Расчет шлейфа сигнализации с контролем по напряжению

 

По конструкции ротора асинхронные машины подразделяют на два основных типа: с короткозамкнутым ротором и с фазным ротором. Оба  типа имеют одинаковую конструкцию  статора и отличаются лишь исполнением  обмотки ротора. Магнитопровод ротора выполняется аналогично магнитопроводу статора — из пластин электротехнической стали.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 7. Схема асинхронной  машины: а) асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором; 6) асинхронный двигатель с фазным ротором; 1 — обмотки статора, 2 — ротор с короткозамкнутыми стержнями, 2 — обмотки фазного ротора, 3 — контактные кольца, 4— сопротивления в цепи фазного ротора.

 

 

 

Принцип действия:

 

На обмотку статора  подается напряжение, под действием  которого по этим обмоткам протекает  ток и создает вращающееся  магнитное поле. Магнитное поле воздействует на обмотку ротора и по закону электромагнитной индукции наводит в них ЭДС. В  обмотке ротора под действием наводимой ЭДС возникает ток. Ток в обмотке ротора создаёт собственное магнитное поле, которое вступает во взаимодействие с вращающимся магнитным полем статора. В результате на каждый зубец магнитопровода ротора действует сила, которая, складываясь по окружности, создает вращающий электромагнитный момент, заставляющий ротор вращаться.

 

 

Машина постоянного  тока — электрическая машина, предназначенная для преобразования механической энергии в электрическую постоянного тока (генератор) или для обратного преобразования (двигатель). Машина постоянного тока обратима.

 

Машина постоянного тока образуется из синхронной обращённой конструкции, если её якорь снабдить коллектором, который в генераторном режиме играет роль выпрямителя, а в  двигательном — преобразователя  частоты. Благодаря наличию коллектора по обмотке якоря проходит переменный ток, а во внешней цепи, связанной с якорем, — постоянный (рис. 8.).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 8. Схема машины постоянного  тока: 1 — обмотка возбуждения, 2 —  обмотка якоря, 3 — пластины коллектора, А, В — щетки, Фв — магнитный поток возбуждения.

 

 

Принцип действия:

 

Машина постоянного тока может работать в двух режимах: двигательном и генераторном.

 

Двигательный режим: В роли индуктора выступает статор, на котором расположена обмотка. На неё подаётся постоянный ток, в результате чего вокруг неё создаётся постоянное магнитное поле. Обмотка ротора состоит из проводников, запитанных через коллектор. В результате на них действуют пары сил Ампера, которые вызывают вращающий момент. Направление сил определяется по правилу «буравчика». Однако этот вращающий момент способен повернуть ротор только на 180 градусов, после чего он остановится. Чтобы это предотвратить, используется щёточно-коллекторный узел, выполняющий роль переключателя полюсов и датчика положения ротора.

 

Генераторный режим: В генераторе индуктором также является статор, создающий постоянное магнитное поле между соответствующими полюсами. При вращении ротора, в проводниках обмотки якоря, перемещающихся в магнитном поле, по закону электромагнитной индукции наводится ЭДС, направление которой определяется по правилу правой руки. Переменная ЭДС обмотки якоря выпрямляется с помощью коллектора, через неподвижные щетки, посредством которых обмотка соединяется с внешней сетью.

 

 

Гравитационные  датчики:

 

К хорошо известным гравитационным детекторам уровня относятся датчики, используемые в туалетных бачках. Главным элементом таких преобразователей является поплавок — устройство, обладающее меньшей чем у воды плотностью. В большинстве бачков поплавок напрямую связан с водопроводным краном, и в зависимости от уровня воды открывает или перекрывает его. Поплавок, по своей сути, является детектором положения поверхности воды. Если уровень воды необходимо не только отслеживать, но и измерять, к поплавку можно подключить преобразователь положения: потенциометрический, магнитный, емкостной или какой-либо иной датчик прямого действия (рис. 9). Следует отметить, что гравитационные датчики восприимчивы к различным помехам, источниками которых являются трение и ускорение. Очевидно, что такие датчики не работают в условиях отсутствия гравитационных сил или в условиях переменной гравитации, например, на космических станциях или реактивных самолетах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 9. Гравитационный датчик уровня жидкости с поплавком.

