Методические указания/ М.И. Стальная, С.Ю. Еремочкин

1
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ ИМ. И.И.ПОЛЗУНОВА» (АлтГТУ)
М.И. Стальная, С.Ю. Еремочкин
ЭЛЕКТРОПРИВОД БЫТОВЫХ УСТАНОВОК
Методические указания и задания к лабораторным работам
для студентов специальности 140400
“Электротехника и автоматизированный электропривод”
Барнаул 2014 г
2
УДК
М.И. Стальная, С.Ю. Еремочкин. ЭЛЕКТРОПРИВОД БЫТОВЫХ УСТНОВОК Методические указания и задания к лабораторным работам для студентов
специальности 140400 “Электротехника и автоматизированный электропривод”
Барнаул: АлтГТУ, 2014 – 34 с.
Рекомендовано и одобрено на
заседании кафедры ЭиАЭП
Протокол № 3 от 14.11.2014 г
3
СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
СХЕМА 1
УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ ХОЛОДИЛЬНИКА……..
4
СХЕМА 2
СХЕМА 3
6
7
СХЕМА 4
УПРАВЛЕНИЕ СТИРАЛЬНОЙ МАШИНОЙ…………………………
ДВУХДВИГАТЕЛЬНЫЙ ПРИВОД СТИРАЛЬНОЙ МАШИНЫ С
ЦЕНТРИФУГОЙ…………………………………………………………
«ЗАКРОЙТЕ ХОЛОДИЛЬНИК»………………………………………..
СХЕМА 5
«ЗАКРЫТА ЛИ ДВЕРЬ?»……………………………………………….
10
СХЕМА 6
УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ОТДАЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ………….
11
СХЕМА 7
СХЕМА 8
СХЕМА 9
СХЕМА 10
СХЕМА 11
9
НЕТ ЛИ ЖУЧКА В КВАРТИРЕ?..............................................................
КОМБИНИРОВАННЫЙ РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ……………
ФОТОРЕЛЕ НА ИНФРАКРАСНЫХ ЛУЧАХ………………………….
КОДОВЫЙ ЗАМОК-ЗВОНОК………………………………………….
БЛОКИРАТОР СИСТЕМЫ ИСКРОВОГО ЗАЖИГАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ АВТОМОБИЛЯ…………………………………………………..
СХЕМА 12 ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ СВЕТОВЫХ ГИРЛЯНД…………………………
13
Расчетное задание. СВЕТОФОР……………………………………….
12
14
17
20
Варианты задания 1………………………………………………..
ЛИТЕРАТУРА………………………………………………………
32
34
24
26
29
4
СХЕМА 1. УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ ХОЛОДИЛЬНИКА
На рисунке 1,а показана электросхема холодильника. В электроприводе
используется двухобмоточный асинхронный электродвигатель с двумя обмотками 1 и 2. Ток, протекающий, по обмотке 1 сдвинут примерно на 90
электроградусов относительно тока, протекающего по обмотке 2, за счет дополнительной индуктивности, вносимой катушкой пускового реле РП.
Рисунок 1, а Электросхема холодильника
При включении в сеть начинает протекать ток по цепочке: зажим 1,2
нормально замкнутый контакт РТ1 теплового реле, нагревательный элемент РТ
(обычно в качестве нагревательного элемента используется биметаллическая
пластинка) зажим 3, катушку реле РП, зажим 4, обмотка двигателя 1, зажим 5,
зажим 6, регулятор температуры, зажим 7. Протекание тока через катушку реле
РП вызовет ее срабатывание и замыкание ее замыкающих контактов РП1, при
этом включается катушка 2, по ней протекает ток по цепи: зажим 1, зажим 2,
нормально-замкнутые контакторы Р, тепловой элемент РТ, зажим 3, замыкающий контакт реле РП1, зажим 8, обмотка 2, зажим 5, зажим 6, регулятор температуры, зажим 7.
Теперь на обмотки 1 и 2, сдвинутые в пространстве на 900, подается
сдвинутое во времени примерно на 90 эл. градусов напряжение. Создается круговое вращательное поле в статоре, электродвигатель начинает работать. Теп-
5
ловой элемент регулятора температуры начинает нагреваться и в соответствии
с установкой винта регулятора температуры через некоторое время разомкнется
контакт регулятора температуры. Двигатель отключится от сети. Автоматическое его включение произойдет тогда, когда нагревательный элемент регулятора температуры остынет, и вернется в исходное состояние и замкнет регулятора
температуры. Произойдет включение электродвигателя по вышеописанному
принципу. Реле РТ служит для отключения двигателя, в случае его неисправности и перегрузки.
