Проектирование элементов переговорного устройства

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра естественнонаучных и общетехнических дисциплин

КУРСОВАЯ РАБОТА

Дисциплина: «Электроника»

Тема: «Проектирование элементов переговорного устройства»

Выполнил:

Бостан Н.В.

Проверил:

Латышев В.А.

Новый Уренгой

Содержание

Введение

1. Проектирование элементов переговорного устройства

1.1 Двигатели постоянного тока

1.2 Блок управления двигателем постоянного тока

2. Практическая часть

2.1 Проэектирование шифратора «из 12 в 4»

2.1.1 Шифратор. Общие сведения

2.1.2 Схема электрическая функциональная шифратора

2.1.3 Нумерация входов-выходов (цоколевка) микросхем

2.1.4 Схема электрическая принципиальная шифратора

2.2 Проектирование дешифратора «из 4 в 12»

2.2.1 Дешифратор. Общие сведения

2.2.2 Схема электрическая функциональная дешифратора

2.2.3 Нумерация входов-выходов (цоколевка) микросхем

2.2.4 Схема электрическая принципиальная дешифратора

2.3 Семисегментный индикатор

2.3.1 Схема электрическая функциональная семисегментного индикатора

2.3.2 Схема электрическая принципиальная семисегментного индикатора

Заключение

Список используемых источников

Введение

Переговорные устройства широко применяют на электрических станциях, в промышленности, на транспорте, в авиации, в системах автоматического управления и регулирования, в быту. Они преобразуют механическую энергию в электрическую (генераторы) и, наоборот, электрическую энергию в механическую.

Любая электрическая машина может использоваться как генератор, так и двигатель. Это её свойство называется обратимостью. Она может быть также использована для преобразования одного рода тока в другой (частоты, числа фаз переменного тока, напряжения) в энергию другого вида тока. Такие машины называются преобразователями.

Электрические машины в зависимости от рода тока электрической установки, в которой они должны работать, делятся на машины постоянного тока и машины переменного тока. Машины переменного тока могут быть как однофазными, так и многофазными. Наиболее широкое применение получили асинхронные двигатели и синхронные двигатели и генераторы.

Принцип действия электрических машин основан на использовании законов электромагнитной индукции и электромагнитных сил.

Электрические двигатели, используемые в промышленности, быту выпускают сериями, которые представляют собой ряд электрических машин возрастающей мощности, имеющих однотипную конструкцию и удовлетворяющих общему комплексу требований. Широко применяются серии специального назначения.

двигатель ток электрический шифратор

1. Проектирование элементов переговорного устройства

Электрический двигатель - машина, предназначенная для преобразования электрической энергии в механическую.

Электрические двигатели классифицируют:

По принципу действия электрические двигатели различают:

· Переменного тока (асинхронные, синхронные)

· Постоянного тока (с независимым, параллельным, последовательным и смешанным возбуждением).

По форме исполнения электрические двигатели делят на 9 групп. Наиболее распространены следующие типы:

· На лапах с подшипниковыми щитами, горизонтальным валом (рис. 1)

Рис. 1

· На лапах с подшипниковыми щитами, фланцем на подшипниковом щите, вертикальным валом (рис.2)

Рис. 2

· Без лап с подшипниковыми щитами, фланцем на одном подшипниковом щите (рис. 3)



Рис. 3

По степени защиты от соприкосновения с токоведущими частями и попадания во внутрь посторонних тел, пыли, влаги выполняют различные модификации:

· Открытые электрические машины выполнены без специальных приспособлений для предохранения от случайного соприкосновения с вращающимися и токоведущими частями, она также не имеет специальных приспособлений для предотвращения попадания внутрь машины посторонних предметов. Их устанавливают только в машинных залах.

· Закрытые электрические машины снабжены специальными приспособлениями при помощи, которых корпус машины отделяется от окружающей среды, но не настолько плотно, чтобы считать её герметической. Предназначается для использования в пыльных помещениях и на открытом воздухе.

· Защищенная электрическая машина снабжена специальными приспособлениями для предохранения от случайного прикосновения к её вращающимся и токоведущим частям, а также для предотвращения попадания внутрь машины посторонних предметов. Предназначается для установки в закрытых помещениях.

· Каплезащищенная электрическая машина снабжена приспособлениями для предохранения её внутренних частей от попадания капель влаги, падающих отвесно.

· Брызгозащищенные электрические машины снабжены приспособлениями для предохранения от попадания внутрь её брызг, падающих под углом до 45 градусов к вертикали с любой стороны.

· Водозащищённые электрические двигатели выполнены таким образом, что при обливании их вода не проникает внутрь машины.

· Взрывобезопасная машина выполнена таким образом, что она может противостоять взрыву внутри неё газов, которые могут там накопиться, и не допускать воспламенения взрывчатых или горючих газов содержащихся в окружающей среде при искрении внутри машины. Предназначается для установки на угольных шахтах и некоторых химических заводах.

· Герметическая электрическая машина выполнена таким образом, что все отверстия её закрыты настолько плотно, что при определенном наружном давлении исключается всякое сообщение между внутренним пространством машины и окружающей средой.

По способу охлаждения электрические машины классифицируют:

· Естественно охлаждаемая электрическая машина не имеет приспособлений для усиления охлаждения. Этот тип охлаждения обычно применяется в машинах открытого типа.

· Вентилируемая машина снабжена специальными приспособлениями для усиления охлаждения.

