Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!
В електротехниката има различни устройства, принципът на които се основава на електромагнитни явления. Когато има сърцевина, върху която се навива намотка от проводящ материал, като мед, се наблюдават взаимодействия, дължащи се на магнитни полета. Това са релета, задвижващи механизми, контактори, електрически двигатели и магнити. Сред характеристиките на ядрата има такава характеристика като хистерезис. В тази статия ще разгледаме какво е то, както и какви са ползите и вредите от това явление.Дефиниция на концепцията
Думата "хистерезис" има гръцки корени, тя се превежда като забавена или изоставаща. Този термин се използва в различни области на науката и технологиите. В общ смисъл понятието хистерезис отличава различното поведение на системата при противоположни ефекти.
Това може да се каже по-просто. Да предположим, че има някаква система, която може да бъде повлияна в няколко посоки. Ако, действайки върху него в посока напред, след прекратяване, системата не се върне в първоначалното си състояние, а е поставена в междинна, тогава, за да се върне в първоначалното си състояние, е необходимо да действа в друга посока с някаква сила. В този случай системата има хистерезис.
Понякога това явление се използва за полезни цели, например за създаване на елементи, които се задействат при определени прагови стойности на действащите сили и за регулаторите. В други случаи хистерезисът е пагубен, считайте го на практика.
Хистерезис в електротехниката
В електротехниката хистерезисът е важна характеристика за материалите, от които се произвеждат ядрата на електрически машини и апарати. Преди да пристъпим към обясненията, нека разгледаме кривата на магнетизиране на ядрото.
Изображението на графиката от този тип се нарича също хистерезисна линия.
Важно е! В този случай става въпрос за хистерезис на феромагнетици, тук е нелинейната зависимост на вътрешната магнитна индукция на материала от величината на външната магнитна индукция, която зависи от предишното състояние на елемента.
Когато токът преминава през проводник около него, възниква магнитно и електрическо поле. Ако навиете проводника в бобината и преминете ток през него, ще получите електромагнит. Ако поставите ядро вътре в намотката, тогава неговата индуктивност ще се увеличи, както и силите, възникващи около него.
Какво е хистерезис? Съответно, сърцевината е изработена от метал, чийто тип и крива на намагнитване зависят от неговия тип.
Ако използвате, например, закалена стомана, хистерезисът ще бъде по-широк. При избора на така наречените магнитни материали - графикът се стеснява. Какво означава това и за какво е то?
Факт е, че по време на работа на такава намотка в верига с променлив ток, токът протича в една или друга посока. В резултат на това и магнитните сили, полюсите постоянно се обръщат. В рулони без ядро, това се случва по принцип едновременно, но с ядрото нещата са различни. Тя постепенно се намагнетизира, магнитната й индукция се увеличава и постепенно достига почти хоризонталната част на графиката, която се нарича регион на насищане.
След това, ако започнете да променяте посоката на тока и магнитното поле, ядрото трябва да се ремагнетизира. Но ако просто изключите тока и по този начин премахнете източника на магнитното поле, ядрото все още ще остане намагничено, макар и не толкова. В следващата графика това е точка “А”. За да се размагнетизира в първоначалното си състояние, е необходимо да се създаде отрицателна магнитна сила. Това е точка "Б". Съответно, токът в бобината трябва да тече в обратна посока.
Стойността на силата на магнитното поле за пълно размагничаване на ядрото се нарича коерцитивна сила, и колкото по-малка е тя, толкова по-добре в този случай.
Обръщането в обратна посока ще бъде подобно, но вече по долния клон на цикъла. Тоест, когато се работи в променливотокова верига, част от енергията ще се изразходва за обръщане на намагнитването на ядрото. Това води до намаляване на ефективността на електродвигателя и трансформатора. Съответно това води до неговото нагряване.
Важно е! Колкото по-малка е хистерезисът и коерцитивната сила, толкова по-малка е загубата в обръщане на намагнитването на ядрото.
В допълнение към горното, хистерезис е характерен и за работата на релета и други електромагнитни превключващи устройства. Например текущото изключване и включване. Когато релето е изключено, трябва да се приложи определен ток. В този случай, токът на неговото задържане в състояние на включване може да бъде много по-нисък от тока на превключване. Той ще се изключи само когато токът падне под задържащия ток.
Хистерезис в електрониката
В електронните устройства хистерезисът носи предимно полезни функции. Да предположим, че това се използва в праговите елементи, например за сравнителни и Шмиттови тригери. По-долу виждате графика на нейните състояния:
Това е необходимо в случаите, когато устройството работи, когато се достигне сигнал X, след което сигналът може да започне да намалява и устройството да не се изключва, докато сигналът падне до ниво Y. Това решение се използва за подтискане на контактните отскоци, интерференцията и случайните залпове, и също в различни регулатори.
Например термостат или температурен регулатор. Обикновено неговият принцип на работа е да се изключи отоплителното (или охлаждащото) устройство в момента, когато температурата в помещението или на друго място е достигнала предварително определено ниво.
Обмислете две възможности за работа накратко и просто:
- Няма хистерезис. Включване и изключване при определена температура. В същото време има нюанси. Ако настроите контрола на температурата на 22 градуса и затоплете стаята до това ниво, веднага щом стаята има 22, тя ще се изключи, а когато се върне надолу до 21, ще се включи. Това не винаги е правилното решение, защото управляваното от вас устройство ще се включва и изключва твърде често. Освен това в повечето домакински и много промишлени задачи няма нужда от толкова прецизно поддържане на температурата.
- С хистерезис. За да се направи известна празнина в допустимия диапазон на регулируеми параметри, се прилага хистерезис. Това означава, че ако зададете температурата на 22 градуса, то веднага щом бъде достигната, нагревателят ще се изключи. Ако приемем, че хистерезисът в регулатора е настроен на разстояние от 3 градуса, нагревателят ще работи отново, само когато температурата на въздуха падне до 19 градуса.
Понякога тази разлика се регулира по ваша преценка. При прости версии се използват биметални плочи.
И накрая, препоръчваме ви да видите полезен видеоклип, който ви казва какво е хистерезис и как можете да го използвате:
Разгледахме явлението и приложението на хистерезиса в електротехниката. Резултатът е следният: в електрическото задвижване и трансформаторите той има вреден ефект, а в електрониката и различните регулатори той намира и полезни приложения. Надяваме се, че предоставената информация е полезна и интересна за Вас!
Материали по темата:
- Как действа магнитен стартер
- Какви са хармониците в електрическата мрежа
- Как устойчивостта на проводника зависи от температурата?