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

behoort bij open leertaak OT 6.3.1

© friesland college 1999

Magnetischeeigenschappe

n

Magnetischeeigenschappe

n

MenuMenu

HysteresisverliezenHysteresisverliezen

KernmaterialenKernmaterialen

StoppenStoppenMagnetische afschermingMagnetische afscherming

WervelstroomverliezenWervelstroomverliezen

Kies een onderwerpKies een onderwerp


Om te weten wat hysteresisverliezen zijn moeten we eerste weten wat magnetische hysteresis is.

We nemen een spoel met daarin een metalen kern.

Om te weten wat hysteresisverliezen zijn moeten we eerste weten wat magnetische hysteresis is.

We nemen een spoel met daarin een metalen kern.


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.

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.

Weissgebieden zijn willekeurig

gericht


Wanneer we een stroom door de spoel laten lopen ontstaat er wél een magnetisch veld met links de

noord- en rechts de zuidpool

Wanneer we een stroom door de spoel laten lopen ontstaat er wél een magnetisch veld met links de

noord- en rechts de zuidpool

N S

I


De weissgebieden worden hierdoor gerichtDe weissgebieden worden hierdoor gericht

N S

I

Weissgebieden worden gericht


Doordat de weissgebeiden het magnetisch veld meehelpen krijgen we een grotere magnetische

fluxdichtheid dan zonder ijzer.We kunnen dat weergeven in een grafiek

Doordat de weissgebeiden het magnetisch veld meehelpen krijgen we een grotere magnetische

fluxdichtheid dan zonder ijzer.We kunnen dat weergeven in een grafiek

N S

ILuchtspoel

Spoel met ijzer

H(is afhankelijk van I)

B(fluxdichtheid)


Maken we de stroom weer 0, dan blijven sommige weissgebieden staan en anderen “veren” terug

Maken we de stroom weer 0, dan blijven sommige weissgebieden staan en anderen “veren” terug

N S

Sommige blijven staan, anderen veren

terug


De kern blijft een beetje magnetisch.We noemen dit remanent magnetisme.

Kijk naar de grafiek

De kern blijft een beetje magnetisch.We noemen dit remanent magnetisme.

Kijk naar de grafiek

N S

Luchtspoel

Spoel met ijzer


B(fluxdichtheid)

Remanent magnetisme

H = 0want I = 0


Nu laten we de stroom de andere kant op lopenNu laten we de stroom de andere kant op lopen

I


Er ontstaat rechts een noordpoolAlle weissgebiedjes moeten nu worden omgedraaid.

Er ontstaat rechts een noordpoolAlle weissgebiedjes moeten nu worden omgedraaid.

S N

IDe weissgebieden keren

helemaal om


In de grafiek ziet dat er zo uit.In de grafiek ziet dat er zo uit.

S N

I

Luchtspoel

Spoel met ijzer


B(fluxdichtheid)


Keren we nu de stroomvoortdurend om, zoals bij een wisselstroom, dan geeft de grafiek dit te zien.

Keren we nu de stroomvoortdurend om, zoals bij een wisselstroom, dan geeft de grafiek dit te zien.

N S

I H(is afhankelijk van I)

B(fluxdichtheid)

I


Klik op de startbutton voor een animatie van dit verschijnsel

Klik op de startbutton voor een animatie van dit verschijnsel

N S


B(fluxdichtheid)

I

start



B(fluxdichtheid)

I


N S


B(fluxdichtheid)

I


S N


B(fluxdichtheid)

I

I


S N


B(fluxdichtheid)

I


N S


B(fluxdichtheid)

I


N S


B(fluxdichtheid)

I

Animatie herhalen


Het ompolen van de weissgebieden kost energie Het ompolen van de weissgebieden kost energie

I


I

De kern wordt warm


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

hysteresisverliezen.

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

hysteresisverliezen.

I


Hier zijn de magnetiseringsgrafieken gegeven van 2 verschillende kernmaterialen.

