RU (495) 989 48 46
Пленка на бампер

АНТИГРАВИЙНАЯ ЗАЩИТА БАМПЕРА

 

Устройство и принцип работы


Устройство и принцип работы электродвигателя

Устройство и принцип работы электродвигателя - синхронного и асинхронного

ООО ПТЦ Привод

Производство редукторов, мотор-редукторов NMRV, электродвигателей
г. Пенза, ул. Бийская 1Г
440034
Россия
Телефон: 8 (800) 2000-220
https://reductor58.ru
https://reductor58.ru/images/logo.jpg
https://reductor58.ru/images/logo.jpg
$

$

Привод ООО

Производство редукторов, мотор-редукторов NMRV, электродвигателей

440034, Россия

organization

8 (800) 2000-220 +7 (8412) 233-133 +7 (8412) 233-134

Мы работаем понедельник-пятница с 08:00 до 17:00

[email protected]

Устройство и принцип работы электродвигателя

Электродвигатель – это электротехническое  устройство для преобразования электрической энергии в механическую. Сегодня повсеместно применяются электромоторы в промышленности для привода различных станков и механизмов. В домашнем хозяйстве они установлены в стиральной машине, холодильнике, соковыжималке, кухонном комбайне, вентиляторах, электробритвах и т. п. Электродвигатели приводят в движение, подключенные к ней устройства и механизмы.

В этой статье Я расскажу о самых распространенных видах и принципах работы электрических двигателей переменного тока, широко используемых в гараже, в домашнем хозяйстве или мастерской.

Содержание статьи

Как работает электродвигатель

Двигатель работает на основе эффекта, обнаруженного Майклом Фарадеем еще в 1821 году. Он сделал открытие, что при взаимодействии электрического тока в проводнике и магнита может возникнуть непрерывное вращение.

Если в однородном магнитном поле расположить в вертикальном положении  рамку и пропустить по ней ток, тогда вокруг проводника возникнет электромагнитное поле, которое будет взаимодействовать с полюсами магнитов. От одного рамка будет отталкиваться, а к другому притягиваться.

В результате рамка повернется в горизонтальное положения, в котором будет нулевым воздействие магнитного поля на проводник. Для того что бы вращение продолжилось необходимо добавить еще одну рамку под углом или изменить направление тока в рамке в подходящий момент.

На рисунке это делается при помощи двух полуколец, к которым примыкают контактные пластины от батарейки. В результате после совершения полуоборота меняется полярность и вращение продолжается.

В современных электродвигателях вместо постоянных магнитов для создания  магнитного поля используются катушки индуктивности или электромагниты. Если разобрать любой мотор, то Вы увидите намотанные витки проволоки, покрытой изоляционным лаком. Эти витки и есть электромагнит или как их еще называют обмотка возбуждения.

В быту же постоянные магниты используются в детских игрушках на батарейках.

В других же более мощных двигателях используются только электромагниты или обмотки. Вращающаяся часть с ними называется ротор, а неподвижная- статор.

Виды электродвигателей

Сегодня существуют довольно много электродвигателей разных конструкций и типов. Их можно разделить по типу электропитания:

  1. Переменного тока, работающие напрямую от электросети.
  2. Постоянного тока, которые работают от батареек, АКБ, блоков питания или других источников постоянного тока.

По принципу работы:

  1. Синхронные, в которых есть обмотки на роторе и щеточный механизм для подачи на них электрического тока.
  2. Асинхронные, самый простой и распространенный вид мотора. В них нет щеток и обмоток на роторе.

Синхронный мотор вращается синхронно с магнитным полем, которое его вращает, а у асинхронного ротор вращается медленнее вращающегося магнитного поля в статоре .

Принцип работы и устройство асинхронного электродвигателя

 

В корпусе асинхронного двигателя укладываются обмотки статора (для 380 Вольт их будет 3), которые создают вращающееся магнитное поле. Концы их для подключения выводятся на специальную клеммную колодку. Охлаждаются обмотки, благодаря вентилятору, установленному на вале в торце электродвигателя.

Ротор, являющиеся одним целым с валом, изготавливается из металлических стержней, которые замыкаются  между собой с обоих сторон, поэтому он и называется короткозамкнутым.
Благодаря такой конструкции отпадает необходимость в частом периодическом обслуживании и замене токоподающих щеток, многократно увеличивается надежность, долговечность и безотказность.

Как правило, основной причиной поломки асинхронного мотора является износ подшипников, в которых вращается вал.

Принцип работы. Для того что бы работал асинхронный двигатель необходимо, что бы ротор вращался медленнее электромагнитного поля статора, в результате чего наводится ЭДС (возникает электроток) в роторе. Здесь важное условие, если бы ротор вращался с такой же скоростью как и магнитное поле, то в нем по закону электромагнитной индукции не наводилось бы ЭДС и, следовательно не было бы вращения. Но в реальности, из-за трения подшипников или нагрузки на вал, ротор всегда будет вращаться медленнее.

Магнитные полюса постоянно вращаются в обмотках мотора, и постоянно меняется направление тока в роторе. В один момент времени, например направление токов в обмотках статора и ротора изображено схематично в виде крестиков (ток течет от нас) и точек (ток на нас). Вращающееся магнитное поле изображено изображено пунктиром.

Например, как работает циркулярная пила. Наибольшие обороты у нее без нагрузки. Но как только мы начинаем резать доску, скорость вращения уменьшается и одновременно с этим ротор начинает медленнее вращаться относительно электромагнитного поля и в нем по законам электротехники начинает наводится еще большей величины ЭДС. Вырастает потребляемый ток мотором и он начинает работать на полной мощности. Если же нагрузка на вал будет столь велика, что его застопорит, то может возникнуть повреждение короткозамкнутого ротора из-за максимальной величины наводимой в нем ЭДС. Вот почему важно подбирать двигатель, подходящей мощности. Если же взять большей, то неоправданными будут энергозатраты.

Скорость вращения ротора зависит от количества полюсов. При 2 полюсах скорость вращения будет равна скорости вращения магнитного поля, равного максимум 3000 оборотов в секунду при частоте сети 50 Гц. Что бы понизить скорость вдвое, необходимо увеличить количество полюсов в статоре до четырех.

Весомым недостатком асинхронных двигателей является то, что они подаются регулировке скорости вращения вала только при помощи изменения частоты электрического тока. А так не возможно добиться  постоянной частоты вращения вала.

Принцип работы и устройство синхронного электродвигателя переменного тока

Данный вид электродвигателя используется в быту там, где необходима постоянная скорость вращения, возможность ее регулировки, а так же если необходима скорость вращения более 3000 оборотов в минуту (это максимум для асинхронных).

Синхронные моторы устанавливаются в электроинструменте, пылесосе, стиральной машине и т. д.

В корпусе синхронного двигателя переменного тока расположены обмотки (3 на рисунке), которые также намотаны и на ротор или якорь (1). Их выводы припаяны к секторам токосъемного кольца или коллектора (5), на которые при помощи графитовых щеток (4) подается напряжение. При чем выводы расположены так, что щетки всегда подают напряжение только на одну пару.

Наиболее частыми поломками коллекторных двигателей является:

  1. Износ щетокили их плохой их контакт из-за ослабления прижимной пружины.
  2. Загрязнение коллектора.Чистите либо спиртом или нулевой наждачной бумагой.
  3. Износ подшипников.

Принцип работы. Вращающий момент в электромоторе создается в результате взаимодействия между током тока якоря и магнитным потоком в обмотке возбуждения. С изменением направления переменного тока будет меняться и направление магнитного потока одновременно в корпусе и якоре, благодаря чему вращение всегда будет в одну сторону.

Регулировка скорости вращения меняется методом изменения величины подаваемого напряжения. В дрелях и пылесосах для этого используется реостат или переменное сопротивление.

Изменение направления вращения происходит также как и у двигателей постоянного тока, о которых Я расскажу в следующей статье.

Самое главное о синхронных двигателях Я постарался изложить, более подробно Вы можете прочитать на них на Википедии.

 

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:

устройство, принцип работы, режимы работы, пуск

В качестве устройства преобразования электрической энергии в механическую в промышленности и быту используется синхронный электродвигатель. В сравнении с другими типами электрических машин он получил меньшее распространение, но в отведенных сферах является незаменимым фаворитом. В чем особенность синхронных агрегатов и как их применяют на практике, мы рассмотрим в данной статье.

Устройство

Конструктивно синхронный электродвигатель состоит из неподвижного элемента, подвижной части, обмоток различного назначения, может комплектоваться коллекторным узлом. Далее рассмотрим каждую составляющую синхронного агрегата более детально на рабочем примере (рисунок 1).

Рис. 1. Устройство синхронного электродвигателя
  • Статор или якорь – выполняется из электротехнической стали монолитным или наборным из шихтованного железа. Предназначен для размещения рабочей обмотки, проводит силовые линии электромагнитного поля, формируемого протекающими токами.
  • Обмотка на статоре – изготавливается из медных проводников, в зависимости от типа статора синхронного электродвигателя может выполняться различными методами, способами намотки и расположения проводников. Применяется для подачи напряжения питания и формирования рабочего магнитного потока.  
  • Ротор с обмоткой возбуждения – предназначен для взаимодействия с магнитным полем статора. В результате подачи напряжения на обмотку возбуждения в роторе электродвигателя создается собственное магнитное поле, задающее состояние вращающегося элемента.
  • Вал – используется для передачи вращательного усилия от электродвигателя к подключаемой к нему нагрузке. В большинстве случаев это основание, на котором крепиться шихтовка или полюса ротора, подшипники, кольца, пластины и другие вспомогательные элементы.
  • Контактные кольца – применяются для подачи питания на обмотки ротора, но устанавливаются не во всех моделях синхронных агрегатов. Питание производиться через специальный преобразователь переменного напряжения в постоянное.
  • Корпус – предназначен для защиты от воздействия внешних факторов, обеспечивает синхронному двигателю достаточную прочность и герметичность, в зависимости от условий его эксплуатации.

Принцип работы

В основе работы синхронного электродвигателя лежит взаимодействие магнитного потока, генерируемого рабочими обмотками с постоянным магнитным потоком. Наиболее распространенной моделью синхронной электрической машины является вариант с рабочей обмоткой на статоре и обмоткой возбуждения на роторе.

Рис. 2. Принцип действия синхронного электродвигателя

Как видите на рисунке 2 выше, в обмотку статора подается трехфазное напряжение из сети, которое формирует переменное магнитное поле. На обмотки ротора электродвигателя подано постоянное напряжение, которое индуцирует такой же постоянный магнитный поток у полюсов. Для наглядности рассмотрим процесс на упрощенной модели синхронного агрегата (рисунок 3).

Рис. 3. Принцип формирования потоков в синхронной электрической машине

При подаче питания на фазные витки статора электродвигателя первый пик амплитуды тока и ЭДС взаимоиндукции приходиться на фазу A, затем B и фазу C.

На графике показана периодичность чередования кривых в зависимости от времени:

  • в точке 1 максимальная ЭДС EA формирует максимальный поток, а электродвижущие силы фаз EB и EC равны между собой и противоположны по знаку, они дополняют результирующую силу.
  • в точке 2 пика достигает ЭДС EB, а электродвижущие силы фаз EA и EC становятся равны между собой и противоположны по знаку, они дополняют результирующую силу, в результате чего магнитное поле совершает вращательное движение.
  • в точке 3 максимум приходиться на ЭДС EC, а электродвижущие силы фаз EB и EA вместе дополняют результирующую силу и снова смещают вектор поля по часовой стрелке.

