Hysterese in Elektrotechnik und Elektronik: Was ist das?

In der Elektrotechnik gibt es verschiedene Geräte, deren Prinzip auf elektromagnetischen Phänomenen beruht. Bei einem Kern, auf den eine Spule aus leitfähigem Material wie Kupfer gewickelt ist, werden Wechselwirkungen aufgrund von Magnetfeldern beobachtet. Dies sind Relais, Starter, Schütze, Motoren und Magnete. Unter den Eigenschaften der Kerne gibt es eine solche Eigenschaft wie Hysterese. In diesem Artikel werden wir uns ansehen, was es ist und was die Vor- und Nachteile dieses Phänomens sind.

Begriffsdefinition

Das Wort "Hysterese" hat griechische Wurzeln, es bedeutet verzögert oder verzögert. Dieser Begriff wird in verschiedenen Bereichen der Wissenschaft und Technik verwendet. Im Allgemeinen unterscheidet der Begriff der Hysterese das unterschiedliche Verhalten des Systems unter gegensätzlichen Einflüssen.

Das kann man auch einfacher sagen. Nehmen wir an, es gibt eine Art System, das in mehrere Richtungen beeinflusst werden kann. Wenn das System beim Einwirken in Vorwärtsrichtung nach Beendigung nicht in den ursprünglichen Zustand zurückkehrt, sondern sich in einem Zwischenzustand befindet - dann muss man, um in seinen ursprünglichen Zustand zurückzukehren, in eine andere Richtung mit durch irgendeine Kraft. In diesem Fall hat das System eine Hysterese.

Manchmal wird dieses Phänomen zu nützlichen Zwecken verwendet, um beispielsweise Elemente zu erstellen, die bei bestimmten Schwellenwerten der wirkenden Kräfte und für Regler ausgelöst werden. In anderen Fällen wirkt sich die Hysterese nachteilig aus, betrachten wir dies in der Praxis.

Hysterese in der Elektrotechnik

In der Elektrotechnik ist die Hysterese ein wichtiges Merkmal der Werkstoffe, aus denen die Kerne elektrischer Maschinen und Apparate bestehen. Bevor wir mit der Erklärung beginnen, schauen wir uns die Magnetisierungskurve des Kerns an.

Ein Bild auf einem solchen Graphen wird auch als Hystereseschleife bezeichnet.

Wichtig! In diesem Fall sprechen wir von der Hysterese von Pheromagneten, hier handelt es sich um eine nichtlineare Abhängigkeit des internen die magnetische Induktion des Materials vom Wert der äußeren magnetischen Induktion, die vom vorherigen Zustand abhängt Element.

Fließt Strom durch einen Leiter um diesen herum, entsteht ein magnetisches und elektrisches Feld. Wenn Sie den Draht zu einer Spule wickeln und einen Strom durch ihn leiten, erhalten Sie einen Elektromagneten. Wenn Sie einen Kern in die Spule stecken, erhöht sich seine Induktivität und die um ihn herum auftretenden Kräfte.

Wovon hängt die Hysterese ab? Dementsprechend besteht der Kern aus Metall, seine Eigenschaften und der Magnetisierungsverlauf hängen von seiner Art ab.

Wenn Sie beispielsweise gehärteten Stahl verwenden, ist die Hysterese breiter. Bei der Auswahl sogenannter weichmagnetischer Materialien wird der Zeitplan enger. Was bedeutet das und wozu dient es?

Tatsache ist, dass beim Betrieb einer solchen Spule in einem Wechselstromkreis der Strom in die eine oder andere Richtung fließt. Als Ergebnis und Magnetkraft wird der Pol ständig invertiert. Bei einer Spule ohne Kern geschieht dies im Prinzip gleichzeitig, bei einem Kern ist es anders. Es magnetisiert sich allmählich, seine magnetische Induktion nimmt zu und erreicht allmählich einen fast horizontalen Abschnitt des Graphen, der als Sättigungsabschnitt bezeichnet wird.

Wenn Sie danach beginnen, die Richtung des Stroms und des Magnetfelds zu ändern, sollte der Kern neu magnetisiert werden. Aber wenn Sie nur den Strom abschalten und damit die Quelle des Magnetfelds entfernen, bleibt der Kern immer noch magnetisiert, wenn auch nicht so stark. Auf dem nächsten Diagramm ist dies Punkt "A". Um es in seinen ursprünglichen Zustand zu entmagnetisieren, müssen Sie eine negative Magnetfeldstärke erzeugen. Dies ist Punkt "B". Dementsprechend muss der Strom in der Spule in die entgegengesetzte Richtung fließen.