Bij welk materiaal denk je dat de hysteresisverliezen het grootst zijn?

Hier zijn de magnetiseringsgrafieken gegeven van 2 verschillende kernmaterialen.

Bij welk materiaal denk je dat de hysteresisverliezen het grootst zijn?


B(fluxdichtheid)


B(fluxdichtheid)

De kleine lus De grote lus


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.

Goed!De verliezen worden veroorzaakt door het ompolen van de weissgebieden. Hoe meer weissgebeiden er gericht blijven (remanent magnetisme) en hoe groter de kracht



B(fluxdichtheid)


B(fluxdichtheid)

Veel weissgebeidenblijven gericht

Er is een grote kracht nodig om ze om te polen

Weinig hysteresis verlies Veel hysteresis verlies


Fout!De verliezen worden veroorzaakt door het ompolen van de weissgebieden. Hoe meer weissgebeiden er gericht blijven (remanent magnetisme) en hoe groter de kracht


Fout!De verliezen worden veroorzaakt door het ompolen van de weissgebieden. Hoe meer weissgebeiden er gericht blijven (remanent magnetisme) en hoe groter de kracht



B(fluxdichtheid)


B(fluxdichtheid)

Veel weissgebeidenblijven gericht

Er is een grote kracht nodig om ze om te polen

Weinig hysteresis verlies Veel hysteresis verlies


I

Is er ook sprake van wervelstroomverliezen als we de spoel op een constante gelijkspanning aansluiten?

Is er ook sprake van wervelstroomverliezen als we de spoel op een constante gelijkspanning aansluiten?

+

Ja

Nee


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.



+

Goed


I +

Fout






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

naar het menu


naar het menu


Wervelstroomverliezen worden veroorzaakt door wervelstromen. We gaan eerst eens kijken wat

wervelstromen zijn en hoe ze worden veroorzaakt

Wervelstroomverliezen worden veroorzaakt door wervelstromen. We gaan eerst eens kijken wat

wervelstromen zijn en hoe ze worden veroorzaakt

I


We nemen en magnetisch circuit dat door een spoel wordt gemagnetiseerd.

Dit kan b.v. een onderdeel van een transformator of een motor zijn.

We nemen en magnetisch circuit dat door een spoel wordt gemagnetiseerd.

Dit kan b.v. een onderdeel van een transformator of een motor zijn.


Op de spoel sluiten we een wisselspanning aan Op de spoel sluiten we een wisselspanning aan


Hierdoor ontstaat in de kern een wisselend magnetisch veld

Hierdoor ontstaat in de kern een wisselend magnetisch veld


De kern is van ijzer. IJzer geleidt magnetische veldlijnen goed.

Maar ook kan er elektrische stroom in een kern lopen.

De kern is van ijzer. IJzer geleidt magnetische veldlijnen goed.

Maar ook kan er elektrische stroom in een kern lopen.

IJzer is een goedemagnetische geleider

IJzer is een goedeelektrische geleider


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.

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.


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

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


De wervelstroom loopt in een vlak dat haaks (onder een hoek van 90º) staat op de richting van het

magnetische veld.

De wervelstroom loopt in een vlak dat haaks (onder een hoek van 90º) staat op de richting van het

magnetische veld.

90º


De wervelstromen lopen altijd haaks op de richting van het magnetische veld.

De wervelstromen lopen altijd haaks op de richting van het magnetische veld.

doorsnede

wervelstromen


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.

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.

De kern wordt warm


Deze warmteontwikkeling is puur verlies van energie:we noemen dit de wervelstroomverliezen

Deze warmteontwikkeling is puur verlies van energie:we noemen dit de wervelstroomverliezen

De kern wordt warm


Om wervelstromen te voorkomen moeten we het de stroom moeilijk maken. Dit kan op verschillende

manieren.

Om wervelstromen te voorkomen moeten we het de stroom moeilijk maken. Dit kan op verschillende

manieren.

I

Wat kunnen we eraan doen?


