Гистерезис и его магнитная петля: механизм петли гистерезиса

При проектировании двигателей и трансформаторов необходимо учитывать намагниченность материала и поведение в переходных процессах. При работе данного устройства в цепях переменного тока часть потребляемой электроэнергии должна использоваться для перемагничивания установленного сердечника. Аналогичные явления наблюдаются в переключающих устройствах. Изучение гистерезиса помогает повысить эффективность силовых машин и преобразователей напряжения и обеспечить переключение реле с нужной скоростью.

Петля гистерезиса в трансформаторе тока

Название “гистерезис” используется для описания процесса задержки, и что это означает в электротехнике, можно понять, изучив следующую информацию. Общее определение относится к наличию некоторой задержки в ответ на внешнее воздействие. Изменение в системе зависит от ее предыдущего состояния. Это явление отличается от инерции своими нелинейными рабочими характеристиками.


Петля гистерезиса показывает изменение намагниченности образца ферромагнитного материала

Вторая часть (2) показывает хаотичное (a) и направленное (b) расположение доменов. Ориентация вдоль линий электростатического поля используется для создания конденсаторов с переменной емкостью.

Общие понятия о гистерезисе

Следующие практические примеры объясняют основные определения этого процесса. Что такое гистерезис в экономике? В этой области можно изучить стандартизированную организацию экспорта товаров. Чтобы освоить новую территорию, необходимо предпринять несколько шагов:

  • изучить потенциальный интерес к тому или иному продукту с помощью маркетинговых исследований;
  • проверить наличие конкурирующих предложений;
  • создать сеть дилеров (продажи и обслуживание);
  • для обеспечения первоначальной доставки;
  • Проведите рекламную кампанию.

На начальном этапе придется приложить немало усилий. Тогда хорошо отлаженный механизм торговли будет жизнеспособным в рабочем режиме. На этом этапе более важными становятся менее затратные функции управления. Если компанию необходимо перевести в другой регион, процесс повторяется аналогичным образом с некоторой задержкой. Приведенный выше график иллюстрирует изменения экономических параметров на примере физических величин.

Причиной особой формы графика в этом примере является образование поляризации без приложения внешних сил поля. Этот эффект наблюдается в определенном диапазоне температур. Соответствующие материалы называются ферроэлектриками.

Вещества и их магнитные свойства

Образцы из разных материалов по-разному реагируют на магнитные поля. Основные различия связаны с магнитной проницаемостью (μ). Это коэффициент (множитель), показывающий разницу в значении вектора индукции (B) в веществе, по сравнению с вакуумом (B0):

  • Диамагнетики (μ≤1) – медь, вода, водород;
  • Парамагниты (μ≥1) – эбонит, кислород, платина;
  • ферромагниты (μ≤1) – кобальт, никель и железо.

Последняя группа отличается магнетизмом, который остается после удаления внешних воздействий.

Для информации. Когда ферромагнит нагревается до определенного уровня (точка Кюри), его магнитные свойства исчезают. Для железа этот показатель составляет +770°C.

Намагниченность (M) можно определить как разность между индукцией (B-B0), или выражается проницаемостью в соответствии со следующей формулой:

M = μ* B0 – B0 = (μ-1)*B0.

В электронике и электротехнике используются устройства с магнитным гистерезисом – различные магнитные носители – или электрическим гистерезисом, например, сегнетоэлектрический гистерезис [ ].

Некоторые экономические системы демонстрируют признаки гистерезиса: например, выполнение теории игр может потребовать значительных усилий Эффект гистерезиса проявляется в том, что небольшие различия в одном или нескольких параметрах приводят две системы к противоположным устойчивым равновесиям, например, “хорошее” – доверие, честность и высокое благосостояние; и “плохое” – воровство, недоверие, коррупция и бедность. Несмотря на небольшие начальные различия, системы требуют огромных усилий для перехода от одного равновесия к другому.

Эффект гистерезиса – это состояние безработицы; когда она достигает достаточно высокого уровня, она может до некоторой степени самовоспроизводиться и поддерживаться на этом уровне. Экономические причины гистерезиса (долгосрочной негибкости рынка труда) неоднозначны. Некоторые институциональные факторы приводят к гистерезису. Например, социальное страхование, особенно страхование по безработице, может снизить спрос фирм на рабочую силу в формальной экономике через налоговую систему. Безработица может привести к потере человеческого капитала и “клеймению” людей, которые остаются безработными в течение длительного времени. Профсоюзы могут вести переговоры для поддержания благосостояния своих существующих членов, игнорируя интересы посторонних людей, оказавшихся без работы. Постоянные затраты, связанные со сменой работы, места жительства или отрасли, также могут привести к гистерезису. Наконец, бывает трудно провести различие между реальными и кажущимися явлениями гистерезиса, когда конечное состояние системы определяется ее текущей динамикой или начальным состоянием. В первом случае гистерезис отражает наше незнание: добавив недостающие переменные и информацию, можно более полно описать эволюцию изучаемой системы. Др. Интерпретация явления гистерезиса заключается в простом существовании нескольких равновесных состояний, когда невидимые влияния переводят экономику из одного равновесного состояния в другое.