· Электрическая машина с самовентиляцией оснащена вентилирующими приспособлениями на её вращающейся части.

· Электрическая машина с независимой вентиляцией имеет вентиляционные устройства, не связанные с вращающейся частью машины.

· Электрическая машина с проточной вентиляцией охлаждается воздухом внешней среды.

· Продуваемая электрическая машина снабжена вентиляционными устройствами, прогоняющими воздух через внутренние части машины.

· Обдуваемая электрическая машина снабжена для охлаждения вентиляционными устройствами, обдувающими наружные части машины.

По номинальным режимам работы выделяют три основных режима работы.

· Продолжительный режим - электрический двигатель работает при постоянной нагрузке R,н. При этом за время работы температура всех частей двигателя достигает установившегося значения t, уст. (График 1)

· Кратковременный режим - периоды неизменной номинальной нагрузки чередуются с периодами отключения двигателя. За время работы под нагрузкой двигатель не успевает нагреться до установившейся температуры, а за время остановки охладиться до температуры окружающей среды. Различают двигатели с длительностью включения 10, 30, 60 и 90 минут. (График 2)

Повторно-кратковременный режим --- кратковременные периоды t,p неизменной номинальной нагрузки чередуются с периодами t,n отключения электрического двигателя. За время работы электрический двигатель не успевает нагреться до установившейся температуры, а за время паузы не успевает охладиться до температуры окружающей среды. (График 3)

Повторно-кратковременный режим характеризуется относительной продолжительностью включения

где t,p - время работы при номинальной нагрузке

t,n - время отключения электрического двигателя

Предусмотрены следующие номинальные повторно-кратковременные режимы: 15, 25, 40 и 60%.

1.1 Двигатели постоянного тока

Двигатель постоянного тока -- электрическая машина, машина постоянного тока, преобразующая электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию.

Описание коллекторного ДПТ.

По некоторым мнениям этот двигатель можно еще назвать синхронной машиной постоянного тока с самосинхронизацией. Простейший двигатель (рис. 4), являющийсямашиной постоянного тока, состоит из постоянного магнита на индукторе (статоре), одного электромагнита с явно выраженными полюсами на якоре (двухзубцового якоря с явно выраженными полюсами и с одной обмоткой), щёточноколлекторного узла с двумя пластинами (ламелями) и двумя щётками.

Рис. 4.

Простейший двигатель имеет два положения ротора (две «мёртвые точки»), из которых невозможен самозапуск, и неравномерный крутящий момент. В первом приближении магнитное поле полюсов статора равномерное (однородное) и равно:

,

где -- число витков обмотки ротора,

-- индукция магнитного поля полюсов статора,

-- ток в обмотке ротора [А],

-- длина рабочей части витка обмотки [м],

-- расстояние от оси ротора до рабочей части витка обмотки ротора (радиус) [м], -- синус угла между направлением северный-южный полюс статора и аналогичным направлением в роторе [рад],

-- угловая скорость [рад/сек],

-- время [сек].

Из-за наличия угловой ширины щёток и углового зазора между пластинами (ламелями) коллектора в двигателе этой конструкции имеются динамически постоянно короткозамкнутые щётками части обмотки ротора. Число короткозамкнутых частей обмотки ротора равно числу щёток. Эти короткозамкнутые части обмотки ротора не участвуют в создании общего крутящего момента.

Суммарная короткозамкнутая часть ротора в двигателях с одним коллектором равна:

,

где -- число щёток,

-- угловая ширина одной щётки [радиан].

Без учёта короткозамкнутых щётками частей крутящего момента средний крутящий момент рамок (витков) с током за один оборот равен площади под интегральной кривой крутящего момента, делённой на длину периода (1 оборот = ):

ДПТ являются обратимыми электрическими машинами, то есть в определённых условиях способны работать как генераторы.

Статор (индуктор)

На статоре ДПТ располагаются, в зависимости от конструкции, или постоянные магниты (микродвигатели), или электромагниты с обмотками возбуждения (катушками, наводящими магнитный поток возбуждения).

В простейшем случае статор имеет два полюса, то есть один магнит с одной парой полюсов. Но чаще ДПТ имеют две пары полюсов. Бывает и более. Помимо основных полюсов на статоре (индукторе) могут устанавливаться добавочные полюса, которые предназначены для улучшения коммутации на коллекторе.

Ротор (якорь)

Минимальное число зубцов ротора, при котором самозапуск возможен из любого положения ротора - три. Из трёх, кажущихся явно выраженными, полюсов, на самом деле один полюс всё время находится в зоне коммутации, то есть ротор имеет две пары полюсов (как и статор, так как в противном случае работа двигателя не возможна).

Ротор любого ДПТ состоит из многих катушек, на часть которых подаётся питание, в зависимости от угла поворота ротора, относительно статора. Применение большого числа (несколько десятков) катушек, необходимо для уменьшения неравномерности крутящего момента, для уменьшения коммутируемого (переключаемого) тока, и для обеспечения оптимального взаимодействия между магнитными полями ротора и статора (то есть для создания максимального момента на роторе).

При вычислении момента инерции ротора его, в первом приближении, можно считать сплошным однородным цилиндром с моментом инерции, равным:

,

где -- масса цилиндра (ротора), а -- радиус цилиндра (ротора).

Коллектор

Коллектор (щёточно-коллекторный узел) выполняет одновременно две функции: является датчиком углового положения ротора и переключателем тока со скользящими контактами.