Door aan het ijzer b.v. silicium toe te voegen neemt de elektrische weerstand toe. De wervelstromen nemen af

want I = U / R.

Door aan het ijzer b.v. silicium toe te voegen neemt de elektrische weerstand toe. De wervelstromen nemen af

want I = U / R.

I

1. Verhoog de elektrische weerstand van de kern

R groter dan I kleiner


Ook kunnen we als kernmateriaal ferriet gebruiken. Zie het onderdeel kernmaterialen.

Ook kunnen we als kernmateriaal ferriet gebruiken. Zie het onderdeel kernmaterialen.

I

1. Verhoog de elektrische weerstand van de kern


Door de kern op te bouwen uit allemaal plaatjes (lamellen) die onderling geïsoleerd zijn kunnen er geen

grote wervelstromen lopen.

Door de kern op te bouwen uit allemaal plaatjes (lamellen) die onderling geïsoleerd zijn kunnen er geen

grote wervelstromen lopen.

I

2. We kunnen de kern lamelleren

isolatie


Je ziet hier duidelijk de lamellenJe ziet hier duidelijk de lamellen

2. We kunnen de kern lamelleren


Kijk goed naar deze drie spoelen.Klik op de spoelkern die onjuist is gelamelleerd

Kijk goed naar deze drie spoelen.Klik op de spoelkern die onjuist is gelamelleerd

Een vraag


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.


tegen. In de beide andere figuren wel.

Goed geantwoord

Fout gelam

elleerd

Goed gelamelleerd

Goed gelamelleerd

wervelstroom



tegen. In de beide andere figuren wel.Dus de spoel die jij aanklikte is goed gelamelleerd. Kijk nog eens goed.


tegen. In de beide andere figuren wel.Dus de spoel die jij aanklikte is goed gelamelleerd. Kijk nog eens goed.

Fout geantwoord

Fout gelam

elleerd

Goed gelamelleerd

Goed gelamelleerd

wervelstroom


Moet een spoel die op gelijkspanning wordt aangesloten ook worden gelamelleerd?

Moet een spoel die op gelijkspanning wordt aangesloten ook worden gelamelleerd?

Nog een vraag

Ja Nee


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.



Goed geantwoord

E = N x / t

Is bij gelijkspanning 0

Lamelleren is niet nodig






Fout geantwoord

E = N x / t

Is bij gelijkspanning 0

Lamelleren is niet nodig


Wisselstroommotoren hebben een gelammelleerde

stator

Gelijkstroommotoren hebben b.v. een gietijzeren

stator



naar het menu


naar het menu


Michael Faraday (1791-1867) construeerde de eerste motor en de eerste transformator (plaatje)

Michael Faraday (1791-1867) construeerde de eerste motor en de eerste transformator (plaatje)


We kennen magnetisch harde en magnetisch zachte materialen


Magnetisch harde materialen zijn permanente magnetenvoorbeelden: bismanol en

ferroxdure


Magnetisch harde en materialenMagnetisch harde en materialen

Belangrijk bij magnetisch harde materialen is het grote remanente magnetisme Br

(hoeveel magnetisme blijft er achter)

BrBr


Magnetisch harde materialenMagnetisch harde materialen

Belangrijk bij magnetisch harde materialen is het grote remanente magnetisme Br

(hoeveel magnetisme blijft er achter)

BrBr

En de veldsterkte die nodig is om dit remanente magnetisme

ongedaan te maken. We noemen dit de coërcitieve

veldsterkte Hc

HcHcVoor beide geldt:

Hoe groter hoe beter!




Magnetisch zachte materialen zijn goed magnetiseerbaar. We kunnen ze gebruiken voor de stator en rotor van motoren en als

kernmateriaal voor transformatorenvoorbeelden: dynamoplaat en ijzer-

nikkellegeringen


Magnetisch zachte materialenMagnetisch zachte materialen

Belangrijk is dat de ijzerverliezen laag zijn.

Dus zowel lage wervelstroomverliezen…

...


