Устройство и принцип: Устройство и принцип работы электроинструмента

Устройство и принцип работы электроинструмента

Содержание:

1. 1. Коллекторный электродвигатель постоянного тока
1. 1.1. Принцип действия
2. 1.2. Недостатки
2. 2. Бесколлекторный двигатель
3. 3. Редуктор
1. 3.1. Особенности редукторов
4. 4. Устройства управления
5. 5. Для безопасной работы

Двигатель, редуктор, устройства управления и детали для безопасной работы — вот основные узлы каждого электроинструмента. Для ручной машины важно, что бы она была как можно легче и меньше. Кроме того, от нее требуется высокая скорость, которую можно регулировать. Этим условиям отвечают двигатели постоянного тока. Они подразделяются на коллекторные и вентильные.

Коллекторный электродвигатель постоянного тока

Что бы понять, как электрическая энергия превращается в механическую, познакомимся с устройством двигателя. Его основные узлы: статор (индуктор), ротор (якорь) и примыкающий к нему щеточноколлекторный узел.

Статор — неподвижная стальная деталь, к которой прикрепляются главные и добавочные полюсы. Обмотка главных полюсов создает магнитное поле, а добавочная улучшает работу коллектора.

Вращающийся ротор устанавливается на валу. Он состоит из сердечника и обмотки. Ее концы соединяются с пластинами коллектора, к которому, в свою очередь, примыкают щетки — через них обмотка якоря соединяется с внешней цепью. Щетки занимают определенное положение по отношению к полюсам двигателя. В некоторых электроинструментах имеется поворотный щеткодержатель-траверса, благодаря ему положение щеток можно изменять. Это позволяет сохранить мощность при работе в режиме реверса. В остальных случаях вращение в обратном режиме включают электронные магнитные пускатели.

Принцип действия

Двигатель работает за счет электромагнитной индукции. При подаче напряжения на графитовые щетки, они замыкаются с ротором. По его обмотке проходит электрический ток.

Так как ротор находится внутри магнитного поля статора, на него начинают действовать силы Ампера. На концах якоря они направлены в противоположные стороны, что создает крутящий момент. Ротор поворачивается на 180°. В этот момент крутящий момент становится равным нулю. Что бы вращение продолжалось необходимо переключить направление тока — провести коммутацию. По коллектору, который начал вращаться вместе с ротором, скользят щетки, в нужный момент они переходят с одной пластины на другую, меняя направление тока в обмотках ротора.

Частота вращения двигателя регулируется за счет изменения магнитного поля статора, которое в свою очередь генерируется током возбуждения двигателя. На этот ток можно повлиять реостатом, транзистором, т. е. любым устройством с активным сопротивлением. Таким образом, осуществляется электронная регулировка скорости.

Недостатки

Слабое место коллекторного двигателя — графитовые щетки, в процессе эксплуатации они истираются. При интенсивной нагрузке их приходится часто заменять.

Кроме того, такой двигатель шумит и вибрирует во время работы, особенно на больших скоростях. Бороться с этими недостатками помогает использование в конструкциях качественных деталей и внешних антивибрационных элементов.

Бесколлекторный двигатель

Существует вид двигателей постоянного тока, в которых отсутствует щеточно-коллекторный узел. Ток в них изменяется с помощью электронных переключателей, что избавляет конструкцию от наличия щеток. Такие моторы называют вентильными. Принцип их работы аналогичен описанному выше. От коллекторных их отличает конструкция: магниты размещены на роторе, а обмотка на статоре.

Датчик углового положения ротора указывает электронному блоку, когда нужно менять направление тока. Единственный недостаток вентильного двигателя — дорогостоящие детали. По этой причине в ручных электроинструментах в основном используются коллекторные двигатели, с вентильным — лишь единичные модели: компании Makita и Hitachi предлагают аккумуляторные ударные шуруповерты, называя их инструментами будущего.

Редуктор

Механическую энергию, которую вырабатывает двигатель, нужно передать на рабочий орган машины (шпиндель). Эту функцию выполняет редуктор. Часто его называют понижающим. Скорость вращения входного вала высокая, механическая передача (одна или несколько) преобразует ее так, что на выходном валу получается меньшее число оборотов, но высокий крутящий момент.

В ручных машинах применяют разнообразные виды механических передач: зубчатая, ременная, цепная, планетарная. В большинстве случаев на выходе получается вращение. Но есть инструменты, в которых этот вид движения преобразуется в другой.

Ударный механизм перфоратора работает следующим образом. На валу установлен «пьяный» подшипник — качающийся привод, которой преобразует вращательное движение от двигателя в поступательное — цилиндра. В пространстве между цилиндром, поршнем и бойком, находится воздух. Он сжимается и заставляет поршень перемещаться сначала вперед к бойку, а затем возвращает его в исходное положение.

Редуктор электролобзика преобразует вращение вала двигателя в возвратно-поступательное движение ползуна. Расположенный вертикально ползун перемещает пилку вниз и вверх. Пилка опирается на опорный ролик. Наличие функции маятникового хода означает, что опорный ролик и вилка, на которой он держится, могут отклоняться назад. В результате пилка, кроме основного, совершает движение вперед и назад. Это увеличивает скорость прямолинейного реза. Ступени маятникового хода задаются степенью отклонения ролика.

В вибрационных шлифмашинах эксцентрик, установленный на валу, так преобразует вращательное движение, что подошва всего лишь колеблется с маленькой амплитудой. В эксцентриковых шлифовальных машинах вращательное движение рабочего органа сохраняется, но эксцентрик добавляет ему колебания. Такие преобразования позволяют выполнять с помощью этих инструментов тонкую шлифовку.

Особенности редукторов

Для пользователя имеет значение, из каких деталей изготовлен редуктор, от этого зависит его надежность и срок службы всего электроинструмента. В моделях бытового класса часто используются шестерни из пластмассы, в профессиональных — редуктор полностью металлический. Преимуществом считается, если и корпус то же выполнен из металла. В этом случае инструмент лучше выдерживает большие нагрузки и удары.

Важной функцией, которую может выполнять редуктор, является ступенчатое изменение частоты вращения выходного вала. Она доступна на отдельных моделях дрелей, шуруповертов. Механическое переключение скоростей позволяет работать с меньшей скоростью и большим крутящим моментом на первой передаче и с более высоким числом оборотов — на второй. Если сравнить технические характеристики в цифрах, то можно сразу заметить, что инструменты с двухскоростным (трехскоростные встречаются редко) редуктором отличаются большим числом оборотов по сравнению с обычными моделями, в которых обороты регулируются только электроникой. Эта особенность обеспечивает высокую производительность и оптимальный подбор режима работы.

Устройства управления

Для питания двигателя в электроинструментах используются различные схемы, в том числе микропроцессорные электроприводы. Обязательным элементом любой системы является выпрямитель. Он преобразует переменный ток сети в постоянный, который подается на электродвигатель. В аккумуляторных инструментах, которые питаются от батарей, выпрямитель не требуется.

Скорость вращения регулирует преобразователь частоты. Самый простой его вариант — это несколько реле, с помощью которых число оборотов можно установить вручную. В систему так же могут входить магнитные пускатели с кнопкой для изменения направления вращения двигателя (функция реверса). Устройство управления двигателем размещают под рукояткой или вблизи нее, где на корпус выводятся курок-выключатель, колесико регулировки скорости, кнопка реверса.

Для безопасной работы

К ручным инструментам предъявляются особые требования, связанные с безопасностью работы. Электропроводящие детали покрывают специальным материалом для защиты пользователя от поражения током. Многие производители, кроме основной изоляции, на случай ее повреждения, применяют дополнительную, получая, таким образом, двойную. Остальные защитные устройства, такие как муфты, фиксаторы применяются в зависимости от вида инструмента.

Статья про устройство и принцип работы винтовых компрессоров

На сегодняшний день воздушные компрессоры представляют собой широкий выбор установок, различающихся между собой по принципу действия, оснащению и устройству, рабочим и другим характеристикам. Каждый тип оборудования имеет свои преимущества и особенности, которые делают выбор той или иной установки наиболее оптимальным. Однако при этом наиболее популярными являются винтовые компрессоры, устройство которых обеспечивает высокую эффективность и надежность работы оборудования.

Устройство компрессоров винтового типа

Установки, входящие в группу винтовых компрессоров, могут быть различны, но при этом они имеют оснащение, общее для всех видов оборудования данного типа. Входящие в состав винтовых компрессоров устройства выполняют определенные функции, обеспечивая при этом эффективную и бесперебойную работу установок.

В состав винтовых компрессоров входят следующие составляющие:

• Воздушный фильтр всасывающий – выполняет функцию очистки воздуха, который попадает в компрессорную установку. Зачастую состоит из двух элементов – предварительного фильтра, находящегося в том месте, где происходит забор воздуха, а также фильтра, расположенного перед входным клапаном.
• Входной клапан – обеспечивает регулировку производительности всего компрессора и оснащен пневматическим управлением. Регулирование работы установки обеспечивается переходом клапана на холостой ход.
• Винтовой блок – представляет собой один из главных рабочих элементов установки винтового типа. В состав винтового блока входят два, расположенных параллельно по отношению друг к другу ротора, одни из которых имеет вогнутый винтовой профиль, а другой – выпуклый. Именно наличие роторов отличает устройство винтовых компрессоров и принцип их действия от установок других типов.
• Ременная передача – представляет собой два шкива, задающих необходимую скорость вращения роторов. Один из шкивов расположен на винтовой паре, а другой находится на двигателе.
• Электродвигатель – обеспечивает вращение винтовой пары посредством муфты, редуктора или же ременного привода.
• Масляной фильтр – проводит очистку масла, прежде чем оно возвращается в блок с винтами.
• Отделитель масла – бак, изготовленный из металла, в середине которого расположена перегородка с отверстиями. Сила инерции, возникающая при закрутке потока, приводит к очистке воздуха от масла специальным фильтром.
• Термостат – обеспечивает наиболее оптимальный температурный режим. При низких значениях температуры масла, термостат пропускает его, не затрагивая при этом охлаждающий радиатор, что позволяет ускорить получение наиболее оптимальной температуры в установке.
• Охладитель масла – выполняет функции охлаждения масла, после того, как оно отделилось от сжатого воздуха.
• Концевой охладитель воздуха – охлаждает до необходимого уровня сжатый воздух перед тем, как он подается потребителю.
• Предохранительный клапан – обеспечивает безопасную работу устройства и предотвращает его поломку. Данный клапан срабатывает при значительном повышении уровня давления в маслоотделительном баке, которое может вывести из строя все оборудование.
• Система трубопроводов – имеет различные трубопроводы для воздушно-масляной смеси, воздуха и масла.
• Реле давления – устанавливает параметры и режим работы установки в зависимости от показателей уровня давления. Так, при достижении максимального значения давления, работа винтовых компрессоров переходит на холостой ход. При снижении давления установка вновь начинает работать.
• Блок управления – необходим для электронного управления и контроля над работой оборудования, а также позволяет передавать на дисплей все необходимые рабочие параметры и характеристики компрессора.
• Вентилятор – предназначен для забора воздуха в компрессор с одновременным охлаждением рабочих деталей и элементов оборудования.

