Histerēze elektrotehnikā un elektronikā: kas tas ir

Elektrotehnikā ir dažādas ierīces, kuru darbības princips ir balstīts uz elektromagnētiskām parādībām. Ja ir serde, uz kuras ir uztīta vadoša materiāla, piemēram, vara, spole, magnētisko lauku dēļ tiek novērota mijiedarbība. Tie ir releji, starteri, kontaktori, motori un magnēti. Starp serdeņu īpašībām ir tāda īpašība kā histerēze. Šajā rakstā mēs apskatīsim, kas tas ir, kā arī kādi ir šīs parādības ieguvumi un kaitējums.

Jēdziena definīcija

Vārdam "histerēze" ir grieķu saknes, tas tulko kā atpalicis vai atpalicis. Šis termins tiek izmantots dažādās zinātnes un tehnoloģiju jomās. Vispārīgā nozīmē histerēzes jēdziens atšķir sistēmas atšķirīgo uzvedību pretējās ietekmēs.

To var teikt arī vienkāršāk. Pieņemsim, ka pastāv kaut kāda sistēma, kuru var ietekmēt vairākos virzienos. Ja, iedarbojoties uz to virzienā uz priekšu, pēc izbeigšanas sistēma neatgriežas sākotnējā stāvoklī, bet ir izveidota starpstāvoklī - tad, lai atgrieztos sākotnējā stāvoklī, ir jārīkojas citā virzienā ar ar kādu spēku. Šajā gadījumā sistēmai ir histerēze.

Dažreiz šo parādību izmanto lietderīgiem nolūkiem, piemēram, lai izveidotu elementus, kas tiek iedarbināti pie noteiktām darbības spēku robežvērtībām un regulatoriem. Citos gadījumos histerēzei ir kaitīga ietekme, ņemsim vērā to praksē.

Histerēze elektrotehnikā

Elektrotehnikā histerēze ir svarīgs raksturlielums materiāliem, no kuriem tiek izgatavoti elektrisko mašīnu un aparātu serdeņi. Pirms sākam skaidrot, apskatīsim kodola magnetizācijas līkni.

Šāda veida diagrammas attēlu sauc arī par histerēzes cilpu.

Svarīgs! Šajā gadījumā mēs runājam par feromagnētu histerēzi, šeit tā ir iekšējās nelineāra atkarība materiāla magnētiskā indukcija uz ārējās magnētiskās indukcijas vērtību, kas ir atkarīga no iepriekšējā stāvokļa elements.

Kad strāva plūst caur vadītāju ap pēdējo, magnētiskā un elektriskais lauks. Ja jūs satinat vadu spolē un izlaižat caur to strāvu, jūs iegūstat elektromagnētu. Ja spoles iekšpusē ievietojat serdi, tā induktivitāte palielināsies, tāpat kā spēki, kas rodas ap to.

No kā ir atkarīga histerēze? Attiecīgi serde ir izgatavota no metāla, tā īpašības un magnetizācijas līkne ir atkarīga no tā veida.

Ja izmantosi, piemēram, rūdītu tēraudu, tad histerēze būs plašāka. Izvēloties tā sauktos mīkstos magnētiskos materiālus, grafiks sašaurināsies. Ko tas nozīmē un kam tas paredzēts?

Fakts ir tāds, ka tad, kad šāda spole darbojas maiņstrāvas ķēdē, strāva plūst vienā vai otrā virzienā. Rezultātā un magnētiskā spēka rezultātā pols tiek pastāvīgi apgriezts otrādi. Spolē bez serdeņa tas principā notiek vienlaikus, bet ar serdi ir savādāk. Tas pakāpeniski magnetizējas, tā magnētiskā indukcija palielinās un pakāpeniski sasniedz gandrīz horizontālu diagrammas sadaļu, ko sauc par piesātinājuma sadaļu.

Pēc tam, ja sākat mainīt strāvas virzienu un magnētisko lauku, kodols ir jāpārmagnetizē. Bet, ja jūs vienkārši izslēdzat strāvu un tādējādi noņemat magnētiskā lauka avotu, kodols joprojām paliks magnetizēts, lai gan ne tik daudz. Nākamajā diagrammā tas ir punkts "A". Lai demagnetizētu to sākotnējā stāvoklī, jums ir jāizveido negatīvs magnētiskā lauka stiprums. Tas ir punkts "B". Attiecīgi strāvai spolē jāplūst pretējā virzienā.

Magnētiskā lauka intensitātes vērtību kodola pilnīgai demagnetizācijai sauc par koercitīvo spēku, un jo mazāks tas ir, jo labāk šajā gadījumā.

Magnetizācijas maiņa pretējā virzienā notiks tādā pašā veidā, bet pa cilpas apakšējo atzaru. Tas ir, darbojoties maiņstrāvas ķēdē, daļa enerģijas tiks tērēta, lai mainītu kodola magnetizāciju. Tas noved pie tā, ka elektromotora un transformatora efektivitāte samazinās. Attiecīgi tas noved pie tā sildīšanas.

Svarīgs! Jo mazāka ir histerēze un piespiedu spēks, jo mazāki ir kodola magnetizācijas apvērses zudumi.

Papildus iepriekšminētajam histerēze ir raksturīga arī releju un citu elektromagnētisko komutācijas ierīču darbībai. Piemēram, izkliedēt un slēgt straumes. Kad relejs ir izslēgts, lai tas darbotos, ir jāpieliek noteikta strāva. Šajā gadījumā tā turēšanas strāva ieslēgtā stāvoklī var būt daudz zemāka par ieslēgšanas strāvu. Tas izslēgsies tikai tad, kad strāva nokrītas zem turēšanas strāvas.

Histerēze elektronikā

Elektroniskajās ierīcēs histerēze galvenokārt ir noderīga. Pieņemsim, ka tas tiek izmantots sliekšņa elementos, piemēram, salīdzinātājos un Šmita trigeros. Zemāk varat redzēt tā stāvokļu grafiku:

Tas ir nepieciešams tajos gadījumos, lai ierīce darbotos, kad tiek sasniegts X signāls, pēc kura signāls var sākt samazināties un ierīce neizslēdzas, līdz signāls nokrītas līdz Y līmenim. Šo risinājumu izmanto, lai nomāktu kontakta atlēcienu, iejaukšanās un izlases pārrāvumos, kā arī dažādos regulatoros.

Piemēram, termostats vai temperatūras regulators. Parasti tā darbības princips ir izslēgt apkures (vai dzesēšanas) ierīci brīdī, kad temperatūra telpā vai citā vietā ir sasniegusi iepriekš noteiktu līmeni.

Apsvērsim divas iespējas, kā strādāt īsi un vienkārši:

1. Nav histerēzes. Ieslēgšana un izslēgšana noteiktā temperatūrā. Tomēr šeit ir nianses. Ja iestatīsiet temperatūras regulatoru uz 22 grādiem un uzsildīsiet telpu līdz šim līmenim, tad, tiklīdz telpā būs 22, tas izslēgsies, un, kad tas atkal nokritīsies līdz 21, tas ieslēgsies. Tas ne vienmēr ir pareizais lēmums, jo jūsu kontrolētā ierīce pārāk bieži ieslēgsies un izslēgsies. Turklāt lielākajā daļā mājsaimniecības un daudzu rūpniecisku uzdevumu nav nepieciešama tik skaidra temperatūras kontrole.
2. Ar histerēzi. Lai izveidotu noteiktu atstarpi pieļaujamajā regulējamo parametru diapazonā, tiek izmantota histerēze. Tas ir, ja iestatāt temperatūru līdz 22 grādiem, tad, tiklīdz tā tiks sasniegta, sildītājs izslēgsies. Pieņemsim, ka histerēze regulatorā ir iestatīta uz 3 grādu atstarpi, tad sildītājs atsāks darboties tikai tad, kad gaisa temperatūra noslīdēs līdz 19 grādiem.

Dažreiz šī atstarpe tiek pielāgota pēc jūsu ieskatiem. Vienkāršos dizainos tiek izmantotas bimetāla plāksnes.

Visbeidzot, mēs iesakām noskatīties noderīgu video, kurā ir izskaidrots, kas ir histerēze un kā to izmantot:

Mēs pētījām histerēzes fenomenu un pielietojumu elektrotehnikā. Secinājums ir šāds: elektriskajā piedziņā un transformatoros tam ir kaitīga ietekme, un arī elektronikā un dažādos regulatoros tas atrod noderīgu pielietojumu. Mēs ceram, ka sniegtā informācija jums bija noderīga un interesanta!

Saistītie materiāli:

• Kā darbojas magnētiskais starteris
• Kas ir harmonikas elektrotīklā
• Kā vadītāja pretestība ir atkarīga no temperatūras?