3. 13. ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЕ СТОРОЖЕВОЕ УСТРОЙСТВО НА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ РЕЛЕ
Это сторожевое устройство относится к классу изделий дискретной автоматики, основу которых составляют электромеханические контакты, управляющие электромагнитным ИМ. Как правило, такие изделия представляют собой единую сторожевую систему, в которой подача напряжения на ИМ и его включение в действие происходят лишь при условии, что замыкания всех промежуточных контактов осуществляются точно в заданной последовательности. А включение ИМ в данном варианте устройства приводит к перемещению сердечника электромагнита и связанных с ним защелки или стопора ригеля механического замка, устанавливаемого на входной двери.
Сторожевое устройство предназначено для установки на входных дверях жилых домов и производственных объектов, а также на внутренних дверях офисов, складов, цехов, лабораторий и т. д. Устройство, смонтированное на внутренних дверях, разрешает свободный вход в помещение лицам, знающим зашифрованное число, и в любом случае предупреждает об открывании двери и наборе шифра. Попытки посторонних посетителей открыть замок простым перебором цифр не могут привести к положительному результату, так как количество вариантов шифра насчитывает десятки тысяч.
Устройство включает в свой состав очень маленькую номенклатуру комплектующих ЭРИ и ЭРЭ, и все они рассчитаны на жесткие условия эксплуатации. При правильной технологии изготовления и монтаже элементов как внутри блоков, так и всей наружной проводки устройство может эксплуатироваться в условиях УХЛ и ХЛ, при температуре окружающей среды до —35 °С и 45 °С, при относительной влажности воздуха при температуре 25 °С до 95% и при пониженном атмосферном давлении до 200 мм рт. ст.
Работает сторожевое устройство непосредственно от сети переменного тока напряжением 220 В частотой 50 Гц, и звонковая кнопка находится при замыкании контактов под высоким напряжением. Вторичный источник электропитания изготавливается в единой конструкции с релейным автоматом.
Принципиальная электрическая схема электромеханического сторожевого устройства на электромагнитных реле приведена на рис. 3. 19. Подключение устройства к сети электропитания осуществляется с помощью электрического соединителя X1 типа «вилка» или прямым подключением электрического кабеля к однофазной сети. В последнем случае электрический соединитель X1 из схемы исключается. На входе устройства установлены плавкие предохранители, защищающие его от коротких замыканий и перегрузок в цепях устройства. Для исключения ошибок и как следствие коротких замыканий необходимо использовать только проверенные комплектующие элементы и монтажные провода, сопротивление изоляции которых в нормальных условиях эксплуатации не менее 50 МОм.
В конструкции сторожевого устройства можно выделить такие узлы, как БП с релейным автоматом, входные цепи с электрическим звонком и емкостным фильтром, пульт управления и дешифратор, устанавливаемый на входной двери. Конденсатор С/ обеспечивает защиту от помех, проникающих в сеть питания как от работы внешних источников, так и от работы релейного переключателя при замыкании и размыкании контактов. Конденсатор сравнительно небольшой емкости устанавливается параллельно первичной обмотке сетевого трансформатора Т1
и рассчитан на напряжение 750 В. Характерной особенностью данного устройства является его высокая экономичность, так как в режиме ожидания оно не потребляет электроэнергии. Схема его включения содержит переключатели S1, S2 и S12 с разомкнутыми контактами. Одновременно необходимо обратить внимание на включение и работу электрического звонка. Как следует из схемы, электрический звонок включен автономно и его работа зависит от положения контактов переключателей S1 S2 и S12. Это условие изменится, если будет выбран другой шифр.
В положении, указанном на схеме, шифр устройства — 0987. Количество цифр в коде определяется количеством рабочих реле КЗ—Кб.
Для электропитания электромагнитных реле и ИМ в устройстве собрано выпрямительное устройство, на выходе которого действует постоянное напряжение 32 В под нагрузкой. Для понижения высокого сетевого напряжения применен сетевой понижающий трансформатор питания Т1 стержневой самодельной конструкции. Изготавливается трансформатор на магнитопроводе типа ПЛ или П с двумя катушками по данным, приведенным в табл. 3.17. Активная площадь поперечного сечения стержней магнитопровода должна быть не менее 5 см2. Магнитопровод стержневой конструкции трансформатора выполняется П-образной формы и имеет два стержня с катушками. На каждом стержне помещается половина витков первичной и половина витков вторичной обмоток. Они соединяются между собой последовательно, так, чтобы намагничивающие силы этих полуобмоток совпадали по направлению. Стержневые трансформаторы обладают значительно меньшей чувствительностью к внешним магнитным полям, так как знаки ЭДС помех, наводимых в двух катушках трансформатора, равны по величине, но противоположны по знаку, поэтому взаимно уничтожаются. Эти трансформаторы по сравнению с броневыми имеют меньшую индуктивность рассеяния (на каждой катушке только половина витков, и поэтому толщина катушки меньшая), меньшее внешнее электромагнитное поле (магнитодвижущая сила в отдельных катушках имеет равный знак).