Принцип действия компрессоров винтовой группы

Действие винтовых компрессоров заключается в следующем. Посредством системы привода, двигатель приводит в движение винтовую пару, в которую затем поступает уже очищенный воздух. Далее происходит смешивание воздуха с маслом, которое необходимо для создания между роторами масляного клина. При вращении роторов происходит уплотнение зазора между нами и корпусом, что приводит к сжиманию воздуха и повышению давления. Кроме того, в данном процессе масло также выполняет функцию смазывания рабочих механизмов компрессорной установки.

 

 

После сжатия, смесь из масла и воздуха поступает в специальную емкость, где воздух отделяется от масла, затем охлаждается и подается на выход компрессорного оборудования. После охлаждения масло проходит дополнительную фильтрацию, а затем вновь подается в блок с винтами.

Подобное устройство и принцип работы винтовых компрессоров обеспечивает наличие в оборудовании высоких рабочих и технических показателей, позволяющих значительно повысить эффективность работы и производительность установки. Благодаря этому винтовые компрессоры сегодня являются одними из наиболее часто используемых установок, которые могут применяться как в промышленном масштабе, так и на небольших производствах.
Установки винтового типа могут быть различны в зависимости от типа привода, использованию масла, количеству ступеней и другим параметрам, исходя из которых необходимо выбирать наиболее оптимальный тип установки.

Категория в каталоге: 

Устройство и принцип действия винтового насоса

Винтовые насосы являются насосами объемного типа. Встречаются и другие названия этих насосов: шнековые, героторные, червячные и эксцентриковые насосы.

Винтовые насосы относятся к разновидности роторно-зубчатых и условно делятся на одновинтовые и многовинтовые. Многовинтовой насос это такой насос, в котором основной ведущий винт (ротор) имеет спиральное зацепление с одним или несколькими ведомыми винтами. При вращении ведущего винта, ведомые винты также начинают вращаться. Многовинтовые насосы обладают большим коэффициентом полезного действия и возможностью создания более высокого давления на выходе. В данной статье мы рассмотрим принцип работы и конструкцию насосов, которые чаще других используются на промышленных производствах – одновинтовых насосов.

Одновинтовые насосы условно можно разделить на насосы высокой производительности для перекачивания больших объёмов продукта и шнековых насосов для бочек, «еврокубов» и другой мобильной тары. Основное различие между этими двумя видами в их предназначении. Первые имеют массивную конструкцию и предназначены для перекачивания большого объема жидкости при этом, не погружаясь ни одной из своих частей в емкость. Вторые, как раз наоборот, имеют в своей конструкции погружную часть такого диаметра, которую можно установить в заливное отверстие бочки. Тем не менее, данные насосы имеют схожую конструкцию, являются самовсасывающими и способны перекачивать вязкие жидкости.

Рассмотрим конструкцию и принцип действия винтового насоса. Любой винтовой насос условно можно разделить на две части. Первая часть приводит в движение рабочий орган насоса, и, заставляя тем самым насос перекачивать жидкость. В неё входит двигатель и редуктор. Вторая – механическая часть насоса, благодаря которой и происходит перекачивание жидкости с определенной производительностью и напором.

Двигатель насоса и редуктор

В качестве привода винтового насоса, чаще всего, используются асинхронные электрические двигатели закрытого типа. Мощность электродвигателя может достигать 15-20 кВт, а частота вращения вала варьируется от 300 до 1500 оборотов в минуту. Многие производители винтовых насосов могут предложить насос с электродвигателем, который оснащён частотным преобразователем. В случае если частотный преобразователь стандартного образца, то он, как правило, крепится на вертикальной части тележки, на которой находится сам винтовой насос. Это сделано для тех случаев, когда одним насосом необходимо перекачивать жидкость с разных емкостей. В случае когда нет необходимости в передвижении насоса его устанавливают стационарно и в таком случае используют частотные преобразователи с беспроводным блоком управления.

Как правило, все винтовые насосы в своей конструкции оснащены понижающими редукторами. Редуктор является связующим звеном между двигателем и механической частью. Он служит для изменения числа оборотов приходящих от электродвигателя к самому насосу. Понижающий редуктор уменьшает количество оборотов и увеличивает крутящий момент. Иногда встречаются редукторы, которые могут изменять направление вращения вала электродвигателя. Величина крутящего момента очень важна, когда перекачиваемая жидкость имеет большую вязкость и плотность. Конструктивно редуктор состоит из нескольких зубчатых колёс, которые находятся в последовательном зацеплении друг с другом, при том, что диаметр колеса со стороны электродвигателя всегда меньше, чем диаметр колеса со стороны насосной части. Именно поэтому редуктор на выходе всегда имеет крутящий момент больше, а угловую скорость ниже. Вместе электродвигатель и редуктор называют мотор-редуктором.

Наиболее важной характеристикой в данном случае является передаточное отношение. Она показывает, во сколько раз вырос крутящий момент и во сколько раз уменьшились обороты передаваемые электродвигателем. Производители винтовых насосов предлагают мотор-редукторы с различным передаточным отношением, которые подходят практически под любую задачу. При подборе мотор-редуктора следует придерживаться следующего правила: чем вязкость и плотность перекачиваемого продукта выше, тем выше должно быть передаточное отношение, ведь именно в этом случае будет высокий крутящий момент и ниже угловая скорость рабочего органа насоса. Насос сможет забрать вязкую жидкость из емкости в рабочую камеру, не перегружая электродвигатель. Тут также не менее важна мощность самого электродвигателя, ведь жидкость еще нужно подать на расстояние. Впрочем, необходимый напор насоса определяет не только мощность электродвигателя, а также конструктивные особенности механической части.

Кроме электрических двигателей на винтовых насосах устанавливают пневматические двигатели, работающие от сжатого воздуха. Они, как правило, встречаются у бочковых вертикальных насосов и по своей конструкции напоминают пневмодвигатели центробежных бочковых насосов.

Механическая часть

Основными составляющими механической части винтового насоса можно считать ротор (1), статор (2), корпус насоса (3), корпус подшипников (4), механическое уплотнение (5) и карданное соединение (6). Все эти детали последовательно соединены друг с другом и находятся внутри специальных опор (7).

Карданный вал, его ещё называют «тяга», с обоих концов имеет шарниры. Один шарнир, через переходной вал, соединяет «тягу» с мотор-редуктором, второй шарнир — с ротором насоса. Карданный вал является связующим звеном по передаче крутящего момента от двигателя к ротору. Кроме этого, так как карданный вал имеет шарнирное соединение, то крутящий момент может передаваться под углом относительно оси вала электродвигателя. Чтобы механизм шарниров не контактировал с перекачиваемой жидкостью во время работы насоса, они помещены в специальные герметичные кожухи выполненные из того же материала что и «тяга».

Карданный вал находится внутри цилиндра, который является корпусом насоса. Корпус фланцами соединен, с одной стороны, со статором насоса, а с другой стороны с подшипниковым корпусом.

Сверху корпуса насоса располагается напорный патрубок, который может иметь резьбовое или фланцевое соединение. Поскольку винтовые насосы могут перекачивать жидкость реверсивно, то этот патрубок вполне может быть не подающим, а всасывающим. Кроме этого патрубок насоса бывает в виде загрузочной воронки.

Загрузочные воронки (или бункер) применяют, когда перекачиваемый продукт имеет большую вязкость, пастообразен, не обладает свойствами текучести. В этих случаях карданный вал заменяют вспомогательным транспортировочным (питательным) шнеком, который также имеет шарнирное соединение. Вспомогательный шнек кроме передачи крутящего момента перемещает продукт, загружаемый в воронку к героторной паре.

Героторная пара это важнейший узел винтового насоса, который состоит из подвижной части — ротора и неподвижной части — статора. Статор – это стальная гильза во внутренней части, имеющая спиралевидный равномерный эластомерный слой, получаемый в результате процесса вулканизации. Металл корпуса статора и внутренний эластомерный слой нераздельно соединены друг с другом. В зависимости от назначения героторной пары, статор может быть изготовлен из различных материалов. В винтовом насосе статор иногда называют обоймой и гильзой, а ротор — винтом, шнеком, червяком. Ротор – это винт, который совершает вращательное движение внутри статора.

Ротор это цельная деталь, но её условно можно разделить на две части. Первая часть это головка крепления ротора к карданному валу. Вторая – это сам тело ротора имеющее форму спирали и во время работы насоса находящийся в постоянном контакте с обоймой. Статор и ротор – это пара трения имеющая внутреннее циклоидальное зацепление. Героторная пара винтового насоса, крепится фланцами к корпусу насоса. На конце, в зависимости от направления вращения ротора, имеет всасывающий или подающий патрубок.

Для герметизации привода насоса, конструкцией предусмотрено торцевое механическое уплотнение. Оно находится между шарниром «тяги» и корпусом подшипников.

Подшипниковый корпус – это узел, состоящий из двух радиально-упорных подшипников и переходного вала, который, с одной стороны, соединён с мотор-редуктором с помощью шпонки или шлицев, а с другой стороны шарнирно с карданным валом.

Горизотальный винтовой насос конструктивно может быть с байпасом. Данная модификация насоса используется, когда в напорной линии дополнительно установлено устройство регулирования потока (например электромагнитный клапан). Байпас позволяет не отключать каждый раз двигатель насоса, когда клапан в линии подачи перекрывается. При перекрытии клапана насос продолжает работать и перекачивает жидкость по кругу из напорного патрубка обратно во всасывающий, тем самым позволяя избежать превышения давления на участке от насоса до клапана.

Принцип работы насоса

Насос подключен к электрической цепи или пневматической линии. При включении насоса вал электродвигателя начинает вращение с определенным количеством оборотов в минуту. Вращение вала электродвигателя через муфтовое соединение передается на вал редуктора. Зубчатые колеса редуктора, находящиеся в последовательном зацеплении, снижают количество оборотов на выходе из редуктора и увеличивают крутящий момент. Через переходной вал, находящийся в подшипниковом узле, угловая скорость мотор-редуктора передается на карданный вал или транспортировочный шнек, который в свою очередь через шарнирное соединение приводит в движение ротор насоса.

