3.5. СТОРОЖЕВОЕ УСТРОЙСТВО НА ППП СО СВЕТОВОЙ И ЗВУКОВОЙ СИГНАЛИЗАЦИЕЙ
Сторожевое устройство на полупроводниках разработано для охраны объектов народно-хозяйственного назначения, дачных строений, хозблоков на садово-огородных участках, гаражей, жилых помещений в условиях УХЛ, ХЛ и В, при установке исполнительных механизмов на входных дверях, окнах, воротах и по периметру ограждений, которые рассчитаны на эксплуатацию как внутри объектов, так и на открытых площадях. Радиолюбителям необходимо так сконструировать сторожевое устройство, чтобы была обеспечена высокая технологичность изготовления и устройство могло бы противостоять разнообразным внешним воздействующим нагрузкам. Изделия промышленного изготовления устойчиво работают при смене температур и повышенной относительной влажности до 95%, а также при пониженном атмосферном давлении до 5 мм рт. ст. Такие условия эксплуатации обеспечиваются высоким качеством применяемых комплектующих ЭРИ и ЭРЭ и достаточно простым схемно-техническим решением.
Работает сторожевое устройство от сети переменного тока напряжением 220 В частотой 50Гц.Электронная схема данного устройства допускает электропитание от вторичного источника питания напряжением 16...24 В.
Область применения этого сторожевого устройства может быть значительно расширена, если внести некоторые изменения в схему питания и использовать его для охраны подвижных большегрузных средств, работающих на суше и на воде (реках, озерах и морях). Но лучшее применение — все-таки для охраны стационарных объектов на приусадебных участках.
Принципиальная электрическая схема устройства, собранного на ППП со световой и звуковой сигнализацией, приведена на рис. 3.9.
Сторожевое устройство представляет собой совокупность нескольких функциональных узлов и блоков, объединенных в универсальную охранную систему. Как видно из электрической схемы, она состоит из входных электрических цепей, сетевого понижающего трансформатора питания Т1, выпрямительного устройства, работающего на емкостный фильтр, стабилизатора напряжения, быстродействующего электронного блока охранной сигнализации и выходных цепей с исполнительными устройствами автоматического действия.
Подключается устройство к сети переменного тока с помощью стандартного электрического соединителя X1 типа «вилка», которая в свою очередь подключается к штепсельной розетке. На входе устройства установлен плавкий предохранитель F1, защищающий ЭРЭ входных цепей от перегрузок и коротких замыканий. Предохранитель рассчитан на максимальный ток срабатывания 0,25 А. Включение и выключение охранной сигнализации обеспечивается однополюсным переключателем S1 типа «тумблер». Включенный параллельно первичной обмотке сетевого трансформатора, высоковольтный конденсатор С1 защищает систему электронной сигнализации от сетевых помех.
В качестве сетевого понижающего трансформатора питания Т1 применен унифицированный трансформатор типа ТА, который может быть заменен трансформатором самодельной конструкции. Можно применить трансформатор типоразмера ТА62-127/220-50 с двумя первичными и шестью вторичными обмотками. Самодельный трансформатор изготавливается на броневом магнитопроводе типа Ш или ШЛ (ШЛМ) из электротехнической стали марки 3312. Активная площадь поперечного сечения стали основного стержня магнитопровода должна быть в пределах 5...6 см2 Следует заметить, что чем больше активная площадь поперечного сечения стали, тем больше габаритная мощность трансформатора. Моточные данные самодельного трансформатора Т1 приведены в табл. 3.11. При изготовлении этого трансформатора можно намотать на каркас катушки только действующие обмотки, не повторяя конструкцию унифицированного трансформатора. На каркас катушки наматывается одна первичная и две вторичные обмотки, между которыми укладывается через изоляционные прокладки один ряд обмоточного провода виток к витку, выполняющего роль экрана, который обеспечит защиту выходных цепей от электромагнитных помех. Один конец экранного провода заземляется на магнитопровод.