Сетевой трансформатор обеспечивает полную гальваническую развязку между вторичными цепями устройства и первичной сетью электропитания высокого напряжения,
Таблица 3. 17 Моточные данные сетевого понижающего трансформатора питания Т1, примененного в электромеханическом сторожевом устройстве на электромагнитных реле
расчетное значение выпрямленного напряжения постоянного тока и более высокую электробезопасность.
Параллельно вторичным обмоткам сетевого трансформатора включен индикатор, который сигнализирует о срабатывании первого реле сторожевого устройства. Он выполнен на светодиоде VD1, VD2, R1. После замыкания контактов переключателя S1 и наборе установленного шифра на вторичной обмотке трансформатора Т1 появляется переменное напряжение около 30...35 В. Сразу же вспыхивает световой сигнализатор включения устройства.
Выпрямитель собран на четырех диодах средней мощности (на ток от 1 до 10 А) по классической однофазной двухполупериодной мостовой схеме, которая по сравнению с другими известными схемами выпрямителей характеризуется рядом положительных и отрицательных параметров: повышенной частотой пульсации выпрямленного напряжения постоянного тока; пониженным обратным напряжением на комплекте выпрямительных диодов;
достаточно высоким коэффициентом использования габаритной мощности сетевого трансформатора питания Т1;
повышенными потерями и более низким кпд; большим расходом диодов и вследствие этою повышенной стоимостью изготовления; невозможностью установки диодов на металлическом радиаторе охлаждения без изоляционных прокладок. Примененная схема выпрямителя наиболее распространена в радиолюбительской практике вследствие своей простоты, высоких электрических выходных параметров и надежной эксплуатации.
Выпрямитель работает на емкостную нагрузку (емкостный фильтр) на электролитическом конденсаторе С'2, который является фильтром, сглаживающим пульсации напряжения на выходе выпрямителя.
Как следует из схемы, релейный автомат с устройством кодирования и дешифрации собран на электромагнитных реле К1—К6, одно из которых является ИМ. Установка нового шифра производится следующим образом. На шифровальном поле, где собраны малогабаритные приборные клеммы Х2—Х43, металлическими перемычками соединяются соответствующие контакты рабочих реле, переключателей S3—S12 и вилки, подключаемые к соединителям с нечетными обозначениями приборных клемм (Х5, X11...Х43). На схеме вилки, подключенные к контактам обмоток рабочих реле, обозначены цифрами 1—4. Первой при наборе шифра подключается вилка с номером 1. Если необходимо набрать шифр 1479, то клемму (цифра 1) с проводником, идущим от реле К6, подключают к соединителю Х7, клемму от реле К5 — к Х19, клемму от реле К4 с цифрой 3 — к соединителю Х31. клемму от реле КЗ — к соединителю Х39. Последовательно соединяют Х5, Х17, Х29, Х37 с точкой А и положительным выводом источника питания. Далее так же последовательно соединяют выводы Х9, Х13, Х21, Х25, Х38 и Х41 с контактом 2 реле К2.1. Завершается кодирование параллельным соединением контактов X11, Х15, Х23, Х27, Х35, Х43 с обмоткой реле К.2, которое обеспечивает сброс при неправильном наборе кода.
После подключения устройства к сети переменного тока переключателем S1 нажимают одновременно на две кнопки, включающие питание звонка S2 и первого рабо чего реле (К6—S12). При шифре, показанном на схеме, срабатывает первое реле К16 замыкая свои контакты К6.1, блокирующие питание реле, и контакты К6.2, подготавливающие срабатывание второго рабочего реле К5. Это реле сработает после замыкания контактов 1 и 2 переключателя S11. При нажатии на кнопку этого переключателя срабатывает вторая цифра кода 9. Контакты К5.1 самоблокируют питание реле К5, а контакты К5.2 подготавливают следующее реле к очередному срабатыванию. После замыкания контактов переключателя S10 срабатывает реле К4, его контакты К4.1 самоблокируют питание реле К4, а контакты К4.2 подготавливают реле КЗ к работе. Таким образом, к этому моменту правильно набрана третья цифра кода. Далее замыкают контакты переключателя S9, срабатывает реле КЗ. Его контакты КЗ.1 самоблокируют питание этого реле, а контакты КЗ.2 подключают электромагнит ЭМ1 к выпрямителю постоянного тока. Итак, при последовательном нажатии на кнопки переключателей S12, S11, S10, S9 был набран ранее установленный код 0987.
