خانه
گاما

درسنامه آموزشی تعمیر و نگهداری تجهیزات گرمایشی و سرمایشی کلاس دهم مکاترونیک

فصل 2: ساخت دمنده مکاترونیکی

بازدید2/0 K
تاریخ بروزرسانی1400/11/27

واحد یادگیری 2: شایستگی ساخت دمندۀ مکاترونیکی

آیا تا به حال پی برده‌اید؟

- منظور از اجزای الکتریکی و مکانیکی در دستگاه‌های برقی چیست؟
- کلیدهای ساده، چراغ‌دار سه‌پایه و چهار کنتاکته با هم چه تفاوتی دارند؟
- ساختمان داخلی موتورهای سنکرون از چه قسمت‌هایی تشکیل شده است؟
- چرا موتورهای تک‌فاز دارای سیم‌پیچ اصلی و کمکی هستند؟
- چرا از تریستور، دیاک و ترایاک در مدارهای الکترونیکی استفاده می‌شود؟
- انواع اِلمنت‌ها و انواع ترموستات‌ها کدام‌اند؟
- چگونه یک ریموت به میکرو شناسانده می‌شود؟

هدف از این شایستگی عبارت‌اند از:

1- استفادهٔ عملی از عناصِر الکترونیکی در مدار کنترلی دستگاه دمندهٔ مکاترونیکی، شناسایی پایه‌های تراشه (آی‌سی)، به‌کار بردن رگولاتور ولتاژ، ماژول آنتن، کریستال، خازن، ترانزیستور، رله و دیودها و ارتباط این عناصر با همدیگر از طریق سیم‌کشی بین آن‌ها و چگونگی پروگرام‌کردن میکرو و شناساندن ریموت کنترل به تراشه.

2- استفادهٔ عملی از عناصر الکتریکی در دستگاه دمندهٔ مکاترونیکی یعنی به‌کار بردن کلید چهارکنتاکته، ترموستات بی‌متالی قابل‌تنظیم، لامپ‌های خبر، موتور سنکرون و موتور القایی سه‌سرعته، ترمینال‌ها و المنت‌ها و ارتباط دادن آن‌ها به مدار میکرو.

3- استفاده از عناصر مکانیکی در دستگاه دمندهٔ مکاترونیکی، تنظیم و ارتباط دادن موتور سنکرون با دریچهٔ گردش هوای گرم یا سرد ایجاد شده توسط موتور سه سرعته.

استاندارد عملکرد

پس از اتمام این واحد یادگیری و کسب شایستگی استفاده از عناصر الکتریکی، الکترونیکی و مکانیکی در دستگاه دمندهٔ مکاترونیکی، هنرجویان در سیم‌کشی عناصر الکترونیکی و الکتریکی قادر خواهند شد. نحوهٔ پروگرام‌کردن میکرو از طریق کامپیوتر، نحوهٔ شناساندن ریموت به میکرو و نحوهٔ مونتاژ دستگاه و ارتباط دادن اجزای مکانیکی به اجزای الکتریکی و راه‌اندازی دستگاه خواهد بود.

دستگاه دمنده، دستگاهی است که برای گرم یا خنک نمودن اتاق‌ها در منازل، ادارات و سایر اماکن مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این دستگاه از یک موتور و فن برای پخش حرارت تولیدی توسط المنت‌ها استفاده شده است تا در صورت لزوم در فصل گرما از آن بتوان به عنوان یک وسیلة خنک‌کننده نیز استفاده کرد و آن را از راه دور کنترل نمود.

فعالیت کلاسی 1 (صفحه 51 کتاب درسی)

 

جدول زیر را کامل کنید.

ردیف نام وسیله نوع: گرمایشی یا سرمایشی کاربرد تصویر
1 بخاری برقی گرمایشی  

2 بخاری گازی   در منازل و ادارات

3 رادیاتور برقی گرمایشی  

4 بخاری برقی
 
  بیشتر در ادارات و با قابلیت چرخش 90 درجه

5 پنکه سقفی سرمایشی  

6 پنکه بدون پره    

7 کولر سرمایشی  

جدول 1
1- بدنه 2- دستگیره
3- ترمینال‌ها 4- شبکه محافظ
5- کلید 6- پایه‌ها
7- دوشاخه و سیم رابط 8- سیم‌های رابط داخل
9- المنت‌ها 10- ترموستات
11- لامپ‌های خبر 12- رله‌ها
13- موتور آسنکرون 14- موتور سنکرون
15- کوپلینگ 16- دریچه متحرک
17- پروانه اصلی 18- کانکتور بین راهی
19- تراشه (IC) 20- دیود فوری (LED)
21- خازن‌ها 22- ترانزیستورها
23- مقاومت‌ها 24- منبع تغذیه
25- کریستال 26- رگولاتور ولتاژ
27- دیودها 28- ریموت کنترل

فعالیت کلاسی 2 (صفحه 52 کتاب درسی)

 

منظور از اجزای الکتریکی و مکانیکی چیست؟

- اجزای الکتریکی یا الکترونیکی یعنی .............
- اجزای مکانیکی یعنی....................

فعالیت کلاسی 3 (صفحه 52 کتاب درسی)

 

با توجه به اجزای دمندهٔ مکاترونیکیِ معرفی شده، کدام جزء الکتریکی یا الکترونیکی و کدام جزء مکانیکی است؟

- اجزای الکتریکی یا الکترونیکی عبارت‌اند از:
- اجزای مکانیکی عبارت‌اند از:

کلید (SWITCH)

وظیفهٔ کلید، کنترل فاز در مدار است. در جدول شمارهٔ 2 سه نوع کلید مشاهده می‌شود.

