Hystereesi sähkötekniikassa ja elektroniikassa: mitä se on

Sähkötekniikassa on erilaisia ​​laitteita, joiden toimintaperiaate perustuu sähkömagneettisiin ilmiöihin. Kun on ydin, jolle on kierretty johtavaa materiaalia, kuten kuparia, oleva kela, havaitaan vuorovaikutuksia magneettikenttien vuoksi. Näitä ovat releet, käynnistimet, kontaktorit, moottorit ja magneetit. Sydämien ominaisuuksien joukossa on sellainen ominaisuus kuin hystereesi. Tässä artikkelissa tarkastelemme, mitä se on, sekä mitä hyötyä ja haittaa tästä ilmiöstä on.

Käsitteen määritelmä

Sanalla "hystereesi" on kreikkalaiset juuret, se käännetään jäljessä tai jäljessä. Tätä termiä käytetään useilla tieteen ja tekniikan aloilla. Yleisessä mielessä hystereesin käsite erottaa järjestelmän erilaisen käyttäytymisen vastakkaisten vaikutusten alaisena.

Tämän voi sanoa myös yksinkertaisemmin. Oletetaan, että on olemassa jonkinlainen järjestelmä, johon voidaan vaikuttaa useaan suuntaan. Jos siihen vaikuttaessaan eteenpäin, lopettamisen jälkeen järjestelmä ei palaa alkuperäiseen tilaan, vaan on asettunut välitilaan - silloin palatakseen alkuperäiseen tilaan on toimittava eri suuntaan jollain voimalla. Tässä tapauksessa järjestelmässä on hystereesi.

Joskus tätä ilmiötä käytetään hyödyllisiin tarkoituksiin, esimerkiksi sellaisten elementtien luomiseen, jotka laukeavat tietyillä vaikuttavien voimien kynnysarvoilla ja säätimille. Muissa tapauksissa hystereesillä on haitallinen vaikutus, harkitaan tätä käytännössä.

Hystereesi sähkötekniikassa

Sähkötekniikassa hystereesi on tärkeä ominaisuus materiaaleille, joista sähkökoneiden ja -laitteiden ytimet valmistetaan. Ennen kuin alat selittää, katsotaan ytimen magnetointikäyrää.

Tällaista kuvaajaa kutsutaan myös hystereesisilmukaksi.

Tärkeä! Tässä tapauksessa puhumme feromagneettien hystereesistä, tässä on epälineaarinen riippuvuus sisäisestä materiaalin magneettinen induktio ulkoisen magneettisen induktion arvolla, joka riippuu edellisestä tilasta elementti.

Kun virta kulkee viimeksi mainitun ympärillä olevan johtimen läpi, magneettinen ja sähkökenttä. Jos kelaat johdon kelaksi ja johdat sen läpi virtaa, saat sähkömagneetin. Jos asetat ytimen kelan sisään, sen induktanssi kasvaa, samoin kuin sen ympärille syntyvät voimat.

Mistä hystereesi riippuu? Siten ydin on metallia, sen ominaisuudet ja magnetointikäyrä riippuvat sen tyypistä.

Jos käytät esimerkiksi karkaistua terästä, hystereesi on laajempi. Kun valitaan niin sanottuja pehmeitä magneettisia materiaaleja, aikataulu kapenee. Mitä tämä tarkoittaa ja mihin se on tarkoitettu?

Tosiasia on, että kun tällainen kela toimii vaihtovirtapiirissä, virta kulkee yhteen tai toiseen suuntaan. Seurauksena ja magneettinen voima napa käännetään jatkuvasti. Kelassa ilman sydäntä tämä tapahtuu periaatteessa samaan aikaan, mutta ytimellä se on erilaista. Se magnetoituu vähitellen, sen magneettinen induktio kasvaa ja saavuttaa vähitellen kaavion melkein vaakasuuntaisen osan, jota kutsutaan kyllästysosuudeksi.

Sen jälkeen, jos alat muuttaa virran suuntaa ja magneettikenttää, ydin tulee magnetoida uudelleen. Mutta jos vain sammutat virran ja poistat siten magneettikentän lähteen, ydin pysyy edelleen magnetoituna, vaikkakaan ei niin paljon. Seuraavassa kaaviossa tämä on piste "A". Jos haluat demagnetoida sen alkuperäiseen tilaan, sinun on luotava negatiivinen magneettikentän voimakkuus. Tämä on kohta "B". Vastaavasti käämin virran tulee kulkea vastakkaiseen suuntaan.