Оборот поля статора происходит в течении периода, а за счет того, что ротор обладает собственным электромагнитным усилием постоянным во времени, то он синхронно следует за движением переменного магнитного поля, вращаясь вокруг заданной оси. В результате такого вращения происходит синхронное движение ротора вслед за сменой амплитуды ЭДС в витках рабочих обмоток, за счет этого явления электродвигатель и получил название синхронного. Наличие отдельного питания отразилось и на схематическом обозначении таких электрических машин (рисунок 4) в соответствии с ГОСТ 2.722-68.

Рис. 4. Схематическое обозначение синхронного электродвигателя

Отличие от асинхронного двигателя

Основным отличием синхронного электродвигателя от асинхронного заключается в принципе преобразования электрической энергии в механическое вращение. У синхронного электродвигателя процесс вращения ротора идентичен вращению рабочего электромагнитного поля, вырабатываемого трехфазной сетью. А вот у асинхронного рабочее поле самостоятельно наводит ЭДС в роторе, которая уже затем вырабатывает собственный поток взаимоиндукции и приводит вал во вращение. В результате чего асинхронные электрические машины получают разность во вращении рабочего поля и нагрузки на валу, что выражается физической величиной – скольжением.

В работе классические модели асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором:

  • плохо переносят перегрузки;
  • имеют сложности пуска со значительным усилием;
  • меняют скорость вращения, в зависимости от нагруженности рабочего органа.

В некоторой степени эти недостатки преодолевает асинхронный двигатель с фазным ротором, но в полной мере избавиться от недостатков получается лишь синхронному агрегату.

Рис. 5. Отличие асинхронного от синхронного электродвигателя

Разновидности

В современной промышленности и бытовых приборах синхронные электродвигатели используются для решения самых разнообразных задач. Как результат, существенно разнятся и их конструктивные особенности. На практике выделяют несколько критериев, по которым разделяются виды синхронных агрегатов. В соответствии с ГОСТ 16264.2-85 могут подразделяться по таким техническим характеристикам:

  • питающему напряжению;
  • частоте рабочего напряжения;
  • количеству оборотов.

В зависимости от способа получения поля ротора выделяют такие типы синхронных электродвигателей:

  • С обмоткой возбуждения на роторе – синхронизирующее усилие создается за счет подачи питания от преобразователя.
  • С магнитным ротором – на валу устанавливается постоянный магнит, выполняющий те же функции, что и обмотка возбуждении, но без необходимости подпитки (см. рисунок 6).
Рис. 6. Синхронный электродвигатель с постоянными магнитами

С реактивным ротором —  конструкция выполнена таким образом, что в его сердечнике происходит преломление магнитных линий, приводящее всю конструкцию в движение (см. рисунок 7). Под воздействием силового поля поперечные и продольные составляющие в роторе не равны за счет чего пластины поворачиваются вслед за полем.

Рис. 7. Пример реактивного ротора

В зависимости от наличия полюсов все синхронные электродвигатели можно подразделить на:

  • явнополюсные – в конструкции четко видны обособленные полюса с обмотками, применяются для малых скоростей;
  • неявнополюсные – полюс не выделяется, такие модели устанавливают для высоких скоростей;

В зависимости от расположения рабочих обмоток различают прямые (на статоре) и обращенные (рабочие обмотки на роторе).

Режимы работы

Большинство электрических машин обладают обратимой функцией, не составляют исключения и синхронные агрегаты. Их также можно использовать в качестве электрического привода или в качестве генератора, вырабатывающего электроэнергию. Оба режима отличаются способом воздействия на электрическую машину – подачу напряжения на рабочие обмотки или приведение в движение ротора за счет механического усилия.

Генераторный режим

Для производства электроэнергии в сеть используются именно синхронные генераторы. В большинстве случаев для этой цели используются электрические машины с фазными обмотками на статоре, что существенно упрощает процесс съема мощности и дальнейшей передачи ее в сеть. Физически генерация происходит при воздействии электромагнитного поля обмотки возбуждения синхронного генератора с обмотками статора. Силовые линии поочередно пересекают фазные витки и наводят в них ЭДС взаимоиндукции, в результате чего на клеммных выводах возникает напряжение.

Частота получаемого напряжения напрямую зависит от скорости вращения вала и вычисляется по формуле:

f = (n*p)/60 ,

где n – скорость вращения вала, измеряемая в оборотах за минуту,  p – количество пар полюсов.

Синхронный компенсатор

В виду физических особенностей синхронного электродвигателя при холостом ходе аппарата он потребляет из сети реактивную мощность, что позволяет существенно улучшить cosφ системы, практически приближая его к 1.На практике режим синхронного компенсатора используется как для улучшения коэффициента мощности, так и для стабилизации параметров напряжения сети.

Двигательный режим

В синхронной машине двигательный режим осуществляется при подаче рабочего трехфазного напряжения на обмотки якоря. После чего электромагнитное поле якоря начинает толкать магнитное поле ротора, и вал приходит во вращение. Однако на практике двигательный режим осуществляется не так просто, так как мощные агрегаты не могут самостоятельно набрать необходимый ресурс скорости. Поэтому во время запуска используют специальные методы и схемы подключения.

Способы пуска и схемы подключения

Для запуска синхронного электродвигателя требуется дополнительное поле, независимое от воздействия сети. В то же время, на стартовом этапе запуск представляет собой асинхронный процесс, пока агрегат не достигнет синхронной скорости.

Рис. 8. Схема пуска синхронного двигателя

 

При подаче напряжения на якорь возникает ток в его обмотках и генерация ЭДС в железе ротора, который обеспечивает асинхронное движение до того момента, пока не начнется питание обмоток возбуждения.

Еще одним распространенным вариантом пуска является использование дополнительных генераторов, которые могут располагаться на валу или устанавливаться отдельно. Такой метод обеспечивает дополнительное стартовое усилие за счет стороннего крутящего момента.

Рис. 9. Генераторный способ пуска синхронного двигателя

Как видите на рисунке 9, начальное вращение мотора М осуществляется за счет генератора G, который призван вывести устройство на подсинхронную скорость. Затем генератор выводится из рабочей цепи путем размыкания контактов КМ или автоматически при установке рабочих характеристик. Дальнейшее поддержание синхронного режима происходит за счет подачи постоянного напряжения в обмотку возбуждения.

Помимо этого на практике используется схема пуска с полупроводниковыми преобразователями. На рисунке 10 приведен способ тиристорного преобразователя и с установкой вращающихся выпрямителей.

Рис. 10. Тиристорная схема пуска синхронного двигателя

В первом случае запуск синхронного электродвигателя характеризуется нулевым напряжением от преобразователя UD. За счет ЭДС скольжения через стабилитроны VD осуществляется открытие тиристоров VS. В цепь обмотки возбуждения вводится резистор R, предназначенный для предотвращения пробоя изоляции. По мере разгона электродвигателя ЭДС скольжения пропорционально снизится и произойдет запирание стабилитронов VD, цепочка заблокируется, и обмотка возбуждения получит питание постоянным напряжением через UD.

Применение

Область применения синхронных электрических машин охватывает производство электрической энергии на электростанциях. По видам генераторы подразделяются на турбинные, дизельные и гидравлические, в зависимости от способа приведения их во вращение.

Также их используют в качестве электродвигателей, которые могут переносить существенные перегрузки в процессе эксплуатации. Такие двигатели устанавливаются на вентиляторах, компрессорах, силовых агрегатах и прочем оборудовании. Отдельная категория электродвигателей применяется в точном оборудовании, где важна синхронизация операций и процессов.

Преимущества и недостатки

К преимуществам такого электродвигателя следует отнести:

  • высокий cosφ, приближающийся по величине к 1, что в значительной мере превосходит асинхронные электродвигатели;
  • более высокая механическая прочность за счет особенностей конструкции электродвигателя;
  • зависимость момента вращения от напряжения линейная, а не квадратичная, поэтому колебания электродвигателя пропорционально снижаются;
  • на валу электродвигателя присутствует постоянная скорость, не зависящая от прикладываемой нагрузки;
  • может применяться для уменьшения реактивной составляющей в сети.

Среди недостатков синхронных электродвигателей выделяют:

  • сложную конструкцию;
  • более сложный пуск;
  • необходимость использования вспомогательных устройств и блоков;
  • такие электродвигатели сложнее регулировать по числу оборотов;
  • ремонт и обслуживание также обойдется дороже, чем асинхронные электродвигатели.

Видео версия

Библиографический список

  1. Ю.А. Макаричев, В.Н. Овсянников «Синхронные машины» 2010
  2. Абрамович Б.Н., Круглый А.А. «Возбуждение, регулирование и устойчивость синхронных двигателей» 1983
  3. Андреева Е.Г., Морозова Н.С. «Синхронные машины» 2015
  4. Глебов И.А. «Проблемы пуска сверхмощных синхронных маши» 1988
  5. Емец В.Ф., Попков А.А., Петров Г.А. «Синхронные электрические машины» 2009
  6. Кислицын А.Л. «Синхронные машины» 2000

Устройство и принцип работы трансформатора

Здравствуйте, уважаемые читатели сайта sesaga.ru. Продолжаем знакомство с электронными компонентами и в этой статье рассмотрим устройство и принцип работы трансформатора.

Трансформаторы нашли широкое применение в радио и электротехнике и применяются для передачи и распределения электрической энергии в сетях энергосистем, для питания схем радиоаппаратуры, в преобразовательных устройствах, качестве сварочных трансформаторов и т.п.

Трансформатор предназначен для преобразования переменного напряжения одной величины в переменное напряжение другой величины.

В большинстве случаев трансформатор состоит из замкнутого магнитопровода (сердечника) с расположенными на нем двумя катушками (обмотками) электрически не связанных между собой. Магнитопровод изготавливают из ферромагнитного материала, а обмотки мотают медным изолированным проводом и размещают на магнитопроводе.

Одна обмотка подключается к источнику переменного тока и называется первичной (I), с другой обмотки снимается напряжение для питания нагрузки и обмотка называется вторичной (II). Схематичное устройство простого трансформатора с двумя обмотками показано на рисунке ниже.

1. Принцип работы трансформатора.

Принцип работы трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции.

Если на первичную обмотку подать переменное напряжение U1, то по виткам обмотки потечет переменный ток Io, который вокруг обмотки и в магнитопроводе создаст переменное магнитное поле. Магнитное поле образует магнитный поток Фo, который проходя по магнитопроводу пересекает витки первичной и вторичной обмоток и индуцирует (наводит) в них переменные ЭДС – е1 и е2. И если к выводам вторичной обмотки подключить вольтметр, то он покажет наличие выходного напряжения U2, которое будет приблизительно равно наведенной ЭДС е2.

При подключении к вторичной обмотке нагрузки, например, лампы накаливания, в первичной обмотке возникает ток I1, образующий в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф1 изменяющийся с той же частотой, что и ток I1. Под воздействием переменного магнитного потока в цепи вторичной обмотки возникает ток I2, создающий в свою очередь противодействующий согласно закону Ленца магнитный поток Ф2, стремящийся размагнитить порождающий его магнитный поток.