Рисунок 1, б Электросхема холодильника с автотрансформатором
Схема, представленная на рисунке 1,б отличается тем, что если напряжение сети ниже 220 В используется автотрансформатор для повышения питающего напряжения. Автотрансформатор работает следующим образом (Рисунок
1,в)
Рисунок 1, в
Пусть переменный ток начинается от зажима 10 и начинает протекать че-
6
рез обмотку 1 автотранспорта от начала к концу и через нагрузку (показано
стрелками) тогда в обмотке 2 автотрансформатора наведется ЭДС от конца к
началу. Эта ЭДС, замыкаясь через источник питания и нагрузку, дает ток, действующий согласно с током источника питания переменного напряжения, т.к. в
этом случае наведенная ЭДС и источник питания переменного напряжения U
действуют последовательно и согласованно, повышая тем самым напряжение,
поступающее на двигатель. При перемещении зажима 2 вверх, коэффициент
трансформации будет увеличиваться.
СХЕМА 2. УПРАВЛЕНИЕ СТИРАЛЬНОЙ МАШИНОЙ
Через разъемы 112 происходит соединение системы управления стиральной машины с сетью, с двигателем М, и конденсаторами С1 и С2, обеспечивающими сдвиг напряжения (тока) в обмотке 2 примерно на 90 эл. градусов
по отношению к напряжению (току) в обмотке 1 двигателя М (Рисунок 2).
Рисунок 2 Стиральная машина
Схема, представленная на рисунке 2, работает следующим образом.
При нажатии на кнопку «П» пуск катушка контактора получает питание
7
К и замыкает свои замыкающие контакторы К1, К2, К3. Через разъемы 8,4 катушку циклического реле времени Р, разъем 3, замкнутый контакт нормально
замкнутый контакт Р1, разъем 7,10 обмотку 1 двигателя М, разъем 11, конденсаторы С1 и С2, разъем 9, контакт К3, разъем 5, кнопка «П» - сеть. Циклическое реле времени Р срабатывает и начинается отсчет времени t1. В это время,
обмотка 2 также получает питание по цепочке: сеть, разъем 8,4, реле Р, разъем 3, замкнутый контакт К1, еще пока замкнутый контакт Р1, размыкающий, но
замкнутый пока контакт Р2, разъем 2, 12, обмотка 2 двигателя М, разъемы
13,1, замкнутый размыкающий контакт Р4, разъемы 6,9 замкнутый контакт К3,
разъем 5, замкнутый контакт К1, замкнутый контакт Р6, сеть. Двигатель начинает вращаться.
По истечении времени t1, контакт Р1 разомкнется, а затем по истечении
времени t2, контакт Р1 вновь замкнется, но при этом разомкнутся контакты Р2,
Р4 и замкнутся контакты Р3, Р5, обеспечивая тем самым протекание тока в обмотке 2 в обратную сторону. Ток в обмотке 1 своего направления менять в
это время не будет. Теперь ток в обмотке 2 будет протекать по цепочке: разъемы 8,4, катушка Р, разъем 3, замкнутые контакты Р1, Р3, разъемы 1,13, обмотка 2, разъемы 12,2 контакт Р5 разъемы 6,9, контакт К3, разъем 5, контакт К2,
замкнутый контакт Р6, сеть. Теперь двигатель начнет вращаться в обратную
сторону.
По истечении временя t3, циклическое реле Р опять даст команду на отключение контакта Р1, а после паузы на включение Р1 переключении контактов
Р2Р5 и т.д. пока не кончится заданное время цикла и не разомкнется последний контакт Р6, приводя всю схему в исходное состояние.
СХЕМА 3. ДВУХДВИГАТЕЛЬНЫЙ ПРИВОД СТИРАЛЬНОЙ
МАШИНЫ С ЦЕНТРИФУГОЙ
На рисунке 3,а представлена передняя пластмассовая панель управления 1, на которую выведены ручки: ручка переключателя режима – 2,(стирки-1 или
8
отжима режима), ручки реле времени – 3 и 4 для включения электроприводов
центрифуги и активатора, соответственно. Для включения машины на стирку
или отжим вначале выбирают ручкой 2 режим работы. Это будут (на схеме рисунка 3,б) или нормально замкнутые контакты МП1 в режиме стирка или в режиме 2 замкнется контакт МП2, обеспечивая режим работы центрифуги с двигателем М2.
Рисунок 3,а
Рисунок 3,б
Пусть выбираем режим 1 – стирка, тогда контакт МП1 – замкнут, а контакт МП-2 – разомкнут. Включаем реле времени РВ1, т.е. поворачиваем ручку 4
9
на соответствующее время. Контакты РВ1 замкнутся, обеспечивая в течение заданного времени питание обмоток двигателя М1. Переключатель П, имеющий
два положения, обеспечивает периодический реверс двигателя М1. На рисунке
3,б также показаны схемы соединения статорных обмоток двигателей.
СХЕМА №4. «ЗАКРОЙТЕ ХОЛОДИЛЬНИК»
Схема «Закройте холодильник» - это прерывистые звуковые сигналы при
незакрытом холодильнике, которые подает описываемое ниже устройство. Оно
реагирует на свет электрической лампочки, включающейся при открывании
двери холодильника и освещающей холодильную камеру. Звуковые сигналы
устройство начинает подавать не сразу, а спустя некоторое время (его можно
выбрать любым в пределах 5…30 с), поэтому при кратковременных открываниях двери холодильника оно «молчит». Принципиальная схема сигнализатора
показана на рисунке 4. В него входят два мультивибратора (на элементах
DD1.1, DD1.3), усилитель сигналов звуковой частоты (VT2) и электронный
ключ (VT1). Питается устройство от батареи напряжением 9В, при открывании
холодильника, когда замыкается контакт Q1.
