Hystérésis en électrotechnique et électronique: qu'est-ce que c'est ?

En génie électrique, il existe divers dispositifs dont le principe repose sur des phénomènes électromagnétiques. Lorsqu'il y a un noyau sur lequel une bobine de matériau conducteur, tel que du cuivre, est enroulée, des interactions sont observées en raison de champs magnétiques. Ce sont des relais, des démarreurs, des contacteurs, des moteurs et des aimants. Parmi les caractéristiques des noyaux, il existe une caractéristique telle que l'hystérésis. Dans cet article, nous examinerons ce que c'est, ainsi que les avantages et les inconvénients de ce phénomène.

Définition du concept

Le mot "Hystérésis" a des racines grecques, il se traduit par retard ou retard. Ce terme est utilisé dans divers domaines de la science et de la technologie. De manière générale, le concept d'hystérésis distingue les différents comportements du système sous des influences opposées.

Cela peut aussi être dit en termes plus simples. Disons qu'il existe une sorte de système qui peut être influencé dans plusieurs directions. Si, en agissant sur celui-ci dans le sens aller, après l'arrêt, le système ne revient pas à son état d'origine, mais s'établit dans un état intermédiaire - alors, pour revenir à son état d'origine, il faut agir dans un sens différent avec par une certaine force. Dans ce cas, le système a une hystérésis.

Parfois, ce phénomène est utilisé à des fins utiles, par exemple pour créer des éléments qui se déclenchent à certaines valeurs seuils des forces agissantes et pour les régulateurs. Dans d'autres cas, l'hystérésis a un effet néfaste, considérons cela dans la pratique.

Hystérésis en électrotechnique

En génie électrique, l'hystérésis est une caractéristique importante des matériaux à partir desquels les noyaux des machines et appareils électriques sont fabriqués. Avant de commencer à expliquer, regardons la courbe d'aimantation du noyau.

Une image sur un graphique de ce type est également appelée boucle d'hystérésis.

Important! Dans ce cas, nous parlons de l'hystérésis des phéro-aimants, ici il s'agit d'une dépendance non linéaire de l'interne l'induction magnétique du matériau sur la valeur de l'induction magnétique externe, qui dépend de l'état précédent élément.

Lorsque le courant circule dans un conducteur autour de ce dernier, une champ électrique. Si vous enroulez le fil dans une bobine et faites passer un courant à travers, vous obtenez un électro-aimant. Si vous placez un noyau à l'intérieur de la bobine, son inductance augmentera, tout comme les forces qui se produisent autour d'elle.

De quoi dépend l'hystérésis? Ainsi, le noyau est en métal, ses caractéristiques et la courbe d'aimantation dépendent de son type.

Si vous utilisez, par exemple, de l'acier trempé, l'hystérésis sera plus large. Lors du choix des matériaux magnétiques dits doux, le calendrier se rétrécira. Qu'est-ce que cela signifie et à quoi ça sert ?

Le fait est que lorsqu'une telle bobine fonctionne dans un circuit à courant alternatif, le courant circule dans l'un ou l'autre sens. En conséquence et force magnétique, le pôle est constamment inversé. Dans une bobine sans noyau, cela se produit en principe en même temps, mais avec un noyau, c'est différent. Il magnétise progressivement, son induction magnétique augmente et atteint progressivement une section presque horizontale du graphe, appelée section de saturation.

Après cela, si vous commencez à changer la direction du courant et du champ magnétique, le noyau doit être ré-magnétisé. Mais si vous coupez simplement le courant et supprimez ainsi la source du champ magnétique, le noyau restera toujours magnétisé, mais pas tellement. Sur le graphique suivant, c'est le point "A". Pour le démagnétiser à son état d'origine, vous devez créer une force de champ magnétique négative. C'est le point "B". Par conséquent, le courant dans la bobine doit circuler dans la direction opposée.

La valeur de l'intensité du champ magnétique pour une démagnétisation complète du noyau est appelée force coercitive et moins elle est, mieux c'est dans ce cas.

L'inversion de l'aimantation en sens inverse se déroulera de la même manière, mais le long de la branche inférieure de la boucle. C'est-à-dire que lors du fonctionnement dans un circuit à courant alternatif, une partie de l'énergie sera dépensée pour inverser la magnétisation du noyau. Cela conduit au fait que l'efficacité du moteur électrique et du transformateur diminue. En conséquence, cela conduit à son échauffement.

Important! Plus l'hystérésis et la force coercitive sont faibles, plus les pertes d'inversion de magnétisation du noyau sont faibles.

En plus de ce qui précède, l'hystérésis est également caractéristique du fonctionnement des relais et autres dispositifs de commutation électromagnétiques. Par exemple, les courants de déclenchement et de fermeture. Lorsque le relais est éteint, pour qu'il fonctionne, un certain courant doit être appliqué. Dans ce cas, son courant de maintien à l'état passant peut être bien inférieur au courant d'enclenchement. Il ne s'éteint que lorsque le courant tombe en dessous du courant de maintien.

Hystérésis en électronique

Dans les appareils électroniques, l'hystérésis est principalement utile. Disons que cela est utilisé dans les éléments de seuil, par exemple, les comparateurs et les déclencheurs de Schmidt. Ci-dessous, vous pouvez voir un graphique de ses états :

Cela est nécessaire dans ces cas pour que l'appareil fonctionne lorsque le signal X est atteint, après quoi le signal peut commencer à diminuer et l'appareil ne s'éteint pas tant que le signal n'atteint pas le niveau Y. Cette solution est utilisée pour supprimer le rebond de contact, ingérence et des salves aléatoires, ainsi que dans divers régulateurs.

Par exemple, un thermostat ou un contrôleur de température. Habituellement, son principe de fonctionnement consiste à éteindre le dispositif de chauffage (ou de refroidissement) au moment où la température dans la pièce ou dans un autre endroit a atteint un niveau prédéterminé.

Considérons deux options pour travailler brièvement et simplement :

1. Pas d'hystérésis. Allumer et éteindre à une température donnée. Cependant, il y a ici des nuances. Si vous réglez le régulateur de température sur 22 degrés et chauffez la pièce à ce niveau, dès que la pièce est à 22 degrés, elle s'éteint et lorsqu'elle retombe à 21, elle s'allume. Ce n'est pas toujours la bonne décision, car votre appareil contrôlé s'allumera et s'éteindra trop souvent. De plus, dans la plupart des tâches ménagères et de nombreuses tâches industrielles, un contrôle de température aussi clair n'est pas nécessaire.
2. Avec hystérésis. Pour créer un certain écart dans la plage admissible des paramètres réglables, l'hystérésis est utilisée. C'est-à-dire que si vous réglez la température sur 22 degrés, dès qu'elle est atteinte, le chauffage s'éteint. Supposons que l'hystérésis du régulateur soit réglée sur un écart de 3 degrés, le chauffage ne recommencera à fonctionner que lorsque la température de l'air chutera à 19 degrés.

Parfois, cet écart est ajusté à votre discrétion. Dans les conceptions simples, des plaques bimétalliques sont utilisées.

Enfin, nous vous recommandons de regarder une vidéo utile qui explique ce qu'est l'hystérésis et comment vous pouvez l'utiliser :

Nous avons examiné le phénomène et l'application de l'hystérésis en génie électrique. L'essentiel est le suivant: dans un entraînement électrique et des transformateurs, il a un effet néfaste, et dans l'électronique et divers régulateurs, il trouve également une application utile. Nous espérons que les informations fournies ont été utiles et intéressantes pour vous!

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