В результате размагничивающего действия потока Ф2 в магнитопроводе устанавливается магнитный поток Фo равный разности потоков Ф1 и Ф2 и являющийся частью потока Ф1, т.е.

Результирующий магнитный поток Фo обеспечивает передачу магнитной энергии из первичной обмотки во вторичную и наводит во вторичной обмотке электродвижущую силу е2, под воздействием которой во вторичной цепи течет ток I2. Именно благодаря наличию магнитного потока Фo и существует ток I2, который будет тем больше, чем больше Фo. Но и в то же время чем больше ток I2, тем больше противодействующий поток Ф2 и, следовательно, меньше Фo.

Из сказанного следует, что при определенных значениях магнитного потока Ф1 и сопротивлений вторичной обмотки и нагрузки устанавливаются соответствующие значения ЭДС е2, тока I2 и потока Ф2, обеспечивающие равновесие магнитных потоков в магнитопроводе, выражаемое формулой приведенной выше.

Таким образом, разность потоков Ф1 и Ф2 не может быть равна нулю, так как в этом случае отсутствовал бы основной поток Фo, а без него не мог бы существовать поток Ф2 и ток I2. Следовательно, магнитный поток Ф1, создаваемый первичным током I1, всегда больше магнитного потока Ф2, создаваемого вторичным током I2.

Величина магнитного потока зависит от создающего его тока и от числа витков обмотки, по которой он проходит.

Напряжение вторичной обмотки зависит от соотношения чисел витков в обмотках. При одинаковом числе витков напряжение на вторичной обмотке будет приблизительно равно напряжению, подаваемому на первичную обмотку, и такой трансформатор называют разделительным.

Если вторичная обмотка содержит больше витков, чем первичная, то развиваемое в ней напряжение будет больше напряжения, подаваемого на первичную обмотку, и такой трансформатор называют повышающим.

Если же вторичная обмотка содержит меньшее число витков, чем первичная, то и напряжение ее будет меньше, чем напряжение подаваемое на первичную обмотку, и такой трансформатор называют понижающим.

Следовательно. Путем подбора числа витков обмоток, при заданном входном напряжении U1 получают желаемое выходное напряжение U2. Для этого пользуются специальными методиками по расчету параметров трансформаторов, с помощью которых производится расчет обмоток, выбирается сечение проводов, определяются числа витков, а также толщина и тип магнитопровода.

Трансформатор может работать только в цепях переменного тока. Если его первичную обмотку подключить к источнику постоянного тока, то в магнитопроводе образуется магнитный поток постоянный во времени, по величине и направлению. В этом случае в первичной и вторичной обмотках не будет индуцироваться переменное напряжение, а следовательно, не будет передаваться электрическая энергия из первичной цепи во вторичную. Однако если в первичной обмотке трансформатора будет течь пульсирующий ток, то во вторичной обмотке будет индуцироваться переменное напряжение частота которого будет равна частоте пульсации тока в первичной обмотке.

2. Устройство трансформатора.

2.1. Магнитопровод. Магнитные материалы.

Назначение магнитопровода заключается в создании для магнитного потока замкнутого пути, обладающего минимальным магнитным сопротивлением. Поэтому магнитопроводы для трансформаторов изготавливают из материалов, обладающих высокой магнитной проницаемостью в сильных переменных магнитных полях. Материалы должны иметь малые потери на вихревые токи, чтобы не перегревать магнитопровод при достаточно больших значениях магнитной индукции, быть достаточно дешевыми и не требовать сложной механической и термической обработки.

Магнитные материалы, используемые для изготовления магнитопроводов, выпускаются в виде отдельных листов, либо в виде длинных лент определенной толщины и ширины и называются электротехническими сталями.
Листовые стали (ГОСТ 802-58) изготавливаются методом горячей и холодной прокатки, ленточные текстурованные стали (ГОСТ 9925-61) только методом холодной прокатки.

Также применяют железноникелевые сплавы с высокой магнитной проницаемостью, например, пермаллой, перминдюр и др. (ГОСТ 10160-62), и низкочастотные магнитомягкие ферриты.

Для изготовления разнообразных относительно недорогих трансформаторов широко применяются электротехнические стали, имеющие небольшую стоимость и позволяющие трансформатору работать как при постоянном подмагничивании магнитопровода, так и без него. Наибольшее применение нашли холоднокатаные стали, имеющие лучшие характеристики по сравнению со сталями горячей прокатки.

Сплавы с высокой магнитной проницаемостью применяют для изготовления импульсных трансформаторов и трансформаторов, предназначенных для работы при повышенных и высоких частотах 50 – 100 кГц.

Недостатком таких сплавов является их высокая стоимость. Так, например, стоимость пермаллоя в 10 – 20 раз выше стоимости электротехнической стали, а пермендюра – в 150 раз. Однако в ряде случаев их применение позволяет существенно снизить массу, объем и даже общую стоимость трансформатора.

Другим их недостатком является сильное влияние на магнитную проницаемость постоянного подмагничивания, переменных магнитных полей, а также низкая стойкость к механическим воздействиям – удар, давление и т.п.

Из магнитомягких низкочастотных ферритов с высокой начальной проницаемостью изготавливают прессованные магнитопроводы, которые применяют для изготовления импульсных трансформаторов и трансформаторов, работающих на высоких частотах от 50 – 100 кГц. Достоинством ферритов является невысокая стоимость, а недостатком является низкая индукция насыщения (0,4 – 0,5 Т) и сильная температурная и амплитудная нестабильность магнитной проницаемости. Поэтому их применяют лишь при слабых полях.

Выбор магнитных материалов производится исходя из электромагнитных характеристик с учетом условий работы и назначения трансформатора.

2.2. Типы магнитопроводов.

Магнитопроводы трансформаторов разделяются на шихтованные (штампованные) и ленточные (витые), изготавливаемые из листовых материалов и прессованные из ферритов.

Шихтованные магнитопроводы набираются из плоских штампованных пластин соответствующей формы. Причем пластины могут быть изготовлены практически из любых, даже очень хрупких материалов, что является достоинством этих магнитопроводов.

Ленточные магнитопроводы изготавливаются из тонкой ленты, намотанной в виде спирали, витки которой прочно соединены между собой. Достоинством ленточных магнитопроводов является полное использование свойств магнитных материалов, что позволяет уменьшить массу, размеры и стоимость трансформатора.

В зависимости от типа магнитопровода трансформаторы подразделяются на стрежневые, броневые и тороидальные. При этом каждый из этих типов может быть и стрежневым и ленточным.

Стержневые.

В магнитопроводах стержневого типа обмотки располагается на двух стержнях (стержнем называют часть магнитопровода, на которой размещают обмотки). Это усложняет конструкцию трансформатора, но уменьшает толщину намотки, что способствует снижению индуктивности рассеяния, расхода проволоки и увеличивает поверхность охлаждения.

Стержневые магнитопроводы используют в выходных трансформаторах с малым уровнем помех, так как они малочувствительны к воздействию внешних магнитных полей низкой частоты. Это объясняется тем, что под влиянием внешнего магнитного поля в обеих катушках индуцируются напряжения, противоположные по фазе, которые при равенстве витков обмоток компенсируют друг друга. Как правило, стержневыми выполняются трансформаторы большой и средней мощности.

Броневые.

В магнитопроводе броневого типа обмотка располагается на центральном стержне. Это упрощает конструкцию трансформатора, позволяет получить более полное использование окна обмоткой, а также создает некоторую механическую защиту обмотки. Поэтому такие магнитопроводы получили наибольшее применение.

Некоторым недостатком броневых магнитопроводов является их повышенная чувствительность к воздействию магнитных полей низкой частоты, что делает их малопригодными к использованию в качестве выходных трансформаторов с малым уровнем помех. Чаще всего броневыми выполняются трансформаторы средней мощности и микротрансформаторы.

Тороидальные.

Тороидальные или кольцевые трансформаторы позволяют полнее использовать магнитные свойства материала, имеют малые потоки рассеивания и создают очень слабое внешнее магнитное поле, что особенно важно в высокочастотных и импульсных трансформаторах. Но из-за сложности изготовления обмоток не получили широкого применения. Чаще всего их делают из феррита.

Для уменьшения потерь на вихревые токи шихтованные магнитопроводы набираются из штампованных пластин толщиной 0,35 – 0,5 мм, которые с одной стороны покрывают слоем лака толщиной 0,01 мм или оксидной пленкой.

Лента для ленточных магнитопроводов имеет толщину от нескольких сотых до 0,35 мм и также покрывается электроизолирующей и одновременно склеивающейся суспензией или оксидной пленкой. И чем тоньше слой изоляции, тем плотнее происходит заполнение сечения магнитопровода магнитным материалом, тем меньше габаритные размеры трансформатора.

За последнее время наряду с рассмотренными «традиционными» типами магнитопроводов находят применение новые формы, к числу которых следует отнести магнитопроводы «кабельного» типа, «обращенный тор», катушечный и др.

На этом пока закончим. Продолжим во второй части.
Удачи!

Литература:

1. В. А. Волгов – «Детали и узлы радио-электронной аппаратуры», Энергия, Москва 1977 г.
2. В. Н. Ванин – «Трансформаторы тока», Издательство «Энергия» Москва 1966 Ленинград.
3. И. И. Белопольский – «Расчет трансформаторов и дросселей малой моности», М-Л, Госэнергоиздат, 1963 г.
4. Г. Н. Петров – «Трансформаторы. Том 1. Основы теории», Государственное Энергетическое Издательство, Москва 1934 Ленинград.
5. В. Г. Борисов, – «Юный радиолюбитель», Москва, «Радио и связь» 1992 г.

устройство, принцип работы, типы, управление

Эра электродвигателей берёт своё начало с 30-х годов XIX века, когда Фарадей на опытах доказал способность вращения проводника, по которому проходит ток, вокруг постоянного магнита. На этом принципе Томасом Девенпортом был сконструирован и испытан первый электродвигатель постоянного тока. Изобретатель установил своё устройство на действующую модель поезда, доказав тем самым работоспособность электромотора.

Практическое применение ДПТ нашёл Б. С. Якоби, установив его на лодке для вращения лопастей. Источником тока учёному послужили 320 гальванических элементов. Несмотря на громоздкость оборудования, лодка могла плыть против течения, транспортируя 12 пассажиров на борту.

Лишь в конце XIX столетия синхронными электродвигателями начали оснащать промышленные машины. Этому способствовало осознание принципа преобразования электродвигателем постоянного тока механической энергии в электричество. То есть, используя электродвигатель в режиме генератора, удалось получать электроэнергию, производство которой оказалось существенно дешевле от затрат на выпуск гальванических элементов. С тех пор электродвигатели совершенствовались и стали завоёвывать прочные позиции во всех сферах нашей жизнедеятельности.

Устройство и описание ДПТ

Конструктивно электродвигатель постоянного тока устроен по принципу взаимодействия магнитных полей.

Самый простой ДПТ состоит из следующих основных узлов:

  1. Двух обмоток с сердечниками, соединенных последовательно. Данная конструкция расположена на валу и образует узел, называемый ротором или якорем.
  2. Двух постоянных магнитов, повёрнутых разными полюсами к обмоткам. Они выполняют задачу неподвижного статора.
  3. Коллектора – двух полукруглых, изолированных пластин, расположенных на валу ДПТ.
  4. Двух неподвижных контактных элементов (щёток), предназначенных для передачи электротока через коллектор до обмоток возбуждения.
Рисунок 1. Схематическое изображение простейшего электродвигателя постоянного тока.

