Текст книги "Современные системы автоматического управления электротехническими и урбанизированными установками"

2.2. Электрооборудование холодильников

В электрооборудование холодильников входят:

электродвигатели компрессоров;

силовая коммутационная аппаратура;

автотрансформатор (при необходимости);

реле – тепловые, температурные, промежуточные, защиты;

осветительные приборы;

электроника – микрочипы, логические элементы;

диоды, конденсаторы, светодиоды, резисторы и другая дополнительная периферийная аппаратура.

2.3. Электроприводы холодильников

Принцип работы электропривода у всех холодильников практически одинаков (с небольшими особенностями). Рассмотрим принцип работы на нескольких примерах.

Управление электродвигателем холодильника.

На рис. 2.2 показана силовая электросхема холодильника. В электроприводе используется двухобмоточный асинхронный электродвигатель с двумя обмотками w1 и w2. Ток, протекающий, по обмотке w1 сдвинут примерно на 90 электрических градусов относительно тока, протекающего по обмотке w2 за счет дополнительной индуктивности, вносимой катушкой пускового реле РП.

При включении в сеть начинает протекать ток по цепочке: зажим 1, 2 нормально замкнутый контакт РТ1 теплового реле, нагревательный элемент РТ (обычно в качестве нагревательного элемента используется биметаллическая пластинка) зажим 3, катушка реле РП, зажим 4, обмотка двигателя w1, зажим 5, зажим 6, регулятор температуры, зажим 7.

Рисунок 2.2 – Электрическая схема холодильника.

Протекание тока через катушку реле РП вызовет ее срабатывание и замыкание ее контакта РП1, при этом включается обмотка двигателя w2, в ней протекает ток по цепи: зажим 1, зажим 2, нормально-замкнутые контакты РТ1, тепловой элемент РТ, зажим 3, замыкающий контакт реле РП1, зажим 8, обмотка w2, зажим 5, зажим 6, регулятор температуры, зажим 7.

Теперь на обмотки w1 и w2, также сдвинутые в пространстве на 90°, подается сдвинутое во времени примерно на 90 эл. градусов напряжение. Создается круговое вращающее поле статора. Электродвигатель начинает работать. Тепловой элемент регулятора температуры начинает нагреваться и в соответствии с установкой винта регулятора температуры через некоторое время разомкнется контакт регулятора температуры. Двигатель отключается от сети. Автоматическое его включение произойдет тогда, когда нагревательный элемент регулятора температуры остынет, и вернется в исходное состояние и замкнет контакт регулятора температуры. Произойдет включение электродвигателя по вышеописанному принципу.

Схема, представленная на рис. 2.3, отличается от предыдущей тем, что здесь используется автотрансформатор для повышения питающего напряжения, если напряжение сети ниже 220 В, что характерно, например, для сельских электрических сетей.

В представленной на рис. 2.3. схеме, переменный ток от зажима 10 начинает протекать через обмотку w1 автотрансформаторта от начала к концу через точки 8, 2 к зажиму 1 и через нагрузку через точки 3, 2 к зажиму 1 (показано стрелками). В этот момент времени обмотке w2 автотрансформатора наведется ЭДС от конца к началу (показано пунктиром). Эта ЭДС, замыкаясь через источник питания и нагрузку дает ток, действующий согласно с током источника питания переменного напряжения, т. к. в этом случае наведенная ЭДС и источник питания переменного напряжения U действуют на нагрузку последовательно и согласованно, повышая тем самым напряжение, поступающее на двигатель. При перемещении зажима 2-1 вверх, коэффициент трансформации будет увеличиваться. Принцип работы автотрансформатора представлен на рис. 2.4.

Рисунок 2.3 – Электросхема холодильника с автотрансформатором

Рисунок 2.4 – Схема автотрансформатора

2.4. Периферийные устройства типа «Закройте холодильник»

Схема «Закройте холодильник» – это прерывистые звуковые сигналы при незакрытом холодильнике, которые подает описываемое ниже устройство. Оно реагирует на свет электрической лампочки, включающейся при открывании двери холодильника и освещающей холодильную камеру. Звуковые сигналы устройство начинает подавать не сразу, а спустя некоторое время (его можно выбрать любым в пределах 5…30 с.), поэтому при кратковременных открываниях двери холодильника оно «молчит».

Принципиальная схема сигнализатора показана на рис. 2.5. В него входят два мультивибратора на элементах DD1.1, DD1.3, усилитель сигналов звуковой частоты (VT2) и электронный ключ (VT1).