Magnetisch zachte materialenMagnetisch zachte materialen

Belangrijk is dat de ijzerverliezen laag zijn.

Dus zowel lage wervelstroomverliezen…

...…….als lage

hysteresisverliezen


De ijzerverliezen bestaan dus uit wervelstroom- en hysteresisverliezen

De ijzerverliezen bestaan dus uit wervelstroom- en hysteresisverliezen

PFe = PW + PH


Een speciaal kernmateriaal is ferrietEen speciaal kernmateriaal is ferriet

Ferrietkern in instelbare spoel

Ferriet kraal


Een speciaal kernmateriaal is ferrietEen speciaal kernmateriaal is ferriet

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


Enkele voorbeeldenEnkele voorbeelden

Dynamostaalgelamelleerd



Ringkern van ferriet



Hoogfrequent trafo op ringkern



Rechte ferrietkern



Potkern van ferriet



naar het menu


naar het menu

Magnetische afschermingMagnetische afscherming

Als 2 apparaten bij elkaar staan, en een ervan wekt een magnetisch veld op, dan kan het andere apparaat

daar hinder van ondervinden.

Als 2 apparaten bij elkaar staan, en een ervan wekt een magnetisch veld op, dan kan het andere apparaat

daar hinder van ondervinden.

Apparaat 1 Apparaat 2


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

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


Om dit te voorkomen moeten we de zaak magnetisch afschermen

Om dit te voorkomen moeten we de zaak magnetisch afschermen


Bijvoorbeeld door een stalen kastBijvoorbeeld door een stalen kast


Aan de hoeveelheden straling die een apparaat mag veroorzaken worden tegenwoordig hoge eisen gesteld.

We noemen dit EMC normen (elektromagnetische compatibiliteit)

Aan de hoeveelheden straling die een apparaat mag veroorzaken worden tegenwoordig hoge eisen gesteld.

We noemen dit EMC normen (elektromagnetische compatibiliteit)


Magnetische stralingsmeting bij een videocameraMagnetische stralingsmeting bij een videocamera

bron: http://www.dare.nl


Stel we brengen een stuk ijzer in een magnetisch veldStel we brengen een stuk ijzer in een magnetisch veld

Hoe werkt magnetisch afscherming?

ijzer


Het ijzer heeft een r waarde van b.v. 1000.D.w.z dat het het magnetische veld 1000 x beter

geleidt dan de lucht eromheen.

Het ijzer heeft een r waarde van b.v. 1000.D.w.z dat het het magnetische veld 1000 x beter

geleidt dan de lucht eromheen.


ijzer


Het magnetische veld kiest de weg van de minste weerstand en zal door het ijzer gaan lopen.

Het magnetische veld kiest de weg van de minste weerstand en zal door het ijzer gaan lopen.


ijzer


Moeten we een elektronisch apparaat afschermen van magnetische velden, dan plaatsen we hieromheen een

plaatstalen kast

Moeten we een elektronisch apparaat afschermen van magnetische velden, dan plaatsen we hieromheen een

plaatstalen kast



Het magnetische veld zal weer de weg van de minste weerstand kiezen

Het magnetische veld zal weer de weg van de minste weerstand kiezen



Binnen de afscherming heerst er geen magnetisch veld. De storende invloed is hiermee verdwenen.

Binnen de afscherming heerst er geen magnetisch veld. De storende invloed is hiermee verdwenen.



Goed magnetisch afschermingsmateriaal heeft een hoge

r 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.

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.

Een metaal als koper is ongeschikt. Het geleidt de elektrische stroom goed maar magnetisme heel slecht.


Dit is het laatste scherm van dit onderwerp en van het instructieprogramma.

Keer terug naar het menu

Dit is het laatste scherm van dit onderwerp en van het instructieprogramma.

Keer terug naar het menu

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

Documents

Transcript of behoort bij open leertaak OT 6.3.1 © friesland college 1999 Magnetische eigenschappen.