Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено из электромеханического )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Реле - это обычное электромеханическое устройство.

В технике , электромеханический [1] [2] [3] [4] комбайны процессы и процедуры , извлеченные из области электротехники и машиностроения . Электромеханика фокусируется на взаимодействии электрических и механических систем в целом и на том, как эти две системы взаимодействуют друг с другом. Этот процесс особенно заметен в системах, таких как системы вращающихся электрических машин постоянного или переменного тока, которые могут быть спроектированы и эксплуатироваться для выработки энергии от механического процесса ( генератора ) или для обеспечения механического воздействия ( двигателя ). Электротехника в этом контексте также включает электронику .

Электромеханические устройства - это устройства, в которых используются как электрические, так и механические процессы. Строго говоря, переключатель с ручным управлением - это электромеханический компонент из-за механического движения, вызывающего электрический выход. Хотя это правда, этот термин обычно понимается как относящийся к устройствам, которые используют электрический сигнал для создания механического движения или, наоборот, механическое движение для создания электрического сигнала. Часто включают электромагнитные принципы, такие как в реле , которые позволяют напряжению или току управлять другим, обычно изолированным напряжением или током цепи путем механического переключения наборов контактов и соленоидов , с помощью которых напряжение может приводить в действие подвижную связь, как в соленоидных клапанах.

До развития современной электроники электромеханические устройства широко использовались в сложных подсистемах деталей, включая электрические пишущие машинки , телепринтеры , часы , начальные телевизионные системы и самые ранние электромеханические цифровые компьютеры . Твердотельная электроника заменила электромеханику во многих приложениях.

История [ править ]

Первый электродвигатель был изобретен в 1822 году Майклом Фарадеем . Двигатель был разработан всего через год после того, как Ганс Кристиан Эрстед обнаружил, что электрический ток создает пропорциональное магнитное поле. [5] Этот ранний двигатель представлял собой просто провод, частично погруженный в ртутный стакан с магнитом на дне. Когда провод был подключен к батарее, создавалось магнитное поле, и это взаимодействие с магнитным полем, создаваемым магнитом, заставляло провод вращаться.

Десять лет спустя Майкл Фарадей снова изобрел первый электрический генератор. Этот генератор состоял из магнита, проходящего через катушку с проволокой и индуцирующего ток, который измерялся гальванометром. Исследования и эксперименты Фарадея с электричеством являются основой большинства современных электромеханических принципов, известных сегодня. [6]

Интерес к электромеханике резко вырос с исследованиями в области дальней связи. Промышленная революция быстрый рост «s в производстве привел к спросу на внутриконтинентальных связь, позволяя электромеханик сделать свой путь в государственную службу. Реле возникли в телеграфии, поскольку электромеханические устройства использовались для восстановления телеграфных сигналов. Переключатель Strowger , то переключатель панели и аналогичные устройства широко использовались в начале автоматизированных телефонных станций . Поперечные переключатели были впервые широко установлены в середине 20 века в Швеции , США., Канада и Великобритания , и они быстро распространились по остальному миру.

В период с 1910 по 1945 год в электромеханических системах произошел огромный скачок, поскольку мир дважды втягивался в глобальную войну. В Первую мировую войну произошел всплеск новой электромеханики, поскольку все страны использовали прожекторы и радиоприемники. [7] К началу Второй мировой войны страны развили и сконцентрировали свои вооруженные силы на универсальности и мощи электромеханики. Одним из примеров того, что все еще используется сегодня, является генератор переменного тока , который был создан для питания военной техники в 1950-х годах, а затем перепрофилирован для автомобилей в 1960-х. Послевоенная Америка сильно выиграла от военного развития электромеханики, поскольку домашняя работа была быстро заменена электромеханическими системами, такими как микроволновые печи, холодильники и стиральные машины. Вэлектромеханические телевизионные системы конца 19 века были менее успешными.

Электрические пишущие машинки развивались до 1980-х годов как «пишущие машинки с усилителем». Они содержали единственный электрический компонент - двигатель. Если раньше нажатие клавиши приводило к непосредственному перемещению печатной панели, то теперь оно задействовало механические соединения, которые направляли механическую мощность от двигателя на печатную панель. То же самое относилось и к более позднему IBM Selectric . В 1946 году в Bell Labs был разработан компьютер Bell Model V. Это было устройство на основе электромеханического реле; циклы заняли секунды. В 1968 году электромеханические системы все еще серьезно рассматривались для ЭВМ управления полетом самолета, пока устройство, основанное на крупномасштабной интеграционной электронике, не было принято в Центральном компьютере управления воздушными данными .

