Elektrotechnikos ir elektronikos histerezė: kas tai?

Elektrotechnikoje yra įvairių prietaisų, kurių veikimo principas grindžiamas elektromagnetiniais reiškiniais. Ten, kur yra šerdis, ant kurios suvyniota laidžios medžiagos, pavyzdžiui, vario, ritė, sąveika stebima dėl magnetinių laukų. Tai relės, starteriai, kontaktoriai, varikliai ir magnetai. Tarp šerdies savybių yra tokia charakteristika kaip histerezė. Šiame straipsnyje apžvelgsime, kas tai yra, taip pat kokia šio reiškinio nauda ir žala.

Sąvokos apibrėžimas

Žodis "histerezė" turi graikiškas šaknis, verčiamas kaip atsilikimas arba atsilikimas. Šis terminas vartojamas įvairiose mokslo ir technologijų srityse. Bendrąja prasme histerezės sąvoka išskiria skirtingą sistemos elgesį veikiant priešingai.

Tai galima pasakyti ir paprasčiau. Tarkime, yra tam tikra sistema, kurią galima paveikti keliomis kryptimis. Jei, veikiant jį į priekį, po nutraukimo sistema negrįžta į pradinę būseną, bet yra nustatyta tarpinėje būsenoje - tada, norint grįžti į pradinę būseną, reikia veikti kita kryptimi su tam tikra jėga. Šiuo atveju sistema turi histerezę.

Kartais šis reiškinys naudojamas naudingais tikslais, pavyzdžiui, kuriant elementus, kurie suveikia esant tam tikroms veikiančių jėgų ribinėms vertėms ir reguliatoriams. Kitais atvejais histerezė turi žalingą poveikį, apsvarstykime tai praktiškai.

Histerezė elektrotechnikoje

Elektrotechnikoje histerezė yra svarbi medžiagų, iš kurių gaminamos elektros mašinų ir aparatų šerdys, charakteristika. Prieš pradėdami aiškinti, pažvelkime į šerdies įmagnetinimo kreivę.

Tokio tipo grafiko vaizdas taip pat vadinamas histerezės kilpa.

Svarbu! Šiuo atveju mes kalbame apie feromagnetų histerezę, čia tai yra netiesinė vidinės priklausomybės medžiagos magnetinė indukcija pagal išorinės magnetinės indukcijos vertę, kuri priklauso nuo ankstesnės būsenos elementas.

Srovei tekant laidininku aplink pastarąjį, atsiranda magnetinis ir elektrinis laukas. Jei suvyniosite laidą į ritę ir praleidžiate srovę, gausite elektromagnetą. Jei į ritę įdėsite šerdį, padidės jos induktyvumas, kaip ir aplink ją atsirandančios jėgos.

Nuo ko priklauso histerezė? Atitinkamai, šerdis yra pagaminta iš metalo, jos charakteristikos ir įmagnetinimo kreivė priklauso nuo jo tipo.

Jei naudosite, pavyzdžiui, grūdintą plieną, histerezė bus platesnė. Renkantis vadinamąsias minkštąsias magnetines medžiagas, grafikas susiaurės. Ką tai reiškia ir kam jis skirtas?

Faktas yra tas, kad kai tokia ritė veikia kintamosios srovės grandinėje, srovė teka viena ar kita kryptimi. Dėl magnetinės jėgos polius nuolat apverčiamas. Ritėje be šerdies tai iš esmės vyksta tuo pačiu metu, bet su šerdimi yra kitaip. Jis palaipsniui magnetizuojasi, jo magnetinė indukcija didėja ir palaipsniui pasiekia beveik horizontalią grafiko atkarpą, kuri vadinama prisotinimo sekcija.

Po to, jei pradėsite keisti srovės kryptį ir magnetinį lauką, šerdį reikėtų pakartotinai įmagnetinti. Bet jei tiesiog išjungsite srovę ir taip pašalinsite magnetinio lauko šaltinį, šerdis vis tiek išliks įmagnetinta, nors ir ne tiek. Kitoje diagramoje tai yra taškas „A“. Norėdami išmagnetinti jį į pradinę būseną, turite sukurti neigiamą magnetinio lauko stiprumą. Tai taškas "B". Atitinkamai, srovė ritėje turi tekėti priešinga kryptimi.

