Hiszterézis az elektrotechnikában és az elektronikában: mi ez?

Az elektrotechnikában különféle eszközök léteznek, amelyek elve az elektromágneses jelenségeken alapul. Ahol van egy mag, amelyre vezető anyagból, például rézből álló tekercs van feltekerve, ott a mágneses mezők miatt kölcsönhatások figyelhetők meg. Ezek relék, indítók, mágneskapcsolók, motorok és mágnesek. A magok jellemzői között van egy olyan jellemző, mint a hiszterézis. Ebben a cikkben megvizsgáljuk, mi ez, valamint hogy milyen előnyökkel és ártalmakkal jár ez a jelenség.

A fogalom meghatározása

A "hiszterézis" szó görög gyökerű, lemaradását vagy lemaradását jelenti. Ezt a kifejezést a tudomány és a technológia különböző területein használják. Általános értelemben a hiszterézis fogalma megkülönbözteti a rendszer eltérő viselkedését ellentétes hatások mellett.

Ezt egyszerűbben is elmondhatjuk. Mondjuk van valamiféle rendszer, ami több irányban is befolyásolható. Ha előrefelé hatva a rendszer a megszűnés után nem tér vissza eredeti állapotába, hanem köztes állapotba kerül - ekkor az eredeti állapotba való visszatéréshez más irányban kell cselekedni valamilyen erővel. Ebben az esetben a rendszer hiszterézissel rendelkezik.

Néha ezt a jelenséget hasznos célokra használják, például olyan elemek létrehozására, amelyek a ható erők bizonyos küszöbértékeinél aktiválódnak és a szabályozók számára. Más esetekben a hiszterézis káros hatással van, nézzük ezt a gyakorlatban.

Hiszterézis az elektrotechnikában

Az elektrotechnikában a hiszterézis fontos jellemzője azoknak az anyagoknak, amelyekből az elektromos gépek és készülékek magjai készülnek. Mielőtt elkezdené a magyarázatot, nézzük meg a mag mágnesezési görbéjét.

Az ilyen grafikonon lévő képet hiszterézis huroknak is nevezik.

Fontos! Ebben az esetben a feromágnesek hiszteréziséről beszélünk, itt a belső nemlineáris függőségéről van szó. az anyag mágneses indukciója a külső mágneses indukció értékén, amely az előző állapottól függ elem.

Amikor az utóbbi körül egy vezetőn áram folyik, mágneses ill elektromos mező. Ha a vezetéket tekercsbe tekerjük, és áramot vezetünk át rajta, elektromágnest kapunk. Ha egy magot helyez a tekercsbe, akkor az induktivitása megnő, ahogy a körülötte fellépő erők is.

Mitől függ a hiszterézis? Ennek megfelelően a mag fémből készül, jellemzői és a mágnesezési görbe típusától függ.

Ha például edzett acélt használ, akkor a hiszterézis szélesebb lesz. Az úgynevezett lágy mágneses anyagok kiválasztásakor az ütemezés szűkül. Mit jelent ez és mire való?

A helyzet az, hogy amikor egy ilyen tekercs váltakozó áramú áramkörben működik, az áram az egyik vagy a másik irányba folyik. Ennek eredményeként és a mágneses erő hatására a pólus folyamatosan megfordul. Mag nélküli tekercsben ez elvileg egyszerre történik, de magnál más. Fokozatosan mágnesez, mágneses indukciója növekszik és fokozatosan eléri a grafikon egy majdnem vízszintes szakaszát, amit telítési szakasznak nevezünk.

Ezt követően, ha elkezdi megváltoztatni az áram irányát és a mágneses mezőt, a magot újra kell mágnesezni. De ha csak kikapcsolja az áramot, és ezáltal eltávolítja a mágneses mező forrását, a mag továbbra is mágnesezett marad, bár nem annyira. A következő diagramon ez az "A" pont. Az eredeti állapotba való lemágnesezéshez negatív mágneses térerősséget kell létrehozni. Ez a "B" pont. Ennek megfelelően a tekercsben lévő áramnak az ellenkező irányba kell folynia.