Таблица 3.11. Моточные данные сетевого понижающего трансформатора питания Т1, примененного в сторожевом устройстве на ППП со световой и звуковой сигнализацией
Согласно схеме, для подключения выпрямителя используются две обмотки сетевого трансформатора Т1 с выводами 19 и 20, 21 и 22. Выводы обмоток 20 и 21 соединяются между собой, а однофазная двухполупериодная схема выпрямителя подключается к выводам 19 и 22, на которых действует переменное напряжение 22 В. Коэффициент трансформации при этом равен 10. При включении унифицированного трансформатора в сеть переменного тока напряжением 220 В выводы 2 и 6 соединяются между собой, а напряжение питания электрической сети подается на выводы 1 и 8. Если в сторожевом устройстве будет применен другой трансформатор, например серии ТПП или ТС, то подключение его к сети должно осуществляться согласно схеме этого трансформатора.
При изготовлении трансформатора необходимо особое внимание уделить укладке обмоточного провода, которая должна быть рядовой, виток к витку, без накладок и перехлестов и с обязательной изоляцией каждого слоя нитролаком и тонкой фторопластовой пленкой с большим электрическим сопротивлением, можно также конденсаторной бумагой. Второй и последующие слои наматываются также рядами с выводом концов обмоточного провода через боковую стенку каркаса катушки в одну сторону. После сборки трансформатор должен быть закрыт защитным кожухом.
Выпрямительное устройство состоит из четырех полупроводниковых диодов и конденсаторов С1—С4. Конденсатор С1, как было указано выше, защищает устройство от сетевых помех, С2 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения постоянного тока, СЗ обеспечивает снижение шума ППП, а С4, установленный на выходе стабилизатора напряжения и включенный параллельно нагрузке, снижает выходное сопротивление источника питания по переменному току.
В схеме электропитания на выходе выпрямителя собран стабилизатор напряжения компенсационного типа, выполненный на транзисторах VT1—VT4 и стабилитроне VD5. Регулирующим элементом стабилизатора является транзистор VT3. Опорное напряжение снимается со стабилизатора, выполненного по параметрической схеме на транзисторе VT1 и стабилитроне VD5, при этом транзистор является стабилизатором тока. Величина опорного напряжения при работе стабилизаторов сравнивается с выходным напряжением, которое снимается с резисторного ДН, собранного на постоянных резисторах R5, R6. Транзисторы VT2 и VT4 образуют дифференциальный усилитель тока. При сравнении токов опорного и выходного напряжений, которое осуществляется дифференциальным усилителем, через транзистор VT3 протекает ток, равный разности этих напряжений. Последовательно включенный стабилитрону VD5 резистор R1 обеспечивает четкий запуск компенсационного стабилизатора, когда в момент включения напряжение на выходе равно нулю.
После подачи сетевого напряжения на устройство в работу включается система электропитания, а сторожевые цепи электронной схемы переходят в дежурный режим.
Сторожевое устройство представляет собой быстродействующую систему, которая срабатывает, как и большинство подобных систем, как при замыкании контактов конечных выключателей или датчиков, так и при обрыве охранной линии.
В зависимости от выбранной конструкции устройства питание системы может обеспечиваться от автономного источника тока.
Подача сигнала тревоги при открывании двери или окна происходит по двухпроводной линии. В качестве датчиков используются малогабаритные переключатели ТВ2, которые могут быть включены параллельно в одну линию связи, составляющую сигнальный шлейф. В устройстве применено довольно большое количество переключателей и контактных групп, которые управляют автоматикой сигнального блпка. Как было отмечено ранее, переключатель S1 предназначен для включения электропитания переменного тока; переключатель S2 включает и выключает питание звонка ВА1. В положении, указанном на схеме, электрический звонок включен и звуковой сигнал будет подан, если сработает автоматика устройства. Двухполюсный переключатель S3 предназначен для общего отключения звуковой и световой сигнализации. Переключатель S4 переводит сигнальное устройство в ждущий режим работы из положения холостого хода. Переключатели S5 и S6 устанавливаются на входных дверях, окнах, форточках, воротах гаражей и т. д., они составляют охранный шлейф и являются конечными выключателями.
При открывании дверей охраняемого объекта контакты 1 и 2 переключателя S5 (или S6) замыкаются и система переходит в рабочий режим тревоги. В положениях контактов всех переключателей, указанных на схеме, сторожевое устройство отключено от сети и находится в нерабочем состоянии. При подаче напряжения переменного тока на вход устройства и при условии, если вся система исправна, а двери закрыты (конечные выключатели S5, S6 разомкнуты), схема находится в дежурном режиме. В это время тиристор VS1 и стабилитрон VD7 закрыты и напряжение па исполнительные устройства не подается. Транзистор VT5 открыт, а на резисторе R10 фиксируется напряжение до 3 В, которого становится достаточно для поддержания в открытом состоянии этого транзистора. На базу транзистора VT6 подается небольшое положительное напряжение.
