Hystereze v elektrotechnice a elektronice: co to je

V elektrotechnice existují různá zařízení, jejichž princip je založen na elektromagnetických jevech. Tam, kde je jádro, na kterém je navinutá cívka z vodivého materiálu, jako je měď, jsou pozorovány interakce v důsledku magnetických polí. Jedná se o relé, spouštěče, stykače, motory a magnety. Mezi charakteristikami jader je taková charakteristika jako hystereze. V tomto článku se podíváme na to, co to je, a také na to, jaké jsou výhody a škody tohoto jevu.

Definice pojmu

Slovo "hystereze" má řecké kořeny, překládá se jako zaostávání nebo zaostávání. Tento termín se používá v různých oblastech vědy a techniky. V obecném smyslu pojem hystereze rozlišuje různé chování systému pod opačnými vlivy.

Dá se to říci i jednoduššími slovy. Řekněme, že existuje nějaký druh systému, který lze ovlivnit několika směry. Pokud se při působení na něj v dopředném směru po ukončení systém nevrátí do původního stavu, ale je ustaven v přechodném stavu - pak, aby se vrátil do původního stavu, je nutné jednat jiným směrem s nějakou silou. V tomto případě má systém hysterezi.

Někdy se tento jev používá pro užitečné účely, například pro vytváření prvků, které se spouštějí při určitých prahových hodnotách působících sil a pro regulátory. V ostatních případech má hystereze škodlivý vliv, uvažujme to v praxi.

Hystereze v elektrotechnice

V elektrotechnice je hystereze důležitou charakteristikou materiálů, ze kterých jsou vyrobena jádra elektrických strojů a přístrojů. Než začneme vysvětlovat, podívejme se na magnetizační křivku jádra.

Obraz na grafu tohoto druhu se také nazývá hysterezní smyčka.

Důležité! V tomto případě mluvíme o hysterezi feromagnetů, zde jde o nelineární závislost vnitřního magnetická indukce materiálu na hodnotě vnější magnetické indukce, která závisí na předchozím stavu živel.

Když proud protéká vodičem kolem druhého, magnetické a elektrické pole. Pokud drát namotáte do cívky a propustíte jím proud, získáte elektromagnet. Pokud vložíte jádro dovnitř cívky, zvýší se její indukčnost, stejně jako síly, které kolem ní vznikají.

Na čem hystereze závisí? V souladu s tím je jádro vyrobeno z kovu, jeho vlastnosti a magnetizační křivka závisí na jeho typu.

Pokud použijete např. kalenou ocel, tak bude hystereze širší. Při výběru tzv. měkkých magnetických materiálů se harmonogram zúží. Co to znamená a k čemu to je?

Faktem je, že když taková cívka pracuje v obvodu střídavého proudu, proud teče jedním nebo druhým směrem. V důsledku magnetické síly je pól neustále převrácen. U cívky bez jádra se to děje v principu současně, ale u jádra je to jinak. Postupně magnetizuje, zvětšuje se jeho magnetická indukce a postupně dosahuje téměř vodorovného řezu grafu, který se nazývá saturační řez.

Poté, pokud začnete měnit směr proudu a magnetické pole, jádro by mělo být znovu zmagnetizováno. Ale pokud prostě vypnete proud a tím odstraníte zdroj magnetického pole, jádro zůstane stále zmagnetizované, i když ne tolik. Na dalším grafu je to bod „A“. Chcete-li jej demagnetizovat do původního stavu, musíte vytvořit zápornou intenzitu magnetického pole. Toto je bod "B". V souladu s tím musí proud v cívce protékat v opačném směru.

Hodnota intenzity magnetického pole pro úplnou demagnetizaci jádra se nazývá koercitivní síla a čím menší je, tím lépe v tomto případě.

Obrácení magnetizace v opačném směru bude probíhat stejným způsobem, ale podél spodní větve smyčky. To znamená, že při provozu v obvodu střídavého proudu bude část energie vynaložena na obrácení magnetizace jádra. To vede k tomu, že účinnost elektromotoru a transformátoru klesá. V souladu s tím to vede k jeho zahřívání.

Důležité! Čím nižší je hystereze a koercitivní síla, tím nižší jsou reverzní ztráty magnetizace jádra.

Kromě výše uvedeného je hystereze charakteristická také pro činnost relé a dalších elektromagnetických spínacích zařízení. Například vypnutí a uzavření proudů. Když je relé vypnuté, aby fungovalo, musí být přiveden určitý proud. V tomto případě může být jeho přídržný proud v zapnutém stavu mnohem nižší než proud při zapnutí. Vypne se pouze tehdy, když proud klesne pod přídržný proud.

Hystereze v elektronice

V elektronických zařízeních je užitečná hlavně hystereze. Řekněme, že se to používá u prahových prvků, například komparátorů a Schmidtových spouštěčů. Níže se můžete podívat na graf jeho stavů:

To je nutné v těch případech, aby zařízení fungovalo při dosažení signálu X, poté může signál začít klesat a zařízení se nevypne, dokud signál neklesne na úroveň Y. Toto řešení se používá k potlačení odskoku kontaktu, rušení a náhodné výbuchy, stejně jako v různých regulátorech.

Například termostat nebo regulátor teploty. Obvykle je principem jeho činnosti vypnutí topného (nebo chladicího) zařízení v okamžiku, kdy teplota v místnosti nebo na jiném místě dosáhla předem stanovené úrovně.

Zvažme dvě možnosti, jak pracovat stručně a jednoduše:

1. Žádná hystereze. Zapínání a vypínání při dané teplotě. Jsou zde však nuance. Pokud nastavíte regulátor teploty na 22 stupňů a vytopíte místnost na tuto úroveň, tak jakmile bude v místnosti 22, vypne se a když opět klesne na 21, zapne se. To není vždy správné rozhodnutí, protože vaše ovládané zařízení se bude zapínat a vypínat příliš často. Navíc u většiny domácích a mnoha průmyslových úloh není potřeba tak přehledná regulace teploty.
2. S hysterezí. Pro vytvoření určité mezery v přípustném rozsahu nastavitelných parametrů se používá hystereze. To znamená, že pokud nastavíte teplotu na 22 stupňů, jakmile je dosaženo, ohřívač se vypne. Předpokládejme, že hystereze v regulátoru je nastavena na mezeru 3 stupňů, pak ohřívač začne znovu pracovat, až když teplota vzduchu klesne na 19 stupňů.

Někdy je tato mezera upravena podle vašeho uvážení. V jednoduchých konstrukcích se používají bimetalové desky.

Nakonec doporučujeme zhlédnout užitečné video, které vysvětluje, co je hystereze a jak ji můžete použít:

Zkoumali jsme jev a aplikaci hystereze v elektrotechnice. Sečteno a podtrženo: v elektrickém pohonu a transformátorech působí škodlivě, v elektronice a různých regulátorech také nachází své uplatnění. Doufáme, že poskytnuté informace byly pro vás užitečné a zajímavé!

Související materiály:

• Jak funguje magnetický startér
• Co jsou harmonické v elektrické síti
• Jak závisí odpor vodiče na teplotě?