Рассмотренный выше пример – это скорее рабочая модель коллекторного электродвигателя. На практике такие устройства не применяются. Дело в том, что у такого моторчика слишком маленькая мощность. Он работает рывками, особенно при подключении механической нагрузки.

Статор (индуктор)

В моделях мощных современных двигателях постоянного тока используются статоры, они же индукторы, в виде катушек, намотанных на сердечники. При замыкании электрической цепи происходит образование линий магнитного поля, под действием возникающей электромагнитной индукции.

Для запитывания обмоток индуктора ДПТ могут использоваться различные схемы подключения:

  • с независимым возбуждением обмоток;
  • соединение параллельно обмоткам якоря;
  • варианты с последовательным возбуждением катушек ротора и статора;
  • смешанное подсоединение.

Схемы подключения наглядно видно на рисунке 2.

Рисунок 2. Схемы подключения обмоток статора ДПТ

У каждого способа есть свои преимущества и недостатки. Часто способ подключения диктуется условиями, в которых предстоит эксплуатация электродвигателя постоянного тока. В частности, если требуется уменьшить искрения коллектора, то применяют параллельное соединение. Для увеличения крутящего момента лучше использовать схемы с последовательным подключением обмоток. Наличие высоких пусковых токов создаёт повышенную электрическую мощность в момент запуска мотора. Данный способ подходит для двигателя постоянного тока, интенсивно работающего в кратковременном режиме, например для стартера. В таком режиме работы детали электродвигателя не успевают перегреться, поэтому износ их незначителен.

Ротор (якорь)

В рассмотренном выше примере примитивного электромотора ротор состоит из двухзубцового якоря на одной обмотке, с чётко выраженными полюсами. Конструкция обеспечивает вращение вала электромотора.

В описанном устройстве есть существенный недостаток: при остановке вращения якоря, его обмотки занимают устойчивое. Для повторного запуска электродвигателя требуется сообщить валу некий крутящий момент.

Этого серьёзного недостатка лишён якорь с тремя и большим количеством обмоток. На рисунке 3 показано изображение трёхобмоточного ротора, а на рис. 4 – якорь с большим количеством обмоток.

Рисунок 3. Ротор с тремя обмоткамиРисунок 4. Якорь со многими обмотками

Подобные роторы довольно часто встречаются в небольших маломощных электродвигателях.

Для построения мощных тяговых электродвигателей и с целью повышения стабильности частоты вращения используют якоря с большим количеством обмоток. Схема такого двигателя показана на рисунке 5.

Рисунок 5. Схема электромотора с многообмоточным якорем

Коллектор

Если на выводы обмоток ротора подключить источник постоянного тока, якорь сделает пол-оборота и остановится. Для продолжения процесса вращения необходимо поменять полярность подводимого тока. Устройство, выполняющее функции переключения тока с целью изменения полярности на выводах обмоток, называется коллектором.

Самый простой коллектор состоит из двух, изолированных полукруглых пластин. Каждая из них в определённый момент контактирует со щёткой, с которой снимается напряжение. Одна ламель всегда подсоединена к плюсу, а вторая – к минусу. При повороте вала на 180º пластины коллектора меняются местами, вследствие чего происходит новая коммутация со сменой полярности.

Такой же принцип коммутации питания обмоток используются во всех коллекторах, в т. ч. и в устройствах с большим количеством ламелей (по паре на каждую обмотку). Таким образом, коллектор обеспечивает коммутацию, необходимую для непрерывного вращения ротора.

В современных конструкциях коллектора ламели расположены по кругу таким образом, что каждая пластина соответствующей пары находится на диаметрально противоположной стороне. Цепь якоря коммутируется в результате изменения положения вала.

Принцип работы

Ещё со школьной скамьи мы помним, что на провод под напряжением, расположенный между полюсами магнита, действует выталкивающая сила. Происходит это потому, что вокруг проволоки образуется магнитное поле по всей его длине. В результате взаимодействия магнитных полей возникает результирующая «Амперова» сила:

F=B×I×L, где B означает величину магнитной индукции поля, I – сила тока, L – длина провода.

Вектор «Амперовой» всегда перпендикулярен до линий магнитных потоков между полюсами. Схематически принцип работы изображён на рис. 6.

Рис. 6. Принцип работы ДПТ

Если вместо прямого проводника возьмём контурную рамку и подсоединим её к источнику тока, то она повернётся на 180º и остановится в в таком положении, в котором результирующая сила окажется равной 0. Попробуем подтолкнуть рамку. Она возвращается в исходное положение.

Поменяем полярность тока и повторим попытку: рамка сделала ещё пол-оборота. Логично припустить, что необходимо менять направление тока каждый раз, когда соответствующие витки обмоток проходят точки смены полюсов магнитов. Именно для этой цели и создан коллектор.

Схематически можно представить себе каждую якорную обмотку в виде отдельной контурной рамки. Если обмоток несколько, то в каждый момент времени одна из них подходит к магниту статора и оказывается под действием выталкивающей силы. Таким образом, поддерживается непрерывное вращение якоря.

Типы ДПТ

Существующие электродвигатели постоянного тока можно классифицировать по двум основным признакам: по наличию или отсутствию в конструкции мотора щеточно-коллекторного узла и по типу магнитной системы статора.

Рассмотрим основные отличия.

По наличию щеточно-коллекторного узла

Двигатели постоянного тока для коммутации обмоток, которых используются щёточно-коллекторные узлы, называются коллекторными. Они охватывают большой спектр линейки моделей электромоторов. Существуют двигатели, в конструкции которых применяется до 8 щёточно-коллекторных узлов.

Функции ротора может выполнять постоянный магнит, а ток от электрической сети подаётся непосредственно на обмотки статора. В таком варианте отпадает надобность в коллекторе, а проблемы, связанные с коммутацией, решаются с помощью электроники.

В таких бесколлекторных двигателях устранён один из недостатков –искрение, приводящее к интенсивному износу пластин коллектора и щёток. Кроме того, они проще в обслуживании и сохраняют все полезные характеристики ДПТ: простота в управлении связанном с регулировкой оборотов, высокие показатели КПД и другие. Бесколлекторные моторы носят название вентильных электродвигателей.

По виду конструкции магнитной системы статора

В конструкциях синхронных двигателей существуют модели с постоянными магнитами и ДПТ с обмотками возбуждения. Электродвигатели серий, в которых применяются статоры с потоком возбуждения от обмоток, довольно распространены. Они обеспечивают стабильную скорость вращения валов, высокую номинальную механическую мощность.

О способах подключения статорных обмоток шла речь выше. Ещё раз подчеркнём, что от выбора схемы подключения зависят электрические и тяговые характеристики двигателей постоянного тока. Они разные в последовательных обмотках и в катушках с параллельным возбуждением.

Управление

Не трудно понять, что если изменить полярность напряжения, то направление вращения якоря также изменится. Это позволяет легко управлять электромотором, манипулируя полярностью щеток.

Механическая характеристика

Рассмотрим график зависимости частоты от момента силы на валу. Мы видим прямую с отрицательным наклоном. Эта прямая выражает механическую характеристику электродвигателя постоянного тока. Для её построения выбирают определённое фиксированное напряжение, подведённое для питания обмоток ротора.

Примеры механических характеристик ДПТ независимого возбуждения

Регулировочная характеристика

Такая же прямая, но идущая с положительным наклоном, является графиком зависимости частоты вращения якоря от напряжения питания. Это и есть регулировочная характеристика синхронного двигателя.

Построение указанного графика осуществляется при определённом моменте развиваемом ДПТ.

Пример регулировочных характеристик двигателя с якорным управлением

Благодаря линейности характеристик упрощается управление электродвигателями постоянного тока. Поскольку сила F пропорциональна току, то изменяя его величину, например переменным сопротивлением, можно регулировать параметры работы электродвигателя.

Регулирование частоты вращения ротора легко осуществляется путём изменения напряжения. В коллекторных двигателях с помощью пусковых реостатов добиваются плавности увеличения оборотов, что особенно важно для тяговых двигателей. Это также один из эффективных способов торможения. Мало того, в режиме торможения синхронный электродвигатель вырабатывает электрическую энергию, которую можно возвращать в энергосеть.

Области применения

Перечислять все области применения электродвигателей можно бесконечно долго. Для примера назовём лишь несколько из них:

  • бытовые и промышленные электроинструменты;
  • автомобилестроение – стеклоподъёмники, вентиляторы и другая автоматика;
  • трамваи, троллейбусы, электрокары, подъёмные краны и другие механизмы, для которых важны высокие параметры тяговых характеристик.

Преимущества и недостатки

К достоинствам относится:

  • Линейная зависимость характеристик электродвигателей постоянного тока (прямые линии) упрощающие управление;
  • Легко регулируемая частота вращения;
  • хорошие пусковые характеристики;
  • компактные размеры.

У асинхронных электродвигателей, являющихся двигателями переменного тока очень трудно достичь таких характеристик.

Недостатки:

  • ограниченный ресурс коллектора и щёток;
  • дополнительная трата времени на профилактическое обслуживание, связанное с поддержанием коллекторно-щёточных узлов;
  • ввиду того, что мы пользуемся сетями с переменным напряжением, возникает необходимость выпрямления тока;
  • дороговизна в изготовлении якорей.

По перечисленным параметрам из недостатков в выигрыше оказываются модели асинхронных двигателей. Однако во многих случаях применение электродвигателя постоянного тока является единственно возможным вариантом, не требующим усложнения электрической схемы.

Видео в дополнение к написанному

устройство, принцип работы, виды, способы пуска

Способы пуска и схемы подключения

Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором обладает низкой себестоимостью, большими пусковыми токами и низким усилием на старте. Поэтому для различных целей могут применять различные способы пуска, снижающие бросок тока в обмотках и улучшающие рабочие характеристики:

  • прямой – напряжение на электродвигатель подается через пускатели или контакторы;
  • переключение схемы соединения обмоток электродвигателя со звезды на треугольник;
  • понижение напряжения;
  • плавный пуск;
  •  изменение частоты питающего напряжения.

Однофазного асинхронного двигателя.

Для асинхронного однофазного электродвигателя могут использоваться три основных способа пуска:

  • С расщеплением полюсов – используется в электродвигателях особой конструкции, но недостатком методы является постоянная потеря мощности.
  • С конденсаторным пуском – вводит пусковой конденсатор в момент запуска асинхронного двигателя и убирает его со схемы через несколько секунд после начала работы. Обладает максимальным вращательным моментом.
  • С резисторным пуском электродвигателя – обеспечивает начальный сдвиг между векторами ЭДС обмоток для скольжения в асинхронной машине.

Трехфазного асинхронного двигателя.

Трехфазные асинхронные агрегаты могут подключаться такими способами:

  • Напрямую в цепь через пускатель или контактор, что обеспечивает простоту процесса, но формирует максимальные токи. Этот способ не подходит в случае больших механических нагрузок на вал.
  • Переключением схемы со звезды на треугольник – применяется для снижения токов в обмотках электродвигателя за счет уменьшения питающего напряжения с линейного на фазное.
  • Путем подключения через преобразователь напряжения, реостаты или автотрансформатор для снижения разности потенциалов. Также используется изменение числа пар полюсов, частоты питающего напряжения и прочие.