После замыкания контактов переключателя S5 падение напряжения на резисторе R10 значительно возрастает, что приводит к открыванию стабилитрона VD7 и тиристора VS1. Это, в свою очередь, обеспечивает срабатывание реле К1, контакты которого К1.1 и К1.2 переключаются из открытого состояния в замкнутое. Одновременно срабатывает световая и звуковая сигнализация, которые продолжают работать и после того, как контакты 1 и 2 переключателя S5 будут вновь разомкнуты, то есть дверь будет снова закрыта.
При изготовлении электронного блока устройства необходимо предусмотреть возможность размещения ручек управления, кнопок переключателей и индикаторных ламп на лицевой панели. Электрический звонок и сигнальная лампа могут быть расположены на значительном расстоянии от пульта управления и установлены вне охраняемого помещения. При этом параллельно могут быть установлены несколько таких сигнализаторов в разных местах. Электропитание их осуществляется по двухпроводным линиям, выполненным изолированным проводом.
Для изготовления сторожевого устройства применены следующие покупные комплектующие ЭРИ и ЭРЭ: сетевой понижающий трансформатор питания Т1 типа ТА62-127/220-50;
транзисторы VT1 типа ГТ308В, VT2 — КТ315Б, VT3 — КТ814Б, VT4 — КТ315Б, VT5 — КТ603Б, VT6 — КТ603Б; выпрямительные диоды VD1—VD4 типа Д223, VD6 — Д224, VD8 — Д223, VD9 — Д223; стабилитроны VD5 типа Д814Д, VD7 — КС156А;
тиристор VS1 типа КУ102А; конденсаторы С1 типа К40У-9-630В-0.033 мкФ, С2 — К50-12-25В-500 мкФ, СЗ — К50-12-25В-20 мкф, С4 — К50-12-25В-100 мкФ, С5 — К50-12-25В-5 мкФ; резисторы R1 типа МЛТ-0,125-300 кОм, R2 — МЛТ-0,25-100 Ом, R3 — МЛТ-0,25-1,8 кОм, R4 — МЛТ-0,25-5,1 кОм, R5 — СПЗ-4аМ-А-0,25Вт-3,3 кОм, R6 — МЛТ-0,25-2 кОм, R7 — МЛТ-0,125-560 кОм, R8 — МЛТ-2-100 Ом, R9 — МЛТ-0,25-6,8 кОм, R10 — МЛТ-0,25-1 кОм, R11 — МЛТ-0,25-3,6 кОм, R12 — МЛТ-0,5-9,1 кОм, R 13 — МЛТ-0,5-1 кОм, R14 — МЛТ-0,5-68 кОм, RI5 — МЛТ-0,25-68 кОм, R16 — МЛТ-2-39 кОм; сигнальные лампы H1 типа ТН-30-3, Н2 — СМ37; электромагнитное реле К1 типа РЭС-9 (паспорт РС4.524.200); электрический звонок постоянного тока ВА1 напряжением питания до 24 В; электрические соединители X1 типа «вилка», Х2, ХЗ — КМЗ-1; переключатели S1 типа ТВ2-1-2, S2 — П1Т-1-1, S3 — МТЗ-1 (П2Т-1-1), S4 — ТВ2-1-2,S5 — ТВ2-1-2, S6 — ТВ2-1-2; предохранитель F1 типа ПМ1 1-0,25 А.
При изготовлении и регулировке сторожевого устройства можно использовать другие ЭРИ и ЭРЭ, аналогичные примененным и не ухудшающие основные электрические параметры и эксплуатационные характеристики. Например, сетевой понижающий трансформатор типа ТА можно заменить на трансформатор типа ТС-50-5 или трансформатор самодельной конструкции; выпрямительные диоды типа Д223, входящие в мостовой выпрямитель, можно заменить диодной сборкой типа КЦ или на выпрямительные диоды, рассчитанные на выпрямленный ток не менее 50 мА и обратное напряжение не ниже 50 В; транзисторы КТ315Б могут быть заменены транзисторами этой же серии с буквенными индексами В, Г, Е; резисторы типа МЛТ можно заменить на резисторы типов МТ, ВС, ВСа, ОМЛТ, УЛИ, БП, C1-4, C2-8; конденсаторы типа К50-12 — на К50-3, К50-6, К50-16, К50-20; транзисторы типа КТ603Б — на КТ605, П307, П308, П309 с любыми буквенными индексами; тиристор типа КУ102А — на КУ101 или КУ102 с любыми буквенными индексами. Для переключения рабочих состояний устройства вместо указанных выше могут быть применены переключатели типа П2К с фиксированным положением кнопки.