Рисунок 4
Сопротивление фоторезистора R2, размещенного в непосредственной
10
близости от лампочки Л и при ее загорании резко уменьшается. В результате
транзистор VT1 открывается и замыкает цепь питания микросхем, транзистора
VT2 и динамика ВА1. С этого момента начинают заряжаться конденсаторы С1,
С2, С3.. Быстрее всех зарядится конденсатор С3, затем конденсатор С2 и затем
С3, конденсатор С1 начинает заряжаться через резисторы R4, R5 и когда
напряжение на нем достигнет уровня логической 1, включается мультивибратор на элементе DD1.1 (время задержки включения DD1.1 устанавливают подстроечным резистором R5). Мультивибратор работает следующим образом.
При уровне логической 1 на выходе DD1.1 конденсатор С2 заряжается через
диод VD1 и резистор R6, при уровне 0 – разряжается через диод VD2 и резистор R7. номиналы R6. R7. C2 выбраны так, чтобы уровень 1 на выходе DD1.1
поддерживался примерно 2 с, а уровень нуля – 0,3 с.
Импульсное напряжение первого мультивибратора инвертируется элементом DD1.2 и периодически запускает мультивибратор DD1.3, вырабатывающий колебания с частотой 3…10 кГц при помощи подстроечного резистора
R9. Выходной сигнал этого мультивибратора в свою очередь инвертируется
элементом DD1.4 и через ограничительный резистор R10 поступает на цепь
базы транзистора VT2. В коллекторную цепь этого транзистора включена динамическая головка громкоговорителя ВА1.
При рассказе этой схемы необходимо обязательно приводить тактовую
поузловую диаграмму.
СХЕМА №5. «ЗАКРЫТА ЛИ ДВЕРЬ?»
Иногда возникает необходимость в дистанционном контроле состояния
двери охраняемого помещения. Данная схема предлагает простое и надежное
решение этой задачи.
В косяк двери последовательно с диодом V3 устанавливают концевой выключатель S2. В исходном положении дверь закрыта, контакты выключателя S2
замкнуты, обмотка реле К2 питается током, выпрямленным диодами V2 и V3.
Обмотка реле К1 обесточена из-за встречного включения диодов V1 и V3. Об-
11
рыв проводов или размыкание контактов выключателя S2 приводит к обесточиванию обмотки реле К2. Индикаторами состояния двери и линии служат лампы
накаливания Н1 и Н2, включаемые контактами К1.1 и К2.1 соответствующих
реле.
Рисунок 5
СХЕМА 6. УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ОТДАЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ
Устройство позволяет контролировать состояние удалённых от дома объектов,
например, гаража, хозяйственного сарая, отдельно стоящего дома и т.д.
Схема устройства приведена на рисунке 6. Контакты SF1…SFN установлены на
дверях, окнах и т.д., охраняемого объекта (объектов), там же находится и резистор
R1. Штриховыми линиями показаны провода от объекта до дома.
Рисунок 6
12
В дежурном режиме на базы транзисторов VT1 и VT2 поступает половина
напряжения питания с делителя R1-R2. Транзисторы VT1 и VT2 почти закрыты, ток,
потребляемый устройством от источника питания мал (не > 110 мкА). При открывании двери (окна) охраняемого объекта и замыкании SFi, открывается транзистор VT2,
который в свою очередь открывает транзисторы VT3 и VT4 образующие электронный
управляемый переключатель. При этом срабатывает реле К1 и контактами К1.1 включает звонок НА (или иное сигнальное устройство) и светодиод СД.
В случае обрыва (пунктирного) провода открывается транзистор VT1 (через резисторы R2, R3) и вслед за ним – транзистор VT4 (через резистор R5 и диод VD1, базу VT4) и транзистор VT3 по цепочке: К1, эмиттер VT3, база VT3,коллектор VT4.
Начинает протекать ток: К1, эмиттер VТ3, коллектор VT3, R7. Срабатывает реле К1 и
контактами К1.1 включает сигнализацию.
При ответе привести тактовую поузловую диаграмму работы устройства.
СХЕМА №7. НЕТ ЛИ ЖУЧКА В КВАРТИРЕ?
На радиорынках сегодня можно без труда приобрести различные “жучки”, “баги” и т.п. устройства различной степени сложности. Обнаружить эти
устройства в квартире можно с помощью приёмников (сканеров), “просматривающих” электромагнитное излучение в широкой полосе частот – от килогерц
(кГц) до гигагерц (ГГц).