Рассмотрим вариант работы винтового насоса, где патрубок со стороны героторной пары является всасывающий, а патрубок со стороны корпуса насоса – напорным. Направление вращения подвижных частей насоса происходит соответствующее данной схеме (справа — налево или против часовой стрелки, если смотреть на торец ротора со стороны всасывания жидкости). Винт вращается в статоре. Так как центр вращения ротора смещён относительно центральной оси статора на величину эксцентриситета, а эластомерный слой статора имеет спиралевидную форму, со стороны входа жидкости в насос образуется полость разряжения. Жидкость всасывается в это пространство. Ротор делает поворот на 90 градусов и данная полость с находящейся в ней жидкостью герметично замыкается в то время как сама жидкость получает перемещение внутри статора героторной пары. При повороте статора на 90 градусов, кроме замыкания полости с жидкостью, образуется новая разряженная полость, в которую поступает определенный объём жидкости.

При каждом следующем повороте винта в героторную пару поступает новая порция жидкости, а поступившая ранее жидкость получает всё большее и большее перемещение. Так как тело ротора также имеет спиралевидную форму по всей своей длине, то в сопряжении со статором оно образует несколько замкнутых объемов. Именно по этим объемам и перемещается жидкость при вращении ротора, удаляясь от точки всасывания, а так как эти полости герметичны перекачиваемая жидкость не может перетекать обратно — к всасывающей стороне. Далее перекачиваемая жидкость под давлением поступает из героторной пары в корпус насоса и выходит из насоса через напорный патрубок. В том случае, если подвижные части насоса вращаются по часовой стрелке, то патрубок корпуса насоса является всасывающим, а патрубок героторной пары – нагнетательным.

Геометрия героторных пар

Производительность винтового насоса зависит от объёма замкнутых полостей героторной пары и числа оборотов мотор-редуктора, а создаваемый насосом напор от числа замкнутых полостей на единицу длины героторной пары и мощности электродвигателя. Так как характеристики винтового насоса, во многом, зависят от геометрии героторных пар, рассмотрим этот вопрос подробнее.

Есть несколько конструктивных геометрических факторов, непосредственно влияющих на выходные характеристики винтового насоса, а также на ограничения возможности их использования. Такими факторами можно считать: количество замкнутых полостей героторной пары, диаметр поперечного сечения ротора (и статора соответственно), объём замкнутых полостей между ротором и статором.

При равной длине героторной пары возможны различные модификации по количеству замкнутых полостей. Для примера рассмотрим два варианта исполнения винтовой пары при одинаковом диаметре и равной длине. Вариант с большим количеством замкнутых объёмов обладает плавной подачей продукта из-за относительно низкой скорости потока при увеличенном значении напора, а также высокой всасывающей способностью. Кроме этого из-за увеличенной площади входного сечения возможно перекачивание частиц большего размера. Также стоит отметить, что такая конструкция героторной пары максимально исключает возможность утечку жидкости из неё после останова насоса. Преимуществом конструкции с меньшим количеством замкнутых объёмов является высокая производительность. Это связано с тем, что объём каждой конкретной полости, в данном случае, больше, чем в первом варианте. Данная конструкция имеет высокие объёмные характеристики при длительном межремонтном периоде благодаря длинной линии контакта между ротором и статором. Поэтому при конструировании и подборе винтового насоса под ту или иную задачу потребителя, в первую очередь необходимо руководствоваться геометрией героторной пары и характеристиками мотор-редуктора.

Материалы деталей винтовых насосов

Корпусные детали винтового насоса, к которым можно отнести корпус насоса с патрубками и корпус статора, изготавливают из нержавеющей стали или чугуна. Так как насосы зачастую используют в пищевой промышленности, а материал корпуса непосредственно контактирует с перекачиваемой средой, для изготовления берут пищевую нержавеющую сталь (как правило, это низкоуглеродистая аустенитная сталь марки AISI 304 (08Х18Н10 и её разновидности по количеству легирующих элементов). В остальных случаях используют ковкий чугун с хлопьевидной формой графита. Данный вид чугуна, среди прочих, обладает наибольшей пластичность, что максимально исключает образование и развитие трещин во время эксплуатации, обеспечивает высокую коррозионную стойкость. Внутреннюю часть статора изготавливают из эластомерных материалов NBR – синтетический полимер (бутадиен-нитрильный каучук), EPDM – синтетический эластомер (этилен-пропиленовый каучук). У бочковых шнековых насосов очень часто встречается исполнение спиралевидной внутренней части из универсального фторопластового материала PTFE (политетрафторэтилен). Данный материал химически устойчив практически к любой агрессивной жидкости, а также к низким и высоким температурам. Это мягкий пластичный материал обладает также низкими адгезивными свойствами. Детали вращения (карданный вал и ротор), а также защитный корпус шарнирного соединения выполнены из нержавеющей стали.

Виды установки винтовых насосов

Как уже говорилось в данной статье, вертикальные шнековые бочковые насосы являются одним из видов винтовых насосов и по конструкции и принципу действия схожи с горизонтальными, но имеют узконаправленное применение.

Стандартный шнековый насос устанавливается на горизонтальную поверхность и крепится на ней за счет специальных опор. Бочковой же устанавливается вертикально в емкость. Тем не менее, встречаются нестандартные варианты установки: вертикальная у обычного винтового насоса и горизонтальная у бочкового шнекового. В этом случае меняется направление прохождения продукта через насос, то есть патрубок нагнетания становится местом куда поступает жидкость, а патрубок всасывания – патрубком нагнетания. Замена горизонтальной установки винтового насоса на вертикальное расположение, как правило, бывает обусловлена желанием потребителя сэкономить производственное пространство или когда оно попросту ограничено. Это еще раз подтверждает вариативность данного вида насосов.

Аксессуары

Как уже упоминалось ранее, для удобства эксплуатации горизонтальных винтовых насосов они могут поставляться на транспортировочных мобильных тележках. Вариант насоса на тележке используется, когда есть постоянная или периодическая потребность в перекачивании жидкостей в различных частях одного цеха или предприятия в целом. Тележка может, как место установки дополнительного оборудования, к прим. частотного преобразователя.

Для бочковых шнековых насосов по аналогии с горизонтальными винтовыми устанавливают байпасный клапан. Подсоединение байпасного клапана производится непосредственно к напорному патрубку насоса. Во время работы насоса, перекачиваемая жидкость приобретает силу инерции. Когда перекрывается клапан в линии подачи, а двигатель насоса остановлен, жидкость продолжает выходить из насоса, создавая давление. Чтобы избежать разрыва напорного шланга устанавливается байпасный клапан. Он механически отрегулирован для открытия при определённом давлении и позволяет жидкости, которая двигается по инерции стекать обратно в ёмкость.

Так как бочковые шнековые насосы предназначены для работы в мобильной таре, их необходимо постоянно устанавливать из одной емкости в другую. Поскольку масса данных насосов значительно больше, чем у бочковых центробежных, их переустановка из емкости в емкость отнимает много сил у обслуживающего персонала. Поэтому двигатели бочковых шнековых насосов выпускаются с дополнительной крепёжной скобой. Она обеспечивает легкий монтаж и демонтаж насоса с помощью тельфера или кран-балки. В случае если на производстве, где используется бочковой насос, отсутствуют подъемные механизмы можно приобрести специальную тележку для бочек с подъёмным устройством.

Преимущества и недостатки

Преимуществ винтовых (шнековых) насосов значительно больше, чем недостатков. Рассмотрим, какие преимущества имеет данный вид насос в сравнении с другими:

1. Насос объемного типа и каждый оборот ротора равен определенному количеству перекачиваемой среды, поэтому есть возможность точного регулирования производительности.
2. Насос является самовсасывающим.
3. Так как вращающиеся детали напрямую соединены друг с другом, а объемные полости между статором и ротором герметичны, насос обладает высоким коэффициентом полезного действия.
4. Насос может использоваться как в горизонтальном так и в вертикальном положении.
5. Насос может перекачивать жидкости в разных направлениях, так как обладает функцией реверса.
6. Способны перекачивать невязкие, вязкие, высоковязкие и даже неньютоновские жидкости.
7. Перекачиваемый продукт не подвергается ни ударному, ни сдавливающему воздействию, вследствие чего не разрушается его структура (режим течения близок к ламинарному).
8. Возможны различные конструктивные исполнения насоса исходя из задачи потребителя (с байпасом, с загрузочной воронкой, на тележке, с частотным преобразователем).
9. Возможность получения высокой производительности и устойчивого давления нагнетания при различном количестве оборотов ротора.
10. Возможность перекачивания жидкостей насыщенных газами, так как насос не чувствителен к кавитации и гидравлическим ударам.
11. Бесшумная работа механической части. Во время работы насоса слышен шум только от привода насоса.
12. Низкое энергопотребление при использовании электродвигателя в качестве привода.

К недостаткам винтовых насосов можно отнести их высокую стоимость, связанную с трудоемкостью их изготовления, а также их массовые и габаритные показатели. Кроме этого данный вид насосов не предназначен для работы без жидкости, так это приведёт к выходу из строя статора насоса.

Применение винтовых насосов

Винтовые насосы активно применяют в различных сферах промышленности. В виду специфики выпускаемого продукта, а именно высокой вязкости и плотности, большое распространения эти насосы получили в пищевой промышленности. Их используют в виноделии (вино, ягоды винограда), в молочной промышленности (сливочное масло, йогурт, сметана, мороженное, сливки, молоко, кефир, творог, сыры, маргарин, сгущенное молоко), в кондитерских изделиях (мед, патока, шоколад, варенье, джем, желе, мусс, крем), для различных соусов и приправ (горчица, кетчуп, томатная паста, майонез) и т.д. Их используют в косметической промышленности (шампунь, жидкое мыло, краски для волос, помада, кремы), нефтяной промышленности (нефть, битумно-полимерные материалы, дизельное топливо, мазут, бензин), в химической промышленности (моющие средства, чернила, краски, клей, кислоты, щелочи), целлюлозно-бумажной промышленности (флокулянты, ил, краски, бумажные массы, таловое масло, целлюлозно-водяная каша, красители), а также в очистке бытовых и промышленных стоков (флокулянты, коагулянты, ил, шламы, известковое молоко, сапропель).

Устройство и принцип действия центробежного насоса

9 апреля 2018

Насосы центробежного типа – один из наиболее популярных типов насосного оборудования. Современные производители предлагают множество моделей для бытового и промышленного применения. Устройства используются в технологических процессах, для забора жидких сред из скважин с последующей транспортировкой по горизонтали или подъемом на требуемую высоту, осушения подвалов. С помощью центробежных моделей организуют полив, водоснабжение животноводческих хозяйств, создают автономные системы водоснабжения.

Особенности конструкции и принцип действия центробежного насоса

Независимо от модели, центробежные агрегаты включают:

• Корпус с входным и выходным патрубками. Обычно имеет конфигурацию, напоминающую улитку.
• Электродвигатель. Для обеспечения бесперебойной работы двигатель располагают в герметичном пространстве, защищенном от попадания рабочих сред.
• Вал. Передает крутящий момент от двигателя к рабочему колесу, на внешней поверхности которого расположены лопатки. Они предназначены для перемещения рабочей среды по внутренней камере.
• Подшипниковые узлы. Облегчают вращение вала.
• Уплотнения. Защищают внутренние компоненты агрегата от контакта с рабочими средами.

