
Ja Is er ook sprake van wervelstroomverliezen als we de spoel op een constante gelijkspanning aansluiten? Nee

33 Goed Hysteresisverliezen I +
De hysteresisverliezen worden veroorzaakt door het ompolen van de gebieden. Bij een gelijkstroom blijven de gebieden in dezelfde richting staan. Er wordt niks omgepoold. Geen verliezen dus.

34 Fout Hysteresisverliezen I +
De hysteresisverliezen worden veroorzaakt door het ompolen van de gebieden. Bij een gelijkstroom blijven de gebieden in dezelfde richting staan. Er wordt niks omgepoold. Geen verliezen dus.

35 Hysteresisverliezen Dit is het laatste scherm van dit onderwerp.
Ga door met het volgende onderwerp of keer terug naar het menu

36 Wervelstroomverliezen
F I Wervelstroomverliezen worden veroorzaakt door wervelstromen. We gaan eerst eens kijken wat wervelstromen zijn en hoe ze worden veroorzaakt

37 Wervelstroomverliezen
We nemen en magnetisch circuit dat door een spoel wordt gemagnetiseerd. Dit kan b.v. een onderdeel van een transformator of een motor zijn.

38 Wervelstroomverliezen
Op de spoel sluiten we een wisselspanning aan

39 Wervelstroomverliezen
F Hierdoor ontstaat in de kern een wisselend magnetisch veld F

40 Wervelstroomverliezen
IJzer is een goede magnetische geleider IJzer is een goede elektrische geleider F De kern is van ijzer. IJzer geleidt magnetische veldlijnen goed. Maar ook kan er elektrische stroom in een kern lopen.

41 Wervelstroomverliezen
F Daar het magnetische veld verandert van grootte, is de kern eigenlijk een geleider in een wisselend magnetisch veld. Hierin wordt een inductiestroom opgewekt die de oorzaak van zijn ontstaan tegen werkt.

42 Wervelstroomverliezen
F De rode cirkel geeft deze stroom weer. We noemen dit een wervelstroom

43 Wervelstroomverliezen
F 90º F De wervelstroom loopt in een vlak dat haaks (onder een hoek van 90º) staat op de richting van het magnetische veld.

44 Wervelstroomverliezen
wervelstromen F doorsnede De wervelstromen lopen altijd haaks op de richting van het magnetische veld.

45 Wervelstroomverliezen
wervelstromen F doorsnede De wervelstromen lopen altijd haaks op de richting van het magnetische veld.

46 Wervelstroomverliezen
F De kern wordt warm Wervelstromen lopen dus door het ijzer van de kern. Volgens de formule P = I² x R wordt er dus energie ontwikkeld in de vorm van warmte.

47 Wervelstroomverliezen
F De kern wordt warm Deze warmteontwikkeling is puur verlies van energie: we noemen dit de wervelstroomverliezen

48 F Wervelstroomverliezen I Wat kunnen we eraan doen?
Om wervelstromen te voorkomen moeten we het de stroom moeilijk maken. Dit kan op verschillende manieren.

49 F Wervelstroomverliezen I R groter dan I kleiner
1. Verhoog de elektrische weerstand van de kern Door aan het ijzer b.v. silicium toe te voegen neemt de elektrische weerstand toe. De wervelstromen nemen af want I = U / R.

50 F Wervelstroomverliezen I
1. Verhoog de elektrische weerstand van de kern Ook kunnen we als kernmateriaal ferriet gebruiken. Zie het onderdeel kernmaterialen.

51 F Wervelstroomverliezen I isolatie 2. We kunnen de kern lamelleren
Door de kern op te bouwen uit allemaal plaatjes (lamellen) die onderling geïsoleerd zijn kunnen er geen grote wervelstromen lopen.