Конструкции коллекторов имеют множество разновидностей.

Выводы всех катушек объединяются в коллекторный узел. Коллекторный узел обычно представляет собой кольцо из изолированных друг от друга пластин-контактов (ламелей), расположенных по оси (вдоль оси) ротора.

Щёточный узел необходим для подвода электроэнергии к катушкам на вращающемся роторе и переключения тока в обмотках ротора. Щётка -- неподвижный контакт (обычно графитовый или медно-графитовый).

Щётки с большой частотой размыкают и замыкают пластины-контакты коллектора ротора. Как следствие, при работе ДПТ происходят переходные процессы, в обмотках ротора. Эти процессы приводят к искрению на коллекторе, что значительно снижает надёжность ДПТ. Для уменьшения искрения применяются различные способы, основным из которых является установка добавочных полюсов.

При больших токах в роторе ДПТ возникают мощные переходные процессы, в результате чего искрение может постоянно охватывать все пластины коллектора, независимо от положения щёток. Данное явление называется кольцевым искрением коллектора или «круговой огонь». Кольцевое искрение опасно тем, что одновременно выгорают все пластины коллектора и срок его службы значительно сокращается. Визуально кольцевое искрение проявляется в виде светящегося кольца около коллектора. Эффект кольцевого искрения коллектора недопустим. При проектировании приводов устанавливаются соответствующие ограничения на максимальные моменты (а следовательно и токи в роторе), развиваемые двигателем.

Принцип работы

В принципе работы электродвигателя постоянного тока есть два подхода:

1. рамка (2 стержня с замкнутыми концами) с током в магнитном поле статора

2. взаимодействие магнитных полей статора и ротора.

Рамка с током, в однородном магнитном поле полюсов статора

В однородном магнитном поле полюсов статора с индукцией , на два стержня рамки длиной , и с током , действует сила Ампера , постоянной величины, равные:

и направленные в противоположные стороны.

Эти силы прикладываются к плечам , равным:

,

где -- радиус рамки и создают крутящий момент , равный:

.

Для двух стержней рамки, суммарный крутящий момент равен:

.

Практически (из-за того, что угловая ширина щётки (в радианах) немного меньше угловой ширины зазора , между пластинами (ламелями) коллектора, чтобы источник питания не замыкался накоротко) четыре небольших части под кривой крутящего момента, равные:

,

где ,не участвуют в создании общего крутящего момента.

При числе витков в обмотке равном , крутящий момент будет равен:

.

Наибольший крутящий момент будет при угле поворота рамки равном: , то есть при угле 90°. При этом угле поворота рамки с током, вектора магнитных полей статора и ротора (рамки) будут перпендикулярны друг к другу, то есть под углом 90°. При угле поворота ротора (рамки) равном 180°, крутящий момент равен нулю (из-за нулевого плеча), но силы не равны нулю и это положение ротора (рамки), при отсутствии переключения тока, весьма устойчиво и подобно одному шагу в шаговом двигателе.

Без учёта короткозамкнутых щётками частей крутящего момента средний крутящий момент за один оборот (период) равен площади под интегральной кривой крутящего момента, делённой на длину периода :

.

При витков в обмотке:

.

Две рамки с током в однородном магнитном поле полюсов статора

Если на роторе машины установить вторую рамку, сдвинутую относительно первой на угол , то получится четырёхполюсный ротор.

Момент второй рамки:

.

Суммарный момент обеих рамок:

.

Таким образом, получается, что крутящий момент зависит от угла поворота ротора, но неравномерность меньше, чем при одной рамке. Кроме этого добавляется самозапуск из любого положения ротора. При этом для второй рамки потребуется второй коллектор (щёточно-коллекторный узел). Оба узла соединяются параллельно, при этом переключение тока в рамках происходит в интервалах с наименьшим током в рамках, при последовательном соединении переключение тока в одной из рамок (разрыв цепи) происходит во время максимального тока в другой рамке. Практически, из-за того, что угловая ширина щётки (в радианах) немного меньше угловой ширины зазора (в радианах) между пластинами коллектора (ламелями), восемь небольших частей под кривой крутящего момента, равных:

,

где ,

не участвуют в создании общего крутящего момента.

Рамка с током, в неоднородном магнитном поле полюсов статора

Если магнитное поле полюсов статора неоднородное и изменяется по отношению к стержням рамки по закону:

,

то крутящий момент для одного стержня будет равен:

,

для двух стержней:

,

для рамки из витков:

.

В создании крутящего момента не участвуют четыре части под кривой крутящего момента равные:

Без учёта короткозамкнутых щётками частей крутящего момента средний крутящий момент за один оборот (период) равен площади под интегральной кривой делённой на длину периода :

.

При витках в обмотке:

.

Две рамки с током, в неоднородном магнитном поле полюсов статора

Для второй (косинусной) рамки:

;

крутящий момент от второй (косинусной) рамки будет равен:

,

суммарный крутящий момент от обеих рамок равен:

,

то есть постоянен, и от угла поворота ротора не зависит.

Практически из-за наличия зазора восемь небольших частей, под кривой крутящего момента, равные:

каждая, в создании крутящего момента не участвуют.

Для вычисления момента инерции ротора его можно считать, в первом приближении, сплошным однородным цилиндром с моментом инерции:

,

где -- масса цилиндра (ротора),

-- радиус цилиндра (ротора).