Прибор для поиска микропередатчиков представляет собой звуковой и
световой сигнализатор наличия радиочастотных излучений. Он имеет высокую
чувствительность в полосе частот до 1 ГГц.
Принципиальная схема сигнализатора показана на рисунке 7. При приближении антенны WA1 к микропередатчику в ней наводится высокочастотное
напряжение, которое через конденсатор C1 поступает на вход (базу) транзистора VT1. Ёмкость конденсатора С1 определяет нижнюю границу принимаемого
диапазона частот. Её подбирают такой, чтобы индикатор не реагировал на бытовые низкочастотные помехи электродвигателей, тиристорных регуляторов
напряжения, ГСП магнитофонов и т.д.
С выхода транзистора сигнал поступает на диодный детектор VD1. Че-
13
рез фильтр C4, L1 и резистор R6 постоянная составляющая продетектированного сигнала поступает на вход усилителя постоянного тока (транзисторы VT2,
VT3). Усилитель постоянного тока управляет работой мультивибратора на
транзисторах VT4 и VT5. (Рассказать, как работает последний).
Рисунок 7
К коллекторным цепям транзисторов VT4, VT5 подключен пьезоизлучатель ZQ1. Он преобразует электрические колебания, вырабатываемые мульти-
14
вибратором, в звук. Такое включение излучателя повышает громкость его звучания. При работе мультивибратора, кроме того, светится светодиод HL1. (При
объяснении работы устройства приводить поузловую тактовую диаграмму)
На диод VD1 через резистор R4, R5 поступает напряжение смещения со
стабилизатора напряжения VD3, которое приоткрывает диод VD1 и транзистор
VT2. Это повышает чувствительность детектора к малым уровням ВЧ сигналов.
Резистор R4 подбирают так, чтобы светозвуковой сигнализатор находился на
грани срабатывания сигнализатора. Как следствие, даже очень небольшая добавка напряжения, возникающая при детектировании исследуемого сигнала,
открывает транзисторы VT2, VT3, запуская мультивибратор.
СХЕМА №8. КОМБИНИРОВАННЫЙ РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ
Устройство состоит из блока регулирования температуры, собранного на
транзисторах VT4, VT5, VT6 и блока коррекции температуры в зависимости от
уровня освещенности (транзисторы VT1, VT2). Блоки связаны согласующим
устройством, выполненным на транзисторе VT3. В зависимости от положения
командоконтроллера SA1, установленное значение температуры при изменении
условий освещенности сместится в ту или иную сторону. Выходное реле КМ1,
являющееся нагрузкой усилителя мощности VT6, своими контактами (на схеме
не показаны) управляет работой нагревательного устройства.
Датчики – фоторезистор R1 и терморезистор R14 – реагируют на изменение освещенности и температуры соответственно. Параметры среды, поддерживаемые комбинированным регулятором, устанавливают по освещенности
переменным резистором R2, по температуре – переменным резистором R15 и
регулятором смещения температуры – переменным резистором R12.
15
.
Рисунок 8
16
Регулятор работает следующим образом. С повышением температуры
объекта уменьшается сопротивление датчика R14 и, следовательно, увеличивается открывающее отрицательное напряжение на базе транзистора VT4 и при
достижении некоторой температуры (она определяется положением движка переменного резистора R15) триггер Шмитта VT4, VT5 блока регулятора температуры переключается. Это приводит к открыванию транзистора VT6, срабатыванию реле КМ1 и отключению нагревательного устройства. Температура на
объекте начинает уменьшаться, сопротивление терморезистора увеличивается,
и в некоторый момент происходит обратное переключение триггера.
Порог срабатывания блока коррекции температуры от освещенности
(день-ночь) зависит от положения движка переменного резистора R2. Когда
освещенность объекта меньше пороговой, транзистор VT1 триггера Шмитта закрыт, а VT2 – открыт. При показанном на схеме положении контактов командоконтроллера SA1 на верхнем (по схеме) выводе переменного резистора R12
напряжение близко к нулю (по отношению к нижнему выводу). В этом случае
работа блока регулятора температуры не зависит от положения движка этого
резистора.
Как только освещенность увеличится и станет выше пороговой, триггер
VT1, VT2 переключится, транзистор VT2 закроется. На резисторе R12 появится
некоторое напряжение, которое изменит порог срабатывания триггера блока регулятора температуры, установленный резистором R15. Теперь этот триггер
будет срабатывать уже при меньшей температуре объекта, причем тем меньшей, чем большее напряжение снимается с движка резистора R12. Транзистор
VT3 согласующего устройства закрыт напряжением, поступающим с вспомогательного выпрямителя на диоде VD10, и в работе участия не принимает.
Если перевести переключатель SA1 в нижнее положение (день), то транзистор VT3 будет открываться при закрывании транзистора VT2. Нетрудно видеть, что теперь воздействие блока коррекции температуры на блок регулирования температуры будет противоположным по знаку. «Поправку», вносимую
блоком коррекции температуры, можно регулировать переменным резистором R12.