52 Wervelstroomverliezen
2. We kunnen de kern lamelleren Je ziet hier duidelijk de lamellen

53 Wervelstroomverliezen
Een vraag Kijk goed naar deze drie spoelen. Klik op de spoelkern die onjuist is gelamelleerd

54 Wervelstroomverliezen
Goed gelamelleerd Fout gelamelleerd Goed gelamelleerd F wervelstroom Goed geantwoord De wervelstromen lopen altijd haaks op het magnetische veld. In de linkse figuur helpt de elektrische isolatie daar niet tegen. In de beide andere figuren wel.

55 Wervelstroomverliezen
Goed gelamelleerd Fout gelamelleerd Goed gelamelleerd F wervelstroom Fout geantwoord De wervelstromen lopen altijd haaks op het magnetische veld. In de linkse figuur helpt de elektrische isolatie daar niet tegen. In de beide andere figuren wel.Dus de spoel die jij aanklikte is goed gelamelleerd. Kijk nog eens goed.

56 Wervelstroomverliezen
Nog een vraag Moet een spoel die op gelijkspanning wordt aangesloten ook worden gelamelleerd? Ja Nee

57 Wervelstroomverliezen
Lamelleren is niet nodig E = N x DF / Dt Is bij gelijkspanning 0 Goed geantwoord In een spoel op gelijkspanning is een constant magnetisch veld aanwezig. Als er geen veldverandering is wordt er ook geen inductiespanning gegenereerd! Er lopen dan ook geen wervelstromen.

58 Wervelstroomverliezen
Lamelleren is niet nodig E = N x DF / Dt Is bij gelijkspanning 0 Fout geantwoord In een spoel op gelijkspanning is een constant magnetisch veld aanwezig. Als er geen veldverandering is wordt er ook geen inductiespanning gegenereerd! Er lopen dan ook geen wervelstromen.

59 Wervelstroomverliezen
Gelijkstroommotoren hebben b.v. een gietijzeren stator Wisselstroommotoren hebben een gelammelleerde stator

60 Wervelstroomverliezen
Dit is het laatste scherm van dit onderwerp. Ga door met het volgende onderwerp of keer terug naar het menu

61 Kernmaterialen Michael Faraday ( ) construeerde de eerste motor en de eerste transformator (plaatje)

62 We kennen magnetisch harde en magnetisch zachte materialen
Kernmaterialen Magnetisch harde materialen zijn permanente magneten voorbeelden: bismanol en ferroxdure We kennen magnetisch harde en magnetisch zachte materialen

63 Magnetisch harde en materialen
Kernmaterialen Br Belangrijk bij magnetisch harde materialen is het grote remanente magnetisme Br (hoeveel magnetisme blijft er achter) Magnetisch harde en materialen

64 Voor beide geldt: Hoe groter hoe beter!
Kernmaterialen Br Belangrijk bij magnetisch harde materialen is het grote remanente magnetisme Br (hoeveel magnetisme blijft er achter) Hc Voor beide geldt: Hoe groter hoe beter! En de veldsterkte die nodig is om dit remanente magnetisme ongedaan te maken. We noemen dit de coërcitieve veldsterkte Hc Magnetisch harde materialen

65 We kennen magnetisch harde en magnetisch zachte materialen
Kernmaterialen Magnetisch zachte materialen zijn goed magnetiseerbaar. We kunnen ze gebruiken voor de stator en rotor van motoren en als kernmateriaal voor transformatoren voorbeelden: dynamoplaat en ijzer-nikkellegeringen We kennen magnetisch harde en magnetisch zachte materialen

66 Kernmaterialen Belangrijk is dat de ijzerverliezen laag zijn.
Dus zowel lage wervelstroomverliezen…... Magnetisch zachte materialen

67 Kernmaterialen Belangrijk is dat de ijzerverliezen laag zijn.
Dus zowel lage wervelstroomverliezen…... …….als lage hysteresisverliezen Magnetisch zachte materialen

68 De ijzerverliezen bestaan dus uit wervelstroom- en hysteresisverliezen
Kernmaterialen PFe = PW + PH De ijzerverliezen bestaan dus uit wervelstroom- en hysteresisverliezen

