Histerezis în inginerie electrică și electronică: ce este

În inginerie electrică, există diverse dispozitive, al căror principiu se bazează pe fenomene electromagnetice. Acolo unde există un miez pe care este înfășurată o bobină de material conductiv, cum ar fi cuprul, se observă interacțiuni din cauza câmpurilor magnetice. Acestea sunt relee, demaroare, contactoare, motoare și magneți. Printre caracteristicile nucleelor ​​există o caracteristică precum histerezisul. În acest articol ne vom uita la ce este, precum și care sunt beneficiile și daunele acestui fenomen.

Definiția conceptului

Cuvântul „Hysteresis” are rădăcini grecești, se traduce prin lagging sau lagging. Acest termen este folosit în diferite domenii ale științei și tehnologiei. Într-un sens general, conceptul de histerezis distinge comportamentul diferit al sistemului sub influențe opuse.

Acest lucru poate fi spus și în termeni mai simpli. Să presupunem că există un fel de sistem care poate fi influențat în mai multe direcții. Dacă, atunci când acționează asupra lui în direcția înainte, după terminare, sistemul nu revine la starea inițială, dar se stabilește într-o stare intermediară - atunci, pentru a reveni la starea inițială, este necesar să se acționeze într-o altă direcție cu printr-o oarecare forță. În acest caz, sistemul are histerezis.

Uneori, acest fenomen este folosit în scopuri utile, de exemplu, pentru a crea elemente care sunt declanșate la anumite valori de prag ale forțelor care acționează și pentru autorități de reglementare. În alte cazuri, histerezisul are un efect dăunător, să luăm în considerare acest lucru în practică.

Histerezis în inginerie electrică

În inginerie electrică, histerezisul este o caracteristică importantă pentru materialele din care sunt realizate miezurile mașinilor și aparatelor electrice. Înainte de a începe să explicăm, să ne uităm la curba de magnetizare a miezului.

O imagine pe un grafic de acest fel se mai numește și buclă de histerezis.

Important! În acest caz, vorbim despre histereza feromagneților, aici este o dependență neliniară a inducția magnetică a materialului asupra valorii inducției magnetice externe, care depinde de starea anterioară element.

Când curentul trece printr-un conductor în jurul acestuia din urmă, un magnetic și câmp electric. Dacă înfășurați firul într-o bobină și treceți un curent prin ea, obțineți un electromagnet. Dacă puneți un miez în interiorul bobinei, atunci inductanța acestuia va crește, la fel și forțele care apar în jurul acesteia.

De ce depinde histerezisul? În consecință, miezul este realizat din metal; caracteristicile sale și curba de magnetizare depind de tipul său.

Dacă utilizați, de exemplu, oțel călit, atunci histerezisul va fi mai larg. Atunci când alegeți așa-numitele materiale magnetice moi, programul se va restrânge. Ce înseamnă asta și pentru ce este?

Faptul este că atunci când o astfel de bobină funcționează într-un circuit de curent alternativ, curentul curge într-una sau alta direcție. Ca rezultat și forța magnetică, polul este în mod constant inversat. Într-o bobină fără miez, acest lucru se întâmplă în principiu în același timp, dar cu un miez este diferit. Se magnetizează treptat, inducția sa magnetică crește și ajunge treptat la o secțiune aproape orizontală a graficului, care se numește secțiunea de saturație.

După aceea, dacă începeți să schimbați direcția curentului și a câmpului magnetic, miezul ar trebui remagnetizat. Dar dacă doar opriți curentul și eliminați astfel sursa câmpului magnetic, miezul va rămâne în continuare magnetizat, deși nu atât de mult. Pe următorul grafic, acesta este punctul „A”. Pentru a-l demagnetiza la starea inițială, trebuie să creați o putere negativă a câmpului magnetic. Acesta este punctul „B”. În consecință, curentul din bobină trebuie să curgă în direcția opusă.

