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电吹风是家里常用的电器之一,虽然电吹风的种类多种多样,但其基本原理大同小异。电吹风的功能相对较多,在设计电路前要先确定电吹风的功能,然后根据功能着手设计电路。
我们站在一个用户的角度来考虑这个电吹风的功能,并将其列举如下:
(1)能吹出风来。
(2)能控制电吹风的开启和关闭。
(3)能选择大风量或小风量。
(4)吹出来的是热风。
(5)使用家里的V插座供电。
上面的描述可以看做是一份简单的需求报告,即用户对产品提出的要求,接下来作为设计者要对这份报告进行分析,从而确定电路的形式如下:
1.能吹出风来
能吹风就要求这个电吹风里要有个电动机,电动机带动风扇转动,从而吹出风来。
2.能控制电吹风的开启和关闭
开启和关闭的功能当然要由开关来实现,由于要求是对整个电吹风进行开关控制,因此开关应该设置在电吹风电路其他元件与电源的接口之间。
3.能选择大风量或小风量
风量的大小是由电吹风电动机的工作功率决定的,电动机的工作功率越大,其风量也越大。要控制大风量或小风量就要通过控制电动机的功率来实现,而电动机的功率是受电压大小影响的,电压越高,电动机的功率越大。这一点跟电阻器的功率很相似,对比电阻器的功率计算公式,电动机的功率计算公式如下:
式中Z称为阻抗,是电动机对电流影响的特性的综合表述,在后面的章节中我们会学到电阻器的阻值R其实是阻抗Z的一种特殊情况,因此阻抗同样具有串并联的形式,并遵循与电阻器串并联形式同样的规律。
通过改变电动机的电压就可以实现风量大小的控制,那应该怎样做才能改变电机的电压呢?我们知道电源电压是不变的,要改变电动机的电压就需要有某种元件与电动机一同分担电源电压,而且可以通过改变这种元件的大小来改变分担电压的关系,从而改变电动机的电压。符合这种要求的电路结构就是之前所讲的电阻器的串联连接形式,把电阻器与电动机串联连接,通过改变电阻器的值就可以改变电动机的电压了。
接下来要确定怎样改变电阻器的值。首先,我们会想到使用电位器,电位器的电阻值本身就是连续可变的,通过改变电位器的阻值可以连续地改变电吹风的风量。其次,也可以使用一个单刀多掷的开关来选择几种不同阻值的电阻器,这样可以达到多挡位调节风量的效果。这里我们根据用户的需要使用一个单刀双掷的开关使电动机串联两种阻值的电阻器来实现大、小两种风量的效果,
吹出来的是热风
要产生热风,就要在电吹风中加一个高功率的电阻器来产生热量。要达到比较高的功率,根据公式,需要使用一个阻值较小的电阻器作为热源。为了使热源与电动机的工作互不干扰,热源与电动机电路的连接可以采用并联的形式。要注意的是同发光发热的电灯泡一样,作为热源的电阻器需要能够忍受高温下的氧化作用,因此在选择电阻器时要注意选择特殊材料制成的高功率电阻器。
5.使用家里的V插座供电
家里的电源使用的是V、50Hz的交流电,而普通的电机要求使用直流电供电,因此要求将V的交流电转换为直流电,这里使用二极管整流桥来实现,如图
所示。为了使整流的效果更好,可以在整流桥的两端并联一个大电容。图中P1为V交流电插头,为整个电路提供家庭用V交流电;B是电吹风的电动机;R1、R2是两个分压电阻器;R3是热源电阻器;S1是高风档和低风档位选择开关;S2是电吹风的电源开关;D1是二极管整流桥;C1是滤波电容。使用时将P1接入V插座中,将S2闭合,电吹风开始工作。S1拨动至低风量位置时为低风量,拨动至高风量位置时为高风量。
这样我们就完成了对电吹风电路基本结构的设计,要完成全部的电路设计还要对每个元器件的参数进行计算选择,比如电阻器的阻值、功率、耐压程度等,确定这些参数需要对整个电路进行综合的分析