Дополнительно в устройство центробежного насоса входят конструктивные элементы, повышающие функциональность, безопасность и эффективность его использования:

• Шланги различного назначения.
• Обратный клапан, предохраняющий аппарат от возврата рабочей среды.
• Фильтр грубой очистки, устанавливаемый перед агрегатом. Предохраняет внутренние узлы устройства от повреждения крупными механическими включениями.
• Измерительные устройства – вакуумметры, манометры.
• Запорно-регулирующая трубопроводная арматура.

Принцип работы насосного оборудования этого типа:

• При включении электродвигателя начинает вращаться рабочее колесо, расположенное в наполненном водой корпусе.
• Под воздействием центробежной силы происходит вытеснение воды к наружным участкам камеры, а затем под действием созданного избыточного давления – в напорный трубопровод.
• Благодаря созданию избыточного давления у наружных стенок камеры, в центре рабочего колеса давление снижается. В агрегат поступает жидкость из всасывающего трубопровода, что обеспечивает непрерывную работу устройства.

Классификация центробежных насосов

По конструктивному исполнению различают следующие виды насосного оборудования:

• В зависимости от количества рабочих колес, центробежные агрегаты называют одно- или многоступенчатыми. Многоступенчатые модели обеспечивают высокий напор. Колеса могут иметь два диска – задний и передний или только задний. Модели первого типа используются в трубопроводах низкого давления или для перекачки густых жидких сред.
• По ориентации корпуса в пространстве – горизонтальные и вертикальные. На корпусе могут быть расположены один или два всасывающих патрубка.
• По создаваемому давлению различают модели низкого (до 0,2 МПа), среднего (0,2-0,6 МПа), высокого (более 0,6 МПа) давления.
• По скорости вращения производители предлагают агрегаты – высокоскоростные, нормального и тихого хода.
• По назначению – центробежные насосы для перекачки воды, фекальные, дренажные, скважинные.

При выборе подходящей модели учитывают характеристики рабочего колеса:

• Материал изготовления. Сталь, чугун, медные сплавы – применяются для моделей, предназначенных для работы с неагрессивными средами. Для эксплуатации в контакте с химически активными средами востребованы колеса из современных керамических материалов.
• Технология производства. Литье и штамповка применяются для изготовления изделий, используемых в мощных агрегатах, клепка – для аппаратов низкой мощности.
• По конфигурации лопастей – прямых, загнутых в сторону вращения колеса или в противоположную сторону.

Поверхностные и погружные насосы: устройство, характеристики и области применения

Один из основных классификационных признаков – расположение установки во время работы.

Поверхностные агрегаты

Такие аппараты располагают на поверхности грунта, а в резервуар, емкость, водоем, колодец, отстойник опускают заборный шланг. Эти модели просты в монтаже, обслуживании и ремонте. Но есть и минусы, ограничивающие их область применения. К ним относятся:

• невысокая мощность, возможность забора жидкости с глубины не более 8-10 м;
• высокий риск поломки при работе на сухом ходу;
• меньшая, по сравнению с погружной помпой, производительность.

Погружные центробежные насосы

Агрегаты располагают в самой рабочей среде, фиксируя их с помощью троса на крепежном элементе, расположенном на поверхности грунта. К этим аппаратам предъявляются высокие требования по герметичности корпуса.

Преимущество погружных моделей – способность создавать высокий напор даже при небольших габаритах. К минусам относят сложность периодического обслуживания и проведения ремонтных работ.

При выборе подходящей модели центробежного насоса учитывают глубину, с которой будет производиться откачка жидкости и/или расстояние транспортировки по горизонтали, требуемую производительность, величину напора, характеристики рабочей среды, гидравлические показатели трубопроводной системы, энергоэффективность аппарата.

Устройство и принцип работы огнепреградителя

17.04.21

Огнепреградители – вид трубопроводной арматуры, устанавливаемый на резервуарах, предназначенных для хранения нефтепродуктов, пожароопасных технологических установках и трубопроводах. Огневой предохранитель не препятствует течению рабочей среды, но предотвращает попадание в трубопровод или емкость искр и пламени через открытые патрубки и дыхательные клапаны. Использование этих устройств значительно повышает пожаро- и взрывобезопасность предприятий, связанных с нефтепродуктами и другими опасными средами.

Особенности конструкции

Огнепреградители (ОП) сухого типа могут иметь разборную или неразборную конструкцию, прямоточное или угловое исполнение. Разборной вариант более удобен в плане обслуживания. В состав ОП входят:

• Корпус. Для его изготовления используются – чугун, сталь, алюминиевые сплавы.
• Основная часть – огнепреграждающий элемент, выполненный в виде касссеты из гофрированных или плоских пластин, закрепленных на стержне. Пластины (ленты), изготовленные из алюминиевых сплавов, образуют каналы с маленькой площадью сечения.
• Элементы для крепления устройства на трубопроводе или емкости. Наиболее популярна фланцевая защитная арматура. Фланцы присоединяются к ответным фланцам на трубопроводах и корпусах оборудования с помощью болтов и гаек, через прокладки из огнестойких материалов. Огнепреградители с малым диаметром условного прохода (Ду40) обычно имеют резьбовое присоединение, удобное при монтаже/демонтаже.

ОП могут располагаться автономно или входить в состав совмещенных дыхательных клапанов.

Принцип действия

Нормальный режим горения, называемый дефлаграцией, заключается в относительно медленном распространении огня – несколько метров в секунду. Искры и пламя при таком горении проходят через узкие каналы огнепреградителя, отдавая тепло стенкам, благодаря чему температура газовоздушного потока снижается до безопасного значения. Эффект гашения в основном зависит от диаметра каналов, а не от их длины. Чем он меньше, тем быстрее погашаются искры. Но при высокой вероятности возникновения большого количества высокотемпературных продуктов необходимы устройства с длинными каналами.

Противодефлаграционные ОП устанавливают на трубопроводах с относительно низкими давлением и вероятной скоростью распространения пламени. Их обычно монтируют на приемные и дыхательные патрубки резервуаров, в которых хранятся легковоспламеняющиеся жидкости.

Во втором варианте горение, называемое детонационным, сопровождается взрывом газов. Взрывная волна движется со скоростью, превышающей скорость звука, что создает благоприятные условия для взрыва в трубопроводе или резервуаре. При вероятности детонационного горения устанавливают огнепреградители с корпусом и кассетой усиленного исполнения, способные погасить ударную волну.

Технические характеристики огневых преградителей

При выборе огнепреградителя подходящей конструкции учитывают следующие параметры:

• диаметр условного похода – Ду, мм;
• максимальную пропускную способность, м³/час;
• габаритные размеры, мм;
• конструктивное исполнение – прямоточное, угловое;
• характер горения, пари котором может использоваться защитная арматура.

Главное преимущество огнепреградителей, по сравнению с противопожарными клапанами, заслонками, задвижками, – локализация огня без остановки транспортировки рабочей среды по трубопроводам в емкости и аппараты.

Показать все

Ротационные воздуходувки РУТС. Устройство и принцип действия

Братья Рутс стали известными изобретателями, когда презентовали свои низконапорные компрессоры. В 1860 году в Америке было запатентовано ротационное устройство, которое на сегодняшний день поменяло свой внешний вид и имеет множество усовершенствований, но при этом оно не поменяло принципа действия.

Основополагающим методом работы РУТС-установок является работа двух вращающихся роторов, которые установлены в корпусе параллельно и, вращаясь навстречу друг другу, почти соприкасаются гранями своих лопастей. При этом роторы могут быть 2-х и 3-х лопастные. В процессе вращения с потоками воздуха, роторы своими лопастями забирают сжимаемую среду из патрубка всасывания. Необходимый объем воздуха, переносится в рабочую камеру, где уже в нагнетательном режиме происходит необходимая стабилизация рабочего давления. Конструкция воздуходувок и газодувок предусматривает технологический зазор между роторами, который позволяет обеспечить бесконтактную работу, исключая возможность соприкосновения с корпусом или между собой.           

Отличительной особенностью роторной воздуходувки является отсутствие в полости масла. Оно находится лишь в торцевых картерах, где размещаются опорные подшипники и шестерни, необходимые для синхронной работы роторов.

В большинстве случаев, воздуходувка приводится в движение при помощи асинхронных электрических двигателей. Наиболее часто применяемые виды привода – ременный и прямой через муфту. Ременный привод прост в обслуживании, однако имеет одну особенность, которая иногда может послужить причиной поломки агрегата.

Например, при натяжении ремней часто используется автоматический метод натяжения, при котором электродвигатель закреплен с одной стороны на подвижной оси, а другая его часть расположена консольно.  Под действием собственной тяжести электромотор натягивает приводные ремни, но если он имеет существенный вес, то это может значительно увеличить нагрузку на подшипник ведущего вала воздуходувки (со стороны шкива) и преждевременно вывести его из строя.

Наиболее удачным можно считать способ натяжения ремней, когда электродвигатель расположен на специальных салазках и они смещаются относительно корпуса воздуходувки при помощи регулировочных болтов, что обеспечивает требуемую величину натяжения. Но при этом не стоит забывать, что такой способ требует постоянного контроля за ременной передачей.

В целом, воздуходувки РУТС можно охарактеризовать как простые и крайне надежные устройства, которые не требуют значительного ухода.

Также можно утверждать, что воздуходувки РУТС обладают компактными габаритами и практически полным отсутствием вибрации во время работы. Эти качества позволяют использовать оборудование в качестве транспортного узла, например, для перекачки агрессивных или взрывоопасных веществ, для чего ротационные установки изготавливаются из специальных материалов или во взрывобезопасном исполнении.

 

 

Силовой трансформатор: устройство и принцип работы

Трансформаторы силовые используются для преобразования выходного напряжения генератора в более высокий уровень, подходящий для передачи энергии. Они же на следующем этапе понижают его до нужных потребителям значений.

Принципы работы ничем не отличаются от функционирования типичного трансформатора. Ток проходит по первичной обмотке. Этот процесс образует магнитное поле. Его силовые линии создают ЭДС – появляется ток во вторичной обмотке.

Промышленные установки создаются с учетом повышенной мощности, поэтому в конструкцию добавляют специальные изменения:

• Обмотки создают из алюминиевых и медных проводников с большой площадью сечения.
• Изоляционные слои обмоток дополняют лаками, увеличивающими механическую прочность.
• Чтобы регулировать в нужном диапазоне напряжения с небольшим шагом во вторичной обмотке делают необходимое количество ответвлений.
• Для переключения без отсоединения нагрузки применяют специальные устройства, которые создают электрические контакты между соседними элементами. С применением ограничивающих ток резисторов компенсируют негативные воздействия на оборудования при возникновении короткого замыкания.