 

Уровнемеры, определяющие угол наклона объекта относительно направления 
к центру тяжести Земли, используются при строительстве дорог, в инерционных 
навигационных системах, в механических станках и других устройствах. Одним 
из самых старых, но до сих пор очень популярным детектором положения является ртутный переключатель (рис. 10 А и Б), состоящий из непроводящей трубки (часто стеклянной), двух электрических контактов и капли ртути. Когда датчик наклонен относительно вектора гравитационной силы в одну сторону, капля ртути перемещается в противоположном от контактов направлении, переключатель размыкается. Изменение ориентации устройства приводит к тому, что ртуть скатывается в сторону контактов, закорачивая их, переключатель при этом замыкается. Ртутные переключатели применяются в бытовых термостатах, где они монтируются на биметаллической катушке, используемой в качестве чувствительного элемента, реагирующего на изменение окружающей температуры. При повышении или понижении комнатной температуры меняется изгиб катушки, который определяет ориентацию переключателя. Замыкание и размыкание контактов ртутного ключа управляет системами нагрева и охлаждения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 10. Гравитационные датчики: А – ртутный переключатель  в разомкнутом состоянии, Б –  ртутный переключатель в замкнутом  состоянии, В – электролитический  детектор наклона.

 

 

Очевидный недостаток такой системы заключается в ее постоянном включении-выключении (на техническом языке — в двухпозиционном управлении). Ртутный переключатель является пороговым устройством, меняющим свое состояние в момент, когда угол его поворота превышает заданное значение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                              (А)                          (Б)     (В)

 

Рис. 11. Оптоэлектронные датчики  наклона: А — конструкция, Б —  тень от пузырька воздуха при горизонтальном положении датчика, В — тень от пузырька при его наклонном положении.

 

Для более точного определения  угловых перемещений применяются  более сложные устройства. На рис. 10 В показано одно из них, называемое электролитическим датчиком наклона. Этот датчик состоит из небольшой, слегка изогнутой стеклянной трубки, частично заполненной электролитом, в которой размещены три электрода: два — на концах, а один — по центру. Находящийся внутри трубки воздушный пузырь перемещается вдоль нее при ее наклоне в ту или другую сторону. В зависимости от расположения пузыря меняются электрические сопротивления между центральным и боковыми электродами. Как только положение трубки перестает быть горизонтальным, пропорционально ее углу наклона меняются и значения сопротивлений. Электроды включаются в мостовую схему, питаемую переменным током.

 

Электролитические датчики  наклона выпускаются несколькими  кампаниями (например, The Fredericks Company, Huntingdon Valley, PA) для измерения широкого диапазона углов: ±1°...±80°. В зависимости от измеряемого диапазона меняется и степень изогнутости стеклянных трубок.

 

Еще более точными устройствами для измерения углов наклона  являются датчики, реализованные на основе фотодиодной матрицы. Устройства этого типа применяются в строительстве и на механических производствах для определения с высоким разрешением формы сложных объектов. Например, такие детекторы используются для оценки формы дорог и земельных участков, а также контроля равномерности листов стали, что нельзя выполнить традиционными методами.

 

Оптоэлектронный датчик наклона (рис. 11 А) состоит из светоизлучающего диода (СИД) и спиртового нивелира в форме полусферы, смонтированного на фотодиодной матрице р-n типа. Тень пузырька воздуха в жидкости нивелира проектируется на поверхность фотодиодной матрицы. Если датчик находится в строго горизонтальном положении, тень от пузырька является круглой (рис. 11 Б), и площади участков тени, попадающих на разные фотодиоды матрицы, будут равны. При наклоне датчика тень от пузырька принимает вид смещенного от центра эллипса (рис. 11 В), очевидно, что при этом токи на выходах каждого фотодиода будут разными.