ردیف نام کلید شمای حقیقی تصویر
1 کلید ساده

2 کلید چراغ دار

3 کلید چهار کنتاکته چراغ‌دار

ترجمه کنید (صفحه 53 کتاب درسی)

 

An electrical switch is a device that makes, breaks, or changes the connections in an electric circuit. The mechanism of a switch may be operated directly by a human operator to control a circuit, may be operated by a moving object such as a door-operated switch, or may be operated by some sensing element.

فعالیت کلاسی 4 (صفحه 54 کتاب درسی)

 

1- کلید ساده (کلید شمارهٔ 1 در جدول 2) را تحویل بگیرید، سپس یک مرتبه با اهم‌متر (عقربه‌ای و دیجیتالی)، و بار دوم با لامپ تست، کلید را تست کنید. مراحل آزمایش کردن کلید را بنویسید.

2- یک کلید چراغ‌دار (کلید شمارهٔ 2 در جدول 2) را تحویل بگیرید، سپس یک مرتبه با اهم‌متر (عقربه‌ای و دیجیتالی)، و بار دوم با لامپ تست، کلید را تست کنید. مراحل آزمایش کردن کلید را بنویسید.

3- یک کلید چهار کنتاکته چراغ‌دار (کلید شمارهٔ 3 در جدول 2) را تحویل بگیرید سپس یک مرتبه با اهم‌متر (عقربه‌ای و دیجیتالی)، و بار دوم با لامپ تست، کلید را تست کنید. مراحل آزمایش کردن کلید را بنویسید.

4- چگونه می‌توان لامپ خبر را تست کرد؟

5- چرا با اهم‌متر نمی‌توان لامپ خبر را تست کرد؟

6- مدار زیر را اجرا کنید و بنویسید چه اشکالی در کار مدار ایجاد می‌شود؟ (فاز خروجی به یک مصرف‌کننده، مثلاً به یک المنت اتصال داده شود).

اشکال مدار این است که: ......

موتورهای الکتریکی (Electrical Motors):

فعالیت کلاسی 5 (صفحه 55 کتاب درسی)

 

با توجه به آنچه قبلاً آموخته‌اید جدول زیر را کامل کنید.

ردیف نام موتور شمای حقیقی موتور کاربرد تصویر
1 موتور یونیورسال

 

2 کلید چراغ‌دار    

3 موتور با رتور مغناطیسی

 

4 موتور آسنکرون (موتور القایی)    

موتور سنکرون (Synchronous motor)

این موتور تشکیل شده از یک بوبین (سیم‌پیچ) و یک رتور با آهن‌ربای دایم که قسمت بالای آن به یک‌سری چرخ‌دنده (گیربکس) متصل است. سرعت این موتورها یکنواخت است و چرخ‌دنده‌ها وظیفه دارند تا سرعت موتور را کم کنند و قدرت آن را افزایش دهند. در تصویر 1 موتور، در تصویر 2 چرخ‌دنده‌ها و در تصویر 3، علاوه‌بر چرخ‌دنده‌ها، بوبین به همراه دیگر اجزای این موتور نشان داده شده است.

تصویر 1
تصویر 2
تصویر 3

فعالیت کلاسی 6 (صفحه 56 کتاب درسی)

 

- جدول زیر مربوط به پلاک مشخصات نوعی موتور سنکرون است. این جدول را با کمک مربی خود کامل کنید.

سوال ولتاژ کاری موتور فرکانس کاری توان تعداد دور در دقیقه
پاسخ  موتور یونیورسال      

- توسط اهم‌متر مقاومت موتور(سیم‌پیچ) را اندازه‌گیری و آن را یادداشت کنید. و سپس آن را با برق تست نمایید.

$R=$

- موتورهای سنکرون چه خصوصیت مهمی دارند و در چه جاهایی به کار می‌روند؟ (با ذکر مثال)

ترجمه کنید (صفحه 57 کتاب درسی)

 

Normally the synchronous motor is similar in construction to an induction motor but has no short-circuited rotor- which may be of the DC or AC-excited, permanent-magnet or reluctance type.

موتور آسنکرون (القایی) سه سرعته (Asynchronous Three-Speed Induction Motors)

همان‌گونه که می‌دانید موتورهای تک‌فاز دارای دو دسته سیم‌پیچ اصلی و کمکی هستند. علت اضافه شدن سیم‌پیچ کمکی (سیم‌پیچ راه‌انداز) این است که اگر سیم‌پیچ اصلی به تنهایی به برق متصل شود، دو نیروی محرکهٔ مغناطیسی، یکی راست‌گرد و دیگری چپ‌گرد تولید می‌کند. در نتیجه گشتاور حاصل از این دو نیروی محرکه صفر می‌شود و موتور قادر به راه‌اندازی نخواهد شد.

جالب است بدانید که در این حالت اگر با کمک یک وسیلهٔ راه‌انداز، رتور موتور در یک جهت، مثلاً راست‌گرد، به چرخش در آید، رتور در همان جهت به حرکت دورانی خود ادامه می‌دهد. به همین دلیل است که سیم‌پیچ کمکی به موتور اضافه می‌شود تا نیروی محرکهٔ لازم را ایجاد کند و موتور در جهت راست یا چپ (متناسب با نحوهٔ اتصال سیم‌پیچ کمکی به اصلی) بچرخد. همچنین می‌توان با اضافه کردن خازنی سری با سیم‌پیچ کمکی گشتاور راه‌اندازی موتور را افزایش داد.

