Histéresis en ingeniería eléctrica y electrónica: que es

En ingeniería eléctrica, existen varios dispositivos, cuyo principio se basa en fenómenos electromagnéticos. Donde hay un núcleo en el que se enrolla una bobina de material conductor, como el cobre, se observan interacciones debido a campos magnéticos. Estos son relés, arrancadores, contactores, motores e imanes. Entre las características de los núcleos existe una característica como la histéresis. En este artículo veremos qué es, así como cuáles son los beneficios y daños de este fenómeno.

Definición del concepto

La palabra "histéresis" tiene raíces griegas, se traduce como atrasada o atrasada. Este término se utiliza en varios campos de la ciencia y la tecnología. En un sentido general, el concepto de histéresis distingue el comportamiento diferente del sistema bajo influencias opuestas.

Esto también se puede decir en términos más simples. Digamos que hay algún tipo de sistema en el que se puede influir en varias direcciones. Si, al actuar sobre él en la dirección de avance, después de la terminación, el sistema no vuelve a su estado original, pero se establece en un estado intermedio, entonces, para volver a su estado original, es necesario actuar en una dirección diferente con por alguna fuerza. En este caso, el sistema tiene histéresis.

A veces, este fenómeno se utiliza con fines útiles, por ejemplo, para crear elementos que se activan en ciertos valores umbral de las fuerzas actuantes y para reguladores. En otros casos, la histéresis tiene un efecto perjudicial, consideremos esto en la práctica.

Histéresis en ingeniería eléctrica

En ingeniería eléctrica, la histéresis es una característica importante de los materiales a partir de los cuales se fabrican los núcleos de las máquinas y aparatos eléctricos. Antes de comenzar a explicar, veamos la curva de magnetización del núcleo.

Una imagen en un gráfico de este tipo también se denomina bucle de histéresis.

¡Importante! En este caso, estamos hablando de la histéresis de los pheromagnets, aquí es una dependencia no lineal de la interna. la inducción magnética del material sobre el valor de la inducción magnética externa, que depende del estado anterior elemento.

Cuando la corriente fluye a través de un conductor alrededor de este último, un magnético y campo eléctrico. Si enrolla el cable en una bobina y pasa una corriente a través de él, obtiene un electroimán. Si coloca un núcleo dentro de la bobina, su inductancia aumentará, al igual que las fuerzas que surgen a su alrededor.

¿De qué depende la histéresis? En consecuencia, el núcleo está hecho de metal, sus características y la curva de magnetización dependen de su tipo.

Si utiliza, por ejemplo, acero endurecido, la histéresis será más amplia. Al elegir los llamados materiales magnéticos blandos, el calendario se reducirá. ¿Qué significa esto y para qué sirve?

El hecho es que cuando una bobina de este tipo funciona en un circuito de corriente alterna, la corriente fluye en una u otra dirección. Como resultado de la fuerza magnética, el polo se invierte constantemente. En una bobina sin núcleo, esto sucede en principio al mismo tiempo, pero con un núcleo es diferente. Se magnetiza gradualmente, su inducción magnética aumenta y gradualmente alcanza una sección casi horizontal del gráfico, que se llama sección de saturación.

Después de eso, si comienza a cambiar la dirección de la corriente y el campo magnético, el núcleo debe volver a magnetizarse. Pero si simplemente apaga la corriente y, por lo tanto, elimina la fuente del campo magnético, el núcleo seguirá estando magnetizado, aunque no tanto. En el siguiente gráfico, este es el punto "A". Para desmagnetizarlo a su estado original, debe crear una fuerza de campo magnético negativo. Este es el punto "B". En consecuencia, la corriente en la bobina debe fluir en la dirección opuesta.

El valor de la intensidad del campo magnético para la desmagnetización completa del núcleo se denomina fuerza coercitiva y, cuanto menor sea, mejor en este caso.

La inversión de magnetización en la dirección opuesta procederá de la misma manera, pero a lo largo de la rama inferior del bucle. Es decir, cuando se opera en un circuito de corriente alterna, parte de la energía se gastará en revertir la magnetización del núcleo. Esto lleva al hecho de que la eficiencia del motor eléctrico y del transformador disminuye. En consecuencia, esto conduce a su calentamiento.

¡Importante! Cuanto menor sea la histéresis y la fuerza coercitiva, menores serán las pérdidas por inversión de magnetización del núcleo.

Además de lo anterior, la histéresis también es característica para el funcionamiento de relés y otros dispositivos de conmutación electromagnéticos. Por ejemplo, corrientes de disparo y cierre. Cuando el relé está apagado, para que funcione, se debe aplicar una cierta corriente. En este caso, su corriente de mantenimiento en el estado de encendido puede ser mucho menor que la corriente de encendido. Solo se apagará cuando la corriente caiga por debajo de la corriente de retención.

Histéresis en electrónica

En dispositivos electrónicos, la histéresis es principalmente útil. Digamos que esto se usa en elementos de umbral, por ejemplo, comparadores y disparadores de Schmidt. A continuación puedes ver un gráfico de sus estados:

Esto es necesario en esos casos para que el dispositivo funcione cuando se alcanza la señal X, después de lo cual la señal puede comenzar a disminuir y el dispositivo no se apaga hasta que la señal desciende al nivel Y. Esta solución se utiliza para suprimir el rebote de los contactos, interferencia y ráfagas aleatorias, así como en varios reguladores.

Por ejemplo, un termostato o un controlador de temperatura. Por lo general, su principio de funcionamiento es apagar el dispositivo de calefacción (o enfriamiento) en el momento en que la temperatura en la habitación u otro lugar ha alcanzado un nivel predeterminado.

Consideremos dos opciones para trabajar de forma breve y sencilla:

1. Sin histéresis. Encendido y apagado a una temperatura determinada. Sin embargo, aquí hay matices. Si configura el regulador de temperatura a 22 grados y calienta la habitación a este nivel, tan pronto como la habitación tenga 22, se apagará y cuando vuelva a bajar a 21, se encenderá. Esta no es siempre la decisión correcta, porque su dispositivo controlado se encenderá y apagará con demasiada frecuencia. Además, en la mayoría de las tareas domésticas e industriales, no es necesario un control de temperatura tan claro.
2. Con histéresis. Para hacer un cierto espacio en el rango permitido de parámetros ajustables, se usa histéresis. Es decir, si establece la temperatura en 22 grados, tan pronto como se alcance, el calentador se apagará. Suponga que la histéresis en el regulador se establece en un espacio de 3 grados, luego el calentador comenzará a funcionar nuevamente solo cuando la temperatura del aire baje a 19 grados.

A veces, esta brecha se ajusta a su discreción. En diseños simples, se utilizan placas bimetálicas.

Por último, recomendamos ver un vídeo útil que explica qué es la histéresis y cómo se puede utilizar:

Examinamos el fenómeno y la aplicación de la histéresis en la ingeniería eléctrica. La conclusión es la siguiente: en un variador eléctrico y transformadores, tiene un efecto perjudicial, y en la electrónica y varios reguladores también encuentra aplicaciones útiles. ¡Esperamos que la información proporcionada haya sido útil e interesante para usted!

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