Помимо этого трехфазные асинхронные двигатели могут использовать прямую и реверсивную схему включения в цепь. Первый вариант применяется только для вращения вала электродвигателя в одном направлении. В реверсивной схеме можно переключать движение рабочего органа в прямом и обратном направлении.

Рис. 9: прямая схема без возможности реверсирования

Рассмотрим нереверсивную схему пуска асинхронного электродвигателя (рисунок 9). Здесь, через трехполюсный автомат QF1 питание подается на пускатель KM1. При нажатии кнопки SB2 произойдет подача напряжения на обмотки электродвигателя, его остановка осуществляется кнопкой SB1. Тепловое реле KK1 применяется для контроля температуры нагрева, а лампочка HL1 сигнализирует о включенном состоянии контактора.

Рисунок 10: схема прямого включения с реверсом

Реверсивная схема (смотрите рисунок 10) устроена аналогичным образом, но в ней используются два пускателя KM1 и KM2. Прямое включение асинхронного электродвигателя производиться кнопкой SB2, а обратное SB3.

Устройство и принцип работы струйной при ...

поговорим о струйной печати , как о самом распространенном в мире, а именно об устройстве и принципе работы струйных принтеров .

Что бы ни говорили о превосходстве электронных носителей над бумагой, кажется, что век бумаги и печатного текста наступит не скоро. Давно известно, что печатный текст воспринимается совершенно иначе, чем его «электронная» копия на экране монитора.И до того светлого дня, когда безбумажный стандарт информации восторжествует и нам больше не придется переводить веселые леса на бумагу. А пока нам нужно напечатать . Печатайте дома и на работе. Печатайте монохромный текст, цветные картинки и даже хотите распечатать фото не в фотосалоне, а дома.

По принципу работы струйные принтеры напоминают матричные принтеры , но вместо игл, попадающих на красящую ленту, в струйных принтерах чернила наносятся непосредственно на бумагу каплями краски через очень маленькие отверстия, называемые соплами.Каждая капля краски имеет объем порядка нескольких пиколитров при диаметре от нескольких до десятых микрона (для сравнения, толщина человеческого волоса составляет примерно 100-130 микрон). В одном кубическом метре таких капель около десяти тысяч. Если изображение, напечатанное на струйном принтере, рассмотреть под микроскопом (рис. 1), то мы увидим, что изображение состоит из миниатюрных точек-капель.

Рисунок 1 - Вид капель краски на бумаге под микроскопом

Основным узлом струйного принтера является печатающая головка (около 80% стоимости принтера), которая фактически наносит капли чернил на бумагу.Краска наносится через небольшие отверстия, называемые форсунками. Общий диаметр одного сопла составляет от трех (при разрешении 4800 dpi) до нескольких десятков микрон. Увеличенный вид сопла показан на рисунке 2.

Рис.2 - Увеличенное изображение струйного сопла

Под отверстиями находится миниатюрная полость, куда чернила поступают из основного резервуара картриджа. Сами чернильные сопла не могут разлиться, поэтому отверстие очень маленькое, и краска в них удерживается поверхностным натяжением.То есть краску нужно вытеснять. Существует два основных способа выдавливания краски: пьезоэлектрический и термический.

Piezoelectric (Piezoelectric Ink Jet) - над соплом расположен пьезокристалл. При подаче электрического тока на пьезоэлемент он (в зависимости от типа печатающей головки) изгибает, удлиняет или растягивает диафрагму, что создает локальную область повышенного давления возле сопла - образуется капля, которая впоследствии катапультировался. В некоторых головах технология позволяет изменять размер капли

Рис.3 - Принцип струйной печати

Thermal (Thermal Ink Jet) (также называемый BubbleJet, разработанный Canon, в конце 1970-х) - в сопло помещается микроскопический нагревательный элемент, который при пропускании электрического тока мгновенно нагревается до температуры в несколько сотен. градусов, и при нагревании в чернилах образуются пузырьки (англ. пузырьки - отсюда и название технологии), которые выталкивают капли жидкости из сопла на носитель.

Рис.4 - Принцип термопечати

Каждый из этих двух методов по-своему привлекателен, но и каждый из них не лишен недостатков. Пьезоэлектрическая технология - самая дешевая, более надежная (поскольку не использует высокие температуры). Этот метод управления менее инерционен, чем нагрев, что позволяет увеличить скорость печати.

Рис. 5 - Увеличенное изображение печатающей головки EPSON для пескоструйной обработки.

Термоэлектрическая технология связана с высокими температурами.При высоких температурах утеплитель со временем покрывается слоем сажи; поэтому в принтерах, использующих эту технологию, печатающая головка часто выходит из строя. В таких случаях он образует единый блок вместе с резервуаром для чернил.

Основная характеристика принтера, от которой наиболее сильно зависит оптическое разрешение, - это тип, количество и расположение печатающих головок на каретке. Фотопринтеры и офисные принтеры редко оснащены более чем одной головкой для каждого цвета. Это связано с низкими требованиями к скорости печати, и, кроме того, чем меньше головки, тем проще и эффективнее система их калибровки и схождения.

Печатающие головки могут быть конструктивно интегрированы с чернильным картриджем (рис.6) и заменены одновременно с его постоянной установкой в ​​принтер (рис. 7) - заменяется только картридж.

Рис. 6 - Печатающая головка со встроенным картриджем (обведена). Стрелкой показана установленная система СНПЧ

.

Рис. 7- Принтер с отдельными картриджами

У каждого из этих вариантов есть свои преимущества и недостатки. Казалось бы, емкость чернил без печатающей головки должна стоить намного меньше, чем в сочетании с печатающей головкой .На самом деле этого не происходит и заметного снижения работы нет, когда печатающая головка, постоянно установленная в принтере, не наблюдается. В то же время легко заменяемая печатающая головка позволяет легко избавиться от трудностей, связанных с сушкой чернил в ее каналах. Следует помнить, что если чернила сохнут в головке, то, как правило, ее следует менять, если своевременно не принять соответствующие меры. Для снижения риска высыхания чернил в каналах головки предусмотрено специальное парковочное положение.Большинство принтеров имеют функцию очистки сопел . Тем не менее, все это не дает полной уверенности в том, что в процессе работы печатающую головку менять не придется.

Головка вместе с емкостями для чернил закреплена на каретке (рис. 8), которая в специальной направляющей совершает возвратно-поступательное движение по листу бумаги.

Рис. 8- Направляющая каретки для струйного принтера

Хотя метод объединения печатающей головки и резервуара для чернил является наиболее простым по конструкции и из-за этого наиболее широко используется, он не является оптимальным.Дело в том, что каретка должна двигаться достаточно быстро, а также достаточно быстро менять направление движения, ведь скорость ее движения определяет скорость печати. Для этого подвижная каретка должна быть малоинерционной, т.е. иметь минимально возможную массу. Для этого уменьшите количество чернильницы. Поэтому предпочтительно размещать резервуар для чернил на стационарной части принтера и подавать чернила к печатающим головкам с помощью специальных трубопроводов.

Эта система позволяет увеличить скорость печати и в то же время увеличить емкость для чернил, но конвейерная система конструктивно настолько сложна, что такая конструкция используется очень редко.

Взаимодействие чернил с бумагой

Краеугольный камень высококачественной технологии печати для всех производителей принтеров. Этот процесс во многом зависит от типа используемых чернил, которые можно разделить на водорастворимых и пигментных чернил. Водорастворимые чернила легко растворяются в воде, их обычно используют для цветных красок, так как они дают широкий цветовой охват. При попадании на бумагу чернильный раствор впитывается в волокна, окрашивая их.Таким образом, вся поверхность рисунка окрашивается практически сплошным слоем. Кроме того, они обеспечивают достаточное количество оттенков для обеспечения плавной цветопередачи. Сольвентные чернила - это водорастворимые чернила - наиболее распространенный тип чернил. Сольвентные чернила применяются в широкоформатной и интерьерной печати. Характеризуется очень высокой устойчивостью к воде и осадкам. Характеризуется вязкостью, зерном и фракцией растворителя. Пигментные чернила - используются для получения высококачественных изображений в интерьере и фотопечати.

Большинство моделей струйных принтеров используют четырех основных цветов , так называемую цветовую модель CMYK , где: голубой - год игры, пурпурный - розовый, желтый - желтый цвет , Основной цвет - черный. Не будем утомляться деталями получения цветов, но стоит знать, что все цвета происходят из трех основных цветов, красного, зеленого и синего, однако это верно только тогда, когда мы воспринимаем цвет посредственно, например, с экрана компьютера, где формирование цвета происходит именно за счет этих трех цветов (так называемый RGB color model ).Но на распечатанном изображении мы воспринимаем отраженный цвет, и его восприятие человеческим глазом немного иное.

Несмотря на то, что черный цвет можно получить, смешав в равных пропорциях пурпурный, голубой и желтый красители, по ряду причин этот подход обычно неудовлетворителен. На практике из-за неидеальности красителей и ошибок в пропорциях компонентов реальные пурпурный, голубой и желтый цвета дают довольно грязно-коричневый или грязно-серый. Добавление черного в цвет по отдельности обеспечивает значительную экономию чернил, так как в большинстве случаев расходуется именно черный цвет, и гораздо выгоднее использовать его отдельно.

Рис. 9 - Реальное наложение цветов в модели CMYK, видно, что при смешивании трех цветов «черный» цвет не работает

Современные принтеры в основном используют эти четыре цвета, то есть они четырехцветные. Удивительно, но за последние три года большинство производителей пошли по пути сокращения цветовой палитры домашних и офисных принтеров. Во многом это связано с отсутствием спроса на полноцветную печать дома и в небольших офисах. Естественно, этих четырех цветов недостаточно для получения качественных фотографий, поэтому в струйных принтерах к четырем основным цветам добавляется еще несколько ярких цветов, например, CMYKLcLm - это , используемый для шестицветных принтеров (где (Lc - светлый Голубой, Lm - светло-пурпурный). Цветопередача и насыщенность при использовании расширенной палитры намного лучше, поэтому фотопринтер должен иметь расширенную цветовую палитру.

В офисных принтерах система непрерывной подачи чернил (СНПЧ) также используется для снижения стоимости печати и улучшения некоторых других характеристик печати, представляя собой своего рода систему подачи чернил без силы тяжести. Элементами СНПЧ являются емкости для чернил (обычные пластиковые бутылки или специальные «емкости для мариотты»), пластиковые или силиконовые трубки, соединяющие емкости с картриджами или капсулами, установленными на входах печатающих головок, автоматически сбрасываемые микрочипы, аналогичные установленным на оригинальных картриджах на отдельная пластина или на патронах.Общий вид картриджа СНПЧ показан на рисунке 10.

Рис. 10- Общий вид картриджа СНПЧ

Принцип работы СНПЧ основан на работе мембран пьезоэлементов печатающей головки струйного принтера; в капсуле или картридже СНПЧ создается вакуум. В капсулу или картридж через их верхнюю часть начинают капать чернила с внешних конденсаторов. Герметичность системы непрерывной подачи чернил позволяет поддерживать постоянный уровень чернил в капсуле / картридже.

