Ταλαντωτής - αρχή λειτουργίας, τύποι, εφαρμογή

Ένα ταλαντευόμενο σύστημα ονομάζεται ταλαντωτής. Δηλαδή, οι ταλαντωτές είναι συστήματα στα οποία επαναλαμβάνονται περιοδικά κάποιος μεταβαλλόμενος δείκτης ή αρκετοί δείκτες. Η ίδια λέξη "ταλαντωτής" προέρχεται από το λατινικό "oscillo" - ταλάντευση.

Οι ταλαντωτές παίζουν σημαντικό ρόλο στη φυσική και την τεχνολογία, επειδή σχεδόν οποιοδήποτε γραμμικό φυσικό σύστημα μπορεί να περιγραφεί ως ταλαντωτής. Παραδείγματα των απλούστερων ταλαντωτών είναι ένα κύκλωμα ταλάντωσης και ένα εκκρεμές. Οι ηλεκτρικοί ταλαντωτές μετατρέπουν το συνεχές ρεύμα σε εναλλασσόμενο ρεύμα και δημιουργούν ταλαντώσεις στην απαιτούμενη συχνότητα χρησιμοποιώντας ένα κύκλωμα ελέγχου.

Χρησιμοποιώντας το παράδειγμα ενός κυκλώματος ταλάντωσης που αποτελείται από ένα πηνίο επαγωγής L και έναν πυκνωτή χωρητικότητας C, είναι δυνατό να περιγραφεί η βασική διαδικασία λειτουργίας ενός ηλεκτρικού ταλαντωτή. Ένας φορτισμένος πυκνωτής, αμέσως μετά τη σύνδεση των ακροδεκτών του στο πηνίο, αρχίζει να εκφορτίζεται μέσω αυτού, ενώ η ενέργεια του ηλεκτρικού πεδίου του πυκνωτή μετατρέπεται σταδιακά σε ενέργεια του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου του πηνίου.

Όταν ο πυκνωτής αποφορτιστεί πλήρως, όλη η ενέργειά του θα πάει στην ενέργεια του πηνίου, τότε το φορτίο θα συνεχίσει να κινείται μέσα από το πηνίο και να επαναφορτίζει τον πυκνωτή στην αντίθετη πολικότητα από ό,τι ήταν στην αρχή.

Επίσης, ο πυκνωτής θα αρχίσει να εκφορτίζεται ξανά μέσω του πηνίου, αλλά προς την αντίθετη κατεύθυνση κ.λπ. — κάθε περίοδος ταλάντωσης στο κύκλωμα, η διαδικασία θα επαναλαμβάνεται μέχρι να εξαφανιστούν οι ταλαντώσεις λόγω της διαρροής ενέργειας στην αντίσταση του πηνίου του σύρματος και στο διηλεκτρικό του πυκνωτή.

Με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, το κύκλωμα ταλάντωσης σε αυτό το παράδειγμα είναι ο απλούστερος ταλαντωτής, καθώς σε αυτό αλλάζουν περιοδικά οι ακόλουθοι δείκτες: το φορτίο στον πυκνωτή, η διαφορά δυναμικού μεταξύ των πλακών του πυκνωτή, η ισχύς του ηλεκτρικού πεδίου στο διηλεκτρικό του πυκνωτή, το ρεύμα διαμέσου του πηνίου και τη μαγνητική επαγωγή του πηνίου. Σε αυτή την περίπτωση, εμφανίζονται ταλαντώσεις ελεύθερης απόσβεσης.

Προκειμένου οι ταλαντωτικές ταλαντώσεις να μην έχουν απόσβεση, είναι απαραίτητο να αναπληρωθεί η διαλυμένη ηλεκτρική ενέργεια. Ταυτόχρονα, για να διατηρηθεί ένα σταθερό πλάτος ταλαντώσεων στο κύκλωμα, είναι απαραίτητο να ελέγχεται η εισερχόμενη ηλεκτρική ενέργεια έτσι ώστε το πλάτος να μην μειώνεται κάτω και να μην αυξάνεται πάνω από μια δεδομένη τιμή. Για να επιτευχθεί αυτός ο στόχος, εισάγεται ένας βρόχος ανάδρασης στο κύκλωμα.

Με αυτόν τον τρόπο, ο ταλαντωτής γίνεται ένα κύκλωμα ενισχυτή θετικής ανάδρασης, όπου το σήμα εξόδου τροφοδοτείται μερικώς στο ενεργό στοιχείο του κυκλώματος ελέγχου, με αποτέλεσμα να διατηρούνται στο κύκλωμα συνεχείς ημιτονοειδείς ταλαντώσεις σταθερού πλάτους και συχνότητας.Δηλαδή, οι ημιτονοειδείς ταλαντωτές λειτουργούν λόγω της ροής ενέργειας από τα ενεργά στοιχεία στα παθητικά, με την υποστήριξη της διαδικασίας από έναν βρόχο ανάδρασης. Οι δονήσεις έχουν ελαφρώς μεταβλητό σχήμα.