Новый шифр 1479 может быть правильно набран при последовательном нажатии на кнопки переключателей S3, S6, S9, S11.
При изготовлении сторожевого устройства использованы следующие комплектующие ЭРИ и ЭРЭ: выпрямительные диоды VD2 типа КД105Б, VD3—VD6 — Д242Б; светодиод VD1 типа АЛ307А; сетевой понижающий трансформатор стержневой конструкции Т1; предохранители F1, F2 типа ПМ-1-1 А; звонок электрический бытовой ВА1 любого типа с электропитанием от сети переменного тока напряжением 220 В; конденсаторы С1 типа МБМ-11-750В-0.1 мкФ, С2 — К50-6-50В-50 мкФ; электрические соединители X1 типа «вилка», Х2—Х43 — КМЗ-1; электромагнитные реле РЭС-10 (паспорт РС4.529.031-03).
Необходимо заметить, что при нажатии на кнопку S2 при замкнутых контактах переключателя S1 напряжение переменного тока будет подано на сетевой понижающий трансформатор питания и электрический звонок ВА1. После отпускания кнопки S2 устройство обесточится и придет в исходное состояние. Если при нажатии на кнопку S2 контакты переключателя S1 разомкнуты, то работать будет только электрический звонок в обычном режиме. После того как был правильно набран установленный код и замок откроется, трансформатор Т1 отключится от сети нажатием любой нерабочей кнопки. При неправильном наборе шифра и ошибке в порядке набора кода сторожевое устройство не сработает, а при нажатии на нерабочую кнопку, например S3, сработает реле К2, которое своими контактами К2.1 разорвет цепь питания электромагнитных реле и возвратит все устройство в начальное положение. Все ранее правильно набранные цифры кода будут сброшены.
При изготовлении сторожевого устройства можно произвести замену некоторых комплектующих ЭРЭ. Можно применить электромагнитные реле типа РЭС-10 (паспорт РС4.529.031-16, РС4.524.313, РС4.529.031-11), РЭС-22;
можно применить унифицированный сетевой понижающий трансформатор стержневой конструкции типа ТС-40-5 или типа ТПП208-127/220-50, ТПП307-127/220-50 ТПП270-127/220-50.
Конструктивно сторожевое устройство рекомендуется выполнить в виде двух самостоятельных сборочных единиц: устройства дешифрования и БП с шифровальными контактами. Электрический звонок работает в обычном режиме и устанавливается традиционным способом. Изменения в монтаже питания звонка показаны на схеме.
Основные электрические параметры сторожевого устройства приведены ниже. Условия эксплуатации обеспечиваются конструкцией устройства и должны отвечать требованиям для УХЛ.
Конструкция дешифратора сторожевого устройства включает в свой состав: малогабаритные переключатели S2—S12 и индикаторное устройство. Все остальные элементы схемы собраны в БП и соединены с дешифратором монтажными проводами. Дешифратор располагается на входной двери таким образом, чтобы обеспечивался доступ только к кнопкам управления, имеющим максимально утопленные контакты, которые не могут быть демонтированы и вскрыты. Конструктивные решения дешифраторов общеизвестны, широко применяются в кодовых замках, которые используются на входных дверях большинства общественных помещений и жилых зданий.
Следует еще раз обратить внимание мастеров-радиолюбителей на то, что, выполняя работы, связанные с электричеством, необходимо помнить основные правила безопасности.
Основные электрические параметры и технические характеристики электромеханического сторожевого устройства на электромагнитных реле
Номинальное напряжение питающей сети
переменного тока, В .................... 220
Номинальная частота питающей сети
переменного тока, Гц.................... 50
Номинальное напряжение питания электромагнитных
реле постоянным током, В................. 32
Коэффициент нелинейных искажений питающей сети
переменного тока, %, не более.............. 10
Пределы изменения напряжения питающей сети
переменного тока, В..................... 200... 240
Пределы изменения частоты питающей сети
переменного тока, Гц.................... 49, 5... 50, 5
Номинальное напряжение на выводах обмоток
сетевого трансформатора, В:
1 и 1', 2 и 2' ....................... .110
3 и 3', 4 и 4' ....................... .16
Количество одновременно охраняемых объектов, шт .1
Количество цифр в наборе кода, шт ........... .4
Срок службы, ч, не менее .................. .10 000
Вероятность безотказной работы устройства
при риске заказчика в=0,92, не менее ........ .0,98
Сопротивление изоляции между токоведущими частями
и металлическим корпусом, МОм, не менее .... .15
Помехозащищенность устройства при воздействии
внешнего электромагнитного поля, дБ, не менее . .110
кпд, %, не менее ....................... 96
Рис. 3.19. Принципиальная схема электромеханического сторожевого устройства на электромагнитных реле.