Взаимодействие магнитных полей

Необходимо отметить, что работа по вращению ротора (рамки с током) совершается не за счет энергии внешнего магнитного поля (поля статора), а за счет источника тока, поддерживающего неизменным ток в контуре рамки. При изменениях магнитного потока, пронизывающего контур (рамку с током) при вращении, в этом контуре возникает э.д.с. индукции, направленная противоположно э.д.с. источника тока. Следовательно, источник тока, кроме работы, затрачиваемой на выделение ленц-джоулева тепла, должен совершать дополнительную работу против э.д.с. индукции. Сам же процесс вращения происходит за счет силы Лоренца, действующей на заряд, движущийся в магнитном поле. От носителя тока действие этой силы передается проводнику, по которому он перемещается. Ошибочно мнение, что ротор (рамка с током) приходит в движение за счет того, что его магнитное поле толкает магнитное поле статора.

Коллекторные, с щёточноколлекторным переключателем тока

С одним коллектором (щёточноколлекторным узлом) и обмотками, где -- число пар полюсов ротора, с соединением обмоток ротора в кольцо. Имеют большую, короткозамкнутую щётками, часть обмотки ротора, равную:

,

где -- число щёток,

-- угловая ширина одной щётки (рад),

-- число пи (3,14…).

С двумя коллекторами (щёточноколлекторными узлами, в бесколлекторных -- с инвертором на двух параллельных мостах) и двумя обмотками синусной и косинусной (синусно-косинусный, двухфазный) с неоднородным (синусообразным) магнитным полем полюсов статора. Имеют малую нерабочую часть под кривой крутящего момента, равную:

,

где ,

-- угловая ширина зазора между пластинами коллектора (ламелями).

Подобен двухфазному бесколлекторному.

С тремя коллекторами и тремя обмотками (в бесколлекторных с инвертором на трёх параллельных мостах, трёхфазный).

С четырьмя коллекторами (щёточноколлекторными узлами) и двумя обмотками синусной и косинусной (синусно-косинусные), специальные. Специальная конструкция коллектора с четырьмя коллекторами (один коллектор на одну щётку) позволяет почти до нуля уменьшить нерабочую часть крутящего момента (нерабочая часть крутящего момента в этом двигателе зависит от точности изготовления деталей) и сделать используемую часть крутящего момента независимой от угловой ширины щётки. При этом угловая ширина одной пластины коллектора равна:

,

где -- угловая ширина одной щётки.

С четырьмя коллекторами и четырьмя обмотками (в бесколлекторных -- с инвертором на четырёх параллельных мостах, четырёхфазный).

С восемью коллекторами (щёточноколлекторными узлами). В этом двигателе уже нет рамок, а ток подаётся через коллекторы в отдельные стержни ротора.

Бесколлекторные, с электронным переключателем тока

Электронным аналогом щёточно-коллекторного узла является инвертор с датчиком положения ротора (ДПР) (вентильный электродвигатель).

Ротор является постоянным магнитом, а обмотки статора переключаются электронными схемами -- инверторами. Бесколлекторные электродвигатели могут быть однофазными (две «мёртвые точки»), двухфазными (синусно-косинусными), трёх- и более фазными.

Бесколлекторный двигатель постоянного тока с выпрямителем (мостом) может заменить универсальный коллекторный двигатель (УКД).

Другие виды электродвигателей постоянного тока

§ Униполярный электродвигатель (униполярный генератор)

§ Универсальный коллекторный двигатель, -- работает и на постоянном токе, и на переменном. Применяется в ручных электроинструментах (электродрели,электролобзики, электропилы, электрорубанки и др.), пылесосах, кофемолках, блендерах и др.

Управление

Основные формулы, используемые при управлении ДПТ:

§ Скорость двигателя:

щ = (U -- IR)/CЦ

где U -- подводимое к ОЯ напряжение,

I -- ток ОЯ,

R -- сопротивление цепи якоря, С -- конструктивная постоянная,

Ф -- поток создаваемый обмоткой возбуждения.

§ Крутящий момент, развиваемый двигателем с независимым (параллельным) возбуждением, пропорционален току в обмотке якоря (ротора) (для двигателей последовательного возбуждения -- момент приближённо пропорционален квадрату тока, так как поток пропорционален почти току):

M = C_MЦI

§ Против ЭДС в обмотках якоря пропорциональна угловой частоте вращения ротора b при постоянном потоке возбуждения Ц :

,

где -- коэффициент ЭДС двигателя,

-- угловая скорость вращения ротора.

Общие способы управления ДПТ:

§ Изменение напряжения подводимого к обмотке якоря;

§ Введение добавочного сопротивления в цепь якоря;

§ Изменение потока.

Механическая характеристика

Зависимость частоты от момента на валу ДПТ отображается в виде графика. Горизонтальная ось (абсцисс) -- момент на валу ротора, вертикальная ось (ординат) -- частота вращения ротора. Механическая характеристика ДПТ есть прямая, идущая с отрицательным наклоном.

Механическая характеристика ДПТ строится при определённом напряжении питания обмоток ротора. В случае построения характеристик для нескольких значений напряжения питания говорят о семействе механических характеристик ДПТ.

Регулировочная характеристика

Зависимость частоты вращения ротора от напряжения питания обмоток ротора ДПТ, отображается в виде графика. Горизонтальная ось (абсцисс) -- напряжение питания обмоток ротора, вертикальная ось (ординат) -- частота вращения ротора. Регулировочная характеристика ДПТ есть прямая, идущая с положительным наклоном.