СНПЧ помогает значительно снизить стоимость покупки картриджей, но это особенно актуально, когда вам нужно распечатать большие объемы, и в этих случаях стоимость печати сопоставима со стоимостью печати на лазерном принтере, а при печати оптом, Итоговая стоимость круга с учетом стоимости бумаги даже ниже по сравнению с цветным «лазерником».

Основное различие между системами непрерывной подачи чернил - это использование картриджа или системы подачи капсул.В картридже CISP вместо оригинальных картриджей используются постоянные картриджи, внешне похожие на оригинальные со встроенным авточипом, который можно сбросить самостоятельно. Преимущество этого типа СНПЧ в простоте установки. В капсульной системе капсулы используются вместо картриджей, которые устанавливаются непосредственно на входные «иглы» печатающей головки. Капсульная СНПЧ (рис. 11) является предпочтительной из-за более простого обслуживания, поскольку капсулы прозрачны, и вы можете в любой момент проверить уровень чернил в капсуле.

Рис.11 - Общий вид капсульной СНПЧ

Установка СНПЧ обычно не вызывает проблем даже у неподготовленного пользователя. В пакете есть все необходимые материалы, инструменты и подробный алгоритм с картинками. Картриджи / капсулы СНПЧ устанавливаются взамен оригиналов, капиллярный шлейф укладывается в принтер согласно инструкции, с помощью зажимов и наклеек, входящих в комплект. Емкости и капсулы повторно заполняются чернилами, выполняется несколько чисток головки, и система готова к работе.Техническое обслуживание СНПЧ заключается в добавлении чернил в емкости по мере их использования и контроле герметичности системы путем проверки уровня чернил в капсулах.

Здесь мы вкратце рассмотрели принцип работы струйного принтера . В дальнейшем мы поговорим о правильности выбора принтера исходя из своих потребностей.

.

Устройство и принцип работы трансформатора

Назначение и виды трансформатора.

Трансформатор представляет собой статическое электромагнитное оборудование, в котором происходит преобразование переменного тока с преобразованием напряжения. Те. это устройство позволяет его опускать или увеличивать. Трансформаторы, установленные на электростанциях, обеспечивают передачу электроэнергии на большие расстояния до 1150кВ. И уже непосредственно в местах потребления происходит падение напряжения, в пределах 127-660В.На таких значениях обычно работают различные потребители электроэнергии, которые устанавливаются на заводах, фабриках и в многоквартирных домах. Электрические приборы, электросварка и другие элементы в цепи высокого напряжения также требуют применения трансформатора. Они бывают одно- и трехфазными, двух- и многообмоточными.

Существует несколько типов трансформаторов, каждый из которых определяется своими функциями и назначением. Силовой трансформатор преобразует электрическую энергию в сети, которые предназначены для использования и приема этой энергии.Трансформатор тока служит для измерения больших токов в устройствах электрических систем. Трансформатор напряжения преобразует высокое напряжение в низкое. Автотрансформатор имеет электрическую и электромагнитную связь за счет прямого соединения первичной и вторичной обмоток. Импульсный трансформатор преобразует импульсные сигналы. Разделительный трансформатор отличается тем, что первичная и вторичная обмотки электрически не связаны друг с другом. Одним словом, во всех формах принцип работы трансформатора в чем-то схож.Еще можно выделить гидротрансформатор, принцип работы которого заключается в передаче крутящего момента на коробку передач от двигателя автомобиля. Это устройство позволяет плавно изменять скорость и крутящий момент.

Устройство и принцип работы трансформатора.

Принцип работы трансформатора - проявление электромагнитной индукции. Это устройство состоит из магнитопровода и двух расположенных на нем обмоток. К одному подведено электричество, а ко второму подключены потребители.Как уже было сказано выше, эти обмотки называются первичной и вторичной соответственно. Магнитопровод изготовлен из листовой электротехнической стали, элементы которой изолированы лаком. Его часть, на которой расположены обмотки, называется сердечником. И именно такая конструкция получила более широкое распространение, поскольку имеет ряд преимуществ - простая изоляция обмоток, простота ремонта, хорошие условия охлаждения. Судя по всему, принцип работы трансформатора не так уж и сложен.

Также существуют бронированные трансформаторы конструкции, что значительно снижает их габаритные размеры.Чаще всего это однофазные трансформаторы. В таком оборудовании боковые ярма выполняют защитную роль обмотки от механических повреждений. Это очень важный фактор, поскольку небольшие трансформаторы не имеют корпуса и размещаются вместе с остальным оборудованием в одном месте. Трехфазные трансформаторы чаще всего выполняются с тремя стержнями. Армированная стержневая конструкция также используется в трансформаторах большой мощности. Хотя это увеличивает стоимость электроэнергии, но позволяет уменьшить высоту магнитопровода.

Трансформаторы бывают методом соединительных стержней: стыковые и ламинированные. Шатуны и коромысла собираются отдельно и соединяются крепежными деталями. А в ламинат листы собираются внахлест. Плавкие трансформаторы получили большее применение, т.к. у них гораздо более высокая механическая прочность.

Принцип работы трансформатора также зависит от обмоток, которые бывают цилиндрическими, дисковыми и концентрическими. Оборудование большой и средней мощности имеет газовое реле.

p >> .

принцип действия, описание и функции

Как и большинство электродвигателей, асинхронный Двигатель переменного тока имеет неподвижную внешнюю часть, которая называется статором, и вращающийся внутри ротор. Между ними остается тщательно рассчитанный воздушный зазор.

Как это работает?

Устройство и принцип работы асинхронных двигателей, как и всех других, основаны на том, что вращение магнитного поля используется для привода ротора. Трехфазный АД - единственный тип двигателя, в котором он создается естественным образом из-за природы пищи.В двигателях постоянного тока для этого используется механическая или электронная коммутация, а в однофазных АД - дополнительные электрические элементы.

Для работы электродвигателя два комплекта электромагнитов. Принцип работы асинхронного электродвигателя заключается в том, что в статоре формируется один комплект, поскольку к его обмотке подключен источник переменного тока. Согласно закону Ленца, это индуцирует электромагнитную силу (ЭДС) в роторе так же, как напряжение индуцируется во вторичной обмотке трансформатора, создавая еще один набор электромагнитов.Следовательно, другое название AD - асинхронный двигатель. Конструкция и работа асинхронных двигателей основаны на том факте, что взаимодействие между магнитными полями этих электромагнитов порождает крутящую силу. В результате ротор вращается в направлении результирующего момента.

Статор

Статор состоит из нескольких тонких пластин из алюминия или чугуна. Они прижимаются друг к другу, образуя полый цилиндр с канавками. В них прокладываются изолированные провода. Каждая группа обмоток вместе с окружающим их сердечником после подачи на нее переменного тока образует электромагнит.Количество полюсов АД зависит от внутреннего соединения обмоток статора. Он сделан таким образом, что при подключении источника питания образуется вращающееся магнитное поле.

Ротор

Ротор состоит из нескольких тонких стальных пластин с равномерно расположенными алюминиевыми или медными стержнями. В самом популярном ее типе - беличьей или «беличьей клетке» стержни на концах механически и электрически соединяются с помощью колец. Почти 90% БП используют эту конструкцию, потому что она проста и надежна.Ротор состоит из цилиндрического пластинчатого сердечника с расположенными в осевом направлении параллельными канавками для установки проводов. В каждую канавку укладывается пруток из меди, алюминия или сплава. Они закорочены с обеих сторон концевыми кольцами. Такая конструкция напоминает клетку для белок, поэтому и получила соответствующее название.

Канавки ротора не полностью параллельны валу. Они сделаны с небольшим перекосом по двум основным причинам. Первый - обеспечить плавную работу артериального давления за счет уменьшения магнитных шумов и гармоник.Второй - уменьшить вероятность блокировки ротора: его зубья зацепляются за пазы статора из-за прямого магнитного притяжения между ними. Это происходит, когда их количество совпадает. Ротор установлен на валу с помощью подшипников на каждом конце. Одна часть обычно выступает больше, чем другая, чтобы управлять нагрузкой. В некоторых двигателях датчики скорости или положения прикреплены к нерабочему концу вала.

Между статором и ротором есть воздушный зазор. Через него передается энергия.Создаваемый крутящий момент заставляет вращаться ротор и груз. Независимо от типа используемого ротора устройство и принцип работы асинхронного двигателя остаются неизменными. Обычно артериальное давление классифицируется по количеству обмоток статора. Электродвигатели бывают однофазные и трехфазные.

Устройство и принцип работы однофазного асинхронного двигателя

Однофазное артериальное давление образует самые большие партеэлектрические двигатели. Вполне логично, что чаще всего используется наименее дорогой и неприхотливый в обслуживании двигатель.Как видно из названия, предназначение, принцип работы асинхронного двигателя этого типа основывается на наличии только одной обмотки статора и работе от однофазного источника питания. Все роторы этого типа имеют короткозамкнутый ротор.

Однофазные двигатели не запускаются. Когда двигатель подключен к источнику питания, по основной обмотке начинает течь переменный ток. Он генерирует пульсирующее магнитное поле. Из-за индукции ротор находится под напряжением.Поскольку основное магнитное поле пульсирует, крутящий момент, необходимый для вращения двигателя, не создается. Ротор начинает вибрировать, а не вращаться. Следовательно, для однофазного АД требуется спусковой механизм. Он может обеспечить начальный толчок, заставляя вал двигаться.

Пусковой механизм однофазного артериального давления в основном от дополнительной обмотки статора. Он может сопровождаться последовательным конденсатором или центробежным переключателем. При подаче напряжения питания ток в основной обмотке отстает от напряжения из-за своего сопротивления.В то же время электричество в пусковой обмотке отстает или опережает напряжение питания, в зависимости от импеданса триггера. Взаимодействие между магнитными полями, создаваемыми основной обмоткой и цепью запуска, создает результирующее магнитное поле. Он вращается в одном направлении. Ротор начинает вращаться в направлении возникающего магнитного поля.

После того, как частота вращения двигателя достигнет примерно 75% от номинальной, центробежный выключатель отключает пусковую обмотку.Кроме того, двигатель может поддерживать достаточный крутящий момент для автономной работы. За исключением двигателей со специальным пусковым конденсатором, все однофазные двигатели обычно используются для создания мощности, не превышающей 500 Вт. В зависимости от различных методов запуска однофазный AD дополнительно классифицируется, как описано в следующих разделах.

АД с расщепленной фазой

Назначение, устройство и принцип работы асинхронный двигатель с расщепленной фазой основаны на использовании в нем двух обмоток: пусковой и основной.Пуск выполняется из провода меньшего диаметра и меньшего количества витков по сравнению с основным, чтобы создать большее сопротивление. Это позволяет ориентировать его магнитное поле под углом. Оно отличается от направления основного магнитного поля, которое приводит к вращению ротора. Рабочая обмотка, выполненная из проволоки большего диаметра, обеспечивает работу двигателя в остальное время.

Пусковой момент низкий, обычно от 100 до 175% от номинального. Двигатель потребляет большой пусковой ток.Это в 7-10 раз больше номинального. Максимальный крутящий момент также в 2,5-3,5 раза выше. Этот тип двигателей используется в небольших измельчителях, вентиляторах и воздуходувках, а также в других устройствах, требующих низкого крутящего момента, мощностью от 40 до 250 Вт. Необходимо избегать использования таких двигателей, где циклы включения-выключения часты или требуется высокий крутящий момент.

