Hysterese i elektroteknikk og elektronikk: hva er det

I elektroteknikk er det forskjellige enheter, hvis prinsipp er basert på elektromagnetiske fenomener. Der det er en kjerne som en spole av ledende materiale, som kobber, er viklet på, observeres interaksjoner på grunn av magnetiske felt. Dette er releer, startere, kontaktorer, motorer og magneter. Blant egenskapene til kjernene er det en slik egenskap som hysterese. I denne artikkelen vil vi se på hva det er, samt hva som er fordelene og skadene ved dette fenomenet.

Definisjon av konseptet

Ordet "hysterese" har greske røtter, det oversettes som lagging eller lagging. Dette begrepet brukes i ulike felt av vitenskap og teknologi. I en generell forstand skiller begrepet hysterese den forskjellige oppførselen til systemet under motsatt påvirkning.

Dette kan også sies på en enklere måte. La oss si at det er et slags system som kan påvirkes i flere retninger. Hvis systemet ikke går tilbake til sin opprinnelige tilstand når det handles i foroverretningen etter avslutning, men er etablert i en mellomtilstand - da, for å gå tilbake til sin opprinnelige tilstand, er det nødvendig å handle i en annen retning med med en viss kraft. I dette tilfellet har systemet hysterese.

Noen ganger brukes dette fenomenet til nyttige formål, for eksempel for å lage elementer som utløses ved visse terskelverdier for de handlende kreftene og for regulatorer. I andre tilfeller har hysterese en skadelig effekt, la oss vurdere dette i praksis.

Hysterese i elektroteknikk

I elektroteknikk er hysterese en viktig egenskap for materialene som kjernene til elektriske maskiner og apparater er laget av. Før vi begynner å forklare, la oss se på magnetiseringskurven til kjernen.

Et bilde på en graf av denne typen kalles også en hystereseløkke.

Viktig! I dette tilfellet snakker vi om hysteresen til feromagneter, her er det en ikke-lineær avhengighet av den indre den magnetiske induksjonen av materialet på verdien av den eksterne magnetiske induksjonen, som avhenger av forrige tilstand element.

Når det går strøm gjennom en leder rundt sistnevnte, vil en magnetisk og elektrisk felt. Vikler du ledningen til en spole og fører en strøm gjennom den, får du en elektromagnet. Hvis du legger en kjerne inne i spolen, vil dens induktans øke, og det samme vil kreftene som oppstår rundt den.

Hva er hysterese avhengig av? Følgelig er kjernen laget av metall; dens egenskaper og magnetiseringskurven avhenger av typen.

Bruker du for eksempel herdet stål, så blir hysteresen bredere. Ved valg av såkalte myke magnetiske materialer vil timeplanen snevres inn. Hva betyr dette og hva er det for?

Faktum er at når en slik spole opererer i en vekselstrømkrets, flyter strømmen i den ene eller den andre retningen. Som et resultat og magnetisk kraft, er polen konstant invertert. I en spole uten kjerne skjer dette i prinsippet samtidig, men med en kjerne er det annerledes. Den magnetiserer gradvis, dens magnetiske induksjon øker og når gradvis en nesten horisontal del av grafen, som kalles metningsdelen.

Etter det, hvis du begynner å endre retningen til strømmen og magnetfeltet, bør kjernen magnetiseres på nytt. Men hvis du bare slår av strømmen og dermed fjerner kilden til magnetfeltet, vil kjernen fortsatt forbli magnetisert, men ikke så mye. På neste diagram er dette punkt "A". For å avmagnetisere den til sin opprinnelige tilstand, må du opprette en negativ magnetisk feltstyrke. Dette er punkt "B". Følgelig må strømmen i spolen flyte i motsatt retning.

Verdien av magnetfeltstyrken for fullstendig avmagnetisering av kjernen kalles tvangskraften og jo mindre den er, jo bedre i dette tilfellet.

Magnetiseringsreverseringen i motsatt retning vil foregå på samme måte, men langs den nedre grenen av sløyfen. Det vil si at når man opererer i en vekselstrømkrets, vil en del av energien brukes på å reversere magnetiseringen av kjernen. Dette fører til at effektiviteten til den elektriske motoren og transformatoren reduseres. Følgelig fører dette til oppvarmingen.

Viktig! Jo lavere hysteresen og tvangskraften er, desto lavere er reverseringstapene for kjernemagnetisering.

I tillegg til det ovennevnte er hysterese også karakteristisk for driften av reléer og andre elektromagnetiske svitsjenheter. For eksempel snuble og lukke strømmer. Når releet er slått av, for at det skal fungere, må en viss strøm påføres. I dette tilfellet kan holdestrømmen i på-tilstanden være mye lavere enn påslagsstrømmen. Den vil bare slå seg av når strømmen faller under holdestrømmen.

Hysterese i elektronikk

I elektroniske enheter er hysterese hovedsakelig nyttig. La oss si at dette brukes i terskelelementer, for eksempel komparatorer og Schmidt-utløsere. Nedenfor kan du se en graf over tilstandene:

Dette er nødvendig i de tilfellene for at enheten skal fungere når X-signalet er nådd, hvoretter signalet kan begynne å avta og enheten slås ikke av før signalet synker til Y-nivået. Denne løsningen brukes til å undertrykke kontaktsprett, innblanding og tilfeldige utbrudd, samt i ulike regulatorer.

For eksempel en termostat eller temperaturregulator. Vanligvis er operasjonsprinsippet å slå av varme- (eller kjøle-) enheten i øyeblikket når temperaturen i rommet eller et annet sted har nådd et forhåndsbestemt nivå.

La oss vurdere to alternativer for å jobbe kort og enkelt:

1. Ingen hysterese. Slår av og på ved en gitt temperatur. Det er imidlertid nyanser her. Hvis du setter temperaturregulatoren til 22 grader og varmer opp rommet til dette nivået, vil det slå seg av så snart rommet er 22, og når det synker til 21 igjen, slås det på. Dette er ikke alltid den riktige avgjørelsen, fordi den kontrollerte enheten din vil slå seg av og på for ofte. I tillegg, i de fleste husholdnings- og mange industrielle oppgaver, er det ikke behov for en så tydelig temperaturkontroll.
2. Med hysterese. For å lage et visst gap i det tillatte området av justerbare parametere, brukes hysterese. Det vil si at hvis du setter temperaturen til 22 grader, vil varmeren slå seg av så snart den er nådd. Anta at hysteresen i regulatoren er satt til et gap på 3 grader, så vil varmeren begynne å fungere igjen først når lufttemperaturen synker til 19 grader.

Noen ganger justeres dette gapet etter eget skjønn. I enkle design brukes bimetallplater.

Til slutt anbefaler vi å se en nyttig video som forklarer hva hysterese er og hvordan du kan bruke den:

Vi undersøkte fenomenet og anvendelsen av hysterese i elektroteknikk. Konklusjonen er følgende: i en elektrisk stasjon og transformatorer har den en skadelig effekt, og i elektronikk og forskjellige regulatorer finner den også nyttig anvendelse. Vi håper informasjonen som ble gitt var nyttig og interessant for deg!

Relatert materiale:

• Hvordan fungerer en magnetisk starter
• Hva er harmoniske i strømnettet
• Hvordan avhenger motstanden til en leder av temperaturen?