17
СХЕМА №9. ФОТОРЕЛЕ НА ИНФРАКРАСНЫХ ЛУЧАХ
Предлагаемое фотореле на ИК (инфракрасных) лучах можно использовать: или для организации систем невидимой оранной сигнализации или в качестве устройства фотофиниша при проведении соревновании, или как локатора в
самодвижущихся моделях и многих других устройствах.
Фотореле включает в себя излучатель и приёмник. Оно может работать в
режиме прерывания луча и в режиме локатора.
При работе устройства в режиме прерывания луча излучатель формирует
узкий пучок ИК-излучения, который в отсутствии перекрывающих его предметов попадает на чувствительный фотоэлемент приемника. Затем преобразуется
в электрический сигнал. Этот сигнал поступает на пороговый узел, который
сравнивает напряжение сигнала с некоторым пороговым значением. В данном
(не прерванном) режиме оно больше порогового значения и фотореле не срабатывает. В случае, когда сигнал меньше этого значения, то есть когда ИК луч
прерван каким-либо непрозрачным предметом, устройство включает, например,
систему охранной сигнализации или останавливает секундомер устройства фотофиниша и т. п. Фотореле в этом режиме может работать при расстоянии между приемником и излучателем до 30 м.
В режиме локатора излучатель и приемник устанавливаются рядом таким
образом, что луч может попасть на фотоэлемент приемника, только отразившись от какого-либо предмета. Срабатывание порогового узла в этом случае
происходит при приближении предмета к устройству на расстояние 1-2 м.
Особенность фотореле состоит в том, что оно защищено от ложных срабатываний, которые в подобных устройствах возникают из-за ИК-излучения
нагретых тел. Защита достигнута путем импульсной модуляции с определенной
частотой ИК луча излучателя и использования в приемнике фильтра, пропускающего только сигнал переменного тока с заданной частотой модуляции. Частота модуляции выбрана около 1кГц при скважности 2.
Принципиальная схема излучателя показана на рисунке 9,а. На транзисторах VT1 и VT2 собран мультивибратор. В коллекторную цепь транзистора
18
VT2 включен излучающий диод VD1. Приемник устройства выполнен по
принципиальной схеме, изображенной на рисунке 9,б.
Рисунок 9,а
Импульсы ИК-излучения попадают на фотодиод VD1 (Рисунок 9,б) и
преобразуются в электрические импульсы, которые усиливаются усилителем на
транзисторе VT1 и микросхеме СА1 – операционный усилитель, усиливающий
сигнал, поступающий с VT1.
Конденсаторы и резисторы в усилителе подобраны так, что он пропускает
только колебания с частотой модуляции и ослабляет другие сигналы, которые
могли бы вызывать ложное срабатывание порогового узла, например сигнал от
мерцания света в люминесцентных лампах. Далее усиленные колебания поступают на выпрямитель на диодах VD2 и VD3 и после него заряжают конденсатор С8.
Пороговый узел устройства собран на транзисторах VT2, VT3 и реле К1.
При малом напряжении на конденсаторе С8, то есть когда ИК перекрыт непрозрачным предметом и переменного сигнала с VT1 и СА1 нет, следовательно,
через С7 не проходит постоянный сигнал и на базе VT2 «-», транзистор VT2 закрыт, транзистор VT3 открыт и через обмотку реле К1 течет ток. При увеличении потока принимаемого ИК излучения, напряжение на конденсаторе С9, возрастает до открывания транзистора VT2. Транзистор VT3 закрывается, обмотка
реле К1 обесточивается.
19
Рисунок 9,б
В зависимости от применения устройства сигнализации могут быть использованы различные контакты реле К1. При установке фотореле в системе охранной сигнализации целесообразно предусмотреть блокировку выключения звукового сигнала
после восстановления пути прохождения ИК луча. Это показано на рисунке 9,б штриховой линией. В этом случае сигнализацию можно выключить только нажатием
кнопки SB1.
20
СХЕМА №10. КОДОВЫЙ ЗАМОК-ЗВОНОК
Серьезным препятствием для непрошенных «гостей» при попытке проникнуть в вашу квартиру может стать электронный кодовый замок. Его устанавливают на двери подобно обычному механическому. У описываемого варианта кодового замка отсутствует традиционное кнопочное поле.
Код замка набирают одной кнопкой — последовательным нажатием и отпусканием. Она одновременно выполняет функцию кнопки дверного звонка,
причем на время набора кода звонок отключается. При этом электронный блок
замка формирует состоящее из нулей и единиц восьмиразрядное двоичное слово. Введению единицы соответствует замыкание контактов кнопки в течение
1...2 с, а нуля — менее 1с.
При первом нажатии на кнопку в квартире раздается звуковой сигнал
звонка, а после ее отпускания устройство блокирует подачу сигнала на 3 секунды. За это время необходимо приступить к набору кода. Если период между
нажатиями не превышает 3 с, то набор кода происходит без включения сигнала
звонка, так как каждое очередное размыкание контактов кнопки продляет блокировку на 3 с.