69 Kernmaterialen Ferriet kraal Ferrietkern in instelbare spoel
Een speciaal kernmateriaal is ferriet

70 Kernmaterialen Ferriet is een keramisch materiaal. Het heeft een hoge elektrische weerstand. Daarom treden er geen wervelstromen op en is het materiaal zeer geschikt voor hoogfrequente toepassingen. Een veel gebruikt ferriet is ferroxcube Een speciaal kernmateriaal is ferriet

71 Dynamostaal gelamelleerd
Kernmaterialen Dynamostaal gelamelleerd Enkele voorbeelden

72 Kernmaterialen Ringkern van ferriet Enkele voorbeelden

73 Hoogfrequent trafo op ringkern
Kernmaterialen Hoogfrequent trafo op ringkern Enkele voorbeelden

74 Kernmaterialen Rechte ferrietkern Enkele voorbeelden

75 Kernmaterialen Potkern van ferriet Enkele voorbeelden

76 Kernmaterialen Dit is het laatste scherm van dit onderwerp.
Ga door met het volgende onderwerp of keer terug naar het menu

77 Magnetische afscherming
Apparaat 1 Apparaat 2 Als 2 apparaten bij elkaar staan, en een ervan wekt een magnetisch veld op, dan kan het andere apparaat daar hinder van ondervinden.

78 Magnetische afscherming
Een voedingstrafo kan bijvoorbeeld een magnetisch strooiveld leveren dat bij een microfoon(snoer) een storingssignaal opwekt. We horen een 50 Hz brom.

79 Magnetische afscherming
Om dit te voorkomen moeten we de zaak magnetisch afschermen

80 Magnetische afscherming
Bijvoorbeeld door een stalen kast

81 Magnetische afscherming
Aan de hoeveelheden straling die een apparaat mag veroorzaken worden tegenwoordig hoge eisen gesteld. We noemen dit EMC normen (elektromagnetische compatibiliteit)

82 Magnetische afscherming
bron: Magnetische stralingsmeting bij een videocamera

83 Magnetische afscherming
Hoe werkt magnetisch afscherming? F ijzer Stel we brengen een stuk ijzer in een magnetisch veld

84 Magnetische afscherming
Hoe werkt magnetisch afscherming? F ijzer Het ijzer heeft een mr waarde van b.v D.w.z dat het het magnetische veld 1000 x beter geleidt dan de lucht eromheen.

85 Magnetische afscherming
Hoe werkt magnetisch afscherming? F ijzer Het magnetische veld kiest de weg van de minste weerstand en zal door het ijzer gaan lopen.

86 Magnetische afscherming
Hoe werkt magnetisch afscherming? F Moeten we een elektronisch apparaat afschermen van magnetische velden, dan plaatsen we hieromheen een plaatstalen kast

87 Magnetische afscherming
Hoe werkt magnetisch afscherming? F Moeten we een elektronisch apparaat afschermen van magnetische velden, dan plaatsen we hieromheen een plaatstalen kast

88 Magnetische afscherming
Hoe werkt magnetisch afscherming? F Het magnetische veld zal weer de weg van de minste weerstand kiezen

89 Magnetische afscherming
Hoe werkt magnetisch afscherming? F Binnen de afscherming heerst er geen magnetisch veld. De storende invloed is hiermee verdwenen.

90 Magnetische afscherming
Goed magnetisch afschermingsmateriaal heeft een hoge mr waarde i.v.m. het goed geleiden van het magnetische veld. We gebruiken magnetisch geleidende metalen, zoals ijzer en nikkel, maar bij voorkeur de speciaal hiervoor ontwikkelde metalen hipernik en mumetaal. Een metaal als koper is ongeschikt. Het geleidt de elektrische stroom goed maar magnetisme heel slecht.

91 Magnetische afscherming
Dit is het laatste scherm van dit onderwerp en van het instructieprogramma. Keer terug naar het menu

92