Микроэлектромеханические системы (МЭМС) [ править ]

Основная статья: Микроэлектромеханические системы
См. Также: Наноэлектромеханические системы.

Микроэлектромеханические системы (МЭМС) уходят корнями в кремниевую революцию , которая восходит к двум важным изобретениям кремниевых полупроводников в 1959 году: монолитной интегральной схеме (ИС) Роберта Нойса из Fairchild Semiconductor и MOSFET (металл-оксид-полупроводник полевой транзистор, или МОП-транзистор) Мохамеда М. Аталлы и Давона Канга из Bell Labs . Масштабирование MOSFET , миниатюризация MOSFET на микросхемах IC, привело к миниатюризации электроники (как предсказано законом Мура).и масштабирование Деннарда ). Это заложило основу для миниатюризации механических систем с развитием технологии микрообработки на основе кремниевых полупроводниковых устройств , поскольку инженеры начали понимать, что кремниевые чипы и полевые МОП-транзисторы могут взаимодействовать и взаимодействовать с окружающей средой и обрабатывать такие вещи, как химические вещества , движение и свет . Один из первых кремниевых датчиков давления был изотропно микромеханически обработан компанией Honeywell в 1962 году [8].

Ранним примером устройства MEMS является транзистор с резонансным затвором, адаптация полевого МОП-транзистора, разработанного Харви К. Натансоном в 1965 году. [9] В период с 1970-х до начала 1980-х годов был разработан ряд микродатчиков MOSFET для измерения физических параметров , химические , биологические и экологические параметры. [10] В начале 21 века проводились исследования наноэлектромеханических систем (НЭМС).

Современная практика [ править ]

Сегодня электромеханические процессы в основном используются энергетическими компаниями. Все генераторы на топливе преобразуют механическое движение в электрическую энергию. Некоторые возобновляемые источники энергии, такие как ветер и гидроэлектростанция, приводятся в действие механическими системами, которые также преобразуют движение в электричество.

За последние тридцать лет 20-го века оборудование, в котором обычно использовались электромеханические устройства, стало дешевле. Это оборудование стало дешевле, потому что в нем использовались более надежные интегральные схемы микроконтроллера, содержащие в конечном итоге несколько миллионов транзисторов, и программа для выполнения той же задачи с помощью логики. В электромеханических компонентах были только движущиеся части, такие как механические электрические приводы.. Эта более надежная логика заменила большинство электромеханических устройств, потому что любая точка в системе, которая должна полагаться на механическое движение для правильной работы, неизбежно будет иметь механический износ и в конечном итоге выйдет из строя. Правильно спроектированные электронные схемы без движущихся частей будут продолжать правильно работать почти бесконечно и используются в большинстве простых систем управления с обратной связью. Цепи без движущихся частей встречаются в большом количестве предметов, от светофоров до стиральных машин .

Другое электромеханическое устройство - это пьезоэлектрические устройства , но они не используют электромагнитные принципы. Пьезоэлектрические устройства могут создавать звук или вибрацию из электрического сигнала или создавать электрический сигнал из звука или механической вибрации.

Чтобы стать инженером-электромехаником, типичные курсы колледжа включают математику, инженерию, информатику, проектирование машин и другие автомобильные классы, которые помогают получить навыки поиска и устранения неисправностей и анализа проблем с машинами. Чтобы стать инженером-электромехаником, требуется степень бакалавра, обычно в области электротехники, механики или электромеханики. По состоянию на апрель 2018 года только два университета, Мичиганский технологический университет и Технологический институт Вентворта , предлагают специальность электромеханическая инженерия. Чтобы войти в электромеханическую область в качестве техника начального уровня, все, что требуется, - это ассоциативная степень.

