Mô hình hóa quá trình tự đốt nóng của cuộn cảm để nghiên cứu sự trao đổi điện từ - nhiệt

Bài viết này tập trung vào các ứng suất nhiệt trên vật liệu từ dưới nhiệt độ curie. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến tất cả các thuộc tính từ tính của vật liệu từ. Mô hình Jiles-atherton và mô hình ống từ thông được sử dụng để mô phỏng các đường cong từ trễ ở chế độ ổn định tĩnh và chế độ ổn định động của vật liệu từ ferit MnZn N30 (Epsco). Đối với mỗi nhiệt độ, sáu thông số của hai mô hình mô phỏng trên được tối ưu hóa từ các phép đo.

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) MODELING OF THE SELF-HEATING PROCESS OF AN INDUCTANCE TO STUDY THERMAL - MAGNETIC ELECTRIC EXCHANGES MƠ HÌNH HĨA Q TRÌNH TỰ ĐỐT NÓNG CỦA CUỘN CẢM ĐỂ NGHIÊN CỨU SỰ TRAO ĐỔI ĐIỆN - TỪ - NHIỆT Anh Tuan Bui - Tuan Anh Kieu Electric Power University Abstract: This paper focuses on thermal stresses on magnetic materials under Curie temperature The aim of this article is to study the influence of temperature on all standard static magnetic properties The Jiles-Atherton model and “flux tube” model are used in order to reproduce static and dynamic hysteresis loops for MnZn N30 (Epsco) alloy For each temperature, the six model parameters are optimized from measurements The model parameters variations are also discussed Finally, the electromagnetic model is associated with a simple thermal model to simulate energy exchanges among the three thermal - magnetic - electric areas towards self-heating process of an inductance The simulation outcomes will be compared with experimental results Keywords: Magnetic hysteresis; Magnetic materials; Modeling; Magneto-thermal coupling Tóm tắt: Bài viết tập trung vào ứng suất nhiệt vật liệu từ nhiệt độ Curie Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ đến tất thuộc tính từ tính vật liệu từ Mơ hình Jiles-Atherton mơ hình "ống từ thông" sử dụng để mô đường cong từ trễ chế độ ổn định tĩnh chế độ ổn định động vật liệu từ ferit MnZn N30 (Epsco) Đối với nhiệt độ, sáu thơng số hai mơ hình mơ tối ưu hóa từ phép đo Sự thay đổi thơng số hai mơ hình mơ tìm hiểu Cuối cùng, mơ hình điện từ kết hợp với mơ hình nhiệt đơn giản mơ trình tự trao đổi lượng ba lĩnh vực: điện - từ - nhiệt tượng tự đốt nóng cuộn cảm Kết mô so sánh với kết thực nghiệm Từ khóa: Từ trễ, vật liệu từ, mơ hình hóa, liên kết từ - nhiệt.1 Ngày nhận bài: 30/07/2015; Ngày chấp nhận: 03/08/2015; Phản biện: TS Nguyễn Đức Huy Số - tháng 10 năm 2015 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) INTRODUCTION The magnetic circuit in the electromagnetic system is a key element of an efficient energy conversion The optimization of the magnetic circuit geometry, the control of energy efficiency through the use of powerful magnetic materials and a thorough knowledge of their behavior, especially under high stress as temperatures and high frequencies that are meet more today The temperature at which occurs the disappearance of spontaneous magnetization is called the Curie temperature The effect is not as brutal as it seems The temperature increase leads to an evolution of the saturation magnetization, coercive field, remanent flux density, resistivity and magnetic losses, etc [4], [5] The objective of this study is to build a model as complete as possible to cover a wide class of samples of magnetic materials This model must take into account several aspects of the phenomena as the initial magnetization curve and the major loop The model should allow further integration of the evolution of the hysteresis loop based on temperature and frequency Finally, it must be fast enough for inclusion in design and simulation software The modeling of magnetic materials plays an important role in modeling systems in electromagnetism Many studies have shown that the mechanisms at the origin of the phenomenon of magnetization depends on many factors [4]: the material, the excitation field, the external conditions, From an experimental point of view, two operating regimes can be distinguished: the quasi-static and the dynamic one Below certain frequencies, the hysteresis loop does not depend on frequency The material is in a quasi-static mode Several models are proposed to describe this mode [1], [6] To meet out our objectives, we must have a model with a basic mathematical and physical enough flexibility and a complete implementation for the integration of additional parameters that take into account the temperature and frequency One of these models is characterized by a physical basis and theoretical particularly comprehensive This is the JilesAtherton model [1], [2] In dynamic regime, the hysteresis loop expands with the frequency increase that is the energy loss is high in dynamic mode This paper presents first the static and dynamic behaviors when the temperature increases It also presents the static hysteresis model and the dynamic model that can modelize the hysteresis characteristics of magnetic materials as a function of temperature The “flux tube” model [6] is used to model the dynamic behavior The MnZn N30 (Epcos) magnetic material is used here because this material has a low Curie temperature (around 1300C), so we can clearly see the change of factors: power loss, the magnetization, temperature, resistance In addition, this material is widely used in the fields of electrical, electronic, Finally, this material is used on self heating inductor to achieve a coupling Số - tháng 10 năm 2015 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) between three areas: electric - magnetic thermal THE “FLUX TUBE” MODEL dH The Jiles-Atherton model, based on physical considerations, is able to describe the quasi-static hysteresis loops It assumes that the exchange energy per unit volume is equal to the exchange of magnetostatic energy added by hysteresis loss The magnetization M is separated into two components: the reversible component Mrev and the irreversible component Mirr The irreversible component can be written as follows [1]: dM irr ( M an  M irr )  dH e k (1) where the constant k is related to the average energy density of Bloch walls The parameter δ takes the value when dH/dt >0 and the value -1 when dH/dt