Задание для демонстрационного экзамена

Задание для демонстрационного экзамена по модулям ПМ.02 Выполнение электромонтажных работ с контрольно-измерительными приборами и средствами автоматики и ПМ.03 Сборка, ремонт, регулировка контрольно-измерительных приборов и систем автоматики в группе К-15 профессии 15.01.20 Слесарь по контрольно-измерительным приборам и автоматике.

1.     Для какой цели установлен в принципиальной схеме диод VD5.

2.     Для какой цели установлены в принципиальной схеме диоды VD1 и VD2.

3.     Проанализируйте участок схемы работы катушек К1 и К2 и включите в этот участок самоподхват.

4.     Установите электроблокировку цепи катушек К1 и К2.

5.     Сделайте вывод: «С какой целью в схеме установлен элемент К5».

6.     Сделайте вывод: «С какой целью в схеме установлен элемент К6».

7.     Для чего в схеме предусмотрены элементы Т1 и Т2.

8.     Вместо знака «*», установите номиналы напряжений и тип напряжения на принципиальной схеме (всего их 7 шт).

9.     Рассчитайте схему работы мультивибратора на биполярных транзисторах, если мультивибратор моргает светодиодом:

-       Транзистор (2 шт.) – 2N2222, h21_э=35, I_max=600mA, P_max=625мВт, U_sat – пренебречь;

-       Период работы составляет 4 секунды:

·        3 секунды из которых не работает светодиод;

·        1 секунда, светодиод работает;

-       Светодиод (2 шт.) I=20 mA, U_{падения}=1.83B;

-       Резисторы (4 шт.) подобрать исходя из расчетов, ближайший по номиналу;

-       Конденсатор (2 шт) подобрать исходя из расчетов, ближайший по номиналу;

-       U_{питания} = 12В.

10. Соберите схему в программном комплексе Multisim с теми же элементами и номиналами, которые были рассчитаны в п. 8 данного задания. Подключите в Multisime осциллограф и покажите, что период соответствует заданным параметрам

11. Подключите рассчитанную схему из п.8 в принципиальную схему задания.

Максимальное количество баллов 100

85 – 100 баллов отметка отлично

60 – 84 балла отметка хорошо

30 – 59 баллов отметка удовлетворительно

29 и менее баллов отметка неудовлетворительно

Ответы на задания для контроля студента:

1.     Диод VD5 в схеме блокирует сигнал, идущий по пути от +12В минуя резистор R15 и на базу транзистора VT8. Это нужно для предотвращения включения транзистора VT8. (Транзистор VT8 должен включатся либо от ручного режима через реле К6 или аварийного режима через транзистор VT10)

2.     Диоды VD1 и VD2 нужны для гашения ЭДС самоиндукции при отключении реле и предотвращения перенапряжения на ключевом элементе VT1 и VT2, управляющем обмоткой реле. Ставят его, если реле питается постоянным током. Недостаток этого решения заключается в том, что увеличивается время отпускания реле. Для уменьшения этой задержки на отпускание последовательно с диодом включают резистор.

3.     Смотри схему проверки преподавателем.

4.     Смотри схему проверки преподавателем.

5.     Реле К5 в схеме предусмотрено для того чтобы в «Автоматическом режиме» подготовить схему управления насосами, т.е. без вмешательства оператора подвести к катушкам управления работы двигателей фазный провод (и после включения К4, реле К1 подаст питание на двигатель и начнется закачка жидкости в резервуар).

6.     Элемент К6 служит для включения световой индикации красного светодиода HL1. Светодиод горит постоянно. Если данный светодиод будет моргать, то это говорит о работе «Аварийного режима».

7.     Т1 и Т2 – это тепловое реле. Оно служит для защиты электродвигателя. Если с двигателем происходит внештатная ситуация (обрыв фазы, заклинил подшипник или редуктор если есть такой, долгое перенапряжение), то двигатель начинает потреблять повышенный ток что производит к нагреву биметаллической пластины в тепловом реле. После достижения критического нагрева биметаллическая пластина приводит в действие тепловое реле, которое в свою очередь должно отключать подачу питания на двигатель и тем самым предотвращая поломку двигателя.

8.     ABC ~380B, Tr1 ~220B, K6 ~220B, C1 +12B, K3 +12B, VT9 +12B, SB1 0.

9.     Расчет: Данные U_п = 12 В., Транзистор 2N2222, Светодиод I_д=20mA U=1.83B, Период (прямоугольный сигнал) = 4 секунды, из которых длительность импульса составляет 1 секунду, отсутствие сигнала 3 секунды. Необходимая частота мультивибратора F = 0,25 Гц.