Οι ταλαντωτές είναι:

• με θετική ή αρνητική ανατροφοδότηση.

• με ημιτονοειδή, τριγωνική, πριονωτή, ορθογώνια κυματομορφή. χαμηλή συχνότητα, ραδιοσυχνότητα, υψηλή συχνότητα κ.λπ.

• RC, LC — ταλαντωτές, κρυσταλλικοί ταλαντωτές (χαλαζίας).

• σταθερών, μεταβλητών ή ρυθμιζόμενων ταλαντωτών συχνότητας.

Ταλαντωτής (γεννήτρια) Royer

Για να μετατρέψετε μια σταθερή τάση σε ορθογώνιους παλμούς ή για να αποκτήσετε ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσεις για κάποιον άλλο σκοπό, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε έναν ταλαντωτή μετασχηματιστή Royer ή μια γεννήτρια Royer... Αυτή η συσκευή περιλαμβάνει ένα ζεύγος διπολικών τρανζίστορ VT1 και VT2, ένα ζεύγος αντιστάσεων R1 και R2, ένα ζεύγος πυκνωτών C1 και C2 επίσης κορεσμένο μαγνητικό κύκλωμα με πηνία — μετασχηματιστής Τ.

Τα τρανζίστορ λειτουργούν σε λειτουργία κλειδιού και το κορεσμένο μαγνητικό κύκλωμα επιτρέπει θετική ανάδραση και, εάν είναι απαραίτητο, απομονώνει γαλβανικά τη δευτερεύουσα περιέλιξη από τον πρωτεύοντα βρόχο.

Την αρχική στιγμή, όταν ενεργοποιείται η παροχή ρεύματος, μικρά ρεύματα συλλέκτη αρχίζουν να ρέουν μέσω των τρανζίστορ από την πηγή Up. Ένα από τα τρανζίστορ θα ανοίξει νωρίτερα (αφήστε το VT1) και η μαγνητική ροή που διασχίζει τις περιελίξεις θα αυξηθεί και το EMF που προκαλείται στις περιελίξεις θα αυξηθεί ταυτόχρονα. Το EMF στις περιελίξεις βάσης 1 και 4 θα είναι τέτοιο ώστε το τρανζίστορ που άρχισε να ανοίγει πρώτο (VT1) θα ανοίξει και το τρανζίστορ με χαμηλότερο ρεύμα εκκίνησης (VT2) θα κλείσει.

Το ρεύμα συλλέκτη του τρανζίστορ VT1 και η μαγνητική ροή στο μαγνητικό κύκλωμα θα συνεχίσουν να αυξάνονται μέχρι τον κορεσμό του μαγνητικού κυκλώματος και τη στιγμή του κορεσμού το EMF στις περιελίξεις θα γίνει μηδέν. Το ρεύμα συλλέκτη VT1 θα αρχίσει να μειώνεται, η μαγνητική ροή θα μειωθεί.

Η πολικότητα του EMF που προκαλείται στις περιελίξεις θα αντιστραφεί και επειδή οι περιελίξεις της βάσης είναι συμμετρικές, το τρανζίστορ VT1 αρχίζει να κλείνει και το VT2 αρχίζει να ανοίγει.

Το ρεύμα συλλέκτη του τρανζίστορ VT2 θα αρχίσει να αυξάνεται μέχρι να σταματήσει η αύξηση της μαγνητικής ροής (τώρα στην αντίθετη κατεύθυνση) και όταν το EMF στις περιελίξεις επιστρέψει στο μηδέν, το ρεύμα συλλέκτη VT2 αρχίζει να μειώνεται, η μαγνητική ροή μειώνεται, το EMF αλλάζει πολικότητα. Το τρανζίστορ VT2 θα κλείσει, το VT1 θα ανοίξει και η διαδικασία θα συνεχίσει να επαναλαμβάνεται κυκλικά.

Η συχνότητα των ταλαντώσεων της γεννήτριας Royer σχετίζεται με τις παραμέτρους της πηγής ισχύος και τα χαρακτηριστικά του μαγνητικού κυκλώματος σύμφωνα με τον ακόλουθο τύπο:

Πάνω — τάση τροφοδοσίας. ω είναι ο αριθμός των στροφών κάθε πηνίου του συλλέκτη. S είναι η περιοχή διατομής του μαγνητικού κυκλώματος σε τετραγωνικά εκατοστά. Bn — επαγωγή κορεσμού πυρήνα.