Регулировочная характеристика ДПТ строится при определённом моменте, развиваемом двигателем. В случае построения регулировочных характеристик для нескольких значений момента на валу ротора, говорят о семействе регулировочных характеристик ДПТ.

1.2 Блок управления двигателем постоянного тока

В настоящее время двигатели постоянного тока нашли широкое применение в различных отраслях промышленности. Двигатели постоянного тока используются там, где требуется плавное и точное регулирование скорости и вращающего момента в широких пределах. В этой работе рассмотрим блок управления для двигателя постоянного тока, который позволяет изменять частоту вращения вала двигателя и стабилизирует обороты на определенном уровне, вне зависимости от нагрузки на валу двигателя.

Блок управления состоит из следующих узлов:

· СИФУ (система импульсно--фазового Управления)

· Регулятор

· Защита

Принципиальная схема привода приведена ниже.



Рисунок 5

СИФУ-- преобразует синусоидальное напряжение сети в серию прямоугольных импульсов, идущих на управляющие электроды силовых тиристоров. При включении блока управления переменное напряжение величиной 14-16в поступает на мостовой выпрямитель D1, где преобразуется в пульсирующее напряжение, служащее не только для питания схемы, но и для синхронизации работы привода. Диод D2 препятствует сглаживанию импульсов конденсатором С1. Далее импульсы поступают на «детектор нуля» -- DA1.1, собранного на одном ОУ микросхемы LM324, работающего в режиме компаратора. Пока нет импульса, напряжения на прямом и инверсном входах примерно равны и компаратор находиться в сбалансированном состоянии. При прохождении фазы через «0», на инверсном входе компаратора DA1.1 играющего роль «детектора нуля» появляются импульсы, переключающие компаратор, в результате чего на выходе DA1.1 вырабатываются прямоугольные синхроимпульсы, период следования которых жестко привязан к похождению фазы через «0».

Далее синхроимпульсы поступают на интегратор с транзисторным ключом (С4, Q1), где и вырабатывается пилообразное напряжение. В момент прохождения фазы через «0» синхроимпульс открывает транзистор Q1, который разряжает конденсатор С4. После спада импульса транзистор закрывается и происходит заряд конденсатора до прихода следующего синхроимпульса, в результате чего на коллекторе Q1 (осцил. КТ4).формируется линейно нарастающее пилообразное напряжение, стабилизированное генератором стабильного тока выполненного на полевом транзисторе T1. Амплитуда „пилы“ равное 9в выставляется подстроечным резистором RP1. Напряжение „пилы“ поступает на прямой вход компаратора DA1.2.

Напряжение задания поступает на инверсный вход компаратора DA1.2 и в момент, когда пилообразное напряжение превышает величину напряжения на инверсном входе компаратора, компаратор переключиться и на выходе компаратора формируется импульс (осцил. КТ4). Импульс дифференцируется через цепочку R14, C6 и поступает на базу транзистора Q2. Транзистор открывается и на импульсном трансформаторе Tr1 формируются импульсы открытия силовых тиристоров. Увеличивая (уменьшая) напряжение задания, меняется скважность импульсов в КТ5 (осциллограммы показаны на рис. 6).



Рис. 6.

Но никаких импульсов в КТ5 мы не увидим до тех пор, пока не нажмем кнопку „Пуск“ -- S1. Когда кнопка не нажата, напряжение питания +12в через нормально замкнутые контакты S1 по цепочке R12, D3 поступает на инверсный вход DA1.2 и равно около 11в. Так как это напряжение превышает напряжение „пилы“ равное 9в, компаратор запирается, и управляющие импульсы открытия тиристоров не формируются. Для предотвращения аварии и выхода из строя двигателя, в случае если оператор не вывел на «0» регулятор оборотов, в схеме предусмотрен узел разгона C5, R13 служащий для плавного разгона двигателя. В режиме «Пуск», схема работает следующим образом: при нажатии кнопки «Пуск» нормально закрытые контакты размыкаются и конденсатор С5 по цепочке -- «земля», R13, -- С5 начинает плавно заряжаться и напряжение на отрицательной обкладке конденсатора плавно стремиться к нулю. Одновременно, напряжение на инвертирующем входе DA1.2 плавно возрастает до величины, определяемой напряжением задания, и компаратор начинает вырабатывать управляющие импульсы силовых тиристоров. Время заряда определяется номиналами C5, R13. Если в процессе работы двигателя необходимо изменить его обороты, чтобы избежать резких бросков оборотов -- в схеме предусмотрен узел «разгона -- торможения» R21, C8, R22. При увеличении (уменьшении) напряжения задания, конденсатор С8 плавно заряжается (разряжается) что предотвращает резкий «наброс» напряжения на инверсном входе усилителя и как следствие предотвращает резкий бросок оборотов двигателя.

Теперь рассмотрим принцип работы регулятора оборотов.

Регулятор предназначен для поддержания постоянных оборотов двигателя в зоне регулирования. Регулятор представляет собой дифференциальный усилитель с суммированием двух напряжений: напряжения задания и напряжения обратной связи. Напряжение задания задается резистором RP1 и поступает через фильтр R20, C8, R21, выполняющий одновременно функции узла «разгона -- торможения», поступает на инверсный вход регулятора ОУ DA1.3. При увеличении напряжения задания на выходе ОУ DA1.3 линейно уменьшается выходное напряжение.