Magneettikentän voimakkuuden arvoa sydämen täydelliselle demagnetoitumiselle kutsutaan pakkovoimaksi ja mitä pienempi se on, sitä parempi tässä tapauksessa.

Magnetoinnin kääntäminen vastakkaiseen suuntaan etenee samalla tavalla, mutta silmukan alahaaraa pitkin. Toisin sanoen vaihtovirtapiirissä toimiessaan osa energiasta kuluu ytimen magnetoinnin kääntämiseen. Tämä johtaa siihen, että sähkömoottorin ja muuntajan hyötysuhde heikkenee. Näin ollen tämä johtaa sen lämmittämiseen.

Tärkeä! Mitä pienempi hystereesi ja pakkovoima, sitä pienemmät sydämen magnetoinnin kääntöhäviöt.

Hystereesi on tyypillistä edellä mainittujen lisäksi myös releiden ja muiden sähkömagneettisten kytkentälaitteiden toiminnalle. Esimerkiksi laukaisu- ja sulkuvirrat. Kun rele on kytketty pois päältä, jotta se toimisi, on käytettävä tiettyä virtaa. Tässä tapauksessa sen pitovirta päällä-tilassa voi olla paljon pienempi kuin käynnistysvirta. Se sammuu vain, kun virta laskee pitovirran alapuolelle.

Hystereesi elektroniikassa

Elektronisissa laitteissa hystereesi on pääasiassa hyödyllinen. Oletetaan, että tätä käytetään kynnyselementeissä, esimerkiksi vertailijoissa ja Schmidt-triggereissä. Alla näet kaavion sen tilasta:

Tämä on tarpeen niissä tapauksissa, jotta laite toimisi, kun X-signaali saavutetaan, minkä jälkeen signaali voi alkaa laskea ja laite ei sammu ennen kuin signaali putoaa Y-tasolle. Tätä ratkaisua käytetään estämään kontaktien pomppimista, häiriötä ja satunnaisissa purskeissa sekä erilaisissa säätimissä.

Esimerkiksi termostaatti tai lämpötilansäädin. Yleensä sen toimintaperiaate on sammuttaa lämmitys (tai jäähdytys) sillä hetkellä, kun huoneen tai muun paikan lämpötila on saavuttanut ennalta määrätyn tason.

Tarkastellaan kahta vaihtoehtoa työskennellä lyhyesti ja yksinkertaisesti:

1. Ei hystereesiä. Kytkeminen päälle ja pois tietyssä lämpötilassa. Tässä on kuitenkin vivahteita. Jos asetat lämpötilansäätimen 22 asteeseen ja lämmität huoneen tälle tasolle, niin heti kun huone on 22, se sammuu, ja kun se laskee jälleen 21: een, se käynnistyy. Tämä ei ole aina oikea päätös, koska ohjattu laite käynnistyy ja sammuu liian usein. Lisäksi useimmissa kotitalous- ja monissa teollisissa tehtävissä ei ole tarvetta näin selkeälle lämpötilan säädölle.
2. Hystereesin kanssa. Tietyn aukon tekemiseksi säädettävien parametrien sallitulle alueelle käytetään hystereesiä. Eli jos asetat lämpötilan 22 asteeseen, lämmitin sammuu heti, kun se saavutetaan. Oletetaan, että säätimen hystereesi on asetettu 3 asteen väliin, niin lämmitin alkaa toimia uudelleen vasta kun ilman lämpötila laskee 19 asteeseen.

Joskus tätä aukkoa säädetään harkintasi mukaan. Yksinkertaisissa malleissa käytetään bimetallilevyjä.

Lopuksi suosittelemme katsomaan hyödyllisen videon, joka selittää, mitä hystereesi on ja kuinka voit käyttää sitä:

Tutkimme hystereesin ilmiötä ja soveltamista sähkötekniikassa. Asian ydin on seuraava: sähkökäytössä ja muuntajissa sillä on haitallinen vaikutus, ja elektroniikassa ja erilaisissa säätimissä se löytää myös hyödyllistä käyttöä. Toivomme, että saamamme tiedot olivat hyödyllisiä ja mielenkiintoisia sinulle!

Aiheeseen liittyvät materiaalit:

• Kuinka magneettikäynnistin toimii
• Mitä yliaaltoja sähköverkossa ovat
• Miten johtimen resistanssi riippuu lämpötilasta?