При преобразовании напряжения выделяется большое количество тепла, которое отводится с помощью масла. В стандартной схеме охлаждения применяют следующие элементы:

• Расширительный бак, в который поступает жидкость при расширении в процессе нагрева.
• Выхлопная труба, через которую выпускаются газы.
• Радиатор – для улучшения эффективности системы.
• Осушитель воздуха, не допускающий проникновение влаги в теплоноситель.
• Указатель уровня масла.
• Специальное реле, регистрирующее интенсивность газообразования. Оно включает предупреждающие сигналы и отключает водные и выходные цепи при возникновении опасных режимов работы.

Даже из этого краткого описания понятно, что масляное охлаждение– это сложная система. Большое количество компонентов само по себе снижает общий уровень надежности. Для поддержания хорошего функционального состояния требуется тщательный контроль, регулярная замена масла.

Чтобы снизить нагрузки на персонал, и уменьшить расходы в процессе эксплуатации применяют трансформаторы силовые сухого типа. В них применяют литые изоляционные материалы, а для отвода тепла используют системы воздушного охлаждения.

устройств: принцип

В работе с устройством отправной точкой является устройство. Вам нужно устройство для выполнения конкретной задачи (т.е. конкретное устройство), из которого вы хотели бы разместить.

Проектирование устройств начинается с управления устройствами. Управление устройством интегрировано в управление деталями; он содержит как коммерческие, так и технические данные. A может быть присвоен номер детали, номер типа и номер для заказа. Эти номера предлагают разные способы доступа к детали.Если вы используете (например) номера типов чаще, чем номера деталей, вы можете просто выбрать устройство, используя номер типа.

На этапе строительства вы используете существующие функции этого устройства. Это помогает избежать ошибок и, в свою очередь, делает возможными проверки достоверности.

При выборе устройств выбираются типы, соответствующие функции. Это может происходить после процесса проектирования в схеме или как предварительный выбор, после которого проектирование выполняется в схеме на втором этапе.

Модули

Модуль — это набор частей, которые принадлежат ряду обычно вложенных устройств. В управлении деталями для каждой детали в модуле указывается, какому устройству эта деталь принадлежит этому модулю. У модуля есть собственный номер детали. Он может содержать части и далее.

Шаблоны функций

Шаблоны функций вводятся в детали. Они не имеют графического представления на принципиальной схеме и служат для определения устройств.

Шаблоны функций могут быть заменены «неразмещенными» или «размещенными» функциями, если их идентификация идентична функциям. Таким образом, функции назначается шаблон функции. Никакие дополнительные данные не могут быть добавлены в шаблоны функций. Это возможно только в самой функции. Таким образом, шаблоны функций не являются частью проекта, а скорее принадлежат ему.

Описание устройства

В EPLAN для устройства возможен «пул функций».Вы создаете отслеживаемый пул функций, используя выбор детали или устройства. Вы можете выбирать и размещать функции из этого пула при проектировании. Функцию можно проверить на наличие ошибок, только если она назначена определению устройства.

Устройства предопределены в системе управления запасными частями; там вы можете определить определение устройства для каждой детали. Идентификационные свойства (т. Е. Электротехнические функции и технические данные) для каждой функции устройства определяются с помощью шаблонов функций.В качестве альтернативы вы можете назначить символ или макрос детали, которая размещается при вставке детали.

Определение устройства состоит из набора x шаблонов функций. Помимо определения функции, идентифицирующие свойства функции также хранятся в каждом из этих шаблонов функций (например, в файле).

Определение устройства в основном хранится в основной функции детали. Это (например) для контактора, катушки или для текста определения вилки и т. Д.Если основная функция (или часть) удаляется, определение устройства также удаляется. Если копируется основная функция, то копируется и определение устройства и т. Д.

См. Также

Устройства

Список устройств

Управление запасными частями: модули

Принцип работы — обзор

13.2 Принцип квантованного потока энергии

Сегодня заказчик заключает договор с поставщиком электроэнергии, который регулирует цену.Заказчик может потреблять столько энергии, сколько пожелает, без предварительного уведомления, так как энергия непрерывно вырабатывается на электростанциях. Общая произведенная мощность должна быть равна потребляемой мощности. В противном случае частота сети будет отклоняться от 50 Гц, что может привести к нестабильности в сети. Этот факт используется для контроля баланса мощности в системе. Естественно, необходимо учитывать и потери при передаче. Для простоты при дальнейшем рассмотрении этими потерями пренебрегаем.Производство электроэнергии происходит по заранее рассчитанным графикам, основанным на прогнозе. Компенсация в случае перегрузки или недогрузки, например, балансировка и регулировка энергии, очень важна. Следовательно, фундаментальный принцип классической сети — мощность по запросу ( Рис. 13.1 ) . Это реализуется с помощью кажущегося бесконечным источника первичной энергии, преобразования механической энергии вращения в электрическую и передачи, основанной на законе Ома и Кирхгофа, что приводит к жесткой связи стоков и источников.Следовательно, классическая сетка — это жесткая система, чувствительная к динамике.

Рисунок 13.1. Сегодняшний принцип работы по требованию возможен только за счет использования «неограниченного» хранилища ископаемого топлива.

Поскольку количество периодической возобновляемой генерации в сети увеличивается, создается больше динамики и, как следствие, требуется более гибкая сеть. Чтобы преодолеть эту жесткую связь, необходимо изменить фундаментальные принципы работы электрической сети.

Первым делом следует перейти от принципа мощности по запросу к принципу мощности по контракту ( рис.13,2 ) . Это означает, что мощность передается только при наличии явного контракта между источником и приемником, определяющим время начала передачи, мощность во времени, которая должна быть передана, и время, когда передача заканчивается. Это определяет контракт энергетического пакета [1,13].

Рисунок 13.2. Квантовая сеть работает по другой парадигме: мощность по контракту.

Этот принцип работы имеет важные последствия и преимущества:

1.

Договор на поставку мойки обязателен.

2.

Распределенное хранилище требуется для компенсации отклонений, сбоев, избыточного или недостаточного упорядочения пакетов, специального потребления.

3.

Полная рыночная система распределения энергии ведет к полной прозрачности затрат.

4.

Глобального отключения электроэнергии можно избежать, поскольку квантовая сетка не связана жестко.

5.

Создается очень гибкая и динамичная система передачи.

13.2.1 Как можно гарантировать передачу энергии по контракту?

Ключевым моментом в принципе работы «мощность по контракту» на основе энергетических пакетов является то, что передача энергии к нагрузкам гарантируется на основе контрактов.

Источник подключен к трем идентичным стокам линиями передачи с импедансами Z1, Z2 и Z3. В соответствии с законами Ома и Кирхгофа передача будет происходить преимущественно по наименьшему импедансу (рис.13.3, рисунок слева). В этом примере предполагается, что между источником и приемником 3 имеется контракт, соединенный линией, имеющей наивысший импеданс в Z3.

Рисунок 13.3. Слева: в традиционной сети мощность течет по законам Кирхгофа и Ома; Справа: В квантовой сети поток мощности контролируется в каждом узле. В QGR выполняются уравнения Максвелла, которые означают, что токи вызывают поля и наоборот.

Следовательно, передача энергии может быть недостаточной, если приемники 1 и 2 чрезмерно потребляют и у источника недостаточно мощности.Это означает, что контракт не может быть выполнен из-за сбоя в передаче энергии.

Для включения питания по контракту необходимо убедиться, что поток энергии будет передаваться по желаемому пути. Это можно реализовать, разблокировав линии передачи, участвующие в этом пути, и заблокировав все остальные. Следовательно, будет создан коммутируемый сквозной тракт, обеспечивающий сжатый поток мощности, но с ограничением единовременной передачи. Это похоже на передачу данных в Интернете.Одновременно можно передавать только один пакет данных по одной линии или, скорее, по одному каналу.

Чтобы преодолеть этот недостаток, потоки мощности во всех линиях передачи должны быть согласованы и контролироваться. Это позволяет одновременно передавать пакеты энергии по одной и той же линии в одно и то же время.

Управляя потоком мощности с помощью технологии преобразователя мощности, основанной на современном PE, можно принудительно передавать мощность по желаемому пути, соединяющему источник и приемник.Этот механизм называется маршрутизируемой передачей мощности на основе пакетов (рис. 13.3, правый рисунок). Физическое объяснение можно найти в приложении.

Существует несколько методов и устройств для управления или изменения потока мощности, например, модифицированная инверторная технология, FACTS, фазосдвигающий трансформатор и т. Д. Таким образом, поток мощности может быть принудительно направлен по заранее определенному пути, который не обязательно должен соответствовать к пути, заданному законом Ома (рис. 13.3, рисунок справа).

Устройство, управляющее потоком энергии, называется QGR.Это основной элемент сети передачи электроэнергии на основе пакетов, позволяющий передавать пакеты энергии от отправителя через сеть к получателю. QGR состоит из портов, подключенных извне к потребителям, производителям, хранилищам и сетям.

На рис. 13.4 схематично показан внутренний состав QGR. Шина соединяет порты. Каждый порт содержит PE-устройство под названием Quantum Flow Controller (QFC). Они контролируют и направляют поток энергии и будут подробно объяснены в Разделе 13.4.

Рисунок 13.4. Маршрутизатор Quantum Grid с шестью портами, каждый из которых содержит QFC. QFC подключаются к внутренней шине постоянного тока.

13.2.2 Выбор пути передачи по маршрутизации (подробности см. В разделе 13.5)

Как правило, в квантовой сети существует несколько путей от источника к приемнику. Поскольку поток мощности теперь управляется независимо и сильно отличается от классического потока мощности с преобладанием импеданса, путь для энергетического пакета необходимо активно определять.Оптимальный путь выбирается путем маршрутизации энергетического пакета через квантовую сеть (на основе маршрутизации в Интернете) и использования алгоритмов оптимизации, таких как алгоритм Дейкстры [14], алгоритм Беллмана-Форда [15,16] или других известных состояний канала или протоколы дистанционно-векторной маршрутизации.

13.2.3 Квантование в энергетические пакеты

Концепция энергетического пакета представляет собой прямое обобщение рыночного подхода к торговле определенными энергетическими продуктами в течение определенного периода времени и постоянной мощности (= энергетический пакет) на сегодняшних платформах торговли энергией (e .г., Европейская энергетическая биржа — EEX в Германии). Энергия продается пакетами на специальных торговых площадках. Они очень крупнозернистые, и нет никакого соответствия реальной передаче энергии. Как показано на рис. 13.5, наблюдается тенденция к меньшему количеству продаваемой энергии (энергетического пакета).

Рисунок 13.5. Черная линия представляет типичный 24-часовой профиль нагрузки в Германии. Блок базовой нагрузки (1 МВт за 24 ч) постоянный. Блок пиковой нагрузки охватывает периоды высокого потребления утром и днем.На EEX дополнительная энергия может быть продана 1-часовыми пакетами с 8:00 до 20:00.

