Was ist Hysterese?

Im Kern eines jeden Elektromagneten bleibt nach dem Abschalten des Stroms immer ein Teil der magnetischen Eigenschaften, der sogenannte Restmagnetismus, erhalten. Die Größe des Restmagnetismus hängt von den Eigenschaften des Kernmaterials ab und erreicht bei gehärtetem Stahl einen höheren Wert und bei Weicheisen einen geringeren Wert.

Unabhängig davon, wie weich das Eisen ist, hat der Restmagnetismus dennoch eine gewisse Wirkung, wenn es entsprechend den Betriebsbedingungen des Geräts erforderlich ist, seinen Kern zu magnetisieren, also auf Null zu entmagnetisieren und in die entgegengesetzte Richtung zu magnetisieren.

Tatsächlich ist es bei jeder Änderung der Stromrichtung in der Spule des Elektromagneten erforderlich (aufgrund des Vorhandenseins von Restmagnetismus im Kern), den Kern zunächst zu entmagnetisieren, und erst dann kann er neu magnetisiert werden Richtung. Dies würde einen gewissen magnetischen Fluss in die entgegengesetzte Richtung erfordern.

Mit anderen Worten, die Änderung der Magnetisierung des Kerns (magnetische Induktion) hinkt immer den entsprechenden Änderungen des magnetischen Flusses hinterher (magnetische Feldstärke), erzeugt von der Spule.

Diese Verzögerung der magnetischen Induktion gegenüber der Stärke des Magnetfeldes nennt man Hysterese... Bei jeder neuen Magnetisierung des Kerns ist es zur Zerstörung seines Restmagnetismus notwendig, mit einem entgegengesetzten magnetischen Fluss auf den Kern einzuwirken Richtung.

In der Praxis bedeutet dies, dass ein Teil der elektrischen Energie zur Überwindung der Koerzitivkraft aufgewendet werden muss, was es schwierig macht, die molekularen Magnete in eine neue Position zu drehen. Die dafür aufgewendete Energie wird im Eisen in Form von Wärme freigesetzt und stellt Ummagnetisierungsverluste oder sogenannte Hystereseverluste dar.

Basierend auf dem oben Gesagten sollte Eisen, das in einem bestimmten Gerät einer kontinuierlichen Magnetisierungsumkehr ausgesetzt ist (Ankerkerne von Generatoren und Elektromotoren, Transformatorkerne), immer weich und mit einer sehr geringen Koerzitivfeldstärke ausgewählt werden. Dadurch ist es möglich, hysteresebedingte Verluste zu reduzieren und so den Wirkungsgrad einer elektrischen Maschine oder eines elektrischen Geräts zu steigern.

Hystereseschleife

Hystereseschleife – eine Kurve, die den Verlauf der Abhängigkeit der Magnetisierung von der Stärke des äußeren Feldes darstellt. Je größer die Fläche der Schleife, desto mehr Arbeit muss geleistet werden, um die Magnetisierung umzukehren.

Stellen wir uns einen einfachen Elektromagneten mit einem Eisenkern vor. Lassen wir es einen vollständigen Magnetisierungszyklus durchlaufen, bei dem wir den Magnetisierungsstrom in den Tapetenrichtungen von Null auf den Ω-Wert ändern.

Anfangszeitpunkt: Der Strom ist Null, das Eisen ist nicht magnetisiert, die magnetische Induktion B = 0.

1. Teil: Magnetisierung durch Änderung des Stroms von 0 auf einen Wert von — + Ω.Die Induktion im Kerneisen nimmt zunächst schnell, dann langsamer zu. Am Ende des Vorgangs, am Punkt A, ist das Eisen so mit magnetischen Kraftlinien gesättigt, dass eine weitere Erhöhung des Stroms (über + OM) zu den unbedeutendsten Ergebnissen führen kann, daher kann der Magnetisierungsvorgang als abgeschlossen betrachtet werden.

Die Magnetisierung bis zur Sättigung bedeutet, dass die molekularen Magnete im Kern, die sich zu Beginn des Magnetisierungsprozesses in einem vollständigen Zustand und dann nur in teilweiser Unordnung befanden, nun fast alle in geordneten Reihen angeordnet sind, Nordpole auf einer Seite, Südpole auf der anderen Seite das andere. Warum haben wir jetzt Nordpolarität an einem Ende des Kerns und Südpolarität am anderen?

2. Teil: Schwächung des Magnetismus durch Reduzierung des Stroms von + OM auf 0 und vollständige Entmagnetisierung bei Strom — OD. Die magnetische Induktion, die sich entlang der Wechselstromkurve ändert, erreicht den Wert OC, während der Strom bereits Null ist. Diese magnetische Induktion wird Restmagnetismus oder magnetische Restinduktion genannt. Um die Entmagnetisierung vollständig zu zerstören, ist es daher erforderlich, dem Elektromagneten einen Rückstrom zuzuführen und ihn auf einen Wert zu bringen, der der Ordinate OD in der Zeichnung entspricht.

3. Teil: Ummagnetisierung durch Änderung des Stroms von – OD auf – OM1. Die entlang der Kurve DE zunehmende magnetische Induktion erreicht den Punkt E, der dem Sättigungsmoment entspricht.

4. Teil: Schwächung des Magnetismus durch allmähliche Reduzierung des Stroms von — OM1, auf Null (Restmagnetismus OF) und anschließende Entmagnetisierung durch Richtungsänderung des Stroms und Bringen auf den Wert + OH.

Fünfter Teil: Magnetisierung entsprechend dem Prozess des ersten Teils, wobei die magnetische Induktion von Null auf + MA gebracht wird, indem der Strom von + OH auf + OM geändert wird.

NSWenn der Entmagnetisierungsstrom auf Null sinkt, kehren nicht alle Elementar- oder Molekülmagnete in ihren vorherigen ungeordneten Zustand zurück, sondern einige von ihnen behalten ihre Position entsprechend der letzten Magnetisierungsrichtung. Dieses Phänomen der Verzögerung oder Beibehaltung des Magnetismus wird Hysterese genannt.