По состоянию на 2016 год примерно 13 800 человек работают электромеханиками в США. Перспективы занятости на 2016–2026 годы для технических специалистов - это рост на 4%, что означает изменение занятости на 500 должностей. Этот прогноз ниже среднего. [11]

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

Цитаты
  1. ^ Курс электромеханики для студентов-электротехников, 1-й семестр 3-го курса Колумбийского университета, адаптированный из книги профессора Ф.Э. Нифера "Электричество и магнетизм". Автор Фитцхью Таунсенд . 1901 г.
  2. ^ Szolc T .; Коновроцкий Р .; Michajłow M .; Преговска А. (2014). «Исследование эффектов динамической электромеханической связи в системах привода машин, приводимых в действие асинхронными двигателями». Механические системы и обработка сигналов . Механические системы и обработка сигналов, том 49, стр.118-134. 49 (1–2): 118–134. Bibcode : 2014MSSP ... 49..118S . DOI : 10.1016 / j.ymssp.2014.04.004 .
  3. ^ Элементы электричества , "Часть V. Электромеханика ". Автор Вирт Робинсон . John Wiley & sons, Incorporated, 1922 г.
  4. ^ Konowrocki R .; Szolc T .; Почанке А .; Преговска А. (2016). «Влияние модели управления шаговым двигателем и трения на точное позиционирование сложной механической системы». Механические системы и обработка сигналов . Механические системы и обработка сигналов, Том 70-71, стр.397-413. 70–71: 397–413. Bibcode : 2016MSSP ... 70..397K . DOI : 10.1016 / j.ymssp.2015.09.030 . ISSN 0888-3270 . 
  5. ^ "Устройство электрического магнитного вращения Майкла Фарадея (двигатель)" . Проверено 14 апреля 2018 .
  6. ^ "Генератор Майкла Фарадея" . Проверено 14 апреля 2018 .
  7. ^ «Первая мировая война: технологии и оружие войны | NCpedia» . www.ncpedia.org . Проверено 22 апреля 2018 .
  8. ^ Rai-Чоудхури, P. (2000). Технология и приложения MEMS и MOEMS . SPIE Press . стр. ix, 3. ISBN 9780819437167.
  9. ^ Натансон HC, Викстр RA (1965). "Кремниевый поверхностный транзистор с резонансным затвором и высокой добротностью полосы пропускания". Прил. Phys. Lett. 7 (4): 84–86. Bibcode : 1965ApPhL ... 7 ... 84N . DOI : 10.1063 / 1.1754323 .
  10. ^ Bergveld, Piet (октябрь 1985). «Влияние датчиков на основе MOSFET» (PDF) . Датчики и исполнительные механизмы . 8 (2): 109–127. Bibcode : 1985SeAc .... 8..109B . DOI : 10.1016 / 0250-6874 (85) 87009-8 . ISSN 0250-6874 .  
  11. ^ Бюро статистики труда, Министерство труда США, Руководство по профессиональным перспективам, Электромеханические техники, в Интернете по адресу http://www.bls.gov/ooh/architecture-and-engineering/electro-mechanical-technitors.htm ( посетил 13 апреля 2018 г.).
Источники
  • Давим, Дж. Пауло, редактор (2011) Mechatronics , John Wiley & Sons ISBN 978-1-84821-308-1 . 
  • Фурлани, Эдвард П. (15 августа 2001 г.). Постоянный магнит и электромеханические устройства: материалы, анализ и применение . Серия академической прессы по электромагнетизму. Сан-Диего: Academic Press . ISBN 978-0-12-269951-1. OCLC  47726317 .
  • Krause, Paul C .; Васинчук, Олег (1989). Электромеханические устройства движения . Серия Макгроу-Хилла в области электротехники и вычислительной техники. Нью-Йорк: Макгроу-Хилл . ISBN 978-0-07-035494-4. OCLC  18224514 .
  • Шолц Т., Коновроцки Р., Михайлов М., Преговска А., Исследование эффектов динамической электромеханической связи в системах привода машин, приводимых в действие асинхронными двигателями, механическими системами и обработкой сигналов, ISSN 0888-3270 , том 49 , стр. 118–134, 2014 г. 
  • «Первая мировая война: технологии и оружие войны | NCpedia». www.ncpedia.org . Проверено 22 апреля 2018.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Первый курс электромеханики. Автор Хью Хилдрет Скиллинг . Wiley, 1960.
  • Электромеханика: первый курс электромеханического преобразования энергии, Том 1. Хью Хилдрет Скиллинг . RE Krieger Pub. Co., 1 января 1979 г.
  • Электромеханика и электрические машины. По JF Линдсей , MH Рашид . Прентис-Холл, 1986.
  • Электромеханические двигательные устройства. Автор Hi-Dong Chai . Prentice Hall PTR, 1998.
  • Мехатроника: электромеханика и контромеханика. По Denny К. Miu . Springer London, Limited, 2011 г.