Текущее значение половины гистерезиса можно проверить с помощью SMS-команды с телефона 00SMS:

Как получить петлю гистерезиса на осциллографе

Затем кривая B-H идет по траектории a-b-c-d-e-f-a, где намагничивающий ток, протекающий через катушку, чередует положительные и отрицательные значения, подобно петле переменного напряжения. Этот путь называется петлей магнитного гистерезиса.

Эффект магнитного гистерезиса показывает, что процесс намагничивания ферромагнитного сердечника, а значит и плотность потока, зависит от того, к какой части кривой намагничивается ферромагнитный сердечник, поскольку это зависит от предшествующих цепей, придающих сердечнику форму “памяти”. Ферромагнитные материалы обладают памятью, поскольку они остаются намагниченными при снятии внешнего магнитного поля.

Однако мягкие ферромагнитные материалы, такие как железо или кремниевая сталь, имеют очень узкие петли магнитного гистерезиса, что приводит к очень малому остаточному магнетизму. Это делает их идеальными для использования в реле, электромагнитах и трансформаторах, поскольку они легко намагничиваются и размагничиваются.

Поскольку для преодоления остаточного магнетизма необходимо приложить коэрцитивную силу, для замыкания петли гистерезиса необходимо совершить работу, чтобы затраченная энергия рассеялась в виде тепла в магнитном материале. Это тепло называется потерей гистерезиса, величина потери зависит от материальной величины вынуждающей силы.

Добавляя в металлическое железо добавки, например, кремний, можно получить материалы с очень низкими коэрцитивными силами, которые имеют очень узкие петли гистерезиса. Материалы с узкими петлями гистерезиса легко намагничиваются и размагничиваются и называются магнитно-мягкими материалами.

Магнитный гистерезис приводит к рассеиванию энергии в виде тепла, а потери энергии пропорциональны площади петли магнитного гистерезиса. Потери на гистерезис всегда будут проблемой в трансформаторах переменного тока, где ток постоянно меняет направление, поэтому магнитные полюса в сердечнике будут вызывать потери, так как они постоянно меняют направление.

Вращающиеся катушки в машинах постоянного тока также несут гистерезисные потери, так как чередуют северный и южный магнитные полюса. Как упоминалось ранее, форма петли гистерезиса зависит от типа используемого железа или стали, и в случае с железом, которое подвергается огромным изменениям намагниченности, например, сердечники трансформаторов, важно, чтобы петля гистерезиса B-H была как можно меньше.

В следующей статье об электромагнетизме мы рассмотрим закон электромагнитной индукции Фарадея и увидим, что, перемещая проволочный проводник в неподвижном магнитном поле, можно вызвать в нем электрический ток, создав простой генератор.

Упругий гистерезис является проявлением явления внутреннего трения. Когда тело циклически нагружается и разгружается, диаграмма напряжения-деформации графически представляется в виде петли гистерезиса. Упругий гистерезис обусловлен возникновением локальной пластической деформации в определенных частях тела, которая вызывает остаточные напряжения в окружающей области.

Упругий гистерезис является проявлением явления внутреннего трения. Когда тело циклически нагружается и разгружается, диаграмма напряжения-деформации графически представляется в виде петли гистерезиса. Причиной возникновения упругого гистерезиса является появление локальной пластической деформации в определенных выделенных частях тела, что вызывает остаточные напряжения в окружающей области.

ЗаданиеКривые намагничивания для различных типов металлов показаны на рис.1 Кривая 1 – для мягкого железа. Кривая 2 предназначена для закаленной стали. Кривая 3 предназначена для незакаленной стали. Какой материал лучше всего подходит для изготовления высокоскоростного электромагнита?
РешениеДавайте сделаем рисунок.

Гистерезис, пример 1

Процесс намагничивания материала может быть представлен зависимостью вектора намагниченности (J) от напряженности внешнего поля (H) или может быть охарактеризован кривой B(H). Кривые гистерезиса показывают ход зависимости B(H) для трех видов металлов. На основании формы петли гистерезиса можно выбрать материал, который лучше всего подходит для конкретного практического применения. Например, для изготовления постоянных магнитов используется материал с наибольшей коэрцитивной силой. (Интенсивность размагничивающего поля является мерой того, насколько сильно поддерживается намагниченное состояние магнетита, это и есть коэрцитивная сила). Таким образом, исходя из рисунка 1, закаленная сталь подходит для изготовления постоянного магнита, поскольку она обладает наибольшей (на основе петли гистерезиса) остаточной намагниченностью. Электромагнит с быстрой регулировкой требует, чтобы задержка реакции на изменение внешнего поля была как можно меньше, поэтому из материалов, показанных на рисунке 1, наиболее подходящим является мягкое железо.

Читайте далее:
Сохранить статью?