Запитывается устройство от батареи напряжением 9 В при открывании холодильника, когда замыкается контакт Q1.

Рисунок 2.5 – Электрическая схема устройства типа «Закройте холодильник»

Сопротивление фоторезистора R2, размещенного в непосредственной близости от лампочки при ее загорании резко уменьшается. В результате транзистор VT1 открывается и замыкает цепь питания микросхем, транзистора VT2 и динамика ВА1. С этого момента начинают заряжаться конденсаторы С1, С2, С3. Быстрее всех зарядится конденсатор С3, затем конденсатор С2 и затем С1. Конденсатор С1 начинает заряжаться через резисторы R4, R5 и когда напряжение на нем достигнет уровня логической единицы, включается мультивибратор на элементе DD1.1 (время задержки включения DD1.1 устанавливают подстроечным резистором R5).

Мультивибратор работает следующим образом. При уровне логической единицы на выходе DD1.1 конденсатор С2 заряжается через диод VD1 и резистор R6, при уровне логического нуля на выходе DD1.1 – разряжается через диод VD2 и резистор R7. Номиналы R6, R7, C2 выбраны так, чтобы уровень логической единицы на выходе DD1.1 поддерживался примерно 2 с, а уровень нуля – 0,3 с.

Импульсное напряжении первого мультивибратора инвертируется элементом DD1.2 и периодически запускает мультивибратор DD1.3, вырабатывающий колебания с частотой 3…10 кГц (изменяется при помощи подстроечного резистора R9). Выходной сигнал этого мультивибратора в свою очередь инвертируется элементом DD1.4 и через ограничительный резистор R10 поступает на цепь базы транзистора VT2. В коллекторную цепь этого транзистора включена динамическая головка громкоговорителя ВА1.

3. Пылесосы

Следующими по значимости приборами современной урбанизации жилища являются пылесосы и полотеры. Электропылесосы относятся к группе бытовых уборочных машин. Они предназначены для уборки пыли с полов, ковров, мебели, салонов автомобилей, поездов, производственных помещений и выполнения операций, связанных с распылением порошков и мелкодисперсным разбрызгиванием маловязких жидкостей (побелка и окраска стен, потолков, окраска, лакирование и т. д.).

Наиболее эффективна вакуумная уборка пыли, осуществляемая пылесосами. Такая пылеуборка основана на использовании энергии движущегося потока воздуха и включает всасывание пыли с очищаемой поверхности, транспортирование взвешенной в воздухе пыли по трубопроводам пылесоса, фильтрацию запыленного воздуха и сбор пыли в пылесборнике. Кинетическая энергия движущегося потока воздуха должна быть такой, чтобы обеспечивать, отрыв пыли от очищаемой поверхности и перенос ее по трубопроводам до пылесборника.

3.1. Исторические сведения

Первый пылесос появился на свет одновременно с XX веком. Революционный механизм изобрел британский инженер Хуберт Бут.

Рисунок 3.1 – Инженер Хьюбер Сесил Бут, изобретатель пылесоса

Пылесос, получивший название «Фырчащий Билли», работал на бензине, был снабжен вакуумным насосом мощностью в пять лошадиных сил, а по размерам превосходил небольшой автомобиль и помещался далеко не во все интерьеры. Поэтому «Фырчащего Билли» парковали у обочины, а ковры для чистки выносили на улицу. Чудо инженерной мысли пользовалось в Лондоне большой популярностью. Однако в то время в британской столице было гораздо больше лошадей, чем пылесосов, и кони сильно пугались вида и рева «Фырчащих Билли», поэтому главный полицмейстер Лондона запретил их использование на улице.

Рисунок 3.2 – Первый пылесос Хьюбера Бута, 1901 г.

Рисунок 3.3 – Домашний электрический пылесос «Элмо», выпущенного фирмой «Сименс» в 1906 году

Появлением домашних пылесосов (как, кстати, и большинства современных бытовых механизмов) мы обязаны фанатичным приверженцам комфорта – американцам. Первую заокеанскую пыль засосало детище компании Geier в 1905 году. Изделие имело некоторый успех, и аналогичную продукцию начали выпускать еще несколько американских фирм, из которых только создание Уильяма Хувера дожило до наших дней.

Рисунок 3.4 – Пылесос Уильяма Хувера.