После набора кода необходимо еще раз нажать на кнопку и удерживать ее
в этом состоянии. Если код набран верно, через 2 секунды срабатывает электромагнит замка и он откроется.
Необходимо помнить, что при наборе кода кнопку нельзя удерживать
нажатой более 2 секунд, иначе замок окажется блокированным в течение 20 с и
не будет реагировать на дальнейшие нажатия. Подобная мера существенно повышает секретность замка.
При замыкании контактов кнопки SB1 (см. схему рисунка 10,а) генератор, выполненный на DD1.3, DD1.4 через триггер Шмитта DD2.1 запускается и
начинает вырабатывать прямоугольные импульсы частотой 6 Гц.
Выходные импульсы этого генератора подсчитывает счетчик DD3, на основании которого выполнен делитель частоты (коэффициент деления с выхода
Q1 равен 6, а с выхода Q4 – 12).
21
В начальный момент, когда на кнопку звонка нажали первый раз, на нижний по схеме вход триггера Шмитта DD2.3 с инверсного выхода одновибратора
DD4.2 поступает напряжение высокого уровня. В результате этого импульсы с
генератора DD2.4 проходят на вход транзисторного ключа VT1, нагрузкой которого служит телефон BF1. Тональность сигнала определяет частота генератора на триггере Шмитта DD2.4.
При размыкании контактов кнопки SB1 выходной уровень триггера
Шмитта DD2.2 изменяется с низкого уровня на высокий. Положительный перепад напряжения запускает одновибратор DD4.2, и на его инверсном выходе
уровень изменяется с высокого на низкий. Длительность формируемого импульса низкого уровня устанавливается равной 3 секундам выбором параметров
цепи C6R11. Поэтому сигнал генератора с триггера DD2.4 в течение 3 секунд не
поступает на базу транзистора VT1 — звонок блокирован. Переключателем
SA1 можно отключить блокировку. Для этого его необходимо установить в
нижнее по схеме положение.
На одновибраторе DD4.1 выполнено устройство двадцатисекундной блокировки набора кода замка. Как только длительность нажатия на кнопку SB1
превысит 2 секунды, отрицательный перепад напряжения с выхода Q1 счетчика
DD3 запустит одновибратор DD4.1.
Выходной импульс низкого уровня с инверсного выхода Q1 одновибратора DD4.1 обнулит содержимое регистров DD5, DD6. Длительность импульса
устанавливают равной 20 с подбором параметров цепи C5R10. В течение этого
времени запись кода в регистры не происходит.
Триггеры Шмитта DD2.1, DD2.2 подавляют импульсы «дребезга» контактов кнопки SB1, а также формируют сигналы, управляющие работой электронного блока.
22
Рисунок 10,а
На элементах DD1.1 и DD1.2 (см. рисунок 10,б) выполнен генератор прямоугольных импульсов частотой 10 кГц. Генератор запускается лишь в том
случае, если на верхний по схеме вход элемента DD1.1 также будет подано
напряжение высокого уровня. Для этого необходимо после набора кодового
слова еще раз нажать на кнопку SB1 и удерживать ее нажатой. Через две секунды на выходе Q1 счетчика DD3 устанавливается напряжение высокого уровня.
В зависимости от длительности нажатия на кнопку SB1 на выходе Q1
счетчика DD3 устанавливается напряжение либо нулевого, либо единичного
уровня. Каждое очередное замыкание контактов кнопки обнуляет счетчик: импульс обнуления формирует дифференцирующая цепь C4R9.
23
На триггерах микросхем DD5, DD6 (см. рисунок 10,б) выполнен сдвиговый регистр, который служит для формирования и хранения кодового слова,
набираемого кнопкой SB1. Если оно соответствует слову, установленному
шифратором SA2-SA9, то на все входы элемента совпадения DD7 поступает
напряжение единичного уровня. На выходе этого элемента устанавливается
напряжение нулевого уровня, которое закрывает транзистор VT2, и на верхний
по схеме вход элемента DD1.2 поступает напряжение высокого уровня с коллектора транзистора, светодиод HL1 гаснет.
Рисунок 10,б
24
СХЕМА 11. БЛОКИРАТОР СИСТЕМЫ ИСКРОВОГО
ЗАЖИГАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ АВТОМОБИЛЯ
Технические средства, затрудняющие несанкционированное использование автомобиля, разнообразны и пока остаются его необходимым оснащением. Несмотря на широкую номенклатуру предлагаемых электронных схем
защиты, владельцы машин выбирают для каждого практического случая противоугонное средство с требуемым набором функций и приемлемым соотношением «цена – качество».
Рассмотренный на рисунке 11 блокиратор относится к группе так называемых VRS – устройств (Vehicle Recovery System – системы возврата угнанного автомобиля). Они начинают работать сразу после угона автомобиля злоумышленниками. Набор выполняемых блокиратором функций весьма широк,
а применение цифрового принципа формирования временных задержек, защищает от помех и перегрузок, обеспечивает достаточно уверенную надежность.