Valoarea intensității câmpului magnetic pentru demagnetizarea completă a miezului se numește forță coercitivă și cu cât este mai mică, cu atât mai bine în acest caz.

Inversarea magnetizării în direcția opusă se va desfășura în același mod, dar de-a lungul ramurii inferioare a buclei. Adică, atunci când funcționează într-un circuit de curent alternativ, o parte din energie va fi cheltuită pentru inversarea magnetizării miezului. Acest lucru duce la faptul că eficiența motorului electric și a transformatorului scade. În consecință, acest lucru duce la încălzirea acestuia.

Important! Cu cât histerezisul și forța coercitivă sunt mai mici, cu atât pierderile de inversare a magnetizării miezului sunt mai mici.

În plus față de cele de mai sus, histerezisul este, de asemenea, caracteristic pentru funcționarea releelor ​​și a altor dispozitive de comutare electromagnetică. De exemplu, curenții de declanșare și de închidere. Când releul este oprit, pentru ca acesta să funcționeze, trebuie aplicat un anumit curent. În acest caz, curentul său de menținere în starea de pornire poate fi mult mai mic decât curentul de pornire. Se va opri numai atunci când curentul scade sub curentul de menținere.

Histerezis în electronică

În dispozitivele electronice, histerezisul este în principal util. Să presupunem că acest lucru este utilizat în elementele de prag, de exemplu, comparatoare și declanșatoare Schmidt. Mai jos puteți vedea un grafic al stărilor sale:

Acest lucru este necesar în acele cazuri pentru ca dispozitivul să funcționeze când este atins semnalul X, după care semnalul poate începe să scadă și dispozitivul nu se oprește până când semnalul scade la nivelul Y. Această soluție este utilizată pentru a suprima săritura contactului, interferență și explozii aleatoare, precum și în diverse regulatoare.

De exemplu, un termostat sau un regulator de temperatură. De obicei, principiul său de funcționare este oprirea dispozitivului de încălzire (sau răcire) în momentul în care temperatura din cameră sau alt loc a atins un nivel prestabilit.

Să luăm în considerare două opțiuni pentru a lucra pe scurt și simplu:

1. Fără histerezis. Pornirea și oprirea la o anumită temperatură. Cu toate acestea, există nuanțe aici. Dacă setați regulatorul de temperatură la 22 de grade și încălziți camera la acest nivel, atunci de îndată ce camera are 22 de grade, se va opri, iar când scade din nou la 21, se va porni. Aceasta nu este întotdeauna decizia corectă, deoarece dispozitivul dumneavoastră controlat se va porni și se va opri prea des. În plus, în majoritatea sarcinilor casnice și industriale, nu este nevoie de un control atât de clar al temperaturii.
2. Cu histerezis. Pentru a face un anumit decalaj în intervalul permis de parametri ajustabili, se utilizează histerezis. Adică, dacă setați temperatura la 22 de grade, atunci de îndată ce este atinsă, încălzitorul se va opri. Să presupunem că histerezisul din regulator este setat la un interval de 3 grade, apoi încălzitorul va începe să funcționeze din nou numai când temperatura aerului scade la 19 grade.

Uneori, acest decalaj este ajustat la discreția dvs. În modelele simple, se folosesc plăci bimetalice.

În cele din urmă, vă recomandăm să vizionați un videoclip util care explică ce este histerezisul și cum îl puteți utiliza:

Am examinat fenomenul și aplicarea histerezii în inginerie electrică. Concluzia este următoarea: într-o unitate electrică și transformatoare, are un efect dăunător, iar în electronică și diverse regulatoare găsește și aplicații utile. Sperăm că informațiile oferite au fost utile și interesante pentru tine!

Materiale conexe:

• Cum funcționează un starter magnetic
• Ce sunt armonicile în rețeaua electrică
• Cum depinde rezistența unui conductor de temperatură?