Vibrační měnič je elektromechanické zařízení určené k přeměně nízkonapěťového stejnosměrného napětí na střídavé napětí přepínáním kontaktů .
Dělí se na výkonové a měřicí převodníky .
Výkonové vibrační měniče jsou určeny k přeměně nízkého napětí např. z baterií na střídavé napětí, které je následně přivedeno do transformátoru , na jehož sekundární vinutí je připojen usměrňovač . Dříve se používalo k získání vysokého stejnosměrného napětí (100-400 V ) pro napájení anodových obvodů elektronek elektronických zařízení. V současné době jsou zcela nahrazeny polovodičovými měniči .
Měřicí převodníky vibrací se používají k převodu malých a ultranízkých stejnosměrných napětí získaných z měřicích senzorů , například termočlánků , na střídavé napětí, které je pohodlně zesilováno zesilovačem střídavého napětí. Na výstupu zesilovače střídavého napětí se zapíná buď fázově citlivý detektor nebo synchronní detektor, který převádí střídavé napětí na stejnosměrné. Taková struktura tvoří přesný stejnosměrný zesilovač , jehož teplotní drift je určen pouze driftem vibračního měniče a může být redukován na zlomky mikrovoltu.
Taková zařízení jsou elektromechanický samooscilační systém , zahrnující elektromagnet s pohyblivým jádrem (kotvou) a několika kontakty ovládanými polohou jádra. Do vinutí elektromagnetu je přiváděn stejnosměrný proud ze zdroje nízkého napětí. Feromagnetická kotva elektromagnetu, která je přitahována k feromagnetickému jádru elektromagnetu, otevírá kontakty, přes které je na toto vinutí přiváděno nízké napětí. Pružina spojená s kotvou vrací kotvu do její původní polohy. Kotva tedy kmitá s frekvencí několika desítek Hz . Ostatní kontakty připojené ke kotvě periodicky spínají zdroj nízkého napětí střídavě na jednu nebo druhou polovinu primárního vinutí zvyšovacího transformátoru . Výsledkem je, že primárním vinutím protéká střídavý proud . Ze sekundárního vinutí transformátoru je odstraněno střídavé vysoké napětí. Pro přeměnu tohoto střídavého napětí na vysoké stejnosměrné napětí je k sekundárnímu vinutí připojen usměrňovač .
Pro získání konstantního napětí na výstupu další skupina kontaktů ( mechanický usměrňovač ), připojená ke kotvě elektromagnetu, synchronně spíná sekundární vinutí transformátoru tak, aby směr proudu v zátěži zůstal konstantní (synchronní měnič) , nebo je do externího diodového usměrňovače (asynchronního měniče) přiváděn střídavý proud ze sekundárního vinutí .
U měřicích převodníků je vinutí elektromagnetu obvykle napájeno sníženým napětím síťové frekvence. Frekvence vlastních mechanických kmitů pohyblivé kotvy je naladěna na mechanickou rezonanci s frekvencí sítě (obvykle 50 Hz).
V raných samopípajících se rozchodech ( zobcové flétny ), dnes již zastaralých, bylo použito následující schéma. Na kotvu měniče vibrací je připojen pohyblivý kontakt, který se střídavě zapíná dvěma bočními pevnými kontakty. Na jeden z bočních kontaktů je přiveden vstupní signál a na druhý zpětnovazební signál, který je odebírán z reochordu ( potenciometr ), jehož jezdec (posuvný kontakt) je mechanicky spojen s perem záznamníku. Pokud jsou na bočních kontaktech různá konstantní napětí, pak se na centrálním kontaktu objeví vlnění, jehož amplituda je úměrná rozdílu vstupních napětí a fáze odráží znaménko tohoto rozdílu. Pokud je naměřené napětí větší než napětí zpětné vazby, objeví se na centrálním (přepínacím) kontaktu snímače vibrací vlnění v jedné fázi s napětím napájejícím elektromagnet. Tato vlnění jsou zesílena s fázovým posunem o 90 stupňů pomocí zesilovače střídavého napětí. Zesílené střídavé napětí je přivedeno na jedno z vinutí dvoufázového asynchronního elektromotoru , druhé je vždy napájeno konstantním střídavým napětím v jedné fázi s napájecím převodníkem vibrací. Elektromotor je navržen tak, aby magnetická pole těchto dvou vinutí byla vzájemně kolmá. Když se na vinutí připojeném k zesilovači objeví napětí, rotor motoru se začne otáčet a pomocí soustavy lanek a kladek posouvá posuvný kontakt potenciometru a přidruženého pera záznamníku, dokud se neodstraní konstantní napětí. z potenciometru motoru se rovná měřenému. Pokud naměřené napětí klesne pod zpětnovazební napětí, motor se bude otáčet v opačném směru, protože napěťové fáze na jeho vinutí nebudou posunuty o 90 stupňů, ale o -90. Tento servo elektromechanický systém tedy kompenzuje chybový signál mezi vstupním signálem a signálem zpětné vazby. Podle tohoto principu funguje například záznamník KSP-4.
Taková obvodová řešení umožňují stavět stejnosměrné zesilovače prakticky bez nulového driftu.
Vibrační měniče byly široce používány až do počátku 50. let 20. století. pro napájení přenosných a palubních světelných zařízení - přenosných a autorádií , radiostanic apod. z baterií a galvanických článků. Pak se v mnoha případech ukázalo, že je jednodušší, kompaktnější a cenově výhodnější než napájený vysokonapěťovými anodovými bateriemi . Vyráběly se převodníky vibrací s výstupním napětím do 400 V a více, zatěžovacím proudem do 90 mA . Účinnost dosahovala 40-80 %.
Nevýhody výkonových měničů vibrací jsou vysoká úroveň jimi generovaného impulsního elektrického šumu, akustický šum, nízká spolehlivost kontaktů a jejich odskoky. Vibrační měnič vyžadoval pečlivé stínění, účinnou filtraci výstupního napětí, utěsnění mechanické části zařízení - vibrátoru a kontaktů. Zdroj vibračního měniče obvykle nepřesáhl 1000 hodin nepřetržitého provozu kvůli opotřebení kontaktů. Snímače vibrací se proto prakticky nepoužívaly k napájení kritických elektronických zařízení, například vojenských nebo leteckých, v těchto aplikacích byly preferovány elektrické strojní převodníky - umformery .
S rozvojem polovodičových součástek byly vibrační měniče téměř zcela nahrazeny tranzistorovými měniči napětí, které jsou mnohem ekonomičtější, odolnější a téměř tiché.
Další oblastí použití vibračních převodníků jsou měřicí přístroje. S jejich využitím byly vybudovány automatické kompenzační systémy, zapisovače (např. KSP-4), pH metry , mili- a mikrovoltmetry stejnosměrného proudu. Později se začaly používat měniče s dynamickým kondenzátorem. Dnes jsou i z těchto oblastí použití měniče vibrací téměř zcela nahrazeny polovodičovými zařízeními - ultrapřesnými operačními zesilovači (příklady - K140UD24, K140UD13), pracujícími na stejném principu (modulátor - zesilovač střídavého napětí - demodulátor), ale využívající bezkontaktní kontakty jako klíče spíše než mechanické kontakty.zapíná MOSFETy .
| Usměrňovače elektrického proudu | ||
|---|---|---|
| s pohyblivými částmi | ||
| Kapalina |
| |
| vypouštění plynu | ||
| Elektrovakuum | ||
| Polovodič | ||