После включения зажигания SA1 и запуска двигателя система дает водителю некоторое время, чтобы нажать секретную кнопку «Секрет». Если это
не сделать, то устройство сначала дает предупредительный сигнал, а затем
отключает зажигание и включает световую и звуковую (громкую) сигнализацию.
При нападении на водителя, когда его насильно выталкивают из машины во время кратковременной остановки с работающим двигателем и открытой дверью, это устройство срабатывает через 16 с., если не нажать кнопку
«Секрет» – обнуления, с выдачей вначале «предупредительной» сигнализации, а затем еще через 16 с. включается сигнал тревоги и двигатель отключается.
Схема, изображенная на рисунке 11, работает следующим образом. При
замыкании SA1 - «Зажигание» на вх.1 подается питание, и транзистор V3 открывается, реле зажигания К1 срабатывает и к двигателю через К1.1 подается
питание. Одновременно через С1 на вход S триггера DD1 поступает короткий
25
импульс, который устанавливает триггер в «1». Этим он запускает генератор
Г-1 с частотой 1 Гц. Выход генератора связан со счетным входом «С» счетчика «Сч» и входом генератора Г-2 (на 10 Гц), а также с базой V7. Пока счетчик
не досчитает до 16, диоды D1 и D2 открыты и шунтируют единичные сигналы
Г-1, поэтому они не достигают ни V7, ни Г-2, ни V5, ни V6, ни V2.
Рисунок 11 Схема блокиратора системы искрового зажигания двигателя
Если до 16-го импульса нажать кнопку «Секрет», то триггер DD11 вернется в исходное положение, генератор Г-1 прекратит работать, счетчик «Сч»
26
сбросится по входу R, реле зажигания К1 и V3 останутся включенными.
Если не нажать кнопку «Секрет» и счетчик досчитает до 16, то диод D1
закроется, а D2 еще будет открыт. Сигналы с Г-1 теперь будут поступать на
Г-2, который начнет через усилитель подавать 16 звуковых «предупредительных» сигналов через контакт К2.2. Если от «секрета» не поступит обнуляющего сигнала и в это время, то через 32 секунды на выходе «Сч» 32 появится
«1». Она закроет диод D2 и откроет транзисторы V2, V5 и V7, при этом
включится катушка К3 световой сигнализации и катушка К2 звуковой серены,
а транзистор V2 зашунтирует транзистор V3, что приведет к обесточиванию
К1 и отключению двигателя.
Счетчик DD2 «Сч» не обнуляется и не считает дальше, т.к. сигналы с Г1 не пропускает на счетчик теперь элемент DD3, он их шунтирует. Генератор
Г-2 не перестает работать, а выдает «тревожный» сигнал сирены через контакт К2.1. Так будет до тех пор, пока не выключится кнопка SA1 «Зажигание»
или не сработает кнопка «Секрет».
Таким образом, чтобы снова запустить двигатель необходимо SA1 отключить и выключить, чтобы разрядить конденсатор С1.
Контакт «Дверь» при работающем двигателе и кратковременном открывании двери запустит всю охранную сигнализацию, т.к. V1 подаст «1» на
вход «S» триггера DD1.1, далее все происходит так же, как в предыдущем
случае.
12. ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ СВЕТОВЫХ ГИРЛЯНД
Для светового оформления елки, помещения или витрины магазина часто
используют световые гирлянды, рассчитанные на напряжение питания 220 В.
Схема устройства (Рисунок 12) позволяет автоматически управлять включением трех гирлянд, что не только привлекает внимание, но и помогает создать
праздничное настроение. При этом в зависимости от положения движков переменных резисторов серии импульсов на соответствующих выходах будут различными, что делает эффект загорания не периодическим. Это не утомляет зре-
27
ние при длительной работе устройства, как в случае одной и той же заданной последовательности включения гирлянд.
Коммутация гирлянд осуществляется тиристорами VS1...VS3. Управляют
включением тиристоров транзисторные ключи VT1...VT3, на базу которых поступает сигнал от двух источников – генераторов импульсов на элементах микросхемы D1 и сетевой пульсации, проходящей через переменные резисторы R7,
R12, R16.
В зависимости от положения соответствующего движка резистора в результате смешивания разночастотных сигналов образуются разные сигналы
управления транзисторами, что образует разные серии световых импульсов.
Устройство рассчитано на подключение к каждому каналу ламп с потребляемым током не более 1 А (мощность нагрузки 220 Вт), однако, если тиристоры
установить на радиаторы, а диоды VD1...VD4 использовать более мощные
(КД206 (А-В) или аналогичные), допустимый ток нагрузки каждого канала увеличится до 2 А.
