Как устроен электрический звонок: принципы работы

Мы с детства знакомы с кнопкой над дверью в квартиру или здание. При нажатии на нее хозяину подается звуковой сигнал — мелодичный звон колокольчика или несложная музыкальная композиция, предупреждающая о появлении гостя.

Так работает обычный электрический звонок. Его конструкцию мы и будем разбирать, не затрагивая электронные модели на мультивибраторах, микросхемах и других компонентах.

Электрический звонок существует уже два столетия, использует энергию электромагнитного поля. Его бытовые конструкции работают от тока:

1. постоянной величины;

2. с переменной синусоидальной гармоникой, обычно питаемой напряжением 220 вольт.

Содержание статьи

• Принцип работы и устройство электрического звонка на постоянном токе

• Принцип работы и устройство электрического звонка на переменном токе

Принцип работы и устройство электрического звонка на постоянном токе

Для создания звуковых волн используются удары небольшого молоточка в виде стального шарика, расположенного на конце пружинистой пластины, который при механических колебаниях ударяет по колоколу.

Этот молоточек стационарно закреплен на подвижном якоре, способном перемещаться относительно неподвижной точки опоры. Здесь же смонтированы:

• подвижная часть составного магнитопровода электромагнита;

• пружина с устройством регулировки усилия возврата якоря в исходное положение, которая работает после разрыва цепи питания электрического тока;

• подвижный контакт, коммутирующий подачу напряжения на катушки электромагнита.

Вокруг магнитопровода размещены две электрические катушки с обмотками, соединенными последовательно. При прохождении постоянного тока через катушки в магнитопроводе создается магнитный поток, величина которого суммируется от потоков каждого витка и во много раз превышает значения, возникающие в единичном проводе. См. — Катушки индуктивности и магнитные поля .

Магнитная сила, создаваемая магнитопроводом, может достигать больших величин и совершать значительную механическую работу. В нашем случае она используется для поворота якоря: притяжения его к стационарной части с целью совершения удара молоточком по колоколу.

Источником напряжения/тока в схеме может служить определенный гальванический элемент (батарейка или аккумулятор), либо выпрямительное устройство, запитанное от источника переменной электрической энергии.

На вышеприведенной схеме не показана кнопка с механическим самовозвратом, при нажатии на которую, в электрические цепи звонка подается ток от источника. Она приведена на картинке ниже.

При нажатии на кнопку создается замкнутая цепь для прохождения электрического тока I по проложенным проводам от «плюса источника» через замкнутую контактную группу к токопроводящей пластине якоря и через обмотки катушек на «минус источника».

В магнитопроводе наводится магнитный поток.

Он образует механическую силу F, поворачивающую якорь и притягивающий его к неподвижной части.

При этом молоточек стучит по колоколу, вызывая звон, а подвижный контакт отходит от стационарно закрепленного. В разрыве между ними проскакивает электрическая искра. Одновременно растягивается механическая пружина и возрастает ее натяжение.

После погасания искры через разомкнутую контактную группу прекращается движение электрических зарядов, пропадает ток, исчезает магнитный поток.

На якорь остается действовать только сила натяжения пружины P, под влиянием которой он возвращается в первоначальное положение. При этом, если кнопка звонка остается нажатой, то в цепи снова возникает электрический ток для нанесения повторного и следующих ударов молоточком по колоколу.

В итоге звонок будет звучать до тех пор, пока посетитель нажимает на кнопку. На практике существуют схемы, ограничивающие длительность звучания. Они основаны на врезании в цепь тока дополнительного нормально замкнутого контакта, который управляется запускаемым таймером. Но этот способ усложняет конструкцию и не всегда оправдан.

Последовательность динамики происходящих при работе процессов демонстрирует анимированная картинка.

Управлять электрическим звонком можно из разных мест. Для этого достаточно подключить параллельно контактам кнопки еще дополнительную кнопку или группу их для монтажа в разных помещениях. Таким способом в XIX веке пользовалась знать и владельцы больших домов для вызова к себе слуг.

Все электрические и магнитные характеристики катушек, проводов, контактов, кнопок и источников питания рассчитываются и подбираются на заводе в соответствии с возникающими тепловыми нагрузками и механическими усилиями для надежной работы.

Звонки на постоянном токе используются в старых телефонных аппаратах, системах сигнализации, пожарной охраны и других устройствах.

Особое беспокойство в этой схеме составляет контактная группа. Через нее при работе постоянно проскакивает искровой разряд, который медленно, но целенаправленно разрушает металл. Это требует периодических осмотров и проведения профилактических работ.

Принцип работы и устройство электрического звонка на переменном токе

Электромагнитная энергия переменного тока изменяется по гармоничному синусоидальному закону. Магнитные и электрические поля постоянно взаимодействуют по времени, направлены встречно по отношению друг к другу.

При прохождении по катушке изменяющегося по направлению и величине тока в магнитопроводе наводится магнитный поток соответствующей формы. В случае правильно подобранной конструкции деталей подвижную часть якоря можно заставить совершать возвратные движения в две стороны под действием магнитной силы.

Во время первого колебания производится удар по колоколу, а при втором — отвод молоточка на исходную позицию для совершения последующего удара. Частота изменения тока в 50 герц будет соответствовать периодичности вырабатываемого звона.

По этому принципу создан и работает электрический звонок, показанный на фотографии.

Он изготовлен в 70-х годах по ГОСТ 7220 66, утвержденному в 1966 году, до сих пор сохранил свою работоспособность.

В его состав входят:

• колокол;

• катушка с обмоткой;

• магнитопровод с ударной пластиной и элементами крепления на стену;

• проводами для подключения в схему;

• винтом крепления колокола на корпусе.

Здесь отсутствует контактная группа. Это повышает надежность системы, исключает необходимость частых профилактических обслуживаний.

После откручивания винта видны все составные части электрического звонка на переменном синусоидальном токе.

Более детально их конструкцию и внешний вид можно рассмотреть на приведенных ниже картинках.

У этой конструкции используется напряжение 220 вольт. Оно присутствует на всех электрических деталях схемы, включая кнопку, что считается опасным фактором и требует контроля состояния изоляции. Подключать такой звонок в сеть кнопками, изготовленными на меньшее напряжение, опасно и недопустимо.

В современных звонках напряжение на обмотку и кнопку снижают включением в схему понижающих трансформаторов. На их первичную обмотку подается 220 вольт от квартирной сети, а на кнопку и звонок подводится пониженное напряжение.

Трансформаторная конструкция на переменном токе встречается в телефонных аппаратах, схемах сигнализации промышленных установок.

Читайте также:

Как выполнить подключение дверного звонка

Про детские шалости или как защитить квартирный звонок от возгорания