По данным EWE EWE Netz, (Online). Доступно: www.ewe-netz.de/ и Spitzenlast, (онлайн). Доступно: de.wikipedia.org/wiki/Spitzenlast.

В квантовой сети энергетический пакет определяется соответствующим пакетом данных, который содержит профиль мощности. Управляемый поток мощности (квантовый поток мощности) будет следовать профилю мощности пакета данных. Профиль мощности и квантовый поток мощности перепутаны 1 к 1 (рис.13.6).

Рисунок 13.6. Пакеты данных и пакеты энергии однозначно связаны друг с другом и передаются по разным сетям: электросетям и телекоммуникационным сетям.

Пакет данных включает в себя всю информацию о пакете энергии, такую ​​как адреса источника и потребителя, время начала и окончания потока мощности и профиль передаваемой мощности. Профиль мощности обозначает значение электрической мощности в зависимости от продолжительности пакетов. Следовательно, пакет данных энергетического пакета содержит важную информацию о базовом контракте.

Электрическая энергия — это произведение электроэнергии и периода времени, в течение которого эта мощность доступна. Определение энергетического пакета является результатом профиля мощности P (t) во времени от начала доставки до конца доставки.

Тогда переданная энергия равна: E = ∫P (t) dt.

Как показано на рис. 13.7, мощность P, а также время t квантуются соответственно до целого кратного dP и dt. Каждый временной интервал соответствует фиксированному значению мощности, т.е.е., значение мощности не может измениться за один временной интервал.

Рисунок 13.7. Определение и квантование потока мощности энергетического пакета.

Этот профиль мощности называется квантовым потоком мощности и передается в цифровом виде. Это означает, что мощность квантуется в целых числах, кратных элементарному пакету энергии, обозначенному на рис. 13.7 как dE. Таким образом, квантовая сетка позволяет дискретную передачу электроэнергии. Эффективная передача энергетического пакета осуществляется в более поздний момент времени, который устанавливается информацией в пакете данных.Алгоритм определяет затраты на транспортировку между всеми участвующими переходами (QGR). Каждый QGR хранит информацию о том, куда должен быть отправлен пакет энергии. Благодаря информации пакета данных QGR знает количество мощности, которое он должен установить для определенного пакета энергии, и время передачи.

Quantum Grid представляет собой логическую сеть для передачи электроэнергии и данных и состоит из двух взаимосвязанных сетей:

1.

Электрическая сеть для передачи электроэнергии, соединяющая все узлы, такие как заводы, потребители, подстанции и т. Д.(в данной публикации называется сеткой)

2.

Наложенная сеть связи, логическая или физическая, соединяющая все узлы электрической сети для передачи информации контракта, контроля и управления (в данной публикации именуется сетью)

Следовательно, все узлы в квантовой сети имеют по крайней мере один адрес для передачи пакетов данных по проводной линии или беспроводной сети связи и один адрес для передачи энергетических пакетов по линиям электропередачи.

13.2.4 Роль хранилищ

Поскольку у потребителей не должно быть выхода из строя, каждый узел, который является конечным потребителем, должен быть связан с накопителем энергии, например, с электрической батареей. Кроме того, каждый узел, который может быть источником питания, должен иметь накопитель энергии. Хранилища могут быть централизованными и / или распределенными. Следовательно, если нет контракта на источник, например, солнечный генератор, он все равно может вырабатывать электроэнергию в течение определенного периода времени.

Аккумулятор может преодолеть отсутствие контрактного источника для стока.Отклонения от прогноза спроса, а также потери при передаче и компенсация сбоев будут контролироваться путем изменения маршрута и присоединения накопителя энергии.

Стэнли, Уильям Д .: 9780024155603: Amazon.com: Книги

От издателя

Вместо того, чтобы пытаться поверхностно охватить все аспекты схем и устройств, это новое практическое введение фокусируется на моделировании устройств, работе и анализе схем, а также на прикладном проектировании таким образом, чтобы обеспечить понимание того, как основы устройств могут применяться в широком диапазоне обстоятельств. .Основные устройства представлены в формате из двух глав, которые состоят из первой главы, посвященной конкретной категории устройств и ее моделям, а затем второй главы, посвященной упрощенным приложениям, в которых используются только резистивные компоненты. Перед исследованием схем транзисторных усилителей представлено общее развитие усилителей с точки зрения блок-схемы; и такие концепции, как усиление, входное сопротивление, выходное сопротивление, нагрузка каскада и взаимодействие, разрабатываются с помощью простых моделей, прежде чем учащиеся будут вовлечены в конкретные детали схемы.На протяжении всего покрытия используются спецификации / листы данных производителей.

С задней обложки

Ключевое преимущество: это новое практическое введение посвящено моделированию устройств, работе и анализу схем, а также прикладному проектированию таким образом, чтобы обеспечить понимание того, как основы устройств могут применяться в широком диапазоне обстоятельств. Основные устройства представлены в формате из двух глав. На протяжении всего покрытия используются спецификации / листы данных производителей.Ключевые темы: Эта книга содержит описание схемотехнического моделирования, в котором особое внимание уделяется упрощенной низкочастотной модели гибридного Пи, что делает эту тему более простой для всех и более легкой для изучения. Подробное рассмотрение использования PSpice начинается в главе 1 и продолжается на протяжении всего материала. Примеры PSpice представлены в заключительной части каждого текстового раздела. Это освещение явно связано с темами глав, но сделано таким образом, чтобы его введение было совершенно необязательным. Полная глава, посвященная дифференциальному усилителю и его эволюции от интегральной схемы до операционного усилителя, закладывает основу для последующих глав, ориентированных на применение интегральных схем.Покрытие предназначено как для линейных, так и для нелинейных приложений операционных усилителей, включая схемы усилителя, активные фильтры, схемы удержания, схемы ограничения и компараторы.

Principles of Semiconductor Devices — Hardcover — Sima Dimitrijev

2 ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ
12.1 ЭЛЕКТРОНЫ КАК ВОЛНЫ
2.1.1 De Связь Бройля между частицами и волновыми свойствами
2.1.2 Волновая функция и волновой пакет
2.1.3 Уравнение Шредингера
2.2 УРОВНИ ЭНЕРГИИ В АТОМАХ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ЗОНА В КРИСТАЛЛАХ
2.2.1 Атомная структура
2.2.2 Энергетические зоны в металлах
2.2.3 Энергетическая щель и энергетические зоны в полупроводниках и изоляторах
12.3 ЭЛЕКТРОНЫ И ДЫРЫ КАК ЧАСТИЦЫ
2.3.1 Диаграммы эффективной массы и реального Ek
2.3.2 Вопрос о размере электрона : Принцип неопределенности
2.3.3 Плотность электронных состояний
2.4 НАСЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ СОСТОЯНИЙ, КОНЦЕНТРАЦИЯ ЭЛЕКТРОНОВ
A: «D ОТВЕРСТИЯ
2.4.1 Распределение Ферми-Дирака
2.4.2 Аппроксимация Максвелла-Больцмана и эффективная плотность состояний
2.4.3 Ферми-потенциал и легирование
2.4.4 Неравновесные концентрации носителей и Квази-уровни Ферми
Резюме
Проблемы
Обзорные вопросы

3 DRIFT
3.1 ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ДИАПАЗОНЫ С ПРИКЛАДНЫМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПОЛЕМ
3.1.1 Представление дрейфового тока в энергетическом диапазоне
3.1.2 Сопротивление и рассеяние мощности из-за рассеяния носителей
3,2 ОМ’S , ЛИСТОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ И ПРОВОДИМОСТЬ
3.2.1 Проектирование интегральных резисторов
3.2.2 Дифференциальная форма закона Ома
3.2.3 Ингредиенты проводимости
3.3 ПОДВИЖНОСТЬ НОСИТЕЛЯ
3.3.1 Тепловая скорость и скорость дрейфа
3.3.2 Определение подвижности
3.3.3 Время рассеяния и сечение рассеяния
3.3.4 Правило Матисона
° 3.3.5 Эффект Холла
Резюме
Проблемы Обзор
Вопросы

4 ДИФФУЗИЯ
4.1 УРАВНЕНИЕ ДИФФУЗИОННОГО ТОКА
4.2 КОЭФФИЦИЕНТ ДИФФУЗИИ
4.2.1 Эйнштейн Соотношение

4.2.2 Эксперимент Хейнса-Шокли
4.2.3 Уравнение Аррениуса
4.3 ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ НЕПРЕРЫВНОСТИ
Резюме
Проблемы
Обзорные вопросы

5 ГЕНЕРАЦИЯ И РЕКОМБИНАЦИЯ
5.1 МЕХАНИЗМЫ ГЕНЕРАЦИИ И РЕКОМБИНАЦИИ
5.2 ОБЩАЯ ФОРМА УРАВНЕНИЯ НЕПРЕРЫВНОСТИ
5.2.1 Скорость рекомбинации и генерации
Несущая способность Длина диффузии
5.3 ФИЗИКА ГЕНЕРАЦИИ И РЕКОМБИНАЦИИ И SHOCKLEYREAD-
HALL (SRH) ТЕОРИЯ
5.3.1 Скорость захвата и эмиссии в тепловом равновесии
5.3.2 Уравнение устойчивого состояния для эффективной скорости тепловой генерации / рекомбинации

5.3.3 Особые случаи
5.3.4 Генерация поверхности и рекомбинация
Резюме
Проблемы
Контрольные вопросы

ЧАСТЬ II ФУНДАМЕНТАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО КОНСТРУКЦИИ
6 PN-СОЕДИНЕНИЕ
6.1 ПРИНЦИПЫ PN-СОЕДИНЕНИЯ
6.1.1 p- ~ переход в тепловом равновесии
6.1.2 PN-переход с обратным смещением
6.1.3 PK-переход с прямым смещением
6.1.4 Явления пробоя
6.2 DC МОДЕЛЬ
6.2.1 Основное уравнение ток-напряжение (IV)
6.2.2 Важные эффекты второго порядка
6.2.3 Влияние температуры
6.3 CAPACITA CE ПЕРЕХОДА P -: — I
6.3.1 CV-зависимость
6.3.2 Ширина обедненного слоя: решение уравнения Пуассона
6.3.3 SPICE-модель для емкости обедненного слоя
6.4 ЭФФЕКТЫ СОХРАНЕННОГО ЗАРЯДА
6.4.1 Сохраненный заряд и время перехода
6.4.2 Взаимосвязь между временем перехода и второстепенной несущей
Срок службы
6.4.3 Характеристики переключения: время обратного восстановления
Резюме
Проблемы
Обзор Вопросы