Выходное напряжение регулятора поступает на инверсный вход компаратора СИФУ DA1.2 где, суммируясь с импульсами пилообразного напряжения, преобразуется в серию прямоугольных импульсов идущих на управляющие электроды тиристоров. При увеличении (уменьшении) напряжения задания увеличивается (уменьшается) и выходное напряжение на выходе силового блока.

На рис. 7 представлен график зависимость оборотов двигателя от напряжения задания.

Рис. 7. Значения оборотов двигателя даны для примера.

Делитель напряжения R22, R23 включенный на прямой вход регулятора DA1.3 служит для предотвращения аварии двигателя при обрыве обратной связи (при обрыве обратной связи двигатель идет в разнос).

При включении привода, тахогенератор начинает вырабатывать напряжение, пропорциональное оборотам двигателя. Это напряжение поступает на вход прецизионного детектора DA1.4, DA2.1 собранного по двухполупериодной схеме. Напряжение, снимаемое с выхода точного детектора DA1.4, DA2.1, поступает через фильтр C10, R30, R33 на масштабирующий усилитель обратной связи DA2.2. Усилитель служит для подгонки напряжения обратной связи поступающего с тахогенератора. Напряжение с выхода ОУ DA2.2. поступает как на вход регулятора DA1.3 так и на схему защиты DA2.3.

Резистором RP1 задаются обороты двигателя. При работе двигателя без нагрузки, напряжение на выходе масштабирующего усилителя ниже напряжения на выводе 6 ОУ DA1.3. ? +5v, поэтому привод работает как регулятор. При увеличении нагрузки на валу двигателя, уменьшается напряжение, получаемое с тахогенератора и как следствие уменьшение напряжения с выхода, масштабирующего усилителя.

Когда это напряжение будет меньше напряжение на выводе 5 ОУ DA1.3 привод входит в зону стабилизации тока. Уменьшение напряжения на неинвертирующем входе ОУ DA1.3 приводит к уменьшению напряжения на его выходе, а так как он работает на инвертирующий усилитель DA1.2, это приводит к большему углу открытия тиристоров и, следовательно, к увеличению напряжения на якоре двигателя.

Схема защиты

Защита от превышения оборотов предназначена для защиты двигателя от аварии, в случае резкого превышения установленных оборотов двигателя. Схема собрана на ОУ DА2.3, включенного по схеме компаратора. На инверсный вход компаратора подается опорное напряжение с делителя R36, R37, RP3. Резистором RP3 устанавливается порог срабатывания защиты. Напряжение с выхода масштабирующего усилителя DA2.2 поступает на прямой вход компаратора защиты DA2.3. При превышении оборотов двигателя выше номинальных, напряжение на прямом входе компаратора превышает порог установки защиты, определяемой RP3 -- компаратор переключиться. Благодаря наличию в схеме положительной обратной связи R38 приводит к «защелкиванию» компаратора, а наличие диода VD12 препятствует сбросу компаратора. При срабатывании защиты, напряжение с выхода компаратора защиты (? +11v) через диод VD14 поступает на инверсный вход 13 DA1.2 СИФУ, а так как напряжение защиты превышает напряжение «пилы» (= 9v) -- происходит мгновенный запрет выдачи управляющих импульсов на управляющие электроды тиристоров. Напряжение с выхода компаратора защиты DA2.3 открывает транзистор VT4, что приводит к срабатыванию реле Р1.1 и зажиганию светодиода VL1 сигнализирующего об аварийной ситуации. Снять защиту можно, только полностью обесточив привод, и, выдержав паузу 5 -- 10 секунд вновь включив его.

Силовая часть блока управления (рис. 8).

Рис. 8.

Трансформатор Tr1 предназначен для питания схемы блока управления. Управляемый выпрямитель собран по полумостовой симметричной схеме и содержит два силовых диода D1,D2

и два силовых тиристора Т1, Т2, и защитный диод D3. Обмотка возбуждения питается от своего отдельного трансформатора и выпрямителя.

Если на двигателе отсутствует тахогенератор, то обратную связь, для контроля оборотов, можно выполнить следующим образом:

1. Применить трансформатор тока, включенный в цепь питания управляемого выпрямителя.

Рис. 9.

Если используется трансформатор тока, то перемычку P1 на схеме блока управления поставить в положение 1-3, это необходимо потому, что при увеличении нагрузки ток якоря будет увеличиваться, следовательно напряжение, снимаемое с трансформатора тока тоже будет увеличиваться, поэтому напряжение обратной связи необходимо подавать на инвертирующий вывод микросхемы DA1.3. Так же можно поставить стандартный токовый шунт, но только в цепь якоря двигателя, после выпрямителя и снимать сигнал обратной связи с него.

2. Использовать датчик якорного напряжения. Схема приведена ниже.

Датчик якорного напряжения представляет собой фильтр - делитель и подключается непосредственно к клеммам якоря электродвигателя. Настройка привода производиться следующим образом. Резисторы “Задание” и “Масштабирование Uoc” выставляется в среднее положение. Резистор R5 датчика якорного напряжения выводиться в нижнее к “земле” положение. Включаем привод и выставляем напряжение на якоре двигателя примерно 110 вольт. Контролируя напряжение на якоре двигателя, начинаем вращать резистор R5. В определенный момент регулирования напряжение на якоре начнет снижаться, это свидетельствует о том, что начала работать обратная связь.

Рис. 10.

