Управляемый делитель частоты

   Часы  с термометром и барометром.  

   Назначение  и область применения изделия. 

   Прибор  предназначен для отображения текущего значения  времени, температуры и  и атмосферного давления, заменяя  таким образом три обычных  бытовых прибора. Он может быть связан по последовательному интерфейсу с  персональным компьютером, который  может откалибровать шкалы термометра и барометра, а при необходимости -собрать данные  для вывода на экран графиков изменения их показаний  за выбранный интервал времени. Также  предусмотрено возможность отслеживания состояния батареи с помощью индикатора.

   Устройство  применяется в бытовых условиях.  
 

 

 Исполнение, категория и условия эксплуатации:

ГОСТ 15150:

Климатическое исполнение изделия: умеренный холодный климат (УХЛ)

Категория размещения изделия: 4.2 (для эксплуатации в лабораториях, капитально жилых и других подобного типа помещениях).

Прибор относится  к группе наземной переносной РЭА. Габаритные размеры: 210´160´80 мм. Масса не более 1 кг. Конструкция прибора должна предусматривать возможность программирования через штыревые колодки ISP и RS232.

Значение  температуры воздуха  при эксплуатации:

• рабочее (верхнее): +40 С
• рабочее (нижнее): -40 С
• предельное (верхнее): +45 С
• предельное (нижнее): - 50 С

Относительная влажность:

• нижнее значение: 60% при 20 С
• верхнее значение 80% при 25 С

Атмосферное давление:

• рабочее (нижнее): 650 мм. рт. ст.
• рабочее (верхнее): 800 мм. рт. ст.

Материал  корпуса:  силумин АЛ34 (ВАЛ5), ГОСТ 2685 – 75 [4].  

ГОСТ 17516.1-90:

Место размещения и условия  эксплуатации:

     Перемещение и манипулирование и перемещение  людьми(низкая физической активностью  и не использующих одновременно изделия(инструменты) с высокой механической мощностью), работа в местах с малозначительными  вибрациями, перевозка в хорошо амортизированных видах транспорта (самолеты, суда, железнодорожный транспорт, автомобили).

Группа  механического исполнения: М21 (перемещаемые нестационарные изделия, работающие в движении).

Синусоидальная  вибрация:

1. диапазон частот(f): 0,5-200 Гц
2. максимальная амплитуда ускорения(g): 2 м/с^-2

Удары одиночного действия:

1. пиковое ударное ускорение(g): 10 м/с^-2
2. длительность действия ударного ускорения: 2-20 м/с^-2

Удары многократного действия:

1. пиковое ударное ускорение(g): 7  м/с^-2
2. длительность действия ударного ускорения: 2-20 м/с^-2

 
 
 

   Принцип действия устройства. 

   Три канала контроля за фазным напряжениям  по схеме идентичны. Поэтому рассмотрим работу только одного из них, контролируещего напряжение фазы А. Цепь R1, R4,VD2,R10,R17,C4 формирует из переменного фазного напряжения пропорциональное ему постоянное. Последнее поступает на входы двух ОУ микросхемы DA3, служащих компораторами. На инвертирующий вход нижнего по схеме компоратора с резистивного делителя R1R12 подано напряжение, задающее порого срабатывания защиты при превышении фазным напряжением допустимого значения. На инвентирующий вход второго (верхнего) компоратора подано напряжение «нижнего» порога (с резистивного делителя R7R11). Выходы компораторов соединены с входами элемента ИЛИ-НЕ DD1.1. Логический уровень на выходе этого элемента высокий, пока контролируемое фазное напряжение остается в установленных подстроечными резисторами R11 и R12 пределах.

   Элемент DD2.1 объединяте выходные сигналы трех каналов контроля. Пока ни один из них  не сработал, уровень на выходе этого элемента – низкий. Светодиод HL2 не горит, сигнализируя об исправности трехфазной сети. Аналогично элементу DD2.1 действует элемент DD2.2, но на один из его входов дополнительно подан сигнал срабатывания узла контроля температуры. Поэтому транзистор VT1, цепь базы которого подключена к выходу элемента DD2.2 через интегрирующую цепь R22C7 и инвертор DD2.3, открыт лишь при условии, что сеть исправна и температура корпуса электродвигателя ниже допустимой.

   В  цепь коллктора транзистора VT1 включена обмотка реле K1. Если все в порядке, реле K1 и контактор KM1 находятся в сработавшем состоянии и электродвигатель подключен к сети. В аварийной ситуации транзистор будет закрыт и разомкнувшиеся контакты реле K1.1 обесточат обмотку пускателя КМ1, который отключит электродвигатель. Упомянутая выше цепь R22С7, задерживает срабатывание защиты на 2…4 с, предотвращает реакцию на кратковременные броски сетевого напряжения.