7 МЕТАЛЛ-ПОЛУПРОВОДНИК И МОП-КОНДЕНСАТОР
7.1 КОНТАКТ МЕТАЛЛ-ПОЛУПРОВОДНИК
7.1.1 Диод Шоттки: выпрямление контакта металл-полупроводник
7.1.2 Омические контакты металл-полупроводник
7.2 МОП-КОНДЕНСАТОР
7.2.1 Свойства оксида затвора и границы раздела оксид-полупроводник
7.2.2 CV Кривая и зависимость поверхностного потенциала от напряжения затвора
7.2.3 Диаграммы энергетических зон
· 7.2.4 Емкость Flat4Band и длина Дебая
Резюме
Проблемы
Обзорные вопросы

8 MOSFET
8.1 ПРИНЦИПЫ MOSFET
B.1.1 Структура полевого МОП-транзистора
8.1.2 МОП-транзистор в качестве переключателя с управляемым напряжением
B.1.3 Пороговое напряжение и основной эффект
В.1.4 Полевой МОП-транзистор как источник тока с управляемым напряжением: механизмы насыщения по току

8.2 ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИКИ И УРАВНЕНИЯ ТОКА-НАПРЯЖЕНИЯ
8.2.1 SPICE LEVEL 1 Модель
8.2.2 SPICE LEVEL 2 Модель
8.2.3 SPICE LEVEL 3 Модель: основные эффекты
8.3 SECO: \ D-OROER EFFECTS
8.3.1 Снижение мобильности с помощью затвора Напряжение
8.3.2 Насыщение скорости (снижение подвижности с помощью дренажного напряжения)
8.3.3 Конечное выходное сопротивление
8.3.4 Эффекты короткого канала, связанные с пороговым напряжением
8.3.5 Эффекты узкого канала, связанные с пороговым напряжением
.2 Токи утечки
8.4.3 Расширенные полевые МОП-транзисторы
«8.5 УСТРОЙСТВА ПАМЯТИ НА ОСНОВЕ МОП
8.5.1 Ячейка DRAM 1C1T
8.5.2 Ячейка флэш-памяти
Сводка
Проблемы
Обзорные вопросы

9 BJT
9.1 ПРИНЦИПЫ B.JT
9.1.1 BJT как Источник тока с регулируемым напряжением
9.1.2 Токи и коэффициенты усиления BJT
9.1.3 Зависимость от? а также ? Текущие выигрыши от технологических параметров
9.1.4 Четыре режима работы: BJT в качестве переключателя
9.1.5 Дополнительный BJT
9.1.6 BJT по сравнению с MOSFET
9.2 ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТОКА-НАПРЯЖЕНИЯ, МОДЕЛЬ EBERE-MOLL
9.2 В SPICE
. 1 Версия для впрыска
9.2.2 Транспортная версия
9.2.3 SPICE версия
9.3 ВТОРОЙ ЭФФЕКТ · ЗАКАЗ
9.3.1 Ранний эффект: конечное динамическое выходное сопротивление
9.3.2 Паразитные сопротивления
9.3.3 Зависимость усиления тока общего эмиттера от тока транзистора:
Слаботочные эффекты
9.3.4 Зависимость усиления тока общего эмиттера от тока транзистора:
Модель Гаммеля-Пуна для сильноточных эффектов
9.4 ГЕТЕРОПЕРЕХОД БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР
Резюме
Проблемы
Обзорные вопросы

ЧАСТЬ III ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТЕМЫ
10 ФИЗИКА НАНОМАСШТАБНЫХ УСТРОЙСТВ
10.1 СОБЫТИЯ С ОДНИМ НОСИТЕЛЕМ
10.1.1 За пределами классического принципа непрерывности
10.1.2 Текущая форма неопределенности Принцип
10.1.3 Предел поставки носителей для диффузионного тока
10.1.4 Пространственная неопределенность
10.1.5 Прямое неравновесное моделирование событий с одним носителем
10.2 ДВУМЕРНЫЙ ПЕРЕНОС В МОП-транзисторах и полевых транзисторах
10.2. 1 Квантовое ограничение
10.2.2 Структура и характеристики HEMT
10.2.3 Применение классических уравнений MOSFET к двумерному переносу
в MOSFET и HEMT
10.3 ОДНОМЕРНЫЙ ТРАНСПОРТ В НАНОВИРАХ И УГЛЕРОДА
НАНОТРУБКАХ
10.3.1 Омический транспорт в нанопроводах и углеродных нанотрубках Полевые транзисторы
10.3.2 Одномерный баллистический транспорт и квантовая проводимость
Предел
Резюме
Проблемы
Обзорные вопросы

II ЭЛЕКТРОНИКА УСТРОЙСТВА, ЭКВИВАЛЕНТНЫЕ ЦЕПИ AD SPICE
ПАРАМЕТРЫ
lI.l. Параметры статических диодов
и параметры SPICE
11.1.1.
11.1.2 Эквивалентная схема большого сигнала в SPICE
11.1.3 Измерение параметров
11.1.4 Эквивалентная схема слабого сигнала
ll.2 MOSFET
11.2.1 Статическая модель и параметры; УРОВЕНЬ 3 в SPICE
11.2.2 Измерение параметров
11.2.3 Эквивалентная схема большого сигнала и динамические параметры в SPICE
11.2.4 Простой цифровой ~ 1od.el
11.2.5 Эквивалентная схема слабого сигнала
11.3 BJT
11.3.1 Статическая модель и параметры: уровни Эберса-Молла и Гаммеля-Пуна
в SPICE
11.3.2 Параметр Измерение
11.3.3 Эквивалентная схема большого сигнала и динамические параметры в SPICE
11.3.4 Эквивалентная схема слабого сигнала
Резюме
Проблемы
Обзорные вопросы

12 ФОТОНИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА
12.1 СВЕТОВЫЕ ДИОДЫ (СИД)
12.2 ФОТОПРИЕМНИКИ И СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
12.2.1 Смещение для фотоприемников и солнечных элементов
12.2.2 Генерация носителей в фотодетекторах и солнечных элементах
12.2.3 Уравнение фототока
12.3 ЛАЗЕРЫ
12.3.1 Стимулированные Эмиссия, инверсия и другие фундаментальные концепции
12.3.2 Типичный лазер на гетеропереходе
Резюме
Проблемы
Обзорные вопросы

13 JFET И MESFET
13.1 JFET
13.1.1 Структура JFET
13.1.2 Характеристики JFET
13.1.3 Модель и параметры SPICE
13.2 MESFET
13.2.1 Структура MESFET
13.2.2 Характеристики MESFET
13.2.3 Модель и параметры SPICE
Резюме
Проблемы
Обзорные вопросы

14 УСТРОЙСТВА ПИТАНИЯ
14.1 ДИОДЫ МОЩНОСТИ
14.1.1 Область дрейфа в устройствах питания
14.1.2 Характеристики переключения
14.1. 3 Диод Шоттки
14,2 МОП-транзистор
14,3 IGBT
14,4 ТИРИСТОР
Резюме
Проблемы
Обзорные вопросы

15 ДИОДОВ ОТРИЦАТЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
15.1 УСИЛЕНИЕ ВНУТРЕННИХ КОЛЕБАНИЙ ПРИ ОТРИЦАТЕЛЬНО-ДИНАМИЧЕСКОМ СОПРОТИВЛЕНИИ
СОПРОТИВЛЕНИЕ
15.2 ДИОД ГАННА
15.3 ДИОД ИМПАТТ
15.4 ТУННЕЛЬНЫЙ ДИОД
Сводка
Проблемы
Вопросы для обзора

16 ИНТЕГРИРОВАННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ 9018.1 Структура ICU316.1 ICU3.1 ТЕХНОЛОГИЯ В ЦИРКЕ 9018.
16.1.2 Литография
16.1.3 Последовательность процесса
16.1.4 Распространение Профили
16.2 ТЕХНОЛОГИИ МОП-транзисторов
16.2.1 Локальное окисление кремния (LOCOS)
16.2.2 Технология NMOS
16.2.3 Базовая технология КМОП
16.2.4 Технология кремния на изоляторе (SOI)
16.3 БИПОЛЯРНЫЕ ИС ТЕХНОЛОГИИ
16.3.1 Структура ИС NPN BJT
16.3.2 Стандартный биполярный технологический процесс
16.3.3 Реализация PNP BJT, резисторов, Конденсаторы и диоды
16.3.4 Паразитные элементы ИС, не включенные в модели устройств
16.3.5 Объединение слоев
16.3.6 Технология BiCMOS
Резюме
Проблемы
Вопросы для обзора

Определение принципа Merriam-Webster

принц | \ ˈPrin (t) -s (ə-) pəl , -sə-bəl \

1а : всеобъемлющий и фундаментальный закон, доктрина или предположение

б (1) : правило или кодекс поведения

(2) : Привычная приверженность правильным принципам принципиальный человек

c : законы или факты природы, лежащие в основе работы искусственного устройства

3а : основной факультет или фонд такие принципы человеческой натуры, как жадность и любопытство

б : ингредиент (например, химическое вещество), который проявляет или придает характерное качество

4 заглавные, Христианская наука : божественное начало : бог в принципе

: в отношении основ готовы принять предложение в принципе

Знать о принципе работы устройства с зарядовой связью

Ученые Уильям Бойл и Джордж Э.Смит из AT&T Bell Labs, работая над полупроводниковой пузырьковой памятью, разработал устройство и назвал его «зарядным пузырьковым устройством», которое можно использовать в качестве сдвигового регистра.

Устройство с зарядовой связью

В соответствии с фундаментальной природой устройства оно имеет способность передавать заряд от одного накопительного конденсатора к другому по поверхности полупроводника, и этот принцип аналогичен устройству Bucket-Brigade Device (BBD). , который был изобретен в 1960-х годах в исследовательских лабораториях Phillips.В конце концов, в результате всех таких экспериментальных исследований в 1969 году в лаборатории AT&T Bell Labs было изобретено устройство с зарядовой связью (CCD).

Устройство с зарядовой связью (CCD)

Устройства с зарядовой связью можно определить разными способами в зависимости от приложения для какие они используются, или исходя из конструкции устройства.

Это устройство, используемое для перемещения электрического заряда внутри него для манипулирования зарядом, которое осуществляется путем изменения сигналов через этапы внутри устройства по одному за раз.

Его можно рассматривать как датчик CCD, который используется в цифровых и видеокамерах для съемки изображений и записи видео с помощью фотоэлектрического эффекта. Он используется для преобразования захваченного света в цифровые данные, которые записываются камерой.

Его можно определить как светочувствительную интегральную схему, отпечатанную на поверхности кремния для формирования светочувствительных элементов, называемых пикселями, и каждый пиксель преобразуется в электрический заряд.

Это устройство с дискретным временем, используемое для непрерывной или аналоговой выборки сигнала в дискретные моменты времени.

