Что такое петля гистерезиса для чайников. Гистерезис в электротехнике
Модель петли представляет собой определенный цикл, который некоторые свойства отправляет на повторную проверку и согласование, а некоторые использует дальше. Избирательный характер зависит от свойств конкретной системы.
Сегнетоэлектрический гистерезис – изменяющаяся зависимость поляризации сегнетоэлектриков от циклического изменения внешнего электрического поля.
Упругий гистерезис – поведение упругих материалов, способных сохранять и утрачивать деформацию под воздействием больших давлений. Это явление обуславливает анизотропию механических характеристик и высокие механические качества кованных изделий.
Различные ферромагнитные материалы обладают неодинаковой способностью проводить магнитный поток. Основной характеристикой ферромагнитного материала является петля магнитного гистерезиса В(Н)
. Эта зависимость определяет значение магнитной индукции, которая будет возбуждена в магнитопроводе из данного материала при воздействии некоторой напряженности поля.
Рассмотрим процесс перемагничивания ферромагнетика. Пусть первоначально он был полностью размагничен. Сначала индукция быстро возрастает за счет того, что магнитные диполи
), то получим семейство петель магнитного гистерезиса. При некотором максимальном значении тока, а значит
Нmax
, площадь петли гистерезиса практически не увеличивается. Наибольшая по площади петля называется
предельной петлей гистерезиса.
Кривая, соединяющая вершины петель — на рисунке жирная линия, называется основной кривой намагничивания.
После нескольких (около 10) циклов изменения напряженности от положительного до отрицательного максимальных значений зависимость B
=
f
(
H
) начнет повторяться и приобретет характерный вид симметричной замкнутой кривой, называемой
петлей гистерезиса
.
Гистерезисом называют отставание изменения индукции от напряженности магнитного поля
.
Симметричная петля гистерезиса, полученная при максимальной напряженности поля Hm
, соответствующей насыщению ферромагнетика, называется
предельным циклом
.
Для предельного цикла устанавливают также значения индукции Br
Они используются для изготовления постоянных магнитов. Вещества с малой остаточной индукцией и площадью петли гистерезиса (кривая 2 рис.8а) называются магнитномягкими и используются для изготовления магнитопроводов электротехнических устройств, в особенности работающих при периодически изменяющемся магнитном потоке.
Свойства ферромагнитных материалов в переменных магнитных полях
При возбуждении переменного магнитного потока в магнитопроводах электротехнических устройств происходит непрерывное циклическое перемагничивание ферромагнитного материала.
Что такое петля гистерезиса?
-
— (от греч. hysteresis отставание) запаздывание изменения физической величины, характеризующей состояние вещества (намагниченности М ферромагнетика, поляризации P сегнетоэлектрика и т. п.), от изменения другой физической величины, определяющей… … Большой Энциклопедический словарь
Гистерезис в электронике
В электротехнике и электронике свойством гистерезиса пользуются устройства, которые используют различные магнитные взаимодействия. Например, магнитные носители информации или триггер Шмитта.
Это свойство необходимо знать, чтобы использовать его для подавления шумов в момент переключения определенных логических сигналов (дребезга контактов, быстрых колебаний).
Упругий гистерезис бывает двух видов: динамический и статический. В первом случае график будет изображать постоянно изменяющуюся петлю, во втором – равномерную.
Наиболее заметно это явление в прецизионных источниках опорного напряжения, которые используются в измерительных преобразователях.
Терминология
Гистерезис происходит от греческого языка, означает отставание или запаздывание. Это понятие используют в различных отраслях научных и технических знаний. Самое общее значение этого слова подразумевает разную манеру поведения систем в противоположном влиянии.
Детально это можно объяснить следующим образом. Гистерезис – это условие, возникающее вследствие воздействия одной физической величины, намагниченности, на другую физическую величину из внешней среды, магнитное поле.
Такое условие можно наблюдать в том случае, если состояние предмета изменяется под давлением внешних условий в этот же и предыдущий период времени.
Неоднозначность зависимости таких значений может наблюдаться в разных процессах потому, что, чтобы состояние тела претерпело изменение, ему необходимо определенный промежуток времени. И чем выше медлительность изменения внешней среды, тем меньше такое отставание. Это и является гистерезисом. Он бывает магнитным, диэлектрическим и упругим условием.
Нас интересует данное магнитное явление, возникающее в электротехнике. Оно является важной характеристикой для металла, из которого изготавливают сердечник электрической машины или аппарата. Давайте рассмотрим этот процесс с помощью графика.
Здесь изображена первоначальная кривая намагничивания ферромагнитного материала. Подробно это можно описать так.
Изначально намагнитив сердечник вплоть до насыщения в отрезке «индукция Bs, напряженность Hs» и снизив напряженность от +Hs до 0, индукция не изменится по кривой 3, а пойдет по проходящему выше участку ABr кривой I. Намагниченность материала останется при Н=0, а поле приобретет характеристику остаточной индукции Br.
При увеличении Н от 0 до значения Н=-Hs, изменится направление тока в катушке и знак напряженности магнитного поля Н. При достижении индукцией нулевых значений при указании напряженности поля Н=Нс, что является коэрцитивной силой, изменится знак и будет достигнута индукция насыщения В=-Вs при Н=-Нs.
Намагнитившись, в течение полного цикла зависимостью B (H) описывается петля I, которая называется предельная петля магнитного гистерезиса. Исходя из величины Pc по предельной петле бывают мягкие и твердые ферромагнетики.
В практических целях это можно описать следующим образом. Проводники пропускают ток и способствуют возникновению магнитного и электрического полей вокруг него. Получение электромагнита происходит путем сматывания провода в катушку и пропуска тока. Индуктивность катушки увеличится при помещении внутри нее сердечника с увеличением сил, возникших у нее.
Гистерезиз и его магнитная петля: механизм возникновения петли гистерезиса
Гистерезис и электроника
Гистерезис обладает и полезными функциями. Так, магнитный гистерезис используют пороговые элементы и триггеры Шмидта для того, чтобы стабилизировать функционирование приборов, срабатывающих при помехах или случайных всплесках напряжения.
Задержавшись во времени можно исключить случайные отклонения.
По такому принципу организована работа электронного термостата. Он срабатывает только, достигнув задаваемого значения температуры.
Эффект задерживания позволяет исключить слишком высокую частоту срабатываний и предотвращает отключение термостата из-за изменений температур.
- Если бы магнитный гистерезис отсутствовал, то при достижении заданных параметров (температуры) термостат бы включался и отключался. Например, при установке регулятора температуры в 24 градуса тепла и при достижении этого значения, термостат отключится. Однако он включится снова, как только температура начнет опускаться. При этом в комнате может быть все еще достаточно тепло и включение термостата можно отложить до более низкого значения температуры. Потому, частые включения и отключения не рациональны в данном случае.
- При присутствии такого явления как магнитный гистерезис можно осуществить некоторую задержку в определенном охвате значений. Если брать за основу вышеописанный пример с 24 градусами, то термостат при их достижении точно так же отключится. Но включится он не сразу, как только упадет температура. Время его повторного включения можно будет задать. Например, если это значение составит 5 градусов, то снова включение термостата произойдет при падении температуры до 19 градусов.Эту задержку можно контролировать и устанавливать по своему усмотрению.
В заключение подведем небольшой итог. Явление магнитного гистерезиса плохо влияет на электрические приводы и трансформаторы, однако для работы регуляторов он необходим.