АД с конденсаторным пуском

Конденсаторный тип асинхронного двигателя и принцип его работы основан на том, что к его пусковой обмотке с расщепленной фазой последовательно подключены емкости, обеспечивающие пусковой «импульс».Как и в предыдущей версии моторов, есть еще и центробежный переключатель. Он отключает пусковую цепь, когда скорость двигателя достигает 75% от номинальной. Поскольку конденсатор включен последовательно, это создает больший пусковой крутящий момент, в 2-4 раза превышающий размер

.

Принцип работы

  • Ресурс исследования
  • Исследовать
    • Искусство и гуманитарные науки
    • Бизнес
    • Инженерная технология
    • Иностранный язык
    • История
    • Математика
    • Наука
    • Социальная наука
    Лучшие подкатегории
    • Продвинутая математика
    • Алгебра
    • Базовая математика
    • Исчисление
    • Геометрия
    • Линейная алгебра
    • Предалгебра
    • Предварительный расчет
    • Статистика и вероятность
    • Тригонометрия
    • другое →
    Лучшие подкатегории
    • Астрономия
    • Астрофизика
    • Биология
    • Химия
    • Науки о Земле
    • Наука об окружающей среде
    • Науки о здоровье
    • Физика
    • другое →
    Лучшие подкатегории
    • Антропология
    • Закон
    • Политология
    • Психология
    • Социология
    • другое →
    Лучшие подкатегории
    • Бухгалтерский учет
    • Экономика
    • Финансы
    • Менеджмент
    • другое →
    Лучшие подкатегории
    • Аэрокосмическая техника
    • Биоинженерия
    • Химическая инженерия
    • Гражданское строительство
    • Компьютерные науки
    • Электротехника
    • Промышленное проектирование
    • Машиностроение
    • Веб-дизайн
    • другое →
    Лучшие подкатегории
    • Архитектура
    • Связь
    • Английский
    • Гендерные исследования
    • Музыка
    • Исполнительское искусство
    • Философия
    • Религиоведение
    • Письмо
    • другое →
    Лучшие подкатегории
    • Древняя история
    • Европейская история
    • США Histo
.

Устройство, применение, принцип действия

Оборудование для перекачки различных жидкостей и веществ представлено на рынке в разных исполнениях. Разработчики стремятся оптимизировать конструкцию, чтобы обеспечить высокую производительность и достаточную мощность. Однако с увеличением КПД наблюдается обратный процесс быстрого износа рабочих элементов в процессе эксплуатации. В свою очередь, струйные насосы лишены таких недостатков, поскольку в них отсутствуют рабочие узлы, которые подвергались бы интенсивным нагрузкам.Чтобы понять другие особенности и преимущества этого типа агрегатов, следует более подробно рассмотреть их конструкцию.

Насосный агрегат

В устройстве не предусмотрены вращающиеся элементы, а конструктивные детали и узлы ориентированы на обеспечение работы рабочих жидкостей. Насос состоит из четырех компонентов, включая всасывающую камеру, сопло, смесительный бак и диффузор. Также устройство струйного насоса может предусматривать комплектацию специальными форсунками, предназначенными для подачи рабочих жидкостей.Одна модель агрегата может быть дополнена различными сужающимися элементами. Конструкция представлена ​​в различных модификациях и в зависимости от типа используемого гидроносителя. В частности, есть устройства для работы с жидкими средами, газообразными веществами и гидромиксом.

Как работают струйные насосы?

Такие устройства работают по принципу передачи кинетической энергии. Энергетический заряд передается от потоков рабочих жидкостей к перекачиваемой среде.Важно отметить, что в процессе переноса не задействуются механические устройства и промежуточные узлы. Высокая мощность обратной связи обеспечивается скоростью, с которой рабочая жидкость выходит из сопла под давлением. При отсутствии движущихся компонентов возрастает роль вакуумных камер, которыми оснащен струйный насос. Принцип работы агрегата предусматривает образование свободного пространства в емкости, куда засасывается жидкость. То есть носитель из приемной камеры по всасывающим каналам направляется в емкость, а затем в смесительную камеру. .В процессе слияния функциональной жидкости и носителя происходит обмен энергией, в результате чего сила потока ослабляется. Конечной точкой в ​​простейших системах является емкость сбора, в которую среда входит с пониженной скоростью, но с сохраненным напором.

Тактико-технические характеристики

Обычно такие агрегаты, в которых щадящие, с точки зрения износа конструкции, жидкости не отличаются высокими рабочими характеристиками. Отчасти это подтверждает пример струйных насосов, но в некоторых сегментах применения их возможностей вполне достаточно.Например, производительность устройств может достигать 30 л / ц. Этот показатель относится к профессиональному оборудованию, а упрощенные конструкции обеспечивают в среднем 15-17 л / ц. Что касается высоты подъема, то работа струйного насоса рассчитана на диапазон 8-15 м, хотя некоторые модификации специального назначения могут обеспечивать подъем до 20 метров. Но в этом случае значительно снижается производительность и КПД, поэтому для таких нужд часто используются альтернативные конструкции насосов.

Типы насосов

Как уже отмечалось выше, конструкции различаются по типу обслуживаемой жидкости.Теперь стоит рассмотреть их более подробно. Самые популярные модели работают с водовозами и смесями, не оказывающими деструктивного воздействия на коммуникационную инфраструктуру агрегата. Такие устройства называются эжекторами и действуют по принципу откачки и всасывания в разных камерах. Распределенные и струйные насосы, функция которых ориентирована на обслуживание агрессивных сред. Это эрлифты, применяемые в скважинах и системах связи, обеспечивающих перекачку химически активных смесей и жидкостей с наличием твердых частиц.Менее популярны, но в некоторых случаях инжекторы незаменимы. Это устройства, которые тоже работают с жидкостями, но функциональной средой в данном случае является пар.

Применения

Разнообразие вариантов конструкции привело к соответствующему распределению насосов этого типа. В частности, они используются в химической промышленности для перекачки кислот, щелочей, масляных носителей, солевых смесей и мазута. Технологи в этой отрасли ценят механическую износостойкость и долговечность, которые отличает струйный насос.Использование таких агрегатов в быту в основном ориентировано на подъем воды из колодцев. Некоторые модификации вполне подходят для формирования артезианских источников. Также высокая термостойкость позволяет использовать такое оборудование в системах отопления. Для канализации такой раствор также выгоден, так как насос эффективно справляется с удалением отложений в виде ила и песка.

Преимущества и недостатки струйных агрегатов

Среди основных достоинств таких агрегатов выделяют простую и надежную конструкцию, долговечность в эксплуатации, надежность и нечувствительность к агрессивным средам.В значительной степени эти преимущества связаны с тем, что в струйных насосах отсутствуют движущиеся части, которые в других насосах быстро изнашиваются. Кстати, такая же конструктивная особенность позволяет изготавливать насосы небольших размеров, что влияет на минимизацию затрат на обслуживание. Но у таких устройств есть недостатки, среди которых есть необходимость специальной подготовки рабочих жидкостей и низкие показатели эффективности.

Заключение

Принцип действия струйных агрегатов определил их конкретную направленность работы.Такое оборудование практически не используется в традиционных системах водоснабжения и орошения. Но, благодаря высокой износостойкости, струйные насосы нашли свое место в системах связи, работающих в условиях высоких нагрузок. Достаточно сказать, что агрегаты эффективно справляются с обслуживанием химикатов и загрязненных сред, сохраняя при этом исходную производительность. Но расплачиваться за столь весомое преимущество владельцы техники обладают скромным энергетическим потенциалом. Низкая производительность не всегда является решающим фактором при выборе насосов, поэтому спрос на струйные устройства сохраняется.

.

Основы, принцип работы и применение

MOSFET (Металлооксидный полупроводниковый полевой транзистор) представляет собой полупроводниковое устройство, которое широко используется для коммутации и усиления электронных сигналов в электронных устройствах. МОП-транзистор - это либо сердечник, либо интегральная схема, где он спроектирован и изготовлен в виде единого кристалла, поскольку доступны устройства очень малых размеров. Введение устройства MOSFET внесло изменения в область коммутации в электронике .Давайте подробно объясним эту концепцию.

Что такое полевой МОП-транзистор?

МОП-транзистор - это четырехконтактное устройство, имеющее выводы истока (S), затвора (G), стока (D) и корпуса (B). Как правило, корпус полевого МОП-транзистора соединяется с выводом истока, образуя трехконтактное устройство, такое как полевой транзистор. MOSFET обычно рассматривается как транзистор и используется как в аналоговых, так и в цифровых схемах. Это базовое введение в MOSFET . И общая структура этого устройства выглядит следующим образом:


MOSFET

Из приведенной выше структуры MOSFET функциональность MOSFET зависит от электрических изменений, происходящих в ширине канала вместе с потоком носителей (дырок или электронов).Носители заряда входят в канал через вывод истока и выходят через сток.

Ширина канала контролируется напряжением на электроде, который называется затвором и расположен между истоком и стоком. Он изолирован от канала очень тонким слоем оксида металла. Емкость MOS, которая существует в устройстве, является важной частью, в которой вся операция осуществляется через нее. Полевой МОП-транзистор

с клеммами

МОП-транзистор может работать двумя способами.

  • Режим истощения
  • Режим расширения

Режим истощения

Когда на клемме затвора нет напряжения, канал показывает максимальную проводимость.Тогда как когда напряжение на выводе затвора является положительным или отрицательным, проводимость канала уменьшается.

Например,

Режим расширения

Когда нет напряжения на выводе затвора, устройство не проводит. Когда на выводе затвора имеется максимальное напряжение, устройство показывает повышенную проводимость.

Режим расширения

Принцип работы полевого МОП-транзистора

Основным принципом полевого МОП-транзистора является возможность управления напряжением и током между выводами истока и стока.Он работает почти как выключатель, а функциональность устройства основана на МОП-конденсаторе. Конденсатор MOS является основной частью MOSFET.

Поверхность полупроводника в нижнем оксидном слое, который расположен между выводами истока и стока, может быть инвертирован с p-типа на n-тип путем приложения положительного или отрицательного напряжения затвора соответственно. Когда мы прикладываем силу отталкивания к положительному напряжению затвора, то дырки, находящиеся под оксидным слоем, толкаются вниз вместе с подложкой.

Область обеднения, заполненная связанными отрицательными зарядами, которые связаны с атомами акцептора. Когда достигаются электроны, развивается канал. Положительное напряжение также притягивает электроны из n + областей истока и стока в канал. Теперь, если между стоком и истоком приложено напряжение, ток свободно течет между истоком и стоком, а напряжение затвора управляет электронами в канале. Вместо положительного напряжения, если мы приложим отрицательное напряжение, под слоем оксида образуется дырочный канал.Блок-схема полевого МОП-транзистора

МОП-транзистор с Р-каналом

МОП-транзистор с Р-каналом имеет область Р-канала, расположенную между выводами истока и стока. Это четырехконтактное устройство, имеющее выводы как затвор, сток, исток и корпус. Сток и исток представляют собой сильно легированную p + область, а тело или подложка - n-типа. Ток идет в направлении положительно заряженных дырок.