Регулировку сторожевого устройства начинают с проверки источника электропитания, устанавливая в него заведомо исправные и качественные ЭРИ и ЭРЭ. Сначала проверяется действующее напряжение на выходных обмотках сетевого трансформатора, далее — на выходе выпрямительного моста и затем в точках А и Б — на выходе стабилизатора напряжения. При проверке БП нагрузка в точках А и Б отключается и вместо нее к выходу подключается проволочный постоянный резистор типа ПЭВ (С5-35В) сопротивлением 250 Ом и мощностью 5 Вт. Подстроечным переменным резистором R5 устанавливается на этом резисторе постоянное напряжение 16 В. Затем нужно подключить осциллограф, и подбором резистора R7 добиваются минимальной амплитуды пульсации постоянного тока. Ток нагрузки должен быть не более 2 А. После этого подключается нагрузка и проверяется электронный блок при выключенных контактах переключателей. Сначала подбором сопротивления резистора R12 устанавливают на эмиттере транзистора VT6 напряжение 3 В, при этом на транзисторе V15 должно быть напряжение 0,5 В и он должен быть открыт.
Далее контакты 1 и 2 переключателя S7 замыкаются, то есть устройство переводится в положение «включено». При этом напряжение на стабилитроне VD7 относительно «земли» должно равняться 24 В. Тиристор и этот стабилитрон находятся в открытом состоянии, и, следовательно, индикаторная лампа Н2 должна светиться.
Основные электрические параметры
и технические характеристики сторожевого устройства на ППП
со световой и звуковой сигнализацией
Номинальное напряжение питающей сети
переменного тока, В .......... ....... 220 или 127
Номинальная частота питающей сети
переменного тока, Гц ................... 50
Номинальное напряжение автономного источника
питания постоянного тока, подключаемого
к системе в точках А и Б, В ............... 24
Пределы изменения напряжения питающей сети
переменного тока, %.................... —10...+10
Пределы изменения частоты питающей сети
переменного тока, %.................... 1
Пределы изменения напряжения автономного
источника питания постоянного тока, В ....... 20...24
Напряжение переменного тока на выводах
сетевого трансформатора Т1, В
11 и 12 ........................... 56
13 и 14 ........................... 56
15 и 16 .......................... 40
17 и 18 ........................... 40
19 и 20 ........................... 12
21 и 22 ........................... 10
Стабилизированное напряжение на выходе в точках
А и К, В ............................ 22
Амплитуда пульсации выпрямленного напряжения,
мВ, не более ......................... 16
Коэффициент нелинейных искажений питающей сети
переменного тока, %, не более ............. 12
Коэффициент стабилизации напряжения питающей
сети, не менее ........................ 200
Максимальное сопротивление шлейфа, кОм ...... 3
Количество одновременно охраняемых объектов, шт . . 1...10 Сопротивление изоляции токоведущих проводников
относительно металлических частей устройства,
МОм,не менее ....................... 10
Ток, потребляемый устройством в дежурном режиме
работы, мА, не более ................... 7
Общая максимальная мощность устройства, Вт .... 36 Мощность потребляемая устройством в дежурном
режиме работы,мВт .................... 150
Помехозащищенность устройства при воздействии внешнего электромагнитного поля, дБ, не менее . . 100 Срок службы, ч, не менее .................. 10 000
Вероятность безотказной работы при риске заказчика в=0,92, не менее ............... 0,96
кпд, %,не менее ........................ 95
Условия эксплуатации:
температура окружающей среды, °С ........ —25...-+-40
относительная влажность воздуха при температуре 25 С %, не более ................... 85
атмосферное давление воздуха, мм рт. ст. ..... 200...900
Рис. 3.9. Принципиальная схема сторожевого устройства на ППП со световой и звуковой сигнализацией.