Hysteres inom elektroteknik och elektronik: vad är det

Inom elektroteknik finns det olika enheter, vars princip är baserad på elektromagnetiska fenomen. Där det finns en kärna på vilken en spole av ledande material, såsom koppar, är lindad, observeras interaktioner på grund av magnetfält. Dessa är reläer, starter, kontaktorer, motorer och magneter. Bland egenskaperna hos kärnorna finns en sådan egenskap som hysteres. I den här artikeln kommer vi att titta på vad det är, samt vad är fördelarna och skadorna med detta fenomen.

Definition av begreppet

Ordet "hysteres" har grekiska rötter, det översätts som släpande eller släpande. Denna term används inom olika områden av vetenskap och teknik. I en allmän mening särskiljer begreppet hysteres systemets olika beteende under motsatta influenser.

Detta kan också sägas i enklare termer. Låt oss säga att det finns något slags system som kan påverkas i flera riktningar. Om, när man agerar på det i framåtriktningen, efter avslutning, återgår systemet inte till sitt ursprungliga tillstånd, men är etablerad i ett mellantillstånd - då, för att återgå till sitt ursprungliga tillstånd, är det nödvändigt att agera i en annan riktning med med någon kraft. I detta fall har systemet hysteres.

Ibland används detta fenomen för användbara ändamål, till exempel för att skapa element som utlöses vid vissa tröskelvärden för de verkande krafterna och för regulatorer. I andra fall har hysteres en skadlig effekt, låt oss överväga detta i praktiken.

Hysteres inom elektroteknik

Inom elektroteknik är hysteres en viktig egenskap för de material som kärnorna i elektriska maskiner och apparater är gjorda av. Innan vi börjar förklara, låt oss titta på kärnans magnetiseringskurva.

En bild på en graf av detta slag kallas också en hysteresloop.

Viktig! I det här fallet talar vi om hysteresen av feromagneter, här är det ett olinjärt beroende av det inre den magnetiska induktionen av materialet på värdet av den externa magnetiska induktionen, vilket beror på det tidigare tillståndet element.

När ström flyter genom en ledare runt den senare, en magnetisk och elektriskt fält. Om du lindar tråden till en spole och leder en ström genom den får du en elektromagnet. Om du lägger en kärna inuti spolen kommer dess induktans att öka, liksom krafterna som uppstår runt den.

Vad beror hysteres på? Följaktligen är kärnan gjord av metall, dess egenskaper och magnetiseringskurvan beror på dess typ.

Använder man till exempel härdat stål så blir hysteresen bredare. Vid val av så kallade mjuka magnetiska material kommer schemat att smalna av. Vad betyder detta och vad är det till för?

Faktum är att när en sådan spole arbetar i en växelströmskrets flyter strömmen i den ena eller den andra riktningen. Som ett resultat och magnetisk kraft, är polen ständigt inverterad. I en spole utan kärna sker detta i princip samtidigt, men med en kärna är det annorlunda. Den magnetiserar gradvis, dess magnetiska induktion ökar och når gradvis en nästan horisontell sektion av grafen, som kallas mättnadssektionen.

Efter det, om du börjar ändra riktningen på strömmen och magnetfältet, bör kärnan återmagnetiseras. Men om du bara stänger av strömmen och därigenom tar bort källan till magnetfältet, kommer kärnan fortfarande att förbli magnetiserad, om än inte så mycket. På nästa diagram är detta punkt "A". För att avmagnetisera den till sitt ursprungliga tillstånd måste du skapa en negativ magnetfältstyrka. Detta är punkt "B". Följaktligen måste strömmen i spolen flyta i motsatt riktning.

Värdet på den magnetiska fältstyrkan för fullständig avmagnetisering av kärnan kallas koercitivkraften och ju mindre den är, desto bättre i detta fall.

Magnetiseringsomkastningen i motsatt riktning kommer att fortsätta på samma sätt, men längs den nedre grenen av slingan. Det vill säga, när man arbetar i en växelströmskrets kommer en del av energin att spenderas på att vända magnetiseringen av kärnan. Detta leder till att effektiviteten hos elmotorn och transformatorn minskar. Följaktligen leder detta till dess uppvärmning.

Viktig! Ju lägre hysteres och tvångskraft, desto lägre är magnetiseringsförlusterna för kärnan.

Utöver ovanstående är hysteres också karakteristisk för driften av reläer och andra elektromagnetiska omkopplingsanordningar. Till exempel snubbla och stänga strömmar. När reläet är avstängt måste en viss ström läggas på för att det ska fungera. I detta fall kan dess hållström i tillståndet vara mycket lägre än startströmmen. Den stängs bara av när strömmen faller under hållströmmen.

Hysteres inom elektronik

I elektroniska enheter är hysteres främst användbar. Låt oss säga att detta används i tröskelelement, till exempel komparatorer och Schmidt-utlösare. Nedan kan du se en graf över dess tillstånd:

Detta är nödvändigt i de fallen för att enheten ska fungera när X-signalen nås, varefter signalen kan börja minska och enheten stängs inte av förrän signalen sjunker till Y-nivån. Denna lösning används för att undertrycka kontaktstuds, interferens och slumpmässiga skurar, såväl som i olika regulatorer.

Till exempel en termostat eller temperaturregulator. Vanligtvis är dess funktionsprincip att stänga av uppvärmnings- (eller kylanordningen) i det ögonblick då temperaturen i rummet eller annan plats har nått en förutbestämd nivå.

Låt oss överväga två alternativ för att arbeta kort och enkelt:

1. Ingen hysteres. Slå på och av vid en given temperatur. Det finns dock nyanser här. Om du ställer in temperaturregulatorn på 22 grader och värmer upp rummet till denna nivå, så stängs det av så snart rummet är 22, och när det sjunker till 21 igen slås det på. Detta är inte alltid det rätta beslutet, eftersom din kontrollerade enhet kommer att slås på och stängas av för ofta. Dessutom, i de flesta hushålls- och många industriella uppgifter, finns det inget behov av en så tydlig temperaturkontroll.
2. Med hysteres. För att göra ett visst gap i det tillåtna intervallet av justerbara parametrar används hysteres. Det vill säga om du ställer in temperaturen på 22 grader, så stängs värmaren av så snart den är nådd. Antag att hysteresen i regulatorn är inställd på ett gap på 3 grader, då kommer värmaren att börja fungera igen först när lufttemperaturen sjunker till 19 grader.

Ibland justeras detta gap efter eget gottfinnande. I enkla konstruktioner används bimetallplattor.

Slutligen rekommenderar vi att du tittar på en användbar video som förklarar vad hysteres är och hur du kan använda den:

Vi undersökte fenomenet och tillämpningen av hysteres inom elektroteknik. Summan av kardemumman är följande: i en elektrisk drivning och transformatorer har den en skadlig effekt, och i elektronik och olika regulatorer finner den också användbar tillämpning. Vi hoppas att informationen var användbar och intressant för dig!

Relaterat material:

• Hur fungerar en magnetstartare
• Vad är övertoner i elnätet
• Hur beror motståndet hos en ledare på temperaturen?