Когда мы прикладываем отрицательное напряжение с силой отталкивания к выводу затвора, электроны, находящиеся под оксидным слоем, проталкиваются вниз в подложку.Область обеднения заселена связанными положительными зарядами, которые связаны с донорными атомами. Отрицательное напряжение затвора также притягивает дырки из области истока и стока p + в область канала.

Режим истощения P-канал P-канал расширенный режим
N-канальный MOSFET

N-канальный MOSFET имеет N-канальную область, расположенную между выводами истока и стока. Это четырехконтактное устройство, имеющее выводы как затвор, сток, исток и корпус. В этом типе полевого транзистора сток и исток представляют собой сильно легированную область n +, а подложка или тело относятся к P-типу.

Ток в этом типе полевого МОП-транзистора происходит из-за отрицательно заряженных электронов. Когда мы прикладываем положительное напряжение с силой отталкивания к выводу затвора, отверстия, имеющиеся под оксидным слоем, проталкиваются вниз в подложку. Область обеднения населена связанными отрицательными зарядами, которые связаны с атомами акцептора.

При достижении электронами формируется канал. Положительное напряжение также притягивает электроны из n + областей истока и стока в канал.Теперь, если между стоком и истоком приложено напряжение, ток свободно течет между истоком и стоком, а напряжение затвора управляет электронами в канале. Вместо положительного напряжения, если мы приложим отрицательное напряжение, под оксидным слоем образуется дырочный канал.

Режим расширения N Канал

MOSFET Области работы

В наиболее общем сценарии работа этого устройства происходит в основном в трех регионах, а именно:

  • Cut-off Region - Это регион, где устройство будет в выключенном состоянии, и через него будет проходить нулевой ток.Здесь устройство функционирует как основной переключатель и используется, когда они необходимы для работы в качестве электрических переключателей.
  • Область насыщения - В этой области устройства будут иметь постоянное значение тока между стоком и истоком без учета увеличения напряжения между стоком и истоком. Это происходит только один раз, когда напряжение между стоком и истоком увеличивается больше, чем значение напряжения отсечки. В этом сценарии устройство функционирует как замкнутый переключатель, где через сток к клеммам истока протекает ток насыщения.Благодаря этому выбирается область насыщения, когда предполагается, что устройства должны выполнять переключение.
  • Линейная / омическая область - Это область, в которой ток на стоке к выводу истока увеличивается с увеличением напряжения на пути от стока к истоку. Когда полевые МОП-транзисторы работают в этой линейной области, они выполняют функции усилителя.

Давайте теперь рассмотрим характеристики переключения MOSFET

Полупроводник, такой как MOSFET или Bipolar Junction Transistor, в основном функционирует как переключатели в двух сценариях: один находится в состоянии ВКЛ, а другой - в состоянии ВЫКЛ.Чтобы рассмотреть эту функциональность, давайте взглянем на идеальные и практические характеристики устройства MOSFET.

Идеальные характеристики переключателя

Когда MOSFET должен функционировать как идеальный переключатель, он должен поддерживать следующие свойства, а именно:

  • В состоянии ВКЛ должно быть ограничение тока, которое он несет
  • В Состояние ВЫКЛ, уровни напряжения блокировки не должны иметь каких-либо ограничений
  • Когда устройство работает в состоянии ВКЛ, значение падения напряжения должно быть нулевым
  • Сопротивление в состоянии ВЫКЛ должно быть бесконечным
  • Не должно быть ограничений по скорости работы

Практические характеристики переключателя

Поскольку мир не ограничивается идеальными приложениями, функционирование MOSFET применимо даже для практических целей.В практическом сценарии устройство должно обладать следующими свойствами.

  • В состоянии ВКЛ возможности управления мощностью должны быть ограничены, что означает, что необходимо ограничить протекание тока проводимости.
  • В выключенном состоянии уровни напряжения блокировки не должны ограничиваться
  • Включение и выключение на конечное время ограничивает ограничивающую скорость устройства и даже ограничивает функциональную частоту
  • В состоянии ВКЛ устройства MOSFET будет минимальные значения сопротивления, при которых это приводит к падению напряжения при прямом смещении.Кроме того, существует конечное сопротивление в выключенном состоянии, которое обеспечивает обратный ток утечки
  • Когда устройство работает с практическими характеристиками, оно теряет питание при включении и выключении. Это происходит даже в переходных состояниях.

Пример полевого МОП-транзистора в качестве переключателя

В приведенной ниже компоновке схемы расширенный режим и N-канальный полевой МОП-транзистор используются для переключения пробной лампы в условиях ВКЛ и ВЫКЛ. Положительное напряжение на выводе затвора подается на базу транзистора, и лампа переходит в состояние ВКЛ, и здесь V GS = + v или при нулевом уровне напряжения устройство переключается в состояние ВЫКЛ, где V GS = 0 .

MOSFET As Switch

Если резистивная нагрузка лампы должна быть заменена индуктивной нагрузкой и подключена к реле или диоду, который защищен от нагрузки. В приведенной выше схеме это очень простая схема для переключения резистивной нагрузки, такой как лампа или светодиод. Но при использовании MOSFET в качестве переключателя с индуктивной или емкостной нагрузкой для устройства MOSFET требуется защита.

Если в случае, когда MOSFET не защищен, это может привести к повреждению устройства.Чтобы полевой МОП-транзистор работал как аналоговое переключающее устройство, его необходимо переключать между областью отсечки, где V GS = 0, и областью насыщения, где V GS = + v.

Описание видео

МОП-транзистор также может работать как транзистор, и его сокращенно называют полевым транзистором на основе оксида кремния и металла. Здесь само название указывало на то, что устройство может работать как транзистор. Он будет иметь P-канал и N-канал. Устройство подключается таким образом с помощью четырех клемм истока, затвора и стока, резистивная нагрузка 24 Ом подключается последовательно с амперметром, а измеритель напряжения подключается к полевому МОП-транзистору.

В транзисторе ток в затворе протекает в положительном направлении, а вывод истока соединен с землей. В то время как в устройствах с биполярным соединением транзисторов ток протекает по пути от базы к эмиттеру. Но в этом устройстве нет тока, потому что в начале затвора есть конденсатор, ему просто требуется только напряжение.

Это может быть выполнено путем продолжения процесса моделирования и включения / выключения. Когда переключатель находится в положении ON, ток через цепь не протекает, когда сопротивление 24 Ом и 0.29 амперметра, то мы обнаруживаем незначительное падение напряжения на источнике, потому что на этом устройстве есть + 0,21 В.

Сопротивление между стоком и истоком обозначается как RDS. Благодаря этому RDS, при протекании тока в цепи появляется падение напряжения. RDS различается в зависимости от типа устройства (он может варьироваться в пределах от 0,001, 0,005 до 0,05 в зависимости от типа напряжения.

Несколько понятий, которые следует изучить:

1). Как выбрать полевой МОП-транзистор в качестве коммутатора ?

При выборе полевого МОП-транзистора в качестве переключателя необходимо соблюдать следующие условия:

  • Использование полярности канала P или N
  • Максимальные номинальные значения рабочего напряжения и тока
  • Повышенное значение Rds ON, которое означает, что сопротивление на выводе от стока к источнику при полностью открытом канале
  • Повышенная рабочая частота
  • Тип упаковки - To-220, DPAck и многие другие.

2). Что такое КПД переключателя MOSFET?

Основным ограничением при использовании полевого МОП-транзистора в качестве переключающего устройства является повышенное значение тока стока, на которое может быть способно устройство. Это означает, что RDS в состоянии ON является решающим параметром, определяющим коммутационную способность MOSFET. Он представлен как отношение напряжения сток-исток к току стока. Его следует рассчитывать только в состоянии ВКЛ транзистора.

3).Почему переключатель MOSFET используется в повышающем преобразователе?

Как правило, повышающему преобразователю необходим переключающий транзистор для работы устройства. Итак, в качестве переключающих транзисторов используются полевые МОП-транзисторы. Эти устройства используются для определения текущего значения и значений напряжения. Кроме того, учитывая скорость переключения и стоимость, они широко используются.

Таким же образом MOSFET можно использовать по-разному. и это

  • MOSFET в качестве переключателя для светодиода
  • remove_circle_outline
  • MOSFET в качестве переключателя для Arduino
  • MOSFET переключатель для нагрузки переменного тока
  • MOSFET переключатель для двигателя постоянного тока
  • MOSFET переключатель для отрицательного напряжения
  • MOSFET в качестве переключателя с Arduino
  • MOSFET
  • в качестве переключателя с микроконтроллером
  • MOSFET переключатель с гистерезисом
  • MOSFET в качестве переключающего диода и активного резистора
  • MOSFET в качестве уравнения переключения
  • MOSFET переключатель для страйкбола
  • MOSFET в качестве резистора затвора переключения
  • MOSFET переключающий соленоид
  • MOSFET переключатель с использованием оптопары
  • MOSFET переключатель с гистерезисом

Применение MOSFET в качестве переключателя

Одним из наиболее ярких примеров этого устройства является его использование в качестве переключателя для автоматической регулировки яркости уличного освещения.В наши дни многие огни, которые мы наблюдаем на шоссе, состоят из газоразрядных ламп высокой интенсивности. Но использование HID-ламп потребляет повышенный уровень энергии.

Яркость не может быть ограничена в зависимости от требований, поэтому должен быть переключатель для альтернативного метода освещения, и это светодиод. Использование светодиодной системы позволит преодолеть недостатки ламп высокой интенсивности. Основная идея, лежащая в основе конструкции, заключалась в том, чтобы управлять освещением непосредственно на шоссе с помощью микропроцессора.

Применение MOSFET в качестве коммутатора

Этого можно добиться, просто изменив тактовые импульсы. По необходимости это устройство используется для включения ламп. Он состоит из платы Raspberry Pi, на которой установлен процессор для управления. Здесь светодиоды могут быть заменены на HID, и они связаны с процессором через MOSFET. Микроконтроллер обеспечивает соответствующие рабочие циклы, а затем переключается на MOSFET, чтобы обеспечить высокий уровень интенсивности.

Преимущества

Некоторые из преимуществ:

  • Он обеспечивает повышенную эффективность даже при работе на минимальных уровнях напряжения
  • Отсутствует ток затвора, что создает больший входной импеданс, который дополнительно обеспечивает повышенную скорость переключения для устройства
  • Эти устройства могут работать при минимальных уровнях мощности и потребляют минимальный ток

Недостатки

К недостаткам относятся следующие:

  • Когда эти устройства работают при уровнях напряжения перегрузки, это создает нестабильность устройства.
  • Поскольку устройства имеют тонкий оксидный слой, это может привести к повреждению устройства при воздействии электростатических зарядов.

Приложения

Области применения полевого МОП-транзистора:

  • Усилители, изготовленные из полевого МОП-транзистора, широко используются в широком диапазоне частот
  • Регулировка для двигателей постоянного тока обеспечивают эти устройства 900 23
  • Поскольку они имеют повышенную скорость переключения, они идеально подходят для создания усилителей с прерывателями.
  • Функционирует как пассивный компонент для различных электронных элементов.

В конце концов, можно сделать вывод, что транзистору требуется ток, тогда как MOSFET требует напряжения. Требования к управлению MOSFET намного лучше, намного проще по сравнению с BJT. А также знаю Как подключить Mosfet к переключателю?

Фото

.

Смотрите также