Der Wert der magnetischen Feldstärke zur vollständigen Entmagnetisierung des Kerns wird Koerzitivfeldstärke genannt und je geringer, desto besser in diesem Fall.

Die Magnetisierungsumkehrung in die entgegengesetzte Richtung erfolgt auf die gleiche Weise, jedoch entlang des unteren Zweiges der Schleife. Das heißt, beim Betrieb in einem Wechselstromkreis wird ein Teil der Energie für die Umkehrung der Magnetisierung des Kerns aufgewendet. Dies führt dazu, dass der Wirkungsgrad von Elektromotor und Transformator abnimmt. Dementsprechend führt dies zu seiner Erwärmung.

Wichtig! Je geringer die Hysterese und Koerzitivfeldstärke, desto geringer sind die Kernmagnetisierungs-Umkehrverluste.

Darüber hinaus ist die Hysterese auch für den Betrieb von Relais und anderen elektromagnetischen Schaltgeräten charakteristisch. Zum Beispiel Auslöse- und Schließströme. Wenn das Relais ausgeschaltet ist, muss ein bestimmter Strom angelegt werden, damit es funktioniert. In diesem Fall kann sein Haltestrom im eingeschalteten Zustand viel niedriger sein als der Einschaltstrom. Es wird nur ausgeschaltet, wenn der Strom unter den Haltestrom fällt.

Hysterese in der Elektronik

Bei elektronischen Geräten ist die Hysterese hauptsächlich nützlich. Nehmen wir an, dies wird in Schwellenelementen verwendet, beispielsweise in Komparatoren und Schmidt-Triggern. Unten sehen Sie ein Diagramm seiner Zustände:

Dies ist in diesen Fällen erforderlich, damit das Gerät bei Erreichen des X-Signals funktioniert, danach kann das Signal abfallen und das Gerät schaltet sich nicht aus, bis das Signal auf den Y-Pegel fällt. Diese Lösung wird verwendet, um Kontaktprellen zu unterdrücken, Interferenz und Random Bursts, sowie in verschiedenen Regulatoren.

Zum Beispiel ein Thermostat oder ein Temperaturregler. Normalerweise besteht das Funktionsprinzip darin, das Heiz- (oder Kühl-) Gerät in dem Moment auszuschalten, in dem die Temperatur im Raum oder an einem anderen Ort einen vorbestimmten Wert erreicht hat.

Betrachten wir zwei Möglichkeiten, um kurz und einfach zu arbeiten:

1. Keine Hysterese. Ein- und Ausschalten bei einer bestimmten Temperatur. Allerdings gibt es hier Nuancen. Wenn Sie den Temperaturregler auf 22 Grad stellen und den Raum auf diese Stufe heizen, schaltet er sich aus, sobald er 22 ist, und wenn er wieder auf 21 fällt, schaltet er sich ein. Dies ist nicht immer die richtige Entscheidung, da sich Ihr gesteuertes Gerät zu oft ein- und ausschaltet. Außerdem ist in den meisten Haushalts- und vielen Industrieaufgaben keine so klare Temperaturregelung erforderlich.
2. Mit Hysterese. Um eine gewisse Lücke im zulässigen Bereich der einstellbaren Parameter zu machen, wird die Hysterese verwendet. Das heißt, wenn Sie die Temperatur auf 22 Grad einstellen, schaltet sich die Heizung aus, sobald sie erreicht ist. Angenommen, die Hysterese im Regler ist auf eine Lücke von 3 Grad eingestellt, dann beginnt die Heizung erst wieder zu arbeiten, wenn die Lufttemperatur auf 19 Grad sinkt.

Manchmal wird diese Lücke nach Ihrem Ermessen angepasst. In einfachen Ausführungen werden Bimetallplatten verwendet.

Schließlich empfehlen wir Ihnen, sich ein nützliches Video anzusehen, das erklärt, was Hysterese ist und wie Sie sie verwenden können:

Wir haben das Phänomen und die Anwendung der Hysterese in der Elektrotechnik untersucht. Das Fazit lautet: In einem elektrischen Antrieb und Transformatoren wirkt es sich nachteilig aus, und in der Elektronik und diversen Reglern findet es auch sinnvolle Anwendung. Wir hoffen, die bereitgestellten Informationen waren für Sie nützlich und interessant!

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