A mágneses térerősség értékét a mag teljes lemágnesezéséhez koercitív erőnek nevezzük, és minél kisebb ez, annál jobb ebben az esetben.

Az ellenkező irányú mágnesezettség megfordítása ugyanúgy megy végbe, de a hurok alsó ága mentén. Vagyis váltakozó áramú áramkörben üzemelve az energia egy részét a mag mágnesezettségének megfordítására fordítják. Ez ahhoz a tényhez vezet, hogy az elektromos motor és a transzformátor hatékonysága csökken. Ennek megfelelően ez a fűtéséhez vezet.

Fontos! Minél kisebb a hiszterézis és a kényszerítő erő, annál kisebbek a magmágnesezési megfordítási veszteségek.

A hiszterézis a fentieken túl a relék és egyéb elektromágneses kapcsolóberendezések működésére is jellemző. Például kioldás és zárás áramlatok. Amikor a relé ki van kapcsolva, annak működéséhez bizonyos áramot kell alkalmazni. Ebben az esetben a tartóárama bekapcsolt állapotban jóval alacsonyabb lehet, mint a bekapcsolási áram. Csak akkor kapcsol ki, ha az áram a tartóáram alá esik.

Hiszterézis az elektronikában

Az elektronikus eszközökben a hiszterézis főként hasznos. Tegyük fel, hogy ezt használják küszöbelemekben, például komparátorokban és Schmidt-triggerekben. Az alábbiakban egy grafikont láthat az állapotokról:

Ez azokban az esetekben szükséges, hogy a készülék működjön az X jel elérésekor, ami után a jel csökkenni kezd, és a készülék addig nem kapcsol ki, amíg a jel le nem esik az Y szintre. Ezt a megoldást az érintkezés visszapattanásának elnyomására használják, interferencia és véletlenszerű sorozatokban, valamint a különböző szabályozókban.

Például egy termosztát vagy hőmérséklet-szabályozó. Általában a működési elve az, hogy kikapcsolja a fűtő (vagy hűtő) készüléket abban a pillanatban, amikor a hőmérséklet a helyiségben vagy más helyen elér egy előre meghatározott szintet.

Tekintsünk két lehetőséget a rövid és egyszerű munkavégzésre:

1. Nincs hiszterézis. Be- és kikapcsolás adott hőmérsékleten. Itt azonban vannak árnyalatok. Ha a hőmérséklet-szabályozót 22 fokra állítja és erre a szintre fűti a helyiséget, akkor amint a szoba 22 fokos lesz, kikapcsol, és amikor ismét 21-re esik, bekapcsol. Ez nem mindig a helyes döntés, mert a vezérelt eszköz túl gyakran fog be- és kikapcsolni. Ráadásul a legtöbb háztartási és számos ipari feladatnál nincs szükség ilyen egyértelmű hőmérsékletszabályozásra.
2. Hiszterézissel. A beállítható paraméterek megengedett tartományában egy bizonyos rést hiszterézist használnak. Vagyis ha a hőmérsékletet 22 fokra állítja, akkor amint eléri azt, a fűtés kikapcsol. Tegyük fel, hogy a szabályozóban a hiszterézis 3 fokos résre van állítva, akkor a fűtőelem csak akkor kezd újra működni, ha a levegő hőmérséklete 19 fokra csökken.

Néha ezt a rést az Ön belátása szerint módosíthatja. Egyszerű kivitelben bimetál lemezeket használnak.

Végül javasoljuk, hogy nézzen meg egy hasznos videót, amely elmagyarázza, mi a hiszterézis, és hogyan használhatja azt:

Megvizsgáltuk a hiszterézis jelenségét és alkalmazását az elektrotechnikában. A lényeg a következő: elektromos hajtásban és transzformátorokban káros hatással van, az elektronikában és a különféle szabályozókban is hasznos alkalmazásra talál. Reméljük, hogy a közölt információk hasznosak és érdekesek voltak az Ön számára!

Kapcsolódó anyagok:

• Hogyan működik a mágneses indító
• Mik azok a harmonikusok az elektromos hálózatban
• Hogyan függ a vezető ellenállása a hőmérséklettől?