ШТЕЙНМЕЦ, ЧАРЛЗ ПРОТЕУС (Steinmetz, Charles Proteus) (1865–1923), американский инженер. Родился 9 апреля 1865 в Бреслау в Германии (ныне Вроцлав, Польша). Учился в университете Бреслау, окончил Высшую техническую школу в Цюрихе. В 1889 эмигрировал в США. Работал в электротехнической фирме в Йонкерсе (шт. Нью-Йорк). Под влиянием владельца фирмы Р.Айкемейера заинтересовался электротехникой. Организовал лабораторию, где провел большинство своих исследований. Прежде всего Штейнмец занялся определением потерь мощности в

магнитных материалах, использующихся в электрооборудовании, и получил эмпирическую формулу для расчета потерь на гистерезис (1890–1892). Это позволило учитывать потери мощности при расчетах трансформаторов, электродвигателей, генераторов переменного тока и других устройств. В 1892 Штейнмец сделал два доклада на эту тему на конференции в Американском институте инженеров-электриков. Работа сразу получила признание, а вычисленные им коэффициенты потерь на гистерезис были включены в справочники по электротехнике.

Второе важное достижение Штейнмеца – разработка метода расчета цепей переменного тока в 1893. Метод быстро нашел практическое применение, чему немало способствовали многочисленные лекции на эту тему, прочитанные Штейнмецем, и его книга Математика для инженеров (Engineering Mathematics, 1910).

В 1893 фирма Айкемейера вошла в корпорацию «Дженерал электрик», где Штейнмец получил место инженера. Здесь у него появились более широкие возможности для исследовательской работы и внедрения изобретений. Вначале он участвовал в создании мощных генераторов для новой гидроэлектростанции на Ниагарском водопаде, предложив множество усовершенствований. Затем, занявшись изучением кратковременных изменений в электрических цепях, исследовал природу молнии и предложил способ защиты линий электропередач. Кроме того, Штейнмец занимался проектированием и расчетами светотехнических устройств и крупных электрических машин. Со временем занял пост технического руководителя компании «Дженерал электрик». В 1901 был избран президентом Американского института инженеров-электриков. В 1902 был назначен профессором электротехники Юнион-колледжа. Умер Штейнмец в Скенектади (шт. Нью-Йорк) 26 октября 1923.

В соответствии с формулой Штейнмеца, энергия теряемая на один полный цикл перемагничивания в единице объема вещества равна

W_H = h B_mⁿ ,

где h - постоянный коэффициент, характеризующий данное вещество,

B_m - амплитуда индукции и n - показатель степени, зависящий от амплитуды индукции. Для значений индукции 0.1< B_m <1.0 Тл n = 1.6, а для 0.1 > B_m и 1.0< B_m <1.6 Тл n = 2.

Отсюда мощность, расходуемая на перемагничивание или, иначе говоря, потери на гистерезис равны

P_H = W_HfV = h fB_mⁿV

Ферромагнитный материал сердечника катушки создает сильные искажения кривых тока и напряжения на ней. Гистерезисную петлю ферромагнетика B(H) можно преобразовать в подобную ей зависимость потокосцепления катушки от тока Y (i), пользуясь тем, что Y = BS и i = H/w.

Если катушка подключена к источнику синусоидальной ЭДС и напряжение на ней u = U_mcosw t

Для этого в каждый момент времени по значению Y определим с помощью петли Y (i) мгновенное значение тока в катушке i и отложим его на вертикальной линии ab, соответствующей рассматриваемому моменту времени.

Полученная кривая i(t) имеет сильные искажения. В ее спектре резко выражена третья гармоника. Если выделить первую гармонику i₁ (рис. 2) , то окажется, что синусоида потокосцепления отстает от нее на некоторый угол, называемый гистерезисным углом. Величина гистерезисного угла зависит от ширины петли гистерезиса, т.е. от потерь на перемагничивание. Если петлю гистерезиса заменить кривой намагничивания, то искажения кривой тока сохранятся, а гистерезисный угол будет равен нулю.

Если катушку подключить к источнику синусоидального тока i, то по петле i(Y ) можно также по точкам для каждого момента времени построить кривую Y (t), а затем, продифференцировав ее, получить кривую u(t) (рис. 3).

Из рис. 3 следует, что при синусоидальном токе в катушке кривая падения напряжения на ней несинусоидальна и имеет ярко выраженную третью гармонику. Причем ее доля в спектре напряжения существенно больше, чем в спектре тока при синусоидальном напряжении.