4.5. ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Основные положения теории четырехполюсников. На рис. 4.2 показан линейный четырехполюсник, представляющий пассивный преобразователь колебаний.

Рис. 4.2. Эквивалент четырехполюсника

Со стороны входа четырехполюсник представляет собой некоторое сопротивление состоящее из двух последовательно соединенных частей: постоянной, не зависящей от сопротивления нагрузки во вторичной цепи, и переменной зависящей от тока во вторичной цепи (см. рис. 4.2). Исходя из этого, можно написать уравнение

где - напряжение на входе четырехполюсника; токи на входе и выходе четырехполюсника; постоянная часть входного сопротивления, называемая собственным сопротивлением четырехполюсника; коэффициент пропорциональности между током во вторичной цепи и напряжением на переменной части входного сопротивления, называемой вносимым сопротивлением

Собственное входное сопротивление определяют при работе четырехполюсника на холостом ходу:

а вносимое сопротивление Со стороны выхода четырехполюсник представляет собой генератор с определяемой током в первичной цепи, и внутренним сопротивлением (см. рис. 4.2). Исходя из этого, можно написать уравнение

где - напряжение на выходе четырехполюсника; внутреннее сопротивление генератора; коэффициент пропорциональности между ЭДС эквивалентного генератора и током в первичной цепи, называемый коэффициентом связи (он имеет размерность сопротивления). Внутреннее сопротивление генератора определяют при работе четырехполюсника в режиме короткого замыкания:

а коэффициент связи — в режиме холостого хода:

Из (4.6) и (4.7) получаем вносимое сопротивление

где сопротивление нагрузки во вторичной цепи.

Вносимое сопротивление для любого из пассивных преобразователей определяет количество энергии, передаваемой во вторичную цепь. Коэффициент связи — реакция вторичной цепи, определяющая ЭДС, создаваемую во вторичной цепи. В обратимых четырехполюсниках эта реакция одинакова в обе стороны.

Отсюда следует равенство абсолютных значений коэффициентов сопротивлений связи для обоих направлений:

Электромеханические преобразователи. Электромеханические преобразователи являются четырехполюсниками, у которых одна сторона механическая, а другая — противоположная — электрическая.

Рис. 4.3. Эквиваленты четьирехполююндаов: а) механоэлетрического (генератор); б) злектромеханического (двигатель)

Рассмотрим электрогенератор (механоэлектрическую систему) и электродвигатель (электромеханическую систему).

Соответствующие модели приведены на рис. 4.3. Для генератора имеем вносимое механическое сопротивление

где внутреннее сопротивление генератора; сопротивление его нагрузки и коэффициент

электромеханической связи (обозначение символов см. на рис. 4.3а)

Для двигателя вносимое электрическое сопротивление

и коэффициент электромеханической связи (рис. 4.36)

Применим эти формулы к магнитоэлектрическим системам, называемым в акустике электродинамическими. Из электротехники известны следующие выражения: для наводимой и для силы, действующей на проводник с током, где В — индукция магнитного поля; I — длина проводника, откуда коэффициент электромеханической связи (4.9а) и (4.96) для этих систем

На холостом ходу вносимое сопротивление (4.8а) и (4.86), так как сопротивление нагрузки бесконечно большое.

Интересно отметить, что заторможенный двигатель (скорость равна нулю) аналогичен работе четырехполюсника на холостом ходу (ток во вторичной цепи равен нулю). А холостая работа двигателя аналогична работе четырехполюсника на маленькое сопротивление нагрузки (скорость наибольшая, т. е. когда выходной ток максимальный).

Кроме электродинамических систем преобразования, в электроакустике применяются электростатические, электромагнитные, угольные и другце преобразователи.