Для подавления возможных радиопомех, возникающих при работе тиристоров, в цепь питания устройства включен фильтр, состоящий из дросселя Т1 и
конденсаторов Cl,C2 типа К73-16В на 400 В или аналогичные. Дроссель намотан на двух склеенных вместе ферритовых кольцах типоразмера К20х12х6 мм из
феррита марки 2000НМ. Обе обмотки содержат по 30 витков провода ПЭВ-2
диаметром 0,51 мм. Остальные конденсаторы: СЗ, С4, С6 – К73-17; С5, С7...С9 –
К53-4 на 16 В. Переменные резисторы применены типа СПО-0,5 (номинал может быть 12 кОм), остальные резисторы типа С2-23.
В схеме можно использовать любые маломощные транзисторы соответствующей проводимости.
28
Рисунок 12 Схема переключателя световых гирлянд
29
13 Расчетное задание. СВЕТОФОР
Схема электронного светофора, представленная на рисунке 13.1, работает
следующим образом. Шесть секунд должен гореть зеленый свет, две секунды
зеленый свет мигает, желтый свет горит 2 секунды, красный свет – 3 секунды,
желтый 2 секунды. Далее алгоритм работы светофора повторяется. Итого полный цикл - 16 секунд. Тактовая диаграмма включения сигналов светофора
представлена на рис. 13.1, а на рисунке 13.2 тактовая диаграмма работы светофора.
Период
I
II
II
I
IV
V
I
зеленый
желтый
красный
Рисунок 13.1 - Тактовая диаграмма включения сигналов светофора
Рисунок 13.2 - Тактовая диаграмма работы светофора
В соответствии с тактовой диаграммой работы светофора (Рисунок 13.2)
записываются логические уравнения:
30
Зеленый  Вх  1  2  4  8  Вх  1  2  4  8  Вх  1  2  4  8  Вх  1  2  4  8 
 Вх  1  2  4  8  Вх  1  2  4  8  Вх  ГИ  1  2  4  8  Вх  ГИ  1  2  4  8 
 Вх  2  4  8  Вх  2  4  8  Вх  2  4  8  Вх  ГИ  2  4  8 
 Вх  8  (4  2  4  ГИ  2  4)  Вх  8  (4  2  ГИ  2)  Вх  8  (4  2  ГИ) 
 Вх  8  4  2  ГИ;
Аналогичным образом составляются уравнения для желтого и красного
сигналов светофора:
Желтый= 8  4  2  4  ГИ  1  4  ГИ  1  4  2 4;
Красный= 8  2  4  ГИ  2  4  1  2  4  1  2  4  ГИ .
где: 1, 2, 4, 8 – соответствующие выходы счетчика DD4:А; ГИ – генератор импульсов; Вх – питающее напряжение.
В соответствии с логическими уравнениями составляется принципиальная электрическая схема светофора (Рисунок13.3).
31
Рисунок 13.3 - Принципиальная электрическая схема светофора
32
Частота задающего генератора 1 Гц. Счетчик DD4:А формирует последовательность импульсов с периодами 1, 2, 4, 8 секунд. Последовательность
включения цветных светодиодов обеспечивается логическим устройством.
Свечение светодиода зеленого света обеспечивается элементами DD3:А,
DD2:А, DD6:В, желтого света элементами DD3:В, DD5:А, DD1:С, DD2:В,
DD2:С, DD6:С, DD1:D, DD6:А, DD1:А, DD1:B, красного света элементами
DD3:C, DD5:B, DD7:А, DD7:B, DD7:C, DD8:А, DD6:А, DD1:D, DD1:B, DD1:А
Свечение соответствующего светодиода обеспечивается высоким уровнем базы транзистора. Если необходимо другая длительность горения светодиодов, то можно или изменить длительность импульсов ГИ, тогда пропорциональность горения светодиодов остается прежней, либо взять другой счетчик,
либо изменить логическую часть светофора.
Таблица 13.1 - Варианты задания
I
Периоды
I
II
III
зеленый
желтый
красный
а)
IV
V
I
33
Период
I
II
III
IV
V
I
IV
V
I
зеленый
желтый
красный
б)
Период
I
II
III
зеленый
желтый
красный
в)
Период
I
II
III
IV
IV
I
зеленый
желтый
красный
г)
Рисунок 13.2 - Алгоры работы светофора
Задание
1. Произвести расчет временных интервалов и их реализацию на полупроводниковых элементах в соответствии с вариантом, заданным преподавателем.
2. Произвести синтез СУ на заданном базисе логических элементов.
3. Составить принципиальную электрическую схему светофора.
4. Составить монтажную схему устройства, а также печатную плату.
5. Дать описание работы схемы.
6. Составить отчет.
34
ЛИТЕРАТУРА
1. Лепаев Д.А. Ремонтр
М.И. Стальная, С.Ю. Еремочкин
БЫТОВОЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ
Методические указания и задания к лабораторным работам
Редактор Л. Печенева
Подписано в печать
Формат 60х84 1/16
Усл. 1,7. Уч.-изд.л.1,7
Издательство Алтайского государственного
технического университета им. И.И. Ползунова,
656099, г.Барнаул, пр-т Ленина, 46.
Лицензия на издательскую деятельность
ЛР № 020822 от 21.09.98 г.
Отпечатано на кафедре АЭП и ЭТ