در وسایلی همانند پنکه‌ها، به سبب متفاوت بودن دمای هوا در فصل گرما، موتور پنکه‌ها را سه‌سرعته (دور کم، دور متوسط و دور زیاد) درست می‌کنند.

فعالیت کلاسی 7 (صفحه 57 کتاب درسی)

 

1- موتور شکل روبه‌رو موتور سه‌سرعته‌ای است. که در دستگاه دمندهٔ مکاترونیکی به‌کار می‌رود. با توجه به شکل،جدول صفحه بعد را به کمک مربی خود کامل کنید.

سؤال ولتاژ کاری موتور فرکانس کاری موتور ظرفیت خازن رنگ سیم دور کند و با حرف رنگ سیم دور متوسط و با حرف رنگ سیم دور تند و با حرف رنگ سیم مشترک و با حرف
پاسخ       آبی و با علامت L     مشکی و با حرف com

2- به کمک اهم‌متر، مقاومت هر یک از دورهای کند، متوسط و تند موتور را اندازه‌گیری و نتیجه را بر روی هر یک از سیم‌پیچ‌های مربوطه یادداشت نمایید. سپس آن‌ها را با برق تست کنید.

3- جدول زیر (جدول شمارهٔ 7) مربوط به خازن به‌کار رفته در این موتور است، به کمک مربی خود آن را کامل کنید.

سؤال ولتاژ مجاز خازن فرکانس کاری خازن ظرفیت خازن تلرانس خازن
پاسخ        

4- به چند روش می‌توان خازن را تست کرد؟ نام ببرید و سپس آنها را تست نمایید (مراحل کار یادداشت شود).

برای کنترل دور موتورهای الکتریکی روش‌های مختلفی وجود دارد. یک روش کنترل دور از طریق منشعب کردن سیم‌پیچ‌هاست. (مطابق آنچه در بالا توضیح داده شد). روش دیگر استفاده از عناصر نیمه هادی مانند دیودها، تریستورها و ترایاک‌هاست، که در ادامه به شرح هر یک پرداخته می‌شود.

عناصر نیمه هادی خاص

در کتاب نصب و راه‌اندازی مصنوعات مکاترونیکی، با قطعات الکترونیکی (مانندِ مقاومت، سلف، خازن، انواع دیود، حسگرها، ترانزیستورها) آشنا شدید و دریافتید که دیود و ترانزیستور از اتصال دو یا چند نیمه هادی (Nو P) ساخته می‌شوند. در این قسمت سعی داریم شما را با عناصر دیگر الکترونیکی، که به عناصر نیمه هادی خاص معروف‌اند، آشنا کنیم.

فعالیت کلاسی 8 (صفحه 59 کتاب درسی)

 

1- عناصر نیمه هادی، مانند ژرمانیم و سیلیکن در لایهٔ آخراتم (لایهٔ والانس) خود ................. الکترون دارند.

2- یکی از کاربردهای دیود، عمل یکسوسازی است، یعنی تبدیل جریان ............ به جریان .................. .

3- مدار الکتریکی زیر مربوط به یک همزن برقی 5 سرعته است. ضمن بررسی مدار، تفاوت حالت 1 و 2 و حالت‌های 3 تا 5 را بررسی کنید.

4- ترانزیستور معمولی از سه کریستال N و P تشکیل یافته است، که به دو صورت ............... و ................... وجود دارد.

5- مدار زیر را تحلیل نمایید و در صورت امکان نتایج را در آزمایشگاه مشاهده کنید.

مدارات یکسوسازی، که قبلاً با آن‌ها آشنا شدید، مدارات یکسوساز کنترل نشده بودند. زیرا مقدار و شکل موج یکسو شدهٔ خروجی در اختیار ما نبود، اما با به کارگیری مدارات یکسو ساز کنترل شده این امکان را برای ما به‌وجود می‌آورد که بتوانیم تأثیر و تغییراتی را در وضعیت شکل موج خروجی ایجاد نماییم. در این مدارات از دیودهای یکسوساز خاصی استفاده می‌شود که در ادامه به آن‌ها می‌پردازیم.

دیود چهار لایه (Four Layer Diode: FLD)

این دیود، که از نظر شکل ظاهری مانند دیود معمولی است، اغلب به نام دیود شاکلی (شاتکی) می‌شناسند. این دیود از چهار نیمه‌هادی «PNPN» درست شده و مانند دیودهای معمولی دارای یک آند و یک کاتد است. ساختمان داخلی، مدار معادل دیودی و علامت اختصاری آن را در شکل مشاهده می‌کنید.

تصویر 4

تحقیق کنید (صفحه 60 کتاب درسی)

 

در مورد دیود SB520 تحقیق کنید و نتایج تحقیق را ارائه نمایید.

بحث گروهی (صفحه 60 کتاب درسی)

 

در مورد چگونگی هدایت کردن دیودهای چهار لایه بحث کنید.

تریستور (Silicon Controlled Rectifie :SCR)

تریستور (یا SCR) یک عنصر نیمه‌هادی چهار لایه است-با ساختمان داخلی PNPN–و شامل سه پیوند «PN» است. رفتار آن مانند دیودهای چهارلایه است. نظر به اینکه اعمال ولتاژ زیاد به دو سر یک دیود چهار لایه مشکل و در بعضی موارد غیر ممکن است، برای رفع این عیب در تریستورها پایهٔ دیگری به نام گیت پیش‌بینی شده است. در تصویر 5 ساختمان داخلی، علامت اختصاری و شکل ظاهری تریستور (به ترتیب از سمت راست به چپ) رسم شده است.

