Histerese em engenharia elétrica e eletrônica: o que é

Na engenharia elétrica, existem vários dispositivos, cujo princípio é baseado em fenômenos eletromagnéticos. Onde há um núcleo no qual uma bobina de material condutor, como o cobre, é enrolada, as interações são observadas devido aos campos magnéticos. São relés, partidas, contatores, motores e ímãs. Entre as características dos núcleos existe uma característica como a histerese. Neste artigo, veremos o que é, bem como quais são os benefícios e malefícios desse fenômeno.

Definição do conceito

A palavra "histerese" tem raízes gregas e pode ser traduzida como atrasada ou atrasada. Este termo é usado em vários campos da ciência e da tecnologia. Em um sentido geral, o conceito de histerese distingue os diferentes comportamentos do sistema sob influências opostas.

Isso também pode ser dito em termos mais simples. Digamos que haja algum tipo de sistema que pode ser influenciado em várias direções. Se, ao atuar na direção para frente, após o término, o sistema não retorna ao seu estado original, mas se estabelece em um estado intermediário - então, para retornar ao seu estado original, é necessário atuar em uma direção diferente com por alguma força. Nesse caso, o sistema apresenta histerese.

Às vezes, esse fenômeno é usado para fins úteis, por exemplo, para criar elementos que são acionados em certos valores de limiar das forças atuantes e para reguladores. Em outros casos, a histerese tem um efeito prejudicial, vamos considerar isso na prática.

Histerese em engenharia elétrica

Na engenharia elétrica, a histerese é uma característica importante para os materiais dos quais os núcleos das máquinas e aparelhos elétricos são feitos. Antes de começar a explicar, vamos dar uma olhada na curva de magnetização do núcleo.

Uma imagem em um gráfico desse tipo também é chamada de ciclo de histerese.

Importante! Neste caso, estamos falando sobre a histerese dos pheroímãs, aqui é uma dependência não linear do a indução magnética do material sobre o valor da indução magnética externa, que depende do estado anterior elemento.

Quando a corrente flui através de um condutor em torno deste, um magnético e campo elétrico. Se você enrolar o fio em uma bobina e passar uma corrente por ele, obterá um eletroímã. Se você colocar um núcleo dentro da bobina, sua indutância aumentará, assim como as forças que surgem ao seu redor.

Do que depende a histerese? Conseqüentemente, o núcleo é feito de metal, suas características e a curva de magnetização dependem do seu tipo.

Se você usar, por exemplo, aço temperado, a histerese será mais ampla. Ao escolher os chamados materiais magnéticos suaves, o cronograma será limitado. O que isso significa e para que serve?

O fato é que quando tal bobina está operando em um circuito de corrente alternada, a corrente flui em uma ou outra direção. Como resultado e força magnética, o pólo é constantemente invertido. Em uma bobina sem núcleo, isso acontece em princípio ao mesmo tempo, mas com o núcleo é diferente. Ele gradualmente magnetiza, sua indução magnética aumenta e gradualmente atinge uma seção quase horizontal do gráfico, que é chamada de seção de saturação.

Depois disso, se você começar a mudar a direção da corrente e do campo magnético, o núcleo deve ser remagnetizado. Mas se você apenas desligar a corrente e assim remover a fonte do campo magnético, o núcleo continuará magnetizado, embora não tanto. No próximo gráfico, este é o ponto "A". Para desmagnetizá-lo ao seu estado original, você precisa criar uma intensidade de campo magnético negativa. Este é o ponto "B". Consequentemente, a corrente na bobina deve fluir na direção oposta.

O valor da intensidade do campo magnético para a desmagnetização completa do núcleo é chamado de força coercitiva e quanto menor for, melhor neste caso.

A reversão da magnetização na direção oposta ocorrerá da mesma maneira, mas ao longo do ramo inferior do loop. Ou seja, ao operar em um circuito de corrente alternada, parte da energia será gasta na reversão da magnetização do núcleo. Isso leva ao fato de que a eficiência do motor elétrico e do transformador diminui. Conseqüentemente, isso leva ao seu aquecimento.

Importante! Quanto menor for a histerese e a força coercitiva, menores serão as perdas por reversão da magnetização do núcleo.

Além do acima, a histerese também é característica para a operação de relés e outros dispositivos de comutação eletromagnética. Por exemplo, correntes de disparo e fechamento. Quando o relé é desligado, para que funcione, deve ser aplicada uma determinada corrente. Nesse caso, sua corrente de retenção no estado ligado pode ser muito menor do que a corrente de ativação. Ele só desligará quando a corrente cair abaixo da corrente de retenção.

Histerese em eletrônica

Em dispositivos eletrônicos, a histerese é principalmente útil. Digamos que isso seja usado em elementos de limite, por exemplo, comparadores e gatilhos Schmidt. Abaixo você pode ver um gráfico de seus estados:

Isso é necessário nesses casos para que o dispositivo funcione quando o sinal X for atingido, após o que o sinal pode começar a diminuir e o dispositivo não desligar até que o sinal caia para o nível Y. Esta solução é usada para suprimir o salto de contato, interferência e rajadas aleatórias, bem como em vários reguladores.

Por exemplo, um termostato ou controlador de temperatura. Normalmente, seu princípio de funcionamento é desligar o aparelho de aquecimento (ou resfriamento) no momento em que a temperatura da sala ou de outro local atingir um nível pré-determinado.

Vamos considerar duas opções para trabalhar de forma breve e simples:

1. Sem histerese. Ligar e desligar em uma determinada temperatura. No entanto, existem nuances aqui. Se você definir o regulador de temperatura para 22 graus e aquecer a sala até esse nível, assim que a sala estiver em 22 graus, ele desligará e, quando cair para 21 novamente, ligará. Essa nem sempre é a decisão certa, porque o dispositivo controlado liga e desliga com muita frequência. Além disso, na maioria das tarefas domésticas e industriais, não há necessidade de um controle de temperatura tão claro.
2. Com histerese. Para fazer uma certa lacuna na faixa permitida de parâmetros ajustáveis, a histerese é usada. Ou seja, se você definir a temperatura para 22 graus, assim que ela for atingida, o aquecedor será desligado. Suponha que a histerese no regulador seja definida para um intervalo de 3 graus, então o aquecedor começará a funcionar novamente apenas quando a temperatura do ar cair para 19 graus.

Às vezes, essa lacuna é ajustada a seu critério. Em projetos simples, são utilizadas placas bimetálicas.

Por fim, recomendamos assistir a um vídeo útil que explica o que é histerese e como você pode usá-la:

Nós examinamos o fenômeno e a aplicação da histerese em engenharia elétrica. O resultado final é o seguinte: em um acionamento elétrico e transformadores, tem um efeito prejudicial, e em eletrônicos e vários reguladores também encontra aplicação útil. Esperamos que as informações fornecidas tenham sido úteis e interessantes para você!

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