   Датчиком  температуры корпуса электродвигателя служит терморизистор RK1. С помощью  ОУ DA6 напряжение, падающее на терморезисторе, сравнивают с образцовым, поступающим на инвертирующий вход ОУ с резистивного делителя R9R16. В случае перегрева электродвигателя сопротивление терморезистора  и падение напряжения на нем уменьшаются на столько, что высокий логический уровень на выходе DA6 сменяется низким, приводя к зажиганию светодиода HL1 и к отключению электродвигателя пускателем KM1.

   Длина проводов, соединяющих терморезистор  RK1 с защитным устройством, может достигать 2…3 м. конденсатор С1 устраняет наведенные на эти провода помехи.

   Узел  питания защитного устройства состоит  из понижающего трансформатора T1, диодного моста VD1, конденсатора фильтра С2 и  двух интегральных стабилизаторов –DA1 И DA2. Напряжением 9В с выхода первого стабилизатора питают микросхемы DA3-DA6, DD1,DD2. потребляемый ток не превышает 30мА, поэтому теплоотвод микросхеме DA1 не требуется. Из напряжения 5В, стабилизированного микросхемой DA2, получают образцовые уровни напряжения для установки порогов срабатывания защиты. 
 
 
 
 
 
 
 

   Основные  технические характеристики устройства: 

   Напряжение  питания, В …………………………………………………...380

   Частота питающей сети, Гц ………………………………………………...50

   Номинальный входной ток, А ..............…………………………………….63

   Мощность  нагрузки, кВт ……………………………………………..……..75 

 

    4.3. Состав изделия.

 

   Изделие имеет централизованную схему компоновки и представляет собой моноблок, имеющий вилку для подключения к сети и розетку для подключения нагрузки (двигатель), а также выносной элемент RK1, который устанавливается непосредственно на двигатель. 

         

   Рис. 1. Блок-схема УЗ-3Д 

   4.4. Функциональные узлы электрической схемы изделия.

       Прибор  состоит из передней и задней панелей, шасси и защитного кожуха П-образной формы и внешнего элемента - датчика. 
 

   

 

 

 

 
 
 
 
 

   Рис. 2. Блок-схема функциональных узлов электрической схемы изделия УЗ-3Д

При разбиении  электрической схемы изделия  на функциональные узлы  на панель управления были помещены следующие элементы:

• переключатель SA1 включения и выключения напряжения питания прибора;
• светодиодный индикатор HL3, сигнализирующий о включении питания;
• светодиодный индикатор HL2, сигнализирующий о неисправности сети;
• светодиодный индикатор HL1, сигнализирующий о перегреве двигателя;

 

на  заднюю панель были помещены следующие элементы:

• предохранитель FU1:
• разъемы подключения сети ~380 и двигателя (вилка и розетка):
• клемма "Заземление"
• монтажные провода к датчику RK1

 

выносной  элемент RK1. 

Остальные элементы (сетевой трансформатор, печатная плата реле и пускатель) размещены на шасси.  

   4.5. Технические характеристики изделия.

       

   4.6. Требования безопасности.

   4.6. Требования безопасности. 

   Конструкция изделий обеспечивает электробезопасность  пользователя в процессе эксплуатации изделий:

1. Прибор имеет полностью закрытый корпус, исключающий контакты с находящимися под напряжением частями устройства, корпус выполнен из пластмассы.
2. Тепловое реле в пускателе КМ1 отключит устройство при превышении максимального тока;
3. Защитное заземление объединяет все металлические элементы конструкции, доступ к которым возможен при наладке, ремонте и эксплуатации, с общей шиной с отводами наименьшей конструктивной длины с глухозаземлённой нейтралью первичной питающей сети, располагаемой обычно около фундамента здания.
4. Надежная изоляция токоведущих частей.
5. На задней панели предусмотрены уплотнительные кольца в местах выхода сетевого шнура и монтажного провода из корпуса для предотвращения их истирания в процессе эксплуатации.
6. Световая индикация включения сетевого напряжения – светодиод HL3 (поз. 4, приложение 7.6).

7. предусмотрен предохранитель FU1 (поз. №7 СБ2) для защиты от перегрузок в сети питания устройства. 
   

   4.7. Элементная база.

 

   Для элементов контроля и регулирования, элементов обеспечения безопасности и элементов внешних соединений была подобрана элементная база, соответствующая  режимам работы прибора, а также  условиям его эксплуатации. Элементная база приведена в Приложении 7.9. 

   4.8. Требования эргономики и технической эстетики.

   Компоновка  – часть процесса конструирования, при котором определяются внешний вид (форма) изделия, габаритные, установочные и присоединительные размеры изделия в целом, а также размещение и взаимное расположения и связь составных частей (деталей, узлов и блоков).

   Внешняя компоновка – выбор в процессе конструирования формы, размеров и цветовой гаммы изделия в целом и его составных частей, а также размещение ЭКРУ с учетом требований эргономики и дизайна.

   В приборе  в качестве органа управления используется клавишный переключатель SA1 (поз. 3, приложение 7.6). Выполняется требование к элементам управления: переключатель визуально и тактильно хорошо заметен. Переключатель расположен в вправой части лицевой панели. Такое расположение наиболее удобно для включения питания и удовлетворяет требованиям эргономики.