تصویر 5

ترجمه کنید (صفحه 61 کتاب درسی)

 

A thyristor is a solid-state semiconductor device with four layers of alternating N and P-type material. It acts exclusively as a bistable switch, conducting when the gate receives a current trigger, and continuing to conduct while the voltage across the device is not reversed (forward-biased).

تحقیق کنید (صفحه 61 کتاب درسی)

 

با استفاده از اینترنت و یکی از موتورهای جستجوگر، مشخصات و خصوصیات تریستور BT151 را یادداشت نمایید.

تریستور به مثابهٔ کلید به‌کار می‌رود، کلیدی که حرکت مکانیکی ندارد، درنتیجه عمر آن طولانی‌تر است. پایه‌های آند و کاتد در واقع دو‌سر یک کلیدند پایهٔ گیت هم نقش شستی کلید را دارد که با زدن آن جریان الکتریکی قطع و وصل می‌شود. تریستور فقط از یک‌سو می‌تواند جریان الکتریکی را هدایت کند. یعنی آند همیشه باید به طرف مثبت و کاتد به طرف منفی باشد. باید به این نکته توجه کرد که اگر تریستور در ولتاژ AC به کار برده شود فقط نیم‌سیکل را عبور می‌دهد. اگر پایه‌ی گیت را با یک مقاومت یک لحظه به پایهٔ آند وصل کنیم تریستور روشن می‌شود و بعد از جدا کردن پایهٔ گیت از مقاومتی که طرف دیگر آن به آند وصل شده بود (تریستور) همچنان روشن خواهد ماند.

فعالیت کلاسی 9 (صفحه 61 کتاب درسی)

 

هدف: مدار روشن کردن تریستور (مدار تست تریستور)

1- مدار زیر را در نرم‌افزار PROTEUS اجرا کنید و نتایج به‌دست آمده را بنویسید.

2- یک نمونه تریستور را از مربی خود بگیرید، سپس با اهم‌متر عقربه‌ای؛ پایه‌های آن را تشخیص دهید وبا اهم‌متر آن را تست نمایید.

فعالیت کلاسی 10 (صفحه 62 کتاب درسی)

 

مدار زیر را که به «مدار دیمر» یا مدار تاریک‌کننده Dimmer معروف است، در آزمایشگاه اجرا کنید و تغییر نور لامپ را با کنترل پتانسیومتر مشاهده نمایید.

دیاک (Diac):

دیاک قطعهٔ نیمه‌هادی دیگری است که دارای دو پایه است و در هر دو، جهتِ تحریک و حالت روشن به خود می‌گیرد. لذا بزرگ‌ترین مزیت کاربرد آن در ولتاژ AC است، که اجازهٔ عبور جریان را هم در نیم‌سیکل مثبت و هم در نیم‌سیکل منفی می‌دهد. لذا به آن دیود جریان متناوب (DIODE AC) هم گفته می‌شود. شکل ظاهری و نماد اختصاری این عنصر را در مدارها با یکی از این دو شکل خواهید دید.

تصویر 6

فعالیت کلاسی 11 (صفحه 63 کتاب درسی)

 

نحوهٔ کنترل دور موتور یونیورسال را در مدار زیر، بررسی و نتایج را یادداشت کنید.

کاربرد دیاک

از مشخصه‌های مهم دیاک این است که در هنگام روشن شدن، جریان لحظه‌ای و سوزنی شکلی ایجاد می‌کند که برای تحریک گیت قطعاتی مانند تریستور و ترایاک مناسب است. از این مشخصه برای تولید موج‌سوزنی استفاده می‌شود.

ترجمه کنید (صفحه 63 کتاب درسی)

 

The DIAC is a full-wave or bi-directional semiconductor switch that can be turned on in both forward and reverse polarities. The DIAC gains its name from the contraction of the words DIode Alternating Current. The DIAC is widely used to assist even triggering of a TRIAC when used in AC switches.

ترایاک Triac

ترایاک قطعه‌ای الکترونیکی است که در صورت فعال شدن (تریگر) می‌تواند جریان الکتریکی را در هر دو جهت از خود عبور دهد. ترایاک عملکردی مانند تریستور اما به‌صورت دو طرفه دارد.

ساختمان داخلی ترایاک

تصویر روبرو علامت اختصاری و شکل ظاهری نیمه رسانای ترایاک را نشان می‌دهد. ترایاک برخلاف تریستور، یک سوئیچ دوطرفه است، به این‌صورت که می‌تواند جریان را از هر دو طرف خود عبور دهد. همچنین ترایاک مانند تریستور سه پایه دارد. دو پایهٔ اصلی به نام‌های A1 و A2، که مخفف Anode است، یا MT1 و MT2 نیز نامیده می‌شوند (مخفف Main Terminal) و همچنین پایهٔ سوم، پایهٔ کنترلی G مخفف Gate است که برای تریگر کردن آسان‌تر جریان بین دو الکترود A1 و A2 به‌کار می‌رود. این قطعه مانند دیاک است، با این تفاوت که به آن یک گیت اضافه شده است. به وسیلهٔ این قطعه می‌توان، ولتاژ را از هر دو طرف کنترل کرد (پلاریتهٔ ولتاژ ورودی مهم نیست).

برخ الف تریستور که در نیم‌سیکل عمل هدایت را انجام می‌دهد، ترایاک در هر دو نیم سیکل (مثبت و منفی) عمل هدایت را انجام می‌دهند.