2. Практическая часть

2.1 Проектирование шифратора «из 12 в 4»

2.1.1 Шифратор. Общие сведения

Шифратор -- логическое устройство, выполняющее преобразование позиционного кода в n-разрядный двоичный код. Таким образом, шифратор - это комбинационное устройство, реализующее обратную дешифратору функцию. Кодирующие устройства (шифраторы) представляют собой преобразователи, в которых на выходе в цифровой форме представляются воспринимаемые ими перемещения. Угловые перемещения воспринимаются угловым или поворотным, а линейные - линейным кодирующим устройством.

Шифраторы приращений индицируют только перемещение при движении. Шифраторы приращений генерируют выходные импульсы, которые подсчитываются реверсивным счётчиком, поэтому их показания соответствуют тому, как далеко диск продвинулся с начала отсчёта. Здесь в основном применяются два чувствительных элемента, расположенных в преобразователях таким образом, что их выходы сдвинуты относительно друг друга на 90° по фазе. В этом случае можно использовать специальную логическую схему для определения направления и, следовательно, для определения того, вверх или вниз должен считать счётчик.

Абсолютные шифраторы реализуют кодированный выход, который индицирует абсолютной положение контролируемого объекта, причём кодирование производится в двоичном коде, а его длина соответствует длине кода измерительной системы. В угловых шифраторах с длиной кода 20 бит разрешающая способность преобразователя обеспечивает возможность производить измерения с точностью до миллионной доли.



Рис. 11. УГО и таблица истинности для шифратора «из 12 в 4».

2.1.2 Схема электрическая функциональная шифратора

Рис. 12. Схема электрическая функциональная шифратора.

2.1.3 Нумерация входов-выходов (цоколевка) микросхем

Для создания шифратора мы будем использовать микросхемы серии К155:

· К155ЛЛ1-2 ИЛИ- 4 логических элемента ИЛИ;

· К155ЛЕ7-5 ИЛИ-НЕ - 2 логических элемента ИЛИ-НЕ;

· К155ЛЕ2- 4 ИЛИ-НЕ - 2 логических элемента ИЛИ-НЕ;

· К155ЛИ1- НЕ - 6 логических элементов НЕ.

Нумерация входов-выходов приведена на рисунке 13.

Рис. 13. Цоколевка микросхем.

2.1.4 Схема электрическая принципиальная шифратора

Рис. 14. Схема электрическая принципиальная шифратора «из 12 в 4».

2.2 Проектирование дешифратора «из 4в 12»

2.2.1 Дешифратор. Общие сведения

Дешифраторы - это комбинационные схемы с несколькими входами и выходами, преобразующие код, подаваемый на входы в сигнал на одном из выходов. На одном выходе дешифратора появляется логическая единица, а на остальных -- логические нули, когда на входных шинах устанавливается двоичный код определённого числа или символа, то есть дешифратор расшифровывает число в двоичном, троичном или k-ичном коде, представляя его логической единицей на определённом выходе. Число входов дешифратора равно количеству разрядов поступающих двоичных, троичных или k-ичных чисел. Число выходов равно полному количеству различных двоичных, троичных или k-ичных чисел этой разрядности.

Для n-разрядов на входе, на выходе , или . Чтобы вычислить, является ли поступившее на вход двоичное, троичное или k-ичное число известным ожидаемым, инвертируются пути в определённых разрядах этого числа. Затем выполняется конъюнкция всех разрядов преобразованного таким образом числа. Если результатом конъюнкции является логическая единица, значит на вход поступило известное ожидаемое число.

Из логических элементов являющихся дешифраторами можно строить дешифраторы на большое число входов. Каскадное подключение таких схем позволит наращивать число дифференцируемых переменных.

№	Входы	Выходы
	А	B	C	D	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
0	0	0	0	0	1
1	0	0	0	1	0	1
2	0	0	1	0	0	0	1
3	0	0	1	1	0	0	0	1
4	0	1	0	0	0	0	0	0	1
5	0	1	0	1	0	0	0	0	0	1
6	0	1	1	0	0	0	0	0	0	0	1
7	0	1	1	1	0	0	0	0	0	0	0	1
8	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1
9	1	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1
10	1	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1
11	1	0	1	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1

Рис. 15. УГО и таблица истинности для дешифратора «из 4 в 12».

2.2.2 Схема электрическая функциональная дешифратора

Для построения функциональной схемы дешифратора, нам необходимо определить структурные выражения с помощью карт Карно.

F0	СD	СD	СD	СD
AB	1	0	0	0
AB	0	0	0	0
AB	x	x	x	x
AB	0	0	0	0

F2	СD	СD	СD	СD
AB	0	0	0	0
AB	1	0	0	0
AB	x	x	x	x
AB	0	0	0	0

F3	СD	СD	СD	СD
AB	0	0	0	0
AB	0	1	0	0
AB	x	x	x	x
AB	0	0	0	0

F4	СD	СD	СD	СD
AB	0	0	0	0
AB	0	0	1	0
AB	x	x	x	x
AB	0	0	0	0

F₀= ABCD; F₁ = ABCD; F₂ = ABCD; F₃ = ABCD;

F₄ =BCD;F₅ =BCD;F₆ =BCD; F₇ =BCD;

F₈ = ACD;F₉ = ACD;F₁₀ = ACD;F₁₁ = ACD.

Рис. 16. Схема электрическая функциональная дешифратора «из 4 в 12».

