Что такое гистерезис, какие польза и вред от данного явления

Определение понятия

Слово «гистерезис» имеет греческие корни и переводится как задержка или задержка. Термин используется в различных областях науки и техники. В общих чертах, концепция гистерезиса различает поведение различных систем при противоположных воздействиях.

Это также можно сказать более простыми словами. Предположим, есть система, на которую можно влиять в нескольких направлениях. Если после его завершения система не возвращается в исходное состояние, а ориентируется в промежуточном направлении — то для возврата в исходное состояние нужно плыть в другом направлении с некоторой силой. В этом случае система имеет гистерезис.

Иногда это явление используется в полезных целях, например, для создания элементов, которые работают в определенных пределах действующих сил, и для регуляторов. В других случаях гистерезис оказывает пагубное влияние, учтите это на практике.

Гистерезис в электротехнике

В электротехнике гистерезис является важной характеристикой материалов, из которых изготовлены сердечники машин и электрических устройств. Прежде чем мы начнем объяснять это, давайте взглянем на кривую намагничивания сердечника.

Изображение в этом типе графика также называется петлей гистерезиса.

Важный! В данном случае речь идет о гистерезисе ферромагнетиков, здесь это нелинейная зависимость внутренней магнитной индукции материала от величины внешней магнитной индукции, которая зависит от предыдущего состояния элемента.

Когда ток течет по проводнику, вокруг него создается магнитное и электрическое поле. Если скатать провод и пропустить через него электричество, получится электромагнит. Если вы поместите сердечник внутрь катушки, ее индуктивность увеличится, как и силы вокруг нее.

От чего зависит гистерезис? Следовательно, сердечник сделан из металла, и его свойства и кривая намагничивания зависят от типа сердечника.

Если, например, используется закаленная сталь, гистерезис будет больше. Если выбрать так называемый магнитомягкие материалы, график будет уже. Что это значит и зачем это нужно?

Дело в том, что при работе такой катушки в цепи переменного тока ток течет в одном направлении, а в другом. В результате этого и магнитных сил полюса постоянно меняются местами. В прокрутке без ядра это происходит в основном в одно и то же время, но с ядром ситуация иная. Он постепенно намагничивается, его магнитная индукция увеличивается и постепенно достигает почти горизонтальной области графика, которая называется областью насыщения.

Затем, если вы начнете менять направление тока и магнитного поля, сердечник придется снова намагничивать. Но если вы просто отключите ток и тем самым уберете источник магнитного поля, сердечник все равно останется намагниченным, хотя и не так сильно. На графике ниже это точка «А». Чтобы размагнитить его обратно в исходное состояние, создайте отрицательную напряженность магнитного поля. Это точка B. Следовательно, ток в катушке должен течь в обратном направлении.

Величина напряженности магнитного поля для полного размагничивания сердечника называется силой принуждения, и чем она меньше, тем лучше в этом случае.

Повторное намагничивание в обратном направлении пойдет тем же путем, но по нижней ветви петли. Это означает, что при работе в цепи переменного тока часть энергии будет потрачена на повторное намагничивание сердечника. Это приводит к снижению КПД двигателя и трансформатора. Соответственно, это приводит к нагреву.

Важный! Чем меньше гистерезис и меньше коэрцитивная сила, тем меньше намагничивающие потери сердечника.

Помимо описанного выше гистерезиса, он характерен для реле и других устройств электромагнитного переключения. Например, пусковой и коммутационный токи. Когда реле выключено, для его отключения необходимо подать ток. Однако его ток удержания может быть намного ниже, чем ток питания. Он выключится только тогда, когда ток упадет ниже тока удержания.

Гистерезис в электронике

Гистерезис в электронных устройствахв первую очередь имеет полезные функции. Предположим, он используется в пороговых элементах, таких как компараторы и триггеры Шмидта. Ниже вы можете увидеть график его состояний:

Это необходимо в тех случаях, когда устройство срабатывает при достижении сигнала X, после чего сигнал может начать уменьшаться, и устройство не выключится, пока сигнал не упадет до уровня Y. Это решение используется для подавления контактной вибрации, помех и случайных всплесков. а также в различных приложениях. Регуляторы.

Например, термостат или регулятор температуры. Обычно принцип его действия заключается в выключении нагревательного (или охлаждающего) устройства, когда температура в помещении или в другом месте достигает установленного уровня.

Давайте кратко и просто рассмотрим два варианта действий:

  1. Гистерезиса нет. Включение и выключение при установленной температуре. В этом есть нюансы. Если установить терморегулятор на 22 градуса и нагреть комнату до этого уровня, при достижении 22 градусов он выключится, а при понижении температуры до 21 градуса включится. Это не всегда правильное решение, так как управляемый блок будет слишком часто включаться и выключаться. Более того, для большинства бытовых и многих промышленных применений такой точный контроль температуры не требуется.
  2. С гистерезисом. Гистерезис используется для размещения определенного зазора в допустимом диапазоне регулируемых параметров. Это значит, что если выставить температуру 22 градуса, при ее достижении нагреватель выключится. Предположим, что гистерезис в контроллере установлен на 3-градусный слот, тогда нагреватель снова активируется только тогда, когда температура упадет до 19 градусов.

Иногда эту уязвимость можно исправить по нашему усмотрению. В простых конструкциях используются биметаллические листы.

Наконец, мы рекомендуем посмотреть полезное видео, объясняющее, что такое гистерезис и как его можно использовать:

Мы рассмотрели явление и использование гистерезиса в электрических приложениях. Главное, что в электроприводах и трансформаторах он пагубно действует, но в электронике и различных регуляторах тоже находит полезное применение. Надеемся, эта информация была для вас полезной и интересной!