 

Наиболее распространенные датчики имеют следующие технические  параметры: диаметр СИД — 10 мм; расстояние между СИД и нивелиром - 50 мм, диаметры стеклянной полусферы и пузырька — 17 и 9 мм. Выходные сигналы диодов преобразуются в цифровой код и калибруются при разных углах наклона. Данные калибровки заносятся в специальные таблицы, используемые вычислительными устройствами при обработке полученных значений. Для определения формы объекта оптоэлектронный датчик поочередно помещается в узлы сетки, образованной равномерно нанесенными на поверхности объекта вертикальными и горизонтальными линиями. В результате этой процедуры находятся координаты х и у угла наклона в каждом узле сетки, по которым компьютер восстанавливает форму объекта.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Задание №2. Расчет шлейфа охранно-пожарной сигнализации с контролем по напряжению.

 

Теоретическая часть.

 

В общем случае охранно-пожарная сигнализация состоит из четырех компонентов: источника питания, шлейфа сигнализации, цепи сравнения и оконечного устройства. Схема электрическая структурная  охранно-пожарной сигнализации показана на рисунке 12.

 

Рисунок 12 – Схема электрическая структурная охранно-пожарной сигнализации.

Источник питания предназначен для подачи напряжения на извещатели и на делитель напряжения.

Делитель напряжения предназначен для деления опорного напряжения на напряжение уровней срабатывания, рассчитанных при проектировании системы. Напряжение с делителя поступает  в цепь сравнения.

Цепь сравнения предназначена, для сравнения напряжения в цепи извещателей с напряжением на делителе. По результатам этого сравнения получаем соответствующий сигнал от оповещателя.

Принцип работы системы охранно-пожарной сигнализации заключается в контроле датчиков (извещателей) охранной или пожарной сигнализации по которым, оценивается состояние объекта.

Задача извещателей определить параметры контролируемой среды и передать информацию на прибор сигнализации. Принцип передачи информации является основной и наиболее существенной характеристикой охранной или пожарной системы.

 

Традиционно существуют три  основных способа передачи информации от извещателей к прибору сигнализации:

1. изменением напряжения в шлейфе сигнализации;
2. изменением тока в шлейфе сигнализации;
3. передачей информации в виде кодовых посылок, осуществляемых модуляцией тока или напряжения в шлейфе сигнализации.

 

Передача информации путем  изменения напряжения в шлейфе является наиболее распространенным и простым  методом. Принцип передачи показан  на рисунке 13.

В дежурном режиме извещатели имеют состояние, показанное на схеме. Напряжение в шлейфе (Uшс) обусловлено номиналами резисторов Rпр, Rок, которые образуют делитель для напряжения (Uп). при сработке одного извещателя типа Днз его контакты размыкаются, и последовательно оконечному резистору подключается сопротивление Rи. Нижнее плечо делителя увеличивается и напряжение в шлейфе повышается. Величина повышения определяется номиналом резистора Rи. При сработке второго извещателя типа Днз происходит дополнительное повышение напряжения. При обрыве шлейфа – напряжение Uшс сравнивается с напряжением Uп. При сработке извещателя типа Дно его контакты замыкаются и параллельно резистору Rок подключается резистор Rи, что приводит к уменьшению напряжения. Аналогично предыдущему случаю номинал резистора Rи и количество сработавших извещателей определяют величину изменения напряжения. При замыкании шлейфа его напряжение будет равно 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 13 – Передача информации в шлейфе сигнализации.

 

• Uп – напряжение питания прибора;
• Uшс – напряжение в шлейфе сигнализации;
• Rок – оконечный резистор, устанавливаемый на конце шлейфа;
• Rпр – резистор, установленный внутри прибора;
• Rи – резисторы устанавливаемые параллельно или последовательно с извещателями;
• Дно – извещатель с нормально-разомкнутыми контактами;
• Днз – извещатель с нормально-замкнутыми контактами.

 

Очевидно, что действие извещателей обеих типов противоположно и их одновременная сработка взаимно компенсирует изменение напряжения, поэтому в шлейф допускается включать извещатели только одного типа, или исключать возможность сработки обеих типов извещателей одновременно.

 

В реальных условиях эксплуатации необходимо учитывать следующие  обстоятельства:

1. номиналы резисторов имеют отклонения как в положительную, так и в отрицательную сторону;
2. провода шлейфа имею сопротивление отличное от нуля;
3. между проводами шлейфа возможно образование цепей утечки.