Типы ПЗС

Существуют различные ПЗС, такие как ПЗС с электронным умножением, ПЗС с усилением, ПЗС с кадровой передачей и ПЗС со скрытым каналом. ПЗС-матрицу можно просто определить как устройство передачи заряда. Изобретатели ПЗС Смит и Бойл также открыли ПЗС с значительно улучшенными характеристиками, чем ПЗС общего назначения с поверхностным каналом и другие ПЗС; он известен как ПЗС со скрытым каналом и в основном используется в практических приложениях.

Принцип работы устройства с зарядовой связью

Кремниевый эпитаксиальный слой, действующий как фотоактивная область и область передачи сдвигового регистра, используются для захвата изображений с помощью ПЗС.

Через линзу изображение проецируется на фотоактивную область, состоящую из массива конденсаторов. Таким образом, электрический заряд, пропорциональный интенсивности света цвета пикселя изображения в цветовом спектре в этом месте, накапливается на каждом конденсаторе.

Если изображение обнаруживается этой решеткой конденсаторов, то электрический заряд, накопленный в каждом конденсаторе, передается на соседний конденсатор, выполняя функции сдвигового регистра, управляемого схемой управления.

Работа устройства с зарядовой связью

На приведенном выше рисунке, от a, b и c, передача пакетов заряда показана в соответствии с напряжением, приложенным к клеммам затвора. Наконец, в решетке электрический заряд последнего конденсатора передается в усилитель заряда, в котором электрический заряд преобразуется в напряжение. Таким образом, в результате непрерывной работы этих задач все заряды массива конденсаторов в полупроводнике преобразуются в последовательность напряжений.

Эта последовательность напряжений дискретизируется, оцифровывается и затем сохраняется в памяти в случае цифровых устройств, таких как цифровые камеры.В случае аналоговых устройств, таких как аналоговые видеокамеры, эта последовательность напряжений подается на фильтр нижних частот для получения непрерывного аналогового сигнала, а затем сигнал обрабатывается для передачи, записи и для других целей. Чтобы понять принцип работы устройства с зарядовой связью и детально изучить устройство с зарядовой связью, в первую очередь необходимо понимать следующие параметры.

Процесс передачи заряда

Пакеты заряда можно перемещать из ячейки в ячейку, используя множество схем в стиле Bucket Brigade.Существуют различные методы, такие как двухфазный, трехфазный, четырехфазный и так далее. Каждая ячейка состоит из n-проводов, проходящих через нее по n-фазной схеме. Высота потенциальных ям контролируется с помощью каждого провода, подключенного к часам передачи. Пакеты заряда можно толкать и тянуть вдоль линии ПЗС, изменяя высоту потенциальной ямы.

Процесс переноса заряда

Рассмотрим трехфазный перенос заряда. На приведенном выше рисунке показаны три тактовых генератора (C1, C2 и C3), которые идентичны по форме, но находятся в разных фазах.Если вентиль B становится высоким, а вентиль A становится низким, тогда заряд переместится из пространства A в пространство B.

Архитектура ПЗС

Пиксели могут передаваться через параллельные вертикальные регистры или вертикальные ПЗС (V-CCD) и параллельно горизонтальные регистры или горизонтальные ПЗС (H-CCD). Заряд или изображение могут передаваться с использованием различных архитектур сканирования, таких как полнокадровое считывание, передача кадров и межстрочный перенос. Принцип устройства с зарядовой связью можно легко понять с помощью следующих схем передачи:

1.Полнокадровое считывание

Полнокадровое считывание

Это простейшая архитектура сканирования, для которой в ряде приложений требуется заслонка, чтобы отрезать световой вход и избежать размытия при прохождении зарядов через параллельно-вертикальные регистры или вертикальные ПЗС-матрицы и параллельно -горизонтальные регистры или горизонтальные ПЗС-матрицы, а затем передаются на вывод последовательно.

2. Передача кадра

Передача кадра

С помощью процесса бригады ведра изображение может быть перенесено из массива изображений в массив хранения непрозрачных кадров.Поскольку он не использует последовательный регистр, это быстрый процесс по сравнению с другими процессами.

3. Межстрочный перенос

Межстрочный перенос

Каждый пиксель состоит из фотодиода и непрозрачной ячейки накопителя заряда. Как показано на рисунке, заряд изображения сначала передается от светочувствительного PD к непрозрачной V-CCD. Этот перенос, когда изображение скрыто, за один цикл передачи дает минимальное смазывание изображения; следовательно, может быть достигнута самая быстрая оптическая заслонка.

МОП-конденсатор ПЗС

Каждая ПЗС-ячейка содержит металлооксидный полупроводник, хотя при производстве ПЗС-конденсаторов используются как поверхностные, так и скрытые канальные МОП-конденсаторы.Но часто ПЗС изготавливаются на подложке P-типа с использованием МОП-конденсаторов со скрытым каналом; для этого на его поверхности формируется тонкая область N-типа. Слой диоксида кремния выращивают как изолятор на вершине N-области, а затворы формируются путем размещения одного или нескольких электродов на этом изолирующем слое.

CCD Pixel

Свободные электроны образуются в результате фотоэлектрического эффекта, когда фотоны ударяются о поверхность кремния, и из-за вакуума одновременно генерируется положительный заряд или дырка.Вместо того, чтобы выбирать сложный процесс подсчета тепловых флуктуаций или тепла, образующегося при рекомбинации дырки и электрона, предпочтительно собирать и подсчитывать электроны для создания изображения. Это может быть достигнуто путем притяжения электронов, генерируемых ударами фотонов на поверхности кремния, к положительно смещенным отдельным областям.

ПЗС-пиксель

Полная емкость лунки может быть определена как максимальное количество электронов, которое может удерживаться каждым пикселем ПЗС, и, как правило, пиксель ПЗС может содержать от 10 кэ до 500 кэ, но это зависит от размера пикселя (чем больше размер больше электронов может быть накоплено).

Охлаждение ПЗС

Охлаждение ПЗС

Обычно ПЗС работают при низкой температуре, и тепловая энергия может использоваться для возбуждения несоответствующих электронов в пикселях изображения, которые невозможно отличить от фотоэлектронов реального изображения. Это называется темновым процессом, который генерирует шум. Общее генерирование темнового тока может быть уменьшено в два раза на каждые 6–70 циклов охлаждения с определенными пределами. ПЗС-матрицы не работают при температурах ниже -1200, и общий шум, создаваемый темновым током, можно удалить, охладив их примерно до -1000, путем термической изоляции в вакуумированной среде.ПЗС-матрицы часто охлаждаются с помощью жидкого азота, термоэлектрических охладителей и механических насосов.

Квантовая эффективность ПЗС

Скорость генерации фотоэлектронов зависит от света, падающего на поверхность ПЗС. Преобразованию фотонов в электрический заряд способствует множество факторов, и это называется квантовой эффективностью. Он находится в лучшем диапазоне от 25% до 95% для ПЗС по сравнению с другими методами обнаружения света.

Квантовая эффективность устройства с передней подсветкой

Устройство с передней подсветкой генерирует сигнал после того, как свет проходит через структуру затвора, ослабляя входящее излучение.

Квантовая эффективность устройства с задней подсветкой

ПЗС-матрица с задней подсветкой или с задней подсветкой состоит из избыточного кремния на нижней стороне устройства, отпечатанного таким образом, чтобы неограниченно генерировать фотоэлектроны.

Таким образом, эта статья завершается кратким описанием ПЗС и принципа ее работы, в котором рассматриваются различные параметры, такие как архитектура сканирования ПЗС, процесс передачи заряда, МОП-конденсатор ПЗС, пиксель ПЗС, охлаждение и квантовая эффективность ПЗС вкратце.Знаете ли вы типичные приложения, в которых часто используется ПЗС-сенсор? Пожалуйста, оставьте свои комментарии ниже для получения подробной информации о работе и применении ПЗС-матриц.

Принцип, материалы и устройства в Apple Books

Описание издателя

Энергия и изменение климата — две наиболее острые проблемы в наши дни. Эти две темы также взаимосвязаны. Ископаемое топливо — это основные источники энергии, которые использовались в современной истории со времен промышленной революции.Влияние выбросов CO2 было серьезной проблемой из-за его влияния на глобальное потепление и другие последствия. Кроме того, ископаемое топливо не безгранично. В связи с растущим спросом на поставки энергии желательны альтернативные возобновляемые, устойчивые, экологически чистые энергетические ресурсы.

Солнечная энергия — это неограниченный, чистый и возобновляемый источник энергии, который можно рассматривать как замену энергоснабжению ископаемого топлива. Кремниевые солнечные элементы — одна из доминирующих в настоящее время фотоэлектрических технологий, которые преобразуют солнечный свет непосредственно в электроэнергию с эффективностью около 20%.Этот метод широко использовался в основных приложениях солнечной энергетики на протяжении десятилетий, хотя относительно энергоемкий производственный процесс по-прежнему требует решения.

Недавно появившиеся фотоэлектрические технологии, такие как металло-галогенидные гибридные перовскитные солнечные элементы, привлекли огромное внимание из-за их многообещающей эффективности преобразования энергии (более 22%) и простоты изготовления. Их дорожная карта прогресса беспрецедентна в истории фотоэлектрических систем с точки зрения разработки материалов и повышения эффективности.Помимо быстрого прогресса, достигнутого за последние несколько лет, ожидается, что эта новая технология окажет влияние на будущий рынок солнечных элементов, обеспечивая долгосрочную стабильность и решая проблемы содержания свинца. Эти проблемы зависят от лучшего понимания материалов и принципов работы устройства. Задача этой книги — предоставить сборник последних исследований от фундаментальных процессов, разработки материалов до оптимизации устройств для перовскитных солнечных элементов.
Содержание: Управляемый рост перовскитов с помощью добавок (Yixin Zhao and Kai Zhu) Контроль морфологии пленки для высокоэффективных перовскитных солнечных элементов (Cheng-Min Tsai, Hau-Shiang Shiu, Hui-Ping Wu and Eric Wei -Guang Diau) Сенсибилизация и функции пористых электродов из диоксида титана в солнечных элементах, сенсибилизированных красителем, и солнечных элементах с галогенидами органических соединений на перовските (Seigo Ito) Материалы P-типа и неорганические переносящие отверстия для солнечных элементов из перовскита (Ming-Hsien Li, Yu-Hsien Chiang, Po-Shen Shen, Sean Sung-Yen Juang и Peter Chao-Yu Chen) Металлоорганические галогенидные перовскитные солнечные элементы без дырочного проводника: свойства и различные архитектуры (Sigalit Aharon и Lioz Etgar) Проблемы устойчивости неорганических / Органические гибридные свинцовые перовскитные солнечные элементы (Дэн Ли и Минкуи Ван) Измерения фотопроводимости с временным разрешением на металло-галогенидных перовскитах (Eline M Hutter, Tom J Savenije a nd Carlito S.