Co to jest histereza?

W rdzeniu każdego elektromagnesu, po wyłączeniu prądu, część właściwości magnetycznych, zwana magnetyzmem szczątkowym, jest zawsze zachowana. Wielkość magnetyzmu szczątkowego zależy od właściwości materiału rdzenia i osiąga wyższą wartość dla stali hartowanej i mniejszą dla miękkiego żelaza.

Jednak bez względu na to, jak miękkie jest żelazo, magnetyzm szczątkowy nadal będzie miał pewien wpływ, jeśli zgodnie z warunkami pracy urządzenia konieczne jest namagnesowanie jego rdzenia, to znaczy rozmagnesowanie do zera i namagnesowanie w przeciwnym kierunku.

W rzeczywistości przy każdej zmianie kierunku prądu w cewce elektromagnesu konieczne jest (ze względu na obecność magnetyzmu szczątkowego w rdzeniu) najpierw rozmagnesowanie rdzenia, a dopiero potem można go namagnesować w nowym kierunek. Wymagałoby to pewnego strumienia magnetycznego w przeciwnym kierunku.

Innymi słowy, zmiana namagnesowania rdzenia (indukcja magnetyczna) zawsze pozostaje w tyle za odpowiednimi zmianami strumienia magnetycznego (siła pola magnetycznego), utworzone przez cewkę.

Nazywa się to opóźnienie indukcji magnetycznej od siły pola magnetycznego histereza... Przy każdym nowym namagnesowaniu rdzenia, aby zniszczyć jego magnetyzm szczątkowy, konieczne jest oddziaływanie na rdzeń strumieniem magnetycznym w przeciwnym kierunku kierunek.

W praktyce będzie to oznaczać poświęcenie części energii elektrycznej na pokonanie siły przymusu, która utrudnia obrócenie magnesów molekularnych do nowej pozycji. Energia zużyta na to jest uwalniana w żelazie w postaci ciepła i reprezentuje straty odwrócenia magnetyzacji lub, jak to się nazywa, utratę histerezy.

W związku z powyższym żelazo poddane ciągłemu odwracaniu namagnesowania w określonym urządzeniu (rdzeni tworników generatorów i silników elektrycznych, rdzenie transformatorów) powinno być zawsze dobierane jako miękkie, o bardzo małej sile koercji. Pozwala to na zmniejszenie strat spowodowanych histerezą, a tym samym zwiększenie sprawności maszyny lub urządzenia elektrycznego.

Pętla histerezy

Pętla histerezy — krzywa przedstawiająca przebieg zależności namagnesowania od natężenia pola zewnętrznego. Im większy obszar pętli, tym więcej pracy trzeba wykonać, aby odwrócić namagnesowanie.

Wyobraźmy sobie prosty elektromagnes z żelaznym rdzeniem. Przeprowadźmy go przez pełny cykl magnesowania, dla którego zmienimy prąd magnesujący od zera do wartości Ω w kierunkach tapety.

Moment początkowy: prąd wynosi zero, żelazo nie jest namagnesowane, indukcja magnetyczna B = 0.

1. część: magnesowanie poprzez zmianę prądu od 0 do wartości — + Ω.Indukcja w żelaznym rdzeniu będzie najpierw rosła szybko, a potem wolniej. Pod koniec operacji, w punkcie A, żelazo jest tak nasycone liniami sił magnetycznych, że dalsze zwiększanie prądu (ponad + OM) może dać najbardziej nieznaczące wyniki, dlatego operację magnesowania można uznać za zakończoną.

Namagnesowanie do nasycenia oznacza, że ​​magnesy molekularne w rdzeniu, które na początku procesu magnesowania znajdowały się w stanie całkowitym, a następnie tylko w częściowym nieuporządkowaniu, są teraz prawie wszystkie ułożone w uporządkowane rzędy, bieguny północne po jednej stronie, bieguny południowe po drugiej. z drugiej: dlaczego mamy teraz polaryzację północną na jednym końcu rdzenia i południową na drugim.

druga część: osłabienie magnetyzmu w wyniku redukcji prądu od + OM do 0 i całkowitego rozmagnesowania przy prądzie — OD. Indukcja magnetyczna zmieniająca się wzdłuż krzywej AC osiągnie wartość OC, podczas gdy prąd będzie już równy zeru. Ta indukcja magnetyczna nazywana jest magnetyzmem szczątkowym lub szczątkową indukcją magnetyczną. Aby zniszczyć, a więc całkowicie rozmagnesować, konieczne jest podanie prądu wstecznego do elektromagnesu i doprowadzenie go do wartości odpowiadającej rzędnej OD na rysunku.

3. część: odwrócenie magnesowania poprzez zmianę prądu z — OD na — OM1. Indukcja magnetyczna rosnąca wzdłuż krzywej DE osiągnie punkt E odpowiadający momentowi nasycenia.

czwarta część: osłabienie magnetyzmu poprzez stopniowe zmniejszanie prądu od -OM1 do zera (magnetyzm szczątkowy OF) i następnie rozmagnesowanie poprzez zmianę kierunku prądu i doprowadzenie go do wartości +OH.

Część piąta: namagnesowanie odpowiadające procesowi części pierwszej, sprowadzające indukcję magnetyczną od zera do + MA poprzez zmianę prądu z + OH na + OM.

N Gdy prąd rozmagnesowania spada do zera, nie wszystkie elementarne lub molekularne magnesy wracają do poprzedniego stanu nieuporządkowanego, ale niektóre z nich zachowują swoje położenie odpowiadające ostatniemu kierunkowi namagnesowania. To zjawisko opóźnienia lub zatrzymania magnetyzmu nazywa się histerezą.