2.2.3 Нумерация входов-выходов (цоколевка) микросхем

Для создания дешифратора мы будем использовать микросхемы серии К155:

· К155ЛИ6- 4 И - 2 логических элемента И;

· К155ЛИ3- 3 И - 3 логических элемента И;

· К155ЛИ1- НЕ - 6 логических элементов НЕ.

Нумерация входов-выходов приведена на рисунке 16.

Рис. 17. Цоколевка микросхем.

2.2.4 Схема электрическая принципиальная дешифратора



Рис. 18. Схема электрическая принципиальная дешифратора.

2.3 Семисегментный индикатор

Семисегмемнтный индикамтор -- устройство отображения цифровой информации. Это -- наиболее простая реализация индикатора, который может отображать арабские цифры. Для отображения букв используются более сложные многосегментные и матричные индикаторы.

Семисегментный индикатор, как говорит его название, состоит из семи элементов индикации (сегментов), включающихся и выключающихся по отдельности. Включая их в разных комбинациях, из них можно составить упрощённые изображения арабских цифр. Часто семисегментные индикаторы делают в курсивном начертании.

Цифры, 6, 7 и 9 имеют по два разных представления на семисегментном индикаторе. В ранних калькуляторах Casio и Электроника цифра 0 отображалась в нижней половине индикатора.

Сегменты обозначаются буквами от A до G; восьмой сегмент -- десятичная точка (decimalpoint, DP), предназначенная для отображения дробных чисел.

Изредка на семисегментном индикаторе отображают буквы.

В современных индикаторах светодиоды изготавливают в форме сегментов, поэтому светодиодные индикаторы имеют предельно простую, унифицированную форму: чем меньше разных светодиодов, тем дешевле устройство. В жидкокристаллических, газорязрядных, вакуумно-люминесцентных (катодно-люминесцентных) и других индикаторах дизайнеры находят место для вариации формы сегментов.

Рис. 19. Обозначение сегментов индикатора и таблица истинности для сегмента «а».

2.3.1 Схема электрическая функциональная семисегментного индикатора

Для построения функциональной схемы дешифратора, нам необходимо определить структурные выражения с помощью карт Карно.

Ya	СD	СD	СD	СD
AB	0	1	0	0
AB	1	0	0	0
AB	0	0	0	0
AB	0	0	0	0

Y_a= ABCD + ABCD

Рис. 20. Схема электрическая функциональная семисегментного индикатора.

2.3.2 Схема электрическая принципиальная семисегментного индикатора

Рис. 21. Схема электрическая принципиальная семисегментного индикатора.

Заключение

Появление интегральных микросхем сыграла решающую роль в развитие электроники положив начало новому этапу микроэлектроники. Микроэлектронику четвертого периода называют схематической, потому что в составе основных базовых элементов можно выделить элементы эквивалентные дискретным электро-радиоэлементам и каждой интегральной микросхеме соответствует определенная принципиальная электрическая схема, как и для электронных узлов аппаратуры предыдущих поколений.

Интегральные микросхемы стали называться микроэлектронные устройства, рассматриваемые как единое изделие, имеющее высокую плотность расположения элементов эквивалентных элементам обычной схемы. Усложнение, выполняемых микросхемами функций, достигается повышением степени интеграции.

В настоящее время микроэлектроника переходит на качественно новый уровень - наноэлектронику.

Наноэлектроника в первую очередь базируется на результатах фундаментальных исследований атомных процессов в полупроводниковых структурах пониженной размерности.

Одним из возможных работ связанных с наноэлеткроникой является работы по созданию материалов и элементов ИК-техники. Они востребованы предприятиями отрасли и являются основой для создания в ближайшем будущем систем «искусственного» (технического) зрения с расширенным, по сравнению с биологическим зрением, спектральным диапазоном в ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра. Системы технического зрения и фотонные компоненты на наноструктурах, способные получать и обрабатывать огромные массивы информации, станут основой принципиально новых телекоммуникационных устройств, систем экологического и космического мониторинга, тепловидения, нанодиагностики, робототехники, высокоточного оружия, средств борьбы с терроризмом и т.д. Применение полупроводниковых наноструктур значительно уменьшит габариты устройств наблюдения и регистрации, уменьшит энергопотребление, улучшит стоимостные характеристики и позволит использовать преимущества массового производства в микро- и наноэлектронике ближайшего будущего.

Список используемых источников

1. http://tehnoincom.com.ua

2. www.bibliofond.ru

3. www.kontel.ru

4. www.atriumnn.com

5. http://geoplus-gazoprovod.ru

6. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника: Учеб.пособие для вузов. - 4-е изд., перераб. - М.: Энергоатомиздат, 2009. - 440 с.

7. Классическая электроника и наноэлектроника: -- Москва, Флинта, Наука, 2009 г.- 728 с.

8. Волынский В.А. и др. Электротехника /Б.А. Волынский, Е.Н. Зейн, В.Е. Шатерников: Учеб.пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 2007. - 528 с., ил.

9. Электротехника и электроника в 3-х кн. Под ред. В.Г. Герасимова Кн.2. Электромагнитные устройства и электрические машины. - М.: Высшаяшк. - 2007 г.

10. Основы промышленной электроники: Учебник для неэлектротехн. спец. вузов /В.Г. Герасимов, О М. Князьков, А Е. Краснопольский, В.В. Сухоруков; под ред. В.Г. Герасимова. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 2006. - 336 с.

Размещено на Allbest.ru

...