Histereza u elektrotehnici i elektronici: što je to

U elektrotehnici postoje različiti uređaji čiji se princip temelji na elektromagnetskim pojavama. Gdje postoji jezgra na koju je namotana zavojnica od vodljivog materijala, poput bakra, opažaju se interakcije zbog magnetskih polja. To su releji, starteri, kontaktori, motori i magneti. Među karakteristikama jezgri postoji takva karakteristika kao što je histereza. U ovom članku ćemo pogledati što je to, kao i koje su prednosti i štete ovog fenomena.

Definicija pojma

Riječ "histereza" ima grčke korijene, prevodi se kao zaostajanje ili zaostajanje. Ovaj se izraz koristi u raznim područjima znanosti i tehnologije. U općem smislu, koncept histereze razlikuje različito ponašanje sustava pod suprotnim utjecajima.

To se može reći i jednostavnijim riječima. Recimo da postoji nekakav sustav na koji se može utjecati u nekoliko smjerova. Ako se pri djelovanju na njega u smjeru naprijed, nakon završetka, sustav ne vrati u prvobitno stanje, ali se uspostavi u međustanje – tada je, da bi se vratilo u prvobitno stanje, potrebno djelovati u drugom smjeru s nekom silom. U ovom slučaju, sustav ima histerezu.

Ponekad se ovaj fenomen koristi u korisne svrhe, na primjer, za stvaranje elemenata koji se pokreću na određenim graničnim vrijednostima djelujućih sila i za regulatore. U drugim slučajevima, histereza ima štetan učinak, razmotrimo to u praksi.

Histereza u elektrotehnici

U elektrotehnici je histereza važna karakteristika za materijale od kojih se izrađuju jezgre električnih strojeva i aparata. Prije nego počnemo objašnjavati, pogledajmo krivulju magnetizacije jezgre.

Slika na grafu ove vrste naziva se i histerezna petlja.

Važno! U ovom slučaju govorimo o histerezi feromagneta, ovdje je riječ o nelinearnoj ovisnosti unutarnje magnetsku indukciju materijala na vrijednost vanjske magnetske indukcije, koja ovisi o prethodnom stanju element.

Kada struja teče kroz vodič oko potonjeg, magnetski i električno polje. Ako žicu namotate u zavojnicu i kroz nju provučete struju, dobit ćete elektromagnet. Ako stavite jezgru unutar zavojnice, tada će se njezina induktivnost povećati, kao i sile koje nastaju oko nje.

O čemu ovisi histereza? U skladu s tim, jezgra je izrađena od metala, njezine karakteristike i krivulja magnetizacije ovise o njenoj vrsti.

Ako koristite, na primjer, kaljeni čelik, tada će histereza biti šira. Prilikom odabira takozvanih mekih magnetskih materijala, raspored će se suziti. Što to znači i čemu služi?

Činjenica je da kada takav svitak radi u krugu izmjenične struje, struja teče u jednom ili drugom smjeru. Kao rezultat i magnetske sile, pol je stalno obrnut. U zavojnici bez jezgre to se u principu događa u isto vrijeme, ali s jezgrom je drugačije. Postupno se magnetizira, njegova magnetska indukcija raste i postupno doseže gotovo horizontalni dio grafa, koji se naziva presjek zasićenja.

Nakon toga, ako počnete mijenjati smjer struje i magnetsko polje, jezgru treba ponovno magnetizirati. Ali ako samo isključite struju i time uklonite izvor magnetskog polja, jezgra će i dalje ostati magnetizirana, iako ne toliko. Na sljedećem grafikonu, ovo je točka "A". Da biste ga demagnetizirali u izvorno stanje, morate stvoriti negativnu snagu magnetskog polja. Ovo je točka "B". Sukladno tome, struja u zavojnici mora teći u suprotnom smjeru.

Vrijednost jakosti magnetskog polja za potpunu demagnetizaciju jezgre naziva se koercitivna sila i što je manja, to je u ovom slučaju bolja.

Preokret magnetizacije u suprotnom smjeru odvijat će se na isti način, ali duž donje grane petlje. To jest, kada se radi u krugu izmjenične struje, dio energije će se potrošiti na obrnuto magnetiziranje jezgre. To dovodi do činjenice da se učinkovitost elektromotora i transformatora smanjuje. U skladu s tim, to dovodi do njegovog zagrijavanja.

Važno! Što je niža histereza i koercitivna sila, manji su gubici pri preokretu magnetizacije jezgre.

Osim navedenog, histereza je karakteristična i za rad releja i drugih elektromagnetskih sklopnih uređaja. Na primjer, trip i zatvaranje struje. Kada je relej isključen, da bi radio, mora se primijeniti određena struja. U tom slučaju njegova struja držanja u uključenom stanju može biti mnogo niža od struje uključivanja. Isključit će se samo kada struja padne ispod struje zadržavanja.

Histereza u elektronici

U elektroničkim uređajima histereza je uglavnom korisna. Recimo da se to koristi u elementima praga, na primjer, komparatorima i Schmidtovim okidačima. U nastavku možete vidjeti grafikon njegovih stanja:

To je potrebno u onim slučajevima da bi uređaj radio kada se postigne X signal, nakon čega se signal može početi smanjivati ​​i uređaj se ne gasi sve dok signal ne padne na razinu Y. Ovo rješenje se koristi za suzbijanje odbijanja kontakta, smetnje i random bursts, kao i u raznim regulatorima.

Na primjer, termostat ili regulator temperature. Obično je njegov princip rada isključiti uređaj za grijanje (ili hlađenje) u trenutku kada temperatura u prostoriji ili drugom mjestu dosegne unaprijed određenu razinu.

Razmotrimo dvije mogućnosti rada kratko i jednostavno:

1. Nema histereze. Uključivanje i isključivanje na zadanoj temperaturi. Međutim, ovdje postoje nijanse. Ako regulator temperature postavite na 22 stupnja i zagrijete prostoriju na ovu razinu, onda će se, čim u sobi bude 22, ugasiti, a kada opet padne na 21, uključit će se. Ovo nije uvijek ispravna odluka, jer će se vaš kontrolirani uređaj prečesto uključivati ​​i gasiti. Osim toga, u većini kućanskih i mnogih industrijskih zadataka nema potrebe za tako jasnom kontrolom temperature.
2. S histerezom. Da bi se napravio određeni jaz u dopuštenom rasponu podesivih parametara, koristi se histereza. To jest, ako postavite temperaturu na 22 stupnja, čim se postigne, grijač će se isključiti. Pretpostavimo da je histereza u regulatoru postavljena na razmak od 3 stupnja, tada će grijač ponovno početi raditi tek kada temperatura zraka padne na 19 stupnjeva.

Ponekad se ovaj jaz prilagođava prema vlastitom nahođenju. U jednostavnim izvedbama koriste se bimetalne ploče.

Na kraju, preporučujemo da pogledate koristan video koji objašnjava što je histereza i kako je možete koristiti:

Ispitivali smo pojavu i primjenu histereze u elektrotehnici. Zaključak je sljedeći: u elektromotoru i transformatorima djeluje štetno, a u elektronici i raznim regulatorima također nalazi korisne primjene. Nadamo se da su vam pružene informacije bile korisne i zanimljive!

Povezani materijali:

• Kako radi magnetni starter
• Što su harmonici u električnoj mreži
• Kako otpor vodiča ovisi o temperaturi?