Δεδομένου ότι στη διαδικασία κορεσμού του μαγνητικού κυκλώματος, το EMF στις περιελίξεις του μετασχηματιστή θα είναι σταθερό, τότε με την παρουσία δευτερεύουσας περιέλιξης, με φορτίο συνδεδεμένο σε αυτό, το EMF θα λάβει τη μορφή ορθογώνιων παλμών. Οι αντιστάσεις στα κυκλώματα βάσης των τρανζίστορ σταθεροποιούν τη λειτουργία του μετατροπέα και οι πυκνωτές βοηθούν στη βελτίωση του σχήματος της τάσης εξόδου.

Οι ταλαντωτές Royer μπορούν να λειτουργήσουν σε συχνότητες από μονάδες έως εκατοντάδες kilohertz, ανάλογα με τις μαγνητικές ιδιότητες του πυρήνα στον μετασχηματιστή Τ.

Ταλαντωτές συγκόλλησης

Για να διευκολυνθεί η ανάφλεξη του τόξου συγκόλλησης και να διατηρηθεί η σταθερότητά του, χρησιμοποιούνται ταλαντωτές συγκόλλησης. Ο ταλαντωτής συγκόλλησης είναι μια γεννήτρια υπέρτασης υψηλής συχνότητας που έχει σχεδιαστεί για να λειτουργεί με συμβατικά τροφοδοτικά AC ή DC…. Είναι μια γεννήτρια σπινθήρα με απόσβεση ταλάντωσης που βασίζεται σε μετασχηματιστή ανόδου LF με δευτερεύουσα τάση 2 έως 3 kV.

Εκτός από τον μετασχηματιστή, το κύκλωμα περιέχει έναν περιοριστή, ένα κύκλωμα ταλάντωσης, πηνία σύζευξης και έναν πυκνωτή μπλοκαρίσματος. Χάρη στο κύκλωμα ταλάντωσης, ως κύριο εξάρτημα, λειτουργεί ο μετασχηματιστής υψηλής συχνότητας.

Οι κραδασμοί υψηλής συχνότητας περνούν μέσα από τον μετασχηματιστή υψηλής συχνότητας και η τάση υψηλής συχνότητας εφαρμόζεται μέσα από το διάκενο τόξου. Ένας πυκνωτής παράκαμψης εμποδίζει την παράκαμψη της πηγής ισχύος τόξου. Στο κύκλωμα συγκόλλησης περιλαμβάνεται επίσης τσοκ για αξιόπιστη απομόνωση του πηνίου ταλαντωτή από ρεύματα HF.

Με ισχύ έως και 300 W, ο ταλαντωτής συγκόλλησης δίνει παλμούς διάρκειας αρκετών δεκάδων μικροδευτερόλεπτων, οι οποίοι αρκούν για την ανάφλεξη ενός ελαφρού τόξου. Το ρεύμα υψηλής συχνότητας, υψηλής τάσης απλώς υπερτίθεται στο κύκλωμα συγκόλλησης εργασίας.

Οι ταλαντωτές για συγκόλληση είναι δύο τύπων:

• παλμικό τροφοδοτικό?

• συνεχής δράση.

Οι διεγέρτες συνεχούς ταλαντωτή λειτουργούν συνεχώς κατά τη διάρκεια της διαδικασίας συγκόλλησης, χτυπώντας το τόξο υπερθέτοντας ένα βοηθητικό ρεύμα υψηλής συχνότητας (150 έως 250 kHz) και υψηλής τάσης (3000 έως 6000 V) πάνω από το ρεύμα του.

Αυτό το ρεύμα δεν θα βλάψει τον συγκολλητή εάν τηρηθούν οι προφυλάξεις ασφαλείας. Το τόξο υπό την επίδραση του ρεύματος υψηλής συχνότητας καίγεται ομοιόμορφα σε χαμηλή τιμή του ρεύματος συγκόλλησης.

Οι πιο αποδοτικοί ταλαντωτές συγκόλλησης σε σύνδεση σε σειρά, καθώς δεν απαιτούν την εγκατάσταση προστασίας υψηλής τάσης για την πηγή. Κατά τη λειτουργία, ο απαγωγέας εκπέμπει ένα αθόρυβο κροτάλισμα μέσα από ένα διάκενο έως 2 mm, το οποίο ρυθμίζεται πριν από την έναρξη της εργασίας με μια ειδική βίδα (αυτή τη στιγμή, το βύσμα αφαιρείται από την πρίζα!).

Η συγκόλληση εναλλασσόμενου ρεύματος χρησιμοποιεί παλμικούς ταλαντωτές ισχύος για να βοηθήσει στην ανάφλεξη του τόξου ενώ αντιστρέφει την πολικότητα του ρεύματος AC.