Magnetinio lauko stiprumo vertė visiškam šerdies išmagnetinimui vadinama koercine jėga ir kuo ji mažesnė, tuo šiuo atveju geriau.

Įmagnetinimo apsisukimas priešinga kryptimi vyks taip pat, bet palei apatinę kilpos šaką. Tai yra, kai veikia kintamosios srovės grandinėje, dalis energijos bus išleista šerdies įmagnetinimui pakeisti. Tai lemia tai, kad elektros variklio ir transformatoriaus efektyvumas mažėja. Atitinkamai, tai sukelia jo šildymą.

Svarbu! Kuo mažesnė histerezė ir priverstinė jėga, tuo mažesni šerdies įmagnetinimo apsisukimo nuostoliai.

Be to, kas išdėstyta pirmiau, histerezė taip pat būdinga relių ir kitų elektromagnetinių perjungimo įrenginių veikimui. Pavyzdžiui, išjungti ir uždaryti sroves. Kai relė yra išjungta, kad ji veiktų, turi būti taikoma tam tikra srovė. Tokiu atveju jo laikymo srovė įjungtoje būsenoje gali būti daug mažesnė nei įjungimo srovė. Jis išsijungs tik tada, kai srovė nukris žemiau palaikymo srovės.

Histerezė elektronikoje

Elektroniniuose įrenginiuose histerezė dažniausiai yra naudinga. Tarkime, kad tai naudojama slenksčio elementuose, pavyzdžiui, lyginamuosiuose ir Schmidto trigeriuose. Žemiau galite pamatyti jo būsenų grafiką:

Tai būtina tais atvejais, kad įrenginys veiktų, kai pasiekiamas X signalas, po kurio signalas gali pradėti mažėti ir įrenginys neišsijungia tol, kol signalas nenukrenta iki Y lygio. Šis sprendimas naudojamas kontaktų atšokimui slopinti, trukdžių ir atsitiktiniais sprogimais, taip pat įvairiuose reguliatoriuose.

Pavyzdžiui, termostatas arba temperatūros reguliatorius. Paprastai jo veikimo principas yra išjungti šildymo (arba vėsinimo) įrenginį tuo momentu, kai temperatūra patalpoje ar kitoje vietoje pasiekia iš anksto nustatytą lygį.

Panagrinėkime dvi trumpo ir paprasto darbo galimybes:

1. Jokios histerezės. Įjungimas ir išjungimas tam tikroje temperatūroje. Tačiau čia yra niuansų. Jei nustatysite temperatūros reguliatorių iki 22 laipsnių ir šildysite kambarį iki tokio lygio, tada kai tik kambaryje bus 22, jis išsijungs, o kai vėl nukris iki 21 - įsijungs. Tai ne visada teisingas sprendimas, nes jūsų valdomas įrenginys įsijungs ir išsijungs per dažnai. Be to, atliekant daugumą buitinių ir daugelyje pramonės užduočių, tokios aiškios temperatūros kontrolės nereikia.
2. Su histereze. Norint padaryti tam tikrą tarpą leistinoje reguliuojamų parametrų diapazone, naudojama histerezė. Tai yra, jei nustatysite 22 laipsnių temperatūrą, kai tik ji bus pasiekta, šildytuvas išsijungs. Tarkime, kad histerezė reguliatoriuje nustatyta 3 laipsnių tarpui, tada šildytuvas vėl pradės veikti tik oro temperatūrai nukritus iki 19 laipsnių.

Kartais šis tarpas koreguojamas jūsų nuožiūra. Paprastose konstrukcijose naudojamos bimetalinės plokštės.

Galiausiai rekomenduojame žiūrėti naudingą vaizdo įrašą, kuriame paaiškinama, kas yra histerezė ir kaip ją naudoti:

Išnagrinėjome histerezės reiškinį ir taikymą elektros inžinerijoje. Esmė yra tokia: elektrinėje pavaroje ir transformatoriuose jis turi žalingą poveikį, o elektronikoje ir įvairiuose reguliatoriuose jis taip pat naudingas. Tikimės, kad pateikta informacija jums buvo naudinga ir įdomi!

Susijusios medžiagos:

• Kaip veikia magnetinis starteris
• Kas yra harmonikos elektros tinkle
• Kaip laidininko varža priklauso nuo temperatūros?