醫(yī)用離心機的工作原理

  轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)是離心機的核心部分，由控制、功率驅(qū)動和電機三大要素組成，主要是控制電機的轉(zhuǎn)速。在離心機的發(fā)展進(jìn)程中直流調(diào)速功不可沒，其主要特點是具有良好的起制動、調(diào)速范圍寬、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、理論和實踐都比較成熟等，因此八十年代前在離心機中得到廣泛的應(yīng)用較成熟等，因此八十年代前在離心機中得到廣泛的應(yīng)用，至今仍在應(yīng)用和不斷的改進(jìn)，如改進(jìn)直流電機銅頭和碳刷的耐磨性，以延長電機的壽命和碳刷的更換周期等。

    可控硅相控直流調(diào)速是經(jīng)典的直流調(diào)速方案，結(jié)構(gòu)簡單、技術(shù)成熟，基本滿足離心機調(diào)速的需求，因此在國內(nèi)外離心機中得到廣泛的應(yīng)用。其主要缺點是，整流波形差、電流脈動大、輕負(fù)載時易出現(xiàn)斷流現(xiàn)象、為維持直流電機電流的連續(xù)，需加一笨重的平滑電感，增加了儀器的體積和重量。八十年代后，隨著全控功率器件的發(fā)展，如功率晶體管和場效應(yīng)管等，開關(guān)功率變換技術(shù)逐漸在離心機直流調(diào)速系統(tǒng)中得到應(yīng)用，如德國 eppendorf 5410和 5402離心機，這種技術(shù)主要是通過高頻直流斬波，調(diào)節(jié)脈沖占寬比，改變輔出電壓，為直流電機供電。由于開關(guān)頻率很高，一般小于50KHZ僅靠電機自身的電感濾波，即可獲得平滑的直流電流，克服了可控硅相控直流調(diào)速的缺點，因此轉(zhuǎn)速更平滑，調(diào)速范圍更寬。

    開環(huán)調(diào)速是簡單的調(diào)速方案，甚至十幾個分立器件或一個集成塊即可組成一個系統(tǒng)，所以至今國內(nèi)某些低價位的離心機仍采用這種方案，其主要缺點是需要手動調(diào)速，不能控制電機的電流，轉(zhuǎn)速精度和技術(shù)附加值都比較低。鑒于開環(huán)調(diào)速的局限性，國內(nèi)外大部分離心機普遍采用既有電流反饋又有轉(zhuǎn)速反饋的雙閉環(huán)調(diào)速方案，其主要優(yōu)點是自動調(diào)速、升速快、轉(zhuǎn)速超調(diào)小、精度高、限流功能避免電機過電流損壞。

    雖然直流調(diào)速歷史悠久、技術(shù)成熟、但直流電機機械整流子換向是其致命的弱點，限制了電機的轉(zhuǎn)速，整流子帶來干擾，需要更換碳刷等，使得早期的超速或高速離心機不得不采用如齒輪變速的間接提速方案或其它方法，增加了成本和體積，降低了壽命和可靠性。七十年代末，國外超速離心機中*采用變頻調(diào)速技術(shù)，主要通過改變感應(yīng)電機的供電頻率調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。由于感應(yīng)電機無需機械整流子，不僅免去更換碳刷之煩，而且提高了電機轉(zhuǎn)速，甚至十幾萬轉(zhuǎn)的超速離心機，也能直接驅(qū)動，大大簡化離心機的結(jié)構(gòu)。變頻調(diào)速的技術(shù)關(guān)鍵：一是全控功率器件的發(fā)展和應(yīng)用，簡化了調(diào)速的技術(shù)關(guān)鍵：一是全控功率器件的發(fā)展和應(yīng)用，簡化了逆變器的主電路；二是SPWM技術(shù)改進(jìn)了逆變器的性能指標(biāo)；三是控制技術(shù)的發(fā)展，如矢量控制技術(shù)等，使感應(yīng)電機的控制性能達(dá)到或超過直流電機的水平；四是變頻調(diào)速大規(guī)模集成電路和微處理器大大簡化了變頻電路，如西門子三相可編程脈寬調(diào)制集成電路SIH4520、Intel公司的SX196MC和 TI公司的 TMS 320C240電機控制單片機等，目前變頻調(diào)速*可以和直流調(diào)速相媲美。九十年代后，國外主要離心機廠商的全線產(chǎn)品幾乎都采用變頻調(diào)速的技術(shù)，不論超速、高速，還是低速離心機，如德國Heraeus、Hettich等，我國也將變頻調(diào)速離心機列為攻關(guān)計劃，部分廠家已經(jīng)推出變頻調(diào)速離心機，如上海安亭科學(xué)儀器廠，中科院生物物理所等。根據(jù)交流電機不同，變頻調(diào)速也有所區(qū)別，目前變頻調(diào)速離心機中所用電機主要有三種：異步感應(yīng)電機、無刷直流電機和可變磁阻電機。1988年SORVALL應(yīng)用無刷直流電機*推出RC－285亞超速離心機，Beckman應(yīng)用可變磁阻電機生產(chǎn)出轉(zhuǎn)速高達(dá)三萬轉(zhuǎn)的Avanti系列離心機，其起制動加減速率比同類離心機快一倍，但目前應(yīng)用普及和成熟還是異步感應(yīng)電機。