Американцы были так поражены самой возможностью всасывания пыли неким механизмом, что ни о каком дизайне речи не шло. Например, модель 1908 года W.H. Hoover Company, сделанная из консервной жести и дерева, так и называлась – «Жестяная модель» (Tin model). Внешне она напоминала перевернутое оцинкованное ведро черного цвета с приделанной к нему деревянной ручкой от швабры. Завершал картину прикрепленный под ручкой метровый пылесборник, представлявший собой мешок из марли, снаружи обшитый для красоты красным сатином. Производитель указывал, что пылесос не только превосходно удаляет пыль с пола и из трещин, но и может использоваться для быстрой сушки волос.

Удобные для уборки больших помещений, таких, как офисы и коттеджи, непритязательного вида машинки навечно прописались в платяных шкафах американцев.

Размер европейских платяных шкафов сильно уступал заокеанским, что стимулировало лихорадочную работу конструкторской мысли. В 1912 году основатель Electrolux швед Аксель Веннер-Грен предложил заменить в пылесосах воздушный насос на вентилятор, благодаря чему массу бытового прибора удалось сразу уменьшить до 14 кг. Но всемирную славу шведской компании принесла ставшая классикой Model V, появившаяся в 1921 году. Перемещающийся на колесиках металлический цилиндр, соединенный с всасывающей щеткой гибким шлангом и снабженный сменными насадками 80 лет копировали все производители бытовой техники. Да и вторая мировая война на десятилетие затормозила разработку и выпуск этих забавных устройств.

Рисунок 3.5 – Пылесос Model V, 1921 г.

В 1957 году американская компания Beam Industries начала выпуск встроенных пылесосов (их еще назвали централизованными системами пылеудаления). Было предложено оригинальное и одновременно простое решение многолетних проблем. Силовой агрегат стал неподвижным (он установлен в подсобном помещении и соединен системой воздуховодов с пневматическими розетками в стенах или полах), выхлоп был выведен на улицу, а уборка велась с помощью только одного шланга.

60-ые годы XX столетия ознаменовались многоцелевыми пылесосами, совместившими сухую и влажную уборку, выпускавшимися со специальными сепараторами, собиравшими воду около бассейнов, землю с садовых дорожек и песок с террас.

В комплект моющего пылесоса, как правило, входит пять-семь насадок (для обычной и влажной уборки, мягкой мебели, мытья стекол, в некоторых случаях – вантуз и прочие).

В конце 60-х годов первые пылесосы стали появляться и в СССР. Им давали названия, соответствующие эпохе: «Ракета», «Спутник». «Ракета» была копией Electrolux Model V, а «Спутник» – концептуально Hoover Constellation 1955 года. Правда, в отличие от «Спутника», Hoover передвигался не на колесиках, а на воздушной подушке.

Рисунок 3.6 – Отечественный пылесос «Ракета».

Увлекшись увеличением силы втягивания, производители пылесосов всех стран, казалось, поставили крест на дизайне. Возвращением в мир большой моды пылесосы обязаны англичанину Джеймсу Дайсону.

В 1983 году на обложку Design Magazine неожиданно попал совершенно необычный розовый пылесос G-Force, выполненный в постмодернистском стиле. Ни капли хрома. Прозрачный корпус выставлял напоказ пластиковые внутренности. К тому же у модели Дайсона не было пылесборного мешка – для очистки воздуха использовался запатентованный циклонный фильтр.

Рисунок 3.7 – Пылесос G-Force, 1983 г.

В марте 1995 года Дайсон выпустил европейскую версию ДСО-2 с традиционным шлангом и щеткой. В том же году была выпущена ограниченная партия этой модели, целиком выполненная из цветного прозрачного материала.

3.2. Классификация пылесосов

Пылесосы классифицируют по назначению, характеру эксплуатации, конструктивному решению, степени комфортности и другим признакам.

По назначению различают пылесосы общего и специального назначения. Пылесосы общего назначения предназначены для уборки пыли с полов, ковров, мебели и выполнения ряда операций, связанных с распылением порошков и мелкодисперсным разбрызгиванием маловязких жидкостей.

Рисунок 3.8 – Классификация электропылесосов.

Пылесосы специального назначения используют для чистки ковров, одежды, обивки сидений автомобилей и т. д.

По условиям эксплуатации выделяют пылесосы напольные (ПН), ручные (ПР). Ручные пылесосы имеют малые габариты и вес не более 3 кг. В процессе использования их держат за корпус или за штангу (штанговые) или закрепляют ремнями на спине (ранцевые).

По конструктивному решению пылесосы подразделяют на прямоточные и вихревые. У прямоточных пылесосов направление движения потока воздуха совпадает с продольной осью корпуса пылесоса и его воздуховсасывающего агрегата, расположенных горизонтально. У вихревых пылесосов корпус, воздуховсасывающий агрегат и электродвигатель расположены вертикально. За входным отверстием корпуса пылесоса установлена изогнутая трубка или специальная пластинка, благодаря которой всасываемый в пылесос воздух, ударяясь о препятствие, создаваемое изогнутым коленом трубки или пластиной, теряет скорость и завихряется. Падение скорости движения воздушного потока обеспечивает частичную очистку всасываемого воздуха от крупных частиц пыли, падающих на дно корпуса пылесоса и не загрязняющих фильтр.

По степени комфортности пылесосы подразделяют на изделия нормальной и повышенной комфортности.

Пылесосы повышенной комфортности имеют не менее трех из следующих приспособлений: индикатор заполнения пылесборника, устройство для регулирования и расхода воздуха и мощности, устройство для автоматического отключения электродвигателя при заполнении пылесборника пылью или сменных бумажных фильтров, устройство для автоматической уборки шнура, устройство для прессования или брикетирования пыли, устройство для очистки фильтров, устройство для организационного хранения принадлежностей и др.

Пылесосы группируют также по мощности, маркам и моделям.

3.3. Устройство пылесосов

Основными конструктивными узлами и элементами электропылесосов являются: корпус и воздуховсасывающий агрегат. Кроме того, пылесосы снабжаются фильтрами, разнообразными принадлежностями, соединительным шнуром длиной не менее 6 метров и приспособлениями, повышающими комфортность.

Электропылесос напольный ПН-600 модели «Чайка-10» относится к бытовым электропылесосам прямоточного типа (рис. 3.9). Он оснащен устройством для автоматического сматывания шнура питания в корпусе пылесоса; индикатором запыленности, позволяющим следить за заполнением пылесборника мусором не прекращая работы и не разбирая пылесос; устройством регулирования расхода воздуха, уменьшающим расход воздуха в насадке; удобными сменными – насадками; дополнительным фильтром очистки выходящего воздуха. Передвигается пылесос на колесиках и ролике, передняя крышка запирается замками.

Воздуховсасывающий агрегат состоит из вентиляторного устройства 1 и сериесного электродвигателя 2, пристыкованного к нему. На электродвигателе установлено устройство для снижения помех теле– и радиоприема в виде батарей 9 электроконденсаторов. Пылесборник представляет собой, хлопчатобумажный мешок-фильтр 3-4. Для удобства пользования в пылесборник вставляется сменный мешок 3 одноразового пользования. Индикатор запыленности состоит из стеклянной трубки 5. Механизм автоматической намотки шнура смонтирован в задней крышке 6 пылесоса.

Рисунок 3.9 – Электропылесос прямоточного типа

Воздуховсасывающий агрегат крепится внутри корпуса пылесоса. В центре перегородки пылесоса имеется большое отверстие, к которому примыкает входное отверстие воздуховсасывающего агрегата.

К крышке с помощью гайки 7 присоединен шланг-воздухопровод 8, к которому пристыковываются насадки. При работе воздуховсасывающий агрегат создает в пылесосе разрежение за счет вентиляторного устройства. Вентиляторное устройство представляет собой двухступенчатый центробежный компрессор, приводимый во вращение электродвигателем. Центробежный компрессор включает в себя два подвижных диска, жестко связанных с валом электродвигателя, и один неподвижный диск. Неподвижный диск расположен между подвижными дисками и жестко связан с корпусом вентиляторного устройства. Каждый диск компрессора состоит из двух тонких плоских дисков, между которыми закреплены специально спрофилированные лопатки.

Электропылесос вихревого типа «Тайфун-М» ПН-600 состоит из двух полукорпусов (рис. 3.10): нижнего 1, исполняющего роль пылесборника, и верхнего 2 исполняющего роль агрегатного отсека. Полукорпуса соединяются между собой с помощью двух замков.

Нижний полукорпус имеет всасывающее отверстие, в которое устанавливается специальная резьбовая втулка 3 с невозвратным клапаном. На капроновую втулку монтируется сменный пылесборник.

К нижнему полукорпусу на заклепках закрепляются три колеса 4, расположенные на осях кронштейнов. Одно колесо выполнено шарнирно для изменения направления движения пылесоса при работе.

Пылефильтр представляет собой кольцо 5, из плотной ворсистой ткани. На крюки стального кольца надевается пылефильтр из тонкой ткани. За пылефильтром находится мешок – пылесборник 13.

К трем кронштейнам, приваренным к верхнему полукорпусу крепится воздуховсасывающий агрегат пылесоса.

В верхнем полукорпусе имеется нагнетающее отверстие, в которое устанавливается резьбовая втулка, закрепленная замочным кольцом через прокладку. Во втулку ввертывается воздухонаправляющий колпачок 6 с сеткой для выхода воздуха.

Рисунок 3.10 – Электропылесос вихревого типа

Снаружи на верхний полукорпус закрепляются выключатель 7 с клавишей 8, индикатор запыленности 9 и ручка пылесоса.

Вентилятор 10 агрегата состоит из двух подвижных крыльчаток и электродвигателя.

Конденсаторный блок 12 крепится к корпусу электродвигателя. Конденсаторный блок состоит из трех конденсаторов постоянной емкости. Конденсаторы предназначены для исключения радио– и телепомех, возникающих при работе электродвигателя.

Электрополотеры предназначены для натирания полов в квартирах и других небольших помещениях. Их выпускают без отсоса пыли (типа ЭП) и с отсосом пыли (ЭПО). Различают однощеточные (ЭП-1), двухщеточные (ЭП-2, ЭПО-2) и трехщеточные (ЭП-3, ЭПО-3) модели. В зависимости от количества щеток, используемых для натирки полов, и их ширины захвата производительность полотеров колеблется от 28 до 80 м/ч, а потребляемая мощность – от 220 до 450 Вт. Средняя наработка на отказ должна быть не менее 300 ч., а средний срок службы – 6 лет.

Конструкция полотеров повышенной комфортности типа ЭПО должна предусматривать не менее трех из указанных ниже приспособлений: устройства для нанесения мастики, автоматической намотки шнура, хранения щеток и других принадлежностей, сменные бумажные фильтры грубой очистки разового заполнения, полировальные шайбы, натирочные щетки со свободной ориентацией в щеткодержателе.

Для привода рабочих органов электрополотера (щеток) применяют коллекторные электродвигатели. Щёткодержатели приводятся в движение с помощью ременного привода, снижающего частоту вращения вала электродвигателя. Управляется электрополотер рычагом управления.

Самое широкое распространение получили электрополотеры модели ЭП-ЗМ (рис. 3.11). Корпус полотера 1 изготавливается из легкого сплава. К нему крепятся винтами полистироловые заборник 2 и поддон, а также три оси 3. Вокруг осей на шарикоподшипниках вращаются щеткодержатели 4, в которые вставляются щетки.

Винтами к корпусу присоединяется электродвигатель 5 (типа КВЛ250-220 или ЭД-9-7). Вал электродвигателя передает вращение от ведущего бочкообразного рифленого шкива 6 через приводной ремень 7 щеткодержателю 4. Одновременно приводится в действие вентиляторное устройство 10, рабочее колесо 8 которого крепится на валу электродвигателя и имеет лопатки с обеих сторон диска. Всасывающий 2 и нагнетательный 9 каналы расположены в корпусных деталях.

Верхняя сторона крыльчатки 10 служит для создания потока воздуха, охлаждающего электродвигатель. Воздух засасывается через щели кожуха; он обтекает электродвигатель сверху вниз, охлаждает обмотки и попадает во всасывающую часть верхней стороны крыльчатки, затем отбрасывается по межлопаточным каналам к периферии крыльчатки, откуда через пылесборник 11 и отверстие в переходнике 9 проходит в атмосферу.

Пылевоздушный поток засасывается нижней стороной крыльчатки через отверстие в заборнике 2, отбрасывается по межлопаточным каналам к периферии крыльчатки и, соединяясь с первым воздушным потоком, через отверстие в переходнике поступает в пылесборник, где накапливается пыль, а очищенный от нее воздух выходит в атмосферу. Расход пылевоздушной смеси несколько больше, чем расход охлаждающего электродвигатель воздуха, так как нижние лопатки крыльчатки на 1 мм шире верхних.

Рисунок 3.11 – Электрополотер модели ЭП-ЗМ

В электрополотере ЭПО-ЗМ применен встроенный в узел поворота штанги управления микровыключатель, включающий электродвигатель при отклонении штанги и выключающий его при возвращении штанги в вертикальное положение.