В качестве нагрузки используется светодиод I=20mA U=1.83B. Определяем максимальную рассеиваемую мощность:

Pрас.max = 0,8 * Pmax = 0,8 * 625мВт = 500мВт

Определяем номинальную рассеиваемую мощность:

P_{рас.ном.} = 500 / 3 = 166 мВт

Определим ток коллектора в открытом состоянии:

Iк₀ = P_{рас.ном.} / U_п = 166мВт / 12В = 13,83мА

Максимальный ток коллектора:

I_к = Iк₀ + I_д = 13,83 + 20 = 33,83 mA

Найдём значение сопротивления и мощности коллекторной нагрузки:

R_к.общ = U_п / Iк0 = 12В / 13,83мА= 867 Ом

Выбираем в существующем номинальном ряде резисторы максимально близкие к 867 Ом. В номинальном ряде резисторов имеется номинал 866 Ом, поэтому предварительно считаем значение коллекторных резисторов R1 и R4 мультивибратора:

R_к = R1 = R4 = 866 Ом.

I_Rк = U_п / R_к = 12 В / 866 Ом = 13,86 mA

I_к = Iк₀ + I_д = 13,86 + 20 = 33,86 mA

P_Rк = I_Rк² * R_к = 0,166 мВт

Используем резисторы мощностью, превышающей указанную P_Rк - типа МЛТ-0,25.

Перейдём к расчёту базовых резисторов R2 и R3. Их номинал находят исходя из коэффициента усиления транзисторов h21_э. При этом, для надёжной работы мультивибратора значение сопротивления должно быть в пределах: в 5 раз больше сопротивления коллекторных резисторов, и меньше произведения U_к / I_к * h21_э.В нашем случае

R_min = U_к / I_к * 5 = 12 В / 33,86 mA * 5 = 1772 Ом,

R_max = U_к / I_к * 35 = 12 В / 33,86 mA * 35 = 12404 Ом

Таким образом, значения сопротивлений Rб (R2 и R3) могут находиться в пределах 1780…12400 Ом. Предварительно выбираем среднее значение = 7 кОм. Но оно не окончательно, так как нам необходимо обеспечить требуемую частоту мультивибратора, частота мультивибратора напрямую зависит от базовых резисторов R2 и R3, а также от ёмкости конденсаторов.

Вычислим ёмкости конденсаторов С1 и С2 и при необходимости пересчитаем значения R2 и R3.

Значения ёмкости конденсатора С1 и сопротивления резистора R2 определяют длительность выходного импульса на коллекторе VT2. Именно во время действия этого импульса наш светодиод должен загораться. А в условии было задана длительность импульса 1 секунда.

Преобразовав формулу длительности перезаряда, мы определим ёмкость конденсатора:

С1 = 1сек / 7кОм = 0,0001428 Ф = 142,8 мкФ

Конденсатор, ёмкостью 142,8 мкФ не имеется в номинальном ряде, поэтому выбираем ближайшую емкость. Она равна 150 мкФ. Пересчитаем сопротивление резистора R2 исходя из длительности работы и ёмкости конденсатора С1:

R2 = 1 сек / 150 мкФ = 6666 Ом = 6650 Ом

Значения ёмкости конденсатора С2 и сопротивления резистора R3 определяют длительность выходного импульса на коллекторе VT1. Именно во время действия этого импульса на коллекторе VT2 действует «пауза» и наш светодиод не должен светиться. А в условии был задан полный период 4 секунды с длительностью импульса 1 секунда. Следовательно, длительность паузы равна 4сек – 1сек = 3 секунды.

Преобразовав формулу длительности перезаряда, мы определим ёмкость конденсатора:

С2 = 3сек / 7кОм = 0,0004286 Ф = 428,6 мкФ

Конденсатор, ёмкостью 428,6 мкФ отсутствует в номинальном ряде, поэтому он нас не устраивает, и мы возьмём максимально близкий к нему конденсатор ёмкостью 450 мкФ. Пересчитаем сопротивление резистора R3 исходя из длительности паузы и ёмкости конденсатора С2:

R3 = 3сек / 450 мкФ = 8888 Ом = 8870 Ом

По номинальному ряду, ближайшее значение сопротивления резистора равно 8870 Ом.

Итак, мы получили номиналы элементов мультивибратора:

R1 = 866 Ом, R2 = 6650 Ом, R3 = 8870 Ом, R4 = 866 Ом, С1 = 150 мкФ, С2 = 450 мкФ.

10. Осциллограф должен показать требуемую частоту.

11. Смотри схему проверки преподавателем.

Схема проверки преподавателем