Histereza v elektrotehniki in elektroniki: kaj je to

V elektrotehniki obstajajo različne naprave, katerih princip temelji na elektromagnetnih pojavih. Kjer je jedro, na katerem je navita tuljava prevodnega materiala, kot je baker, opazimo interakcije zaradi magnetnih polj. To so releji, zaganjalniki, kontaktorji, motorji in magneti. Med značilnostmi jeder je takšna značilnost, kot je histereza. V tem članku bomo pogledali, kaj je to, pa tudi kakšne so koristi in škode tega pojava.

Opredelitev pojma

Beseda "histereza" ima grške korenine, prevaja se kot zaostajanje ali zaostajanje. Ta izraz se uporablja na različnih področjih znanosti in tehnologije. V splošnem smislu koncept histereze razlikuje različno obnašanje sistema pod nasprotnimi vplivi.

To lahko rečemo tudi bolj preprosto. Recimo, da obstaja nekakšen sistem, na katerega je mogoče vplivati ​​v več smereh. Če se pri delovanju nanj v smeri naprej po zaključku sistem ne vrne v prvotno stanje, ampak se vzpostavi v vmesnem stanju - potem je za vrnitev v prvotno stanje treba delovati v drugačni smeri z z neko silo. V tem primeru ima sistem histerezo.

Včasih se ta pojav uporablja v koristne namene, na primer za ustvarjanje elementov, ki se sprožijo pri določenih mejnih vrednostih delujočih sil in za regulatorje. V drugih primerih ima histereza škodljiv učinek, upoštevajmo to v praksi.

Histereza v elektrotehniki

V elektrotehniki je histereza pomembna značilnost materialov, iz katerih so izdelana jedra električnih strojev in aparatov. Preden začnemo razlagati, si oglejmo krivuljo magnetizacije jedra.

Slika na grafu te vrste se imenuje tudi histerezna zanka.

Pomembno! V tem primeru govorimo o histerezi feromagnetov, tukaj gre za nelinearno odvisnost notranjega magnetna indukcija materiala na vrednost zunanje magnetne indukcije, ki je odvisna od prejšnjega stanja element.

Ko tok teče skozi prevodnik okoli slednjega, se magnetni in električno polje. Če žico navijete v tuljavo in skozi njo speljete tok, dobite elektromagnet. Če vstavite jedro v tuljavo, se bo njegova induktivnost povečala, prav tako tudi sile, ki nastanejo okoli nje.

Od česa je odvisna histereza? V skladu s tem je jedro kovinsko, njegove lastnosti in krivulja magnetizacije pa so odvisne od njegove vrste.

Če uporabljate na primer kaljeno jeklo, bo histereza širša. Pri izbiri tako imenovanih mehkih magnetnih materialov se bo urnik zožil. Kaj to pomeni in čemu služi?

Dejstvo je, da ko taka tuljava deluje v tokokrogu izmeničnega toka, tok teče v eno ali drugo smer. Zaradi magnetne sile se pol nenehno obrne. V tuljavi brez jedra se to načeloma dogaja hkrati, pri jedru pa je drugače. Postopoma se magnetizira, njegova magnetna indukcija se povečuje in postopoma doseže skoraj vodoravni del grafa, ki se imenuje odsek nasičenosti.

Po tem, če začnete spreminjati smer toka in magnetnega polja, je treba jedro ponovno magnetizirati. Če pa samo izklopite tok in s tem odstranite vir magnetnega polja, bo jedro še vedno ostalo magnetizirano, čeprav ne toliko. Na naslednjem grafikonu je to točka "A". Če ga želite razmagnetizirati v prvotno stanje, morate ustvariti negativno jakost magnetnega polja. To je točka "B". V skladu s tem mora tok v tuljavi teči v nasprotni smeri.

Vrednost jakosti magnetnega polja za popolno demagnetizacijo jedra imenujemo koercitivna sila in manjša kot je, tem bolje je v tem primeru.

Obrat magnetizacije v nasprotni smeri bo potekal na enak način, vendar vzdolž spodnje veje zanke. To pomeni, da bo pri delovanju v tokokrogu izmeničnega toka del energije porabljen za obračanje magnetizacije jedra. To vodi v dejstvo, da se učinkovitost elektromotorja in transformatorja zmanjša. V skladu s tem to vodi do njegovega segrevanja.

Pomembno! Nižje kot sta histereza in koercivna sila, manjše so izgube zaradi obračanja magnetizacije jedra.

Poleg naštetega je histereza značilna tudi za delovanje relejev in drugih elektromagnetnih stikalnih naprav. Na primer, izklop in zaprti tokovi. Ko je rele izklopljen, je za njegovo delovanje potrebno uporabiti določen tok. V tem primeru je lahko njegov zadrževalni tok v vklopljenem stanju veliko nižji od vklopnega toka. Izklopi se šele, ko tok pade pod zadrževalni tok.

Histereza v elektroniki

V elektronskih napravah je histereza uporabna predvsem. Recimo, da se to uporablja v elementih pragov, na primer v primerjalnikih in Schmidtovih sprožilcih. Spodaj si lahko ogledate graf njegovih stanj:

To je potrebno v tistih primerih, da naprava deluje, ko je dosežen signal X, po katerem se lahko signal začne zmanjševati in se naprava ne izklopi, dokler signal ne pade na raven Y. Ta rešitev se uporablja za preprečevanje odbijanja kontaktov, motnje in naključnih izbruhov, pa tudi v različnih regulatorjih.

Na primer termostat ali regulator temperature. Običajno je njegovo načelo delovanja izklop ogrevalne (ali hladilne) naprave v trenutku, ko temperatura v prostoru ali drugem prostoru doseže vnaprej določeno raven.

Oglejmo si dve možnosti za delo na kratko in preprosto:

1. Brez histereze. Vklop in izklop pri določeni temperaturi. Vendar pa tukaj obstajajo nianse. Če nastavite temperaturni regulator na 22 stopinj in segrejete sobo na to raven, se bo takoj, ko bo v sobi 22, izklopil, in ko bo spet padel na 21, se bo vklopil. To ni vedno prava odločitev, saj se bo vaša nadzorovana naprava prepogosto vklapljala in izklapljala. Poleg tega pri večini gospodinjskih in številnih industrijskih opravil ni potrebe po tako jasnem nadzoru temperature.
2. S histerezo. Za ustvarjanje določene vrzeli v dovoljenem območju nastavljivih parametrov se uporablja histereza. To pomeni, da če nastavite temperaturo na 22 stopinj, se bo grelec izklopil takoj, ko je dosežena. Recimo, da je histereza v regulatorju nastavljena na vrzel 3 stopinje, potem se bo grelec znova zagnal šele, ko temperatura zraka pade na 19 stopinj.

Včasih se ta vrzel prilagodi po lastni presoji. V preprostih izvedbah se uporabljajo bimetalne plošče.

Na koncu priporočamo ogled uporabnega videoposnetka, ki pojasnjuje, kaj je histereza in kako jo lahko uporabite:

Preučili smo pojav in uporabo histereze v elektrotehniki. Bistvo je naslednje: v električnem pogonu in transformatorjih deluje škodljivo, v elektroniki in raznih regulatorjih pa najde tudi uporabne aplikacije. Upamo, da so bile posredovane informacije koristne in zanimive za vas!

Povezani materiali:

• Kako deluje magnetni zaganjalnik
• Kaj so harmonike v električnem omrežju
• Kako je upor prevodnika odvisen od temperature?