تصویر 7

فعالیت کلاسی 12 (صفحه 64 کتاب درسی)

 

هدف: مدار روشن کردن ترایاک

1- مدار روبه‌رو را در نرم‌افزار «PROTEUS» اجرا کنید و نتایج به‌دست آمده را بنویسید.

2- یک نمونه ترایاک را از مربی خود بگیرید، سپس با اهم متر عقربه‌ای؛

الف) پایه‌های آن را تشخیص دهید.
ب) با اهم‌متر آن را تست نمایید.

ترجمه کنید (صفحه 65 کتاب درسی)

 

TRIAC, from triode for alternating current, is a generic trademark for a three terminal electronic component that conducts current in either direction when triggered. Its formal name is bidirectional triode thyristor or bilateral triode thyristor.

دیمر (AC Lights Dimmer with Triac)

در مدارات دیمر از یک ترایاک برای کم و زیاد کردن مقدار ولتاژ استفاده می‌کنند. که بوسیلهٔ یک پتانسیومتر یا ولوم، مقدار ولتاژ آتش ترایاک را کم و زیاد می‌کنیم. به این وسیله می‌توان مقدار ولتاژ دو سر لامپ را تغییر داد. با استفاده از پتانسیومتر زمان شارژ خازن تغییر می‌کند چون با رسیدن ولتاژ خازن به حوالی 42 تا 25 ولت، دیاک هدایت کرده و بر اثر آن نیز ترایاک آتش می‌شود. پس با تغییر پتانسومتر در واقع زمان شارژ خازن را تنظیم می‌کنیم ولی چند نکته باید مورد توجه قرار گیرد:

فعالیت کلاسی 13 (صفحه 65 کتاب درسی)

 

هدف: کنترل نور لامپ (مدار دیمر)

مدار روبه‌رو را در نرم‌افزار «PROTEUS» اجرا کنید و نتایج به دست آمده را بنویسید. (فرکانس منبع را 1HZ تنظیم کنید)

فعالیت کلاسی 14 (صفحه 66 کتاب درسی)

 

هدف: کنترل نور لامپ (مدار دیمر)

مدار روبه‌رو را در نرم‌افزار «PROTEUS» اجرا کنید. و نتایج به‌دست آمده را بنویسید.

المنت‌های حرارتی (Elements Heating):

لوازم برقی حرارتی دارای المنت‌های حرارتی است، به‌طوری که بر اثر عبور جریان الکتریسیته به‌علت خصوصیات مقاومتی سیم، داغ می‌شود، جنس سیم المنت از کرم نیکل یا کرم آلومنیوم است. المنت (مقاومت) در مدارهای الکتریکی با حرف R و با علامت  نمایش داده می‌شود. در انواع مختلفی تولید می‌شود.

الف) المنت‌های سیمی (فنری، روباز)

فعالیت کلاسی 15 (صفحه 67 کتاب درسی)

 

کاربرد هر یک از المنت‌های سیمی زیر را بنویسید.

در .................. برقی
در .................. برقی

نوع دیگری از المنت‌های فنری، المنت‌های تخت نواری (تسمه‌ای) است، که سیم آن بر روی کاغذ میکا پیچیده می‌شود. مانند تصویر 8.

تصویر 8

فکر کنید (صفحه 67 کتاب درسی)

 

آیا می‌توانید وسیلهٔ برقی خانگی حرارتی‌ای را نام ببرید که در آن المنت تخت نواری به‌کار رفته باشد؟

ب) المنت‌های لوله‌ای (میله‌ای، غلاف‌دار، حفاظ فلزی)

فعالیت کلاسی 16 (صفحه 68 کتاب درسی)

 

کاربرد هریک از المنت‌های لوله‌ای زیر را بنویسید.

در .................. برقی

در .................. برقی

المنت لوله‌ای (حفاظ فلزی یا غلاف‌دار)، از آن‌جا که پوشش سخت خارجی آن، هم آن را حفاظت و هم عایق می‌کند. در حین تولید می‌تواند در اشکال مختلف در آید، که تقریباً برای هر کاربردی مناسب واقع شود.

این نوع المنت مانند نوع روباز (المنت سیمی) عمل می‌کند. ولی هادی آن در داخل محفظهٔ لوله‌ای شکل قرار دارد که با مواد عایقی احاطه شده است (این مادهٔ عایق می‌تواند پودر سرامیک یا پودر اکسید منیزیم و یا خاک چینی باشد). حرارت به غلاف یا روکش خارجی منتقل می‌شود ولی جریان الکتریسیته نمی‌تواند از غلاف عبور کند.

روکش خارجی را معمولاً از فلزات مختلفی (روکش مسی، آب نیکل داده شده یا فولاد نرم) می‌سازند تا بتواند پاسخ‌گوی شرایط و نیازهای ویژه باشد. برخی از آن‌ها داخل آب قرار می‌گیرند، مانندِ المنت کتری‌های برقی یا آبگرمکن‌های برقی. مابقی که به‌طور مثال در خوراک‌پزها یا کباب‌پزها به‌کار می‌روند، جهت تشعشع حرارت طراحی می‌شوند.

ج) المنت‌های هالوژنی

المنت‌های هالوژنی به‌واسطهٔ نور حرارت را انتقال می‌دهند و هوای پیرامون خود را گرم نمی‌کنند. بلکه جسمی که در معرض تابش نور هالوژن قرار دارد حرارت را از طریق نور جذب می‌کند و گرم می‌شود. این هیترهای شیشه‌ای (مادون قرمز) که از گاز هالوژن پر شده است امکان افزایش دمایی بالغ بر 2600 درجة سانتی‌گراد را فراهم می‌کند. از این نوع المنت در کرسی‌های برقی و... استفاده می‌شود.

تصویر 9

د) المنت‌های فنری با حفاظ شیشه‌ای

در این نوع المنت‌ها، سیم المنت به‌صورت فنر از داخل حباب شیشه‌ای از جنس سیلکون عبور داده می‌شود و در وسایلی مانند اون توسترها (اجاق برقی) و بخاری برقی کاربرد دارند.

تصویر 10

فعالیت کلاسی 17 (صفحه 69 کتاب درسی)

 

دو یا سه المنت لوله‌ای را که در دمنده به کار می‌روند، تحویل بگیرید و به سؤالات زیر پاسخ دهید.

1- مقاومت هر المنت را با اهم‌متر (اهم‌متر دیجیتالی) اندازه‌گیری و سپس نتیجه را یادداشت کنید.

${R_1} = $
${R_2} = $
${R_3} = $

2- با استفاده از فرمول توان $(P = \frac{{{V^2}}}{R})$ ،توان هر المنت را محاسبه کنید و توان کل را از جمع سه توان به دست آورید.

(V= 220v)

${P_1} = $
${P_2} = $
${P_3} = $
${P_T} = $

3- سه یا دو المنت انتخابی را به‌صورت سری روی میز کار اتصال دهید:
الف) رسم مدار سری،
ب) اندازه‌گیری مقاومت معادل با اهم‌متر،
ج) از طریق محاسبه، مقاومت معادل را به‌دست آورید و جواب را با قسمت ب مقایسه کنید.

4- سه یا دو المنت انتخابی را به‌صورت موازی روی میز کار اتصال دهید، سپس به این سؤالات پاسخ دهید:
الف) رسم مدار موازی
ب) اندازه‌گیری مقاومت معادل با اهم‌متر،
ج) از طریق محاسبه، مقاومت معادل را به‌دست آورید و جواب را با قسمت ب مقایسه کنید.

ترجمه کنید (صفحه 70 کتاب درسی)

 

Most heating elements use Nichrome 80/20 (80% nickel, 20% chro mium) wire, ribbon, or strip. Nichrome 80/20 is an ideal material, because it has relatively high resistance and forms an adherent layer of chromium oxide when it is heated for the first time.

ترموستات یا اتوماتیک (thermostat or automatic)

یکی از وسایلی که ممکن است در ساخت بسیاری از پروژه‌ها به آن نیاز داشته باشید ترموستات است. ترموستات می‌تواند دمای یک سیستم را به نحوی تنظیم نماید که همیشه در حد به دمای مورد نیاز ما باقی بماند. ترموستات عمل تنظیم دما را با روشن یا خاموش نمودن سیستم گرمایشی یا سرمایشی انجام می‌دهد. ترموستات‌ها با روش‌های مختلف و با استفاده از حسگرهای متنوعی ساخته می‌شوند. شما نیز تا به حال حتماً با ترموستات‌های متعددی سر و کار داشته‌اید. برای مثال می‌توان به ترموستات اتو، ترموستات یخچال، ترموستات سیستم تهویهٔ مطبوع اشاره نمود.

تصویر 11

فعالیت کلاسی 18 (صفحه 71 کتاب درسی)

 

برای آشنایی با چند ترموستات، جدول زیر را تکمیل کنید.

ردیف ترموستات قابل تنظیم/تنظیم ثابت کاربرد تصویر
1 تنظیم ثابت  

2   در صنعت

3 قابل تنظیم  

4   در یخچال

کنترل گرما در وسایل حرارتی برقی

کنترل گرما در وسایل حرارتی برقی برعهدهٔ ترموستات است. در وسایل حرارتی برقی چهار نوع ترموستات را می‌توان به کار برد:

1- ترموستات بی‌متالی قابل تنظیم
2- ترموستات بی‌متالی تنظیم ثابت
3- ترموستات گازی قابل تنظیم
4- ترموستات گازی تنظیم ثابت

1- ترموستات بی‌متالی قابل تنظیم

تصویر 12
تصویر 13
تصویر 14

این ترموستات دارای قسمتی به نام بازوی حساس به حرارت است که بی‌متال نامیده می‌شود، بی‌متال در واقع آلیاژی از دو فلز غیرهمجنس مانند آهن و برنج است که در اثر حرارت، تغییر طول داده است (تصویر 16) و چون ازدیاد طول یکی از فلزات بیشتر از دیگری است، از این‌رو دو فلز با هم خم می‌شوند. این حرکت به‌طور مستقیم یا به وسیلهٔ اهرم هایی به یک کنتاکت منتقل می‌شود و مدار را قطع یا وصل می‌کند.

تصویر 15
تصویر 16

منظور از قابل تنظیم بودن این است که می‌توان دما را در محدوده‌ای خاص-توسط ولوم-کنترل کرد. برای مثال بر روی ترموستات اتو عدد 210-80 درجه سانتی‌گراد نوشته شده است، یعنی می‌توان دما را بین 80 تا 210 درجۀ سانتی‌گراد کنترل کرد.

اصول کار این ترموستات‌ها به این‌صورت است که وقتی جریان الکتریکی در المنت توسط ترموستات برقرار می‌شود، المنت گرم می‌شود، گرمای المنت بازوی حساس به حرارت (بی متال) ترموستات را گرم می‌کند. در نتیجه بازوی حساس در مقابل گرما انبساط طولی پیدا می‌کند (تصویر 16) که باعث قطع پلاتین‌های ترموستات می‌شود و المنت از کار می‌افتد.

پس از مدتی که دمای محیط سرد شد، بازوی حساس خنک می‌شود و به حالت اولیهٔ خود بر می‌گردد (تصویر 15). و دوباره دو پلاتین به همدیگر وصل می‌شوند و جریان در المنت برقرار می‌گردد (عمل اتوماتیک انجام می‌گیرد) و این عمل مرتب تکرار می‌شود.

ترجمه کنید (صفحه 73 کتاب درسی)

 

A thermostat is often the main control unit for a heating or cooling system, through setting the target temperature. Thermostats can be constructed in many ways and may use a variety of sensors to measure the temperature.

فعالیت کلاسی 19 (صفحه 73 کتاب درسی)

 

با استفاده از فندک و ترموستات بی‌متالی قابل‌تنظیم، بازوی حساس به حرارت را داغ کنید و در هنگام آزمایش، پلاتین‌ها را زیر نظر داشته باشید و مشاهدات خود را یادداشت کنید.

2- ترموستات بی متالی تنظیم ثابت

در این نوع ترموستات کنترل دما فقط در یک دمای خاص انجام می‌گیرد. برای مثال اگر بر روی ترموستاتی عدد 90 درجهٔ سانتی‌گراد نوشته شده است، یعنی در دمای 90 درجهٔ سانتی‌گراد فرمان قطع را صادر می‌کند.

تصویر 17
تصویر 18

فعالیت کلاسی 20 (صفحه 74 کتاب درسی)

 

1- مشخصات ترموستات بی‌متالی تنظیم ثابت را، که از انبار تحویل گرفته‌اید، بخوانید و آن‌ها را یادداشت کنید.

2- دو سر پراب‌های اهم‌متر عقربه‌ای یا دیجیتالی را به دو سر ترمینال‌های ترموستات تنظیم ثابتی اتصال دهید.

اهم‌متر چه عکس‌العملی را نشان می‌دهد؟

در همین حین به وسیلهٔ فندک، قسمت فلزی ترموستات را حرارت دهید.

اهم‌متر چه عکس العملی را نشان می‌دهد؟

3- ترموستات گازی قابل تنظیم

اصول کار این ترموستات‌ها به این صورت است که وقتی جریان الکتریکی در المنت توسط ترموستات برقرار می‌گردد، المنت گرم می‌شود و چون لولهٔ بلو بر روی المنت قرار دارد، گرمای آن سبب انبساط گاز (گاز اتر یا گاز بخار جیوه) داخل لولۀ بلو می‌شود. گاز منبسط شده از طریق لولهٔ مویی به صفحهٔ فانوسک می‌رسد و فانوسک منبسط می‌شود و به فنر و اهرم فشار وارد می‌کند. در اثر این فشار پلاتین متحرک از پلاتین ثابت جدا می‌شود و تغذیهٔ المنت را قطع می‌کند. با سرد شدن المنت، گاز سرد شده از طریق لولهٔ مویی به لولهٔ بلو بر می‌گردد و فشار از روی فانوسک برداشته می‌شود. در نتیجه پلاتین متحرک به پلاتین ثابت اتصال می‌یابد و المنت شروع به گرم شدن می‌کند. تصویر 19 اجزای یک ترموستات گازی قابل تنظیم سماور برقی را نشان می‌دهد.

تصویر 19

4- ترموستات گازی تنظیم ثابت 

این ترموستات، در درجهٔ حرارت ثابت و از پیش تنظیم شده (مثلا 90 درجهٔ سانتی‌گراد)، فرمان قطع را به مدارالکتریکی المنت می‌دهد.

در تصویر 20 ترموستات گازی تنظیم ثابت از نوع گازی بلو دار را، که در برخی از آب‌گرم‌کن‌های برقی به کار می‌رود، را مشاهده می‌کنید.

تصویر 20

فعالیت کلاسی 21 (صفحه 75 کتاب درسی)

 

1- یک ترموستات گازی قابل تنظیم را از انبار تحویل بگیرید، سپس مشخصات آن را بخوانید و آن‌ها را یادداشت نمایید.

2- دو سر پراب‌های اهم‌متر عقربه‌ای یا دیجیتالی را به دو سر ترمینال‌های ترموستات گازی قابل تنظیم اتصال دهید. با حرکت ولوم ترموستات، اهم متر چه عکس العملی را نشان می‌دهد؟

در همین حین لولهٔ بلوی ترموستات گازی قابل تنظیم را در ظرفی که محتوی آب داغ است قرار دهید و عکس العمل اهم‌متر را یادداشت نمایید.

رله (Relay)

همان‌طور که از قبل با این قطعه آشنا شده‌اید، رله یک نوع کلید الکتریکی سریع است که با فرمان و کنترل یک مدار الکترونیکی تحریک می‌شود و پلاتین‌های داخل آن باز یا بسته می‌گردد. ساختمان داخلی رله‌ها، شامل سیم‌پیچ و پلاتین است-تعداد این پلاتین‌ها، که در رله‌ها متفاوت است، دو حالت، حالت نرمال بسته N.C و نرمال باز N.O دارد. با تحریک رله، تغییر وضعیت داده می‌شود، به‌طوری که پلاتین‌های بسته، باز و پلاتین‌های باز، بسته می‌گردد.

تصویر 21

فعالیت کلاسی 22 (صفحه 76 کتاب درسی)

 

هدف: مشخص کردن پایه‌های COM، NO و NC رله‌ها و تشخیص سالم بودن هر رله

ابزار مورد نیاز: انتخاب یکی از رله‌های مورد استفاده در دستگاه دمنده مکاترونیکی و اهم‌متر

بحث گروهی (صفحه 76 کتاب درسی)

 

مشخصات نوشته شده بر روی یکی از رله‌ها را یادداشت و درباره‌اش با دوستان خود بحث کنید و طریقهٔ تست آن را بنویسید.

میکرو کنترلر چیست؟ (What is a microcontroller)

به تراشه (آی‌سی)هایی که قابلیت برنامه‌ریزی دارد و طریقهٔ عملکرد آن توسط کاربر قابل برنامه‌ریزی است، «میکروکنترلر» گویند. میکرو کنترلرها از بخش‌های Cpu (واحد پردازش)، Alu (واحد محاسبات)، I/O (ورودی‌ها و خروجی‌ها)، Ram (حافظه اصلی میکرو)، Rom (حافظه‌ای که برنامه در آن ذخیره می‌گردد)، Timer (برای کنترل زمان‌ها) و... تشکیل شده‌اند. آی‌سی‌های خانوادة: AVR ،Pic ARM و 8051 از این نمونه‌اند.

میکرو کنترلرها دارای کامپایلرهای خاصی هستند که می‌توان برای آن‌ها با زبان‌های Assembly basic, c و... برنامه نوشت. سپس برنامه نوشته شده توسط دستگاهی به نام programmer،که آی‌سی در این دستگاه قرار می‌گیرد، توسط کابلی به یکی از درگاه (port)های کامپیوتر وصل می‌شود و برنامه نوشته شده در آی‌سی انتقال می‌یابد و در Rom ذخیره می‌شود.

ترجمه کنید (صفحه 76 کتاب درسی)

 

Microcontrollers are used in automatically controlled products and devices, such as automobile engine control systems, implantable medical devices, remote controls, office machines, appliances, power tools, toys and other embedded systems.

ارتباطات بی‌سیم (Wireless Communication)

ارتباطات بی‌سیم یکی از روش‌های دیرینهٔ ارسال اطلاعات در فواصل دور است. عمده‌ترین مزیت استفاده از آن سیار و قابل جابه‌جایی بودن آن در مکان‌های مختلف است، از جمله استفاده از آن در ماشین‌ها، هواپیماها، کشتی‌ها و در وسایل حمل‌ونقل است.

ریموت کنترل

ریموت کنترل‌ها وسایلی هستند که به کمک آن‌ها می‌توان دستگاه‌های الکتریکی و الکترونیکی را از راه دور و بدون هیچ ارتباطی و تنها به وسیلهٔ امواج رادیویی یا نور مادون قرمز کنترل و روشن و خاموش کرد. در این مدارها از تراشه (آی‌سی)های فرستنده (TX) و گیرنده (RX) استفاده می‌شود.

بر روی هر ریموت، از سوئیچ‌های فشاری‌ای استفاده شده است که با فشردن هر یک از سوئیچ‌ها کد مربوط به همان سوئیچ به گیرنده ارسال خواهد شد و گیرنده متناسب با دستورالعمل‌های از پیش تعریف شده‌ای که برای هر کد نوشته شده است، خروجی متناظر همان کلید را فعال یا غیر فعال می‌کند.

تصویر 22

ترجمه کنید (صفحه 77 کتاب درسی)

 

Wireless operations permit services, such as long-range communications that are impossible or impractical to implement with the use of wires. The term is commonly used in the telecommunications industry to refer to telecommunications systems which use some form of to transfer information.

فعالیت کارگاهی (صفحه 78 کتاب درسی)

 

هدف: اجرای مدار زیر بر روی بِرد بُرد

هر یک از المان‌های به‌کار رفته روی مدار را نام ببرید.

فعالیت کارگاهی (صفحه 79 کتاب درسی)

 

هدف: اجرای مدار زیر بر روی بِرد بُرد

هر یک از المان‌های به‌کار رفته روی مدار را نام ببرید.

فعالیت کارگاهی (صفحه 80 کتاب درسی)

 

هدف: سیم‌کشی مدار زیر و اتصال المان‌ها در نقاط مشخص شده به ترمینال مربوطه

یادداشت کنید (صفحه 81 کتاب درسی)

 

- مشخصات نوشته شده بر روی منبع تغذیه را بخوانید و یادداشت کنید.
- منبع تغذیه را با اهم متر تست کنید و مراحل تست آن را بنویسید.

سیم‌های رابط داخل دستگاه (inner-device connecting wires)

جریان الکتریکی به وسیله هادی‌ها (سیم‌های رابط) به مصرف‌کننده می‌رسد. از این رو لازم است سطح مقطع سیم انتخابی با بار مورد نیاز مصرف‌کننده، انتخاب گردد. از آن جایی که در وسایل حرارتی برقی، حرارت زیادی توسط المنت‌ها تولید می‌شود. بهترین سیم برای وسایل حرارتی، سیم نسوز است (تصویر 23). ولی اگر مجبور به استفاده از سیم‌های معمولی هستیم، باید سیم‌ها را از داخل وارنیش (ماکارونی) عبور دهیم. (تصویر 24). وارنیش‌ها که از الیاف مخصوص مانند ابریشم نسوز درست می‌شوند تحمل حرارت بیش از 70 درجهٔ سانتی‌گراد را دارند و در قطرهای 2، 4، 6، 8، 10 و ....در بازار موجودