Hysterese in elektrotechniek en elektronica: wat is het?

In de elektrotechniek zijn er verschillende apparaten waarvan het principe is gebaseerd op elektromagnetische verschijnselen. Waar een kern is waarop een spoel van geleidend materiaal, zoals koper, is gewikkeld, worden interacties waargenomen door magnetische velden. Dit zijn relais, starters, magneetschakelaars, motoren en magneten. Onder de kenmerken van de kernen is er zo'n kenmerk als hysterese. In dit artikel zullen we kijken naar wat het is en wat de voor- en nadelen van dit fenomeen zijn.

Definitie van het concept

Het woord "Hysteresis" heeft Griekse wortels, het vertaalt zich als achterblijvend of achterblijvend. Deze term wordt gebruikt op verschillende gebieden van wetenschap en technologie. In algemene zin onderscheidt het concept van hysterese het verschillende gedrag van het systeem onder tegengestelde invloeden.

Dit kan ook in eenvoudiger bewoordingen worden gezegd. Laten we zeggen dat er een soort systeem is dat in verschillende richtingen kan worden beïnvloed. Als het systeem, wanneer het in de voorwaartse richting werkt, na beëindiging niet terugkeert naar de oorspronkelijke staat, maar is gevestigd in een tussentoestand - dan, om terug te keren naar zijn oorspronkelijke staat, is het noodzakelijk om in een andere richting te handelen met met enige kracht. In dit geval heeft het systeem hysterese.

Soms wordt dit fenomeen gebruikt voor nuttige doeleinden, bijvoorbeeld om elementen te creëren die worden geactiveerd bij bepaalde drempelwaarden van de werkende krachten en voor regelgevers. In andere gevallen heeft hysterese een nadelig effect, laten we dit eens in de praktijk bekijken.

Hysterese in de elektrotechniek

In de elektrotechniek is hysterese een belangrijke eigenschap voor de materialen waaruit de kernen van elektrische machines en apparaten zijn gemaakt. Laten we, voordat we beginnen met uitleggen, kijken naar de magnetisatiecurve van de kern.

Een afbeelding op zo'n grafiek wordt ook wel een hysteresislus genoemd.

Belangrijk! In dit geval hebben we het over de hysterese van feromagneten, hier is het een niet-lineaire afhankelijkheid van de interne de magnetische inductie van het materiaal op de waarde van de externe magnetische inductie, die afhangt van de vorige toestand; element.

Wanneer stroom door een geleider rond de laatste vloeit, wordt een magnetisch en elektrisch veld. Als je de draad in een spoel wikkelt en er een stroom doorheen laat lopen, krijg je een elektromagneet. Als je een kern in de spoel plaatst, neemt de inductantie toe, evenals de krachten die eromheen ontstaan.

Waar hangt hysterese van af? Dienovereenkomstig is de kern gemaakt van metaal; de kenmerken en de magnetisatiecurve zijn afhankelijk van het type.

Gebruik je bijvoorbeeld gehard staal, dan wordt de hysterese breder. Bij het kiezen van zogenaamde zachtmagnetische materialen zal het schema smaller worden. Wat betekent dit en waar is het voor?

Het feit is dat wanneer zo'n spoel in een wisselstroomcircuit werkt, de stroom in de ene of de andere richting vloeit. Als resultaat en magnetische kracht wordt de pool constant omgekeerd. Bij een spoel zonder kern gebeurt dit in principe tegelijk, maar bij een kern is dat anders. Het magnetiseert geleidelijk, zijn magnetische inductie neemt toe en bereikt geleidelijk een bijna horizontaal gedeelte van de grafiek, dat het verzadigingsgedeelte wordt genoemd.

Als u daarna de richting van de stroom en het magnetische veld begint te veranderen, moet de kern opnieuw worden gemagnetiseerd. Maar als je gewoon de stroom uitschakelt en daarmee de bron van het magnetische veld verwijdert, blijft de kern nog steeds gemagnetiseerd, hoewel niet zozeer. Op de volgende kaart is dit punt "A". Om het in zijn oorspronkelijke staat te demagnetiseren, moet u een negatieve magnetische veldsterkte creëren. Dit is punt "B". Dienovereenkomstig moet de stroom in de spoel in de tegenovergestelde richting stromen.

De waarde van de magnetische veldsterkte voor volledige demagnetisering van de kern wordt de coërcitiefkracht genoemd en hoe minder deze is, hoe beter in dit geval.

De magnetisatie-omkering in de tegenovergestelde richting zal op dezelfde manier verlopen, maar langs de onderste tak van de lus. Dat wil zeggen, bij gebruik in een wisselstroomcircuit, zal een deel van de energie worden besteed aan het omkeren van de magnetisatie van de kern. Dit leidt ertoe dat het rendement van de elektromotor en transformator afneemt. Dienovereenkomstig leidt dit tot de verwarming ervan.

Belangrijk! Hoe lager de hysterese en coërcitiefkracht, hoe lager de omkeringsverliezen van de kernmagnetisatie.

Naast het bovenstaande is hysterese ook kenmerkend voor de werking van relais en andere elektromagnetische schakelapparatuur. Bijvoorbeeld struikelen en stromen sluiten. Wanneer het relais is uitgeschakeld, moet een bepaalde stroom worden toegepast om het te laten werken. In dit geval kan de houdstroom in de aan-toestand veel lager zijn dan de inschakelstroom. Het wordt alleen uitgeschakeld als de stroom onder de houdstroom daalt.

Hysterese in elektronica

In elektronische apparaten is hysterese vooral nuttig. Laten we zeggen dat dit wordt gebruikt in drempelelementen, bijvoorbeeld comparatoren en Schmidt-triggers. Hieronder ziet u een grafiek van de toestanden:

Dit is in die gevallen nodig om het apparaat te laten werken wanneer het X-signaal is bereikt, waarna het signaal kan beginnen af ​​te nemen en het apparaat pas uitschakelt als het signaal tot het Y-niveau daalt. Deze oplossing wordt gebruikt om contact bounce te onderdrukken, interferentie en willekeurige bursts, evenals in verschillende regelaars.

Bijvoorbeeld een thermostaat of temperatuurregelaar. Gewoonlijk is het werkingsprincipe het uitschakelen van het verwarmings- (of koel-) apparaat op het moment dat de temperatuur in de kamer of op een andere plaats een vooraf bepaald niveau heeft bereikt.

Laten we twee opties bekijken om kort en eenvoudig te werken:

1. Geen hysterese. In- en uitschakelen bij een bepaalde temperatuur. Er zijn hier echter nuances. Als u de temperatuurregelaar instelt op 22 graden en de kamer tot dit niveau verwarmt, wordt deze uitgeschakeld zodra de kamer 22 is en wanneer deze weer naar 21 daalt, wordt deze ingeschakeld. Dit is niet altijd de juiste beslissing, omdat je aangestuurde apparaat te vaak aan en uit gaat. Bovendien is er bij de meeste huishoudelijke en veel industriële taken geen behoefte aan zo'n duidelijke temperatuurregeling.
2. Met hysterese. Om een ​​bepaalde opening in het toegestane bereik van instelbare parameters te maken, wordt hysterese gebruikt. Dat wil zeggen, als u de temperatuur instelt op 22 graden, wordt de verwarming uitgeschakeld zodra deze is bereikt. Stel dat de hysterese in de regelaar op een tussenruimte van 3 graden staat, dan gaat de kachel pas weer werken als de luchttemperatuur daalt tot 19 graden.

Soms wordt deze tussenruimte naar eigen inzicht aangepast. In eenvoudige ontwerpen worden bimetalen platen gebruikt.

Ten slotte raden we aan om een ​​handige video te bekijken waarin wordt uitgelegd wat hysteresis is en hoe je het kunt gebruiken:

We onderzochten het fenomeen en de toepassing van hysterese in de elektrotechniek. De bottom line is het volgende: in een elektrische aandrijving en transformatoren heeft het een nadelig effect, en in elektronica en verschillende regelaars vindt het ook nuttige toepassing. We hopen dat de verstrekte informatie nuttig en interessant voor u was!

Gerelateerde materialen:

• Hoe werkt een magnetische starter?
• Wat zijn harmonischen in het elektriciteitsnet?
• Hoe hangt de weerstand van een geleider af van de temperatuur?