4.4. ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Электромеханические преобразователи являются четырехполюсниками, у которых одна сторона механическая, а другая — электрическая. Большинство электромеханических преобразователей (кроме угольных, транзисторных и ионных), используемых в электроакустической аппаратуре, является обратимыми и практически линейными преобразователями. Электромеханические преобразователи делят на генераторы, преобразующие механическую энергию в электрическую, и двигатели, преобразующие механическую энергию в электрическую.

Для генератора (рис. 4.3, а) уравнения четырехполюсника имеют вид:

а для электродвигателя (ЭД) (рис. 4.3, б):

где коэффициент электромеханической связи для генератора; коэффициент электромеханической связи для

Интересно отметить, что когда заторможен (т.е. когда частота вращения его равна нулю), то это соответствует холостой работе четырехполюсника, так как в этом случае сопротивление нагрузки бесконечно большое, и ток во вторичной цепи равен нулю. А холостая работа двигателя соответствует его работе на небольшое сопротивление нагрузки (скорость наибольшая, т. е. выходной ток в четырехлолюснике максимальный). Для обратимых четырехполюсников

-вноси-мое сопротивление для генератора;

— вносимое сопротивление для генератора; усилие входное (механическое) сопротивление генератора; входное

Рис. 4.4. Преобразователь динамического типа (катушечный вариант): а — мехаиоэлектрический; б - электромеханический К — катушка с проводом длиной — индукция поля вблизи катушки

Рис. 4.5. Преобразователь динамического типа (ленточный вариант): а — механоэлектрическнй; б - электромеханический Л - ленточка длиной В — индукция поля вблизи ленточки

(электрическое) сопротивление собственное (механическое) сопротивление генератора; внутреннее (механическое) сопротивление собственное (электрическое) сопротивление внутреннее (электрическое) сопротивление генератора электрическое сопротивление нагрузки генератора; механическое сопротивление нагрузки двигателя; сила, приложенная к генератору; — скорость генератора; — ток нагрузки генератора; напряжение на нагрузке генератора; напряжение, приложенное к двигателю; ток в двигателе; скорость вращения сила, действующая на нагрузку

Для электродинамических типов электроакустической аппаратуры (рис. наводимая ЭДС в проводнике, пересекающем магнитное поле, а усилие, действующее на проводник с током, где В — индукция поля; длина проводника. Коэффициент электромеханической связи для этих систем

Рис. 4.6. Преобразователь конденсаторного типа: а — механоэлектрическнй; электромеханический; расстояние между электродами; постоянное напряжение на конденсаторе; 1 — мембрана; 2 — зазор между электродами; 3 — изоляция; 4 — неподвижный электрод

Рис. 4.7. Преобразователь пьезоэлектрического типа: а — механоэлектрическнй; электромеханический; электроды; 2 — пластинка кристалла (или керамики)

Если взять конденсатор с постоянным напряжением на его обкладках равным и одну из его обкладок колебать с переменной скоростью (рис. 4.6, а), то конденсатор будет создавать переменную где расстояние между обкладками конденсатора в отсутствие колебаний; частота колебаний. С другой стороны, если через этот конденсатор будет протекать переменный ток вызванный приложенным к нему переменным напряжением (рис. 4.6, б), то между обкладками конденсатора будет действовать переменная сила (усилие)

Следовательно, электрический преобразователь конденсаторного (а также электретного) типа имеет коэффициент электромеханической связи

Если пластинку пьезокристалла, вырезанную соответствующим образом (или пластинку из пьезокерамики), деформировать, например заставить один из ее концов колебаться со скоростью (рис. 4.7, а), то на ее электродах образуется переменная где I — длина пластинки; толщина ее; коэффициент пьезоэффекта. Если же на электроды такой пластинки подать переменное напряжение вызывающее ток (рис. 4.7, б), то пластинка будет испытывать переменную силу (усилие) Поэтому коэффициент связи для электромеханического преобразователя пьезосистем с изгибной деформацией имеет вид

Если мембрану из ферромагнитного материала приближать к полюсным наконечникам постоянного магнита или удалять от них

Рис. 4.8. Преобразователь электромагнитного типа: а — механоэлектрический; б - электромеханический постоянная составляющая индукции в магнитной цепи; 1 — мембрана; 2 — зазор в магнитной цепи; 3 — полюсный наконечник, т. е. сердечник катушки; 4 — катушки

пример, колебать) со скоростью (рис. 4.8, а), т. е. изменять величину магнитного потока, протекающего через сердечники катушек, то в катушках будет индуктироваться переменная где число витков катушек; индукция в Магнитной цепи (в отсутствие колебаний); индуктивность катушек. С другой стороны, если к катушкам приложить переменное напряжение создающее в них ток (рис. 4.8, б), то при условии (где В переменная составляющая индукции в магнитной цепи) на мембрану будет действовать переменная сила (усилие) Ввиду этого электромеханический преобразователь электромагнитного типа имеет коэффициент электромеханической связи