Hysteréza v elektrotechnike a elektronike: čo to je

V elektrotechnike existujú rôzne zariadenia, ktorých princíp je založený na elektromagnetických javoch. Tam, kde je jadro, na ktorom je navinutá cievka z vodivého materiálu, ako je meď, sú pozorované interakcie v dôsledku magnetických polí. Sú to relé, štartéry, stýkače, motory a magnety. Medzi charakteristikami jadier je taká charakteristika ako hysterézia. V tomto článku sa pozrieme na to, čo to je, ako aj na to, aké sú výhody a škody tohto javu.

Definícia pojmu

Slovo "hysteréza" má grécke korene, prekladá sa ako zaostávanie alebo zaostávanie. Tento výraz sa používa v rôznych oblastiach vedy a techniky. Vo všeobecnom zmysle pojem hysteréza rozlišuje rôzne správanie systému pod opačnými vplyvmi.

Dá sa to povedať aj jednoduchšie. Povedzme, že existuje nejaký systém, ktorý sa dá ovplyvniť viacerými smermi. Ak sa pri pôsobení naň v doprednom smere po ukončení systém nevráti do pôvodného stavu, ale sa ustáli v prechodnom stave - potom, aby sa vrátil do pôvodného stavu, je potrebné konať iným smerom s nejakou silou. V tomto prípade má systém hysterézu.

Niekedy sa tento jav používa na užitočné účely, napríklad na vytváranie prvkov, ktoré sa spúšťajú pri určitých prahových hodnotách pôsobiacich síl a pre regulátory. V iných prípadoch má hysteréza škodlivý účinok, zvážme to v praxi.

Hysterézia v elektrotechnike

V elektrotechnike je hysterézia dôležitou charakteristikou materiálov, z ktorých sú vyrobené jadrá elektrických strojov a prístrojov. Skôr než začneme vysvetľovať, pozrime sa na magnetizačnú krivku jadra.

Obraz na grafe tohto druhu sa tiež nazýva hysterézna slučka.

Dôležité! V tomto prípade hovoríme o hysterézii feromagnetov, tu ide o nelineárnu závislosť vnútorného magnetickú indukciu materiálu na hodnotu vonkajšej magnetickej indukcie, ktorá závisí od predchádzajúceho stavu element.

Keď prúd preteká vodičom okolo neho, magnetické a elektrické pole. Ak drôt naviniete do cievky a prejdete ním prúd, získate elektromagnet. Ak vložíte jadro do cievky, zvýši sa jej indukčnosť, rovnako ako sily, ktoré okolo nej vznikajú.

Od čoho závisí hysterézia? V súlade s tým je jadro vyrobené z kovu, jeho vlastnosti a krivka magnetizácie závisia od jeho typu.

Ak použijete napríklad kalenú oceľ, potom bude hysterézia širšia. Pri výbere takzvaných mäkkých magnetických materiálov sa harmonogram zúži. Čo to znamená a na čo slúži?

Faktom je, že keď takáto cievka pracuje v obvode striedavého prúdu, prúd tečie jedným alebo druhým smerom. V dôsledku magnetickej sily je pól neustále obrátený. V cievke bez jadra sa to deje v princípe súčasne, ale s jadrom je to inak. Postupne magnetizuje, zväčšuje sa jeho magnetická indukcia a postupne sa dostáva do takmer vodorovného rezu grafu, ktorý sa nazýva saturačný rez.

Potom, ak začnete meniť smer prúdu a magnetického poľa, jadro by sa malo znova zmagnetizovať. Ale ak jednoducho vypnete prúd a tým odstránite zdroj magnetického poľa, jadro zostane stále zmagnetizované, aj keď nie toľko. Na ďalšom grafe je to bod „A“. Aby ste ho demagnetizovali do pôvodného stavu, musíte vytvoriť negatívnu silu magnetického poľa. Toto je bod "B". V súlade s tým musí prúd v cievke tiecť v opačnom smere.

Hodnota intenzity magnetického poľa pre úplnú demagnetizáciu jadra sa nazýva koercitívna sila a čím je menšia, tým je v tomto prípade lepšia.

Obrátenie magnetizácie v opačnom smere bude prebiehať rovnakým spôsobom, ale pozdĺž spodnej vetvy slučky. To znamená, že pri prevádzke v obvode striedavého prúdu sa časť energie minie na obrátenie magnetizácie jadra. To vedie k tomu, že účinnosť elektromotora a transformátora klesá. V súlade s tým to vedie k jeho zahrievaniu.

Dôležité! Čím nižšia je hysterézia a koercitívna sila, tým nižšie sú reverzné straty magnetizácie jadra.

Okrem vyššie uvedeného je hysterézia charakteristická aj pre činnosť relé a iných elektromagnetických spínacích zariadení. Napríklad zakopnutie a uzavretie prúdov. Keď je relé vypnuté, aby fungovalo, musí sa použiť určitý prúd. V tomto prípade môže byť jeho prídržný prúd v zapnutom stave oveľa nižší ako prúd pri zapnutí. Vypne sa len vtedy, keď prúd klesne pod prídržný prúd.

Hysterézia v elektronike

V elektronických zariadeniach je užitočná hlavne hysterézia. Povedzme, že sa to používa v prahových prvkoch, napríklad komparátoroch a Schmidtových spúšťačoch. Nižšie si môžete pozrieť graf jeho stavov:

To je potrebné v tých prípadoch, aby zariadenie fungovalo pri dosiahnutí signálu X, po ktorom môže signál začať klesať a zariadenie sa nevypne, kým signál neklesne na úroveň Y. Toto riešenie sa používa na potlačenie odrazu kontaktu, rušenie a náhodné výbuchy, ako aj v rôznych regulátoroch.

Napríklad termostat alebo regulátor teploty. Zvyčajne je jeho princípom činnosti vypnutie vykurovacieho (alebo chladiaceho) zariadenia v momente, keď teplota v miestnosti alebo inom mieste dosiahne vopred stanovenú úroveň.

Uvažujme o dvoch možnostiach práce stručne a jednoducho:

1. Žiadna hysteréza. Zapínanie a vypínanie pri danej teplote. Sú tu však nuansy. Ak nastavíte regulátor teploty na 22 stupňov a vykúrite miestnosť na túto úroveň, tak akonáhle je v miestnosti 22, vypne sa a keď opäť klesne na 21, zapne sa. Toto nie je vždy správne rozhodnutie, pretože vaše ovládané zariadenie sa bude zapínať a vypínať príliš často. Okrem toho vo väčšine domácich a mnohých priemyselných úloh nie je potrebná taká jasná kontrola teploty.
2. S hysterézou. Na vytvorenie určitej medzery v prípustnom rozsahu nastaviteľných parametrov sa používa hysterézia. To znamená, že ak nastavíte teplotu na 22 stupňov, akonáhle sa dosiahne, ohrievač sa vypne. Predpokladajme, že hysterézia v regulátore je nastavená na medzeru 3 stupňov, potom ohrievač začne opäť pracovať až vtedy, keď teplota vzduchu klesne na 19 stupňov.

Niekedy je táto medzera upravená podľa vášho uváženia. V jednoduchých prevedeniach sa používajú bimetalové platne.

Nakoniec odporúčame pozrieť si užitočné video, ktoré vysvetľuje, čo je hysterézia a ako ju môžete použiť:

Skúmali sme jav a aplikáciu hysterézie v elektrotechnike. Záver je nasledovný: v elektrickom pohone a transformátoroch pôsobí škodlivo, v elektronike a rôznych regulátoroch tiež nachádza užitočné uplatnenie. Dúfame, že poskytnuté informácie boli pre vás užitočné a zaujímavé!

Súvisiace materiály:

• Ako funguje magnetický štartér
• Čo sú harmonické v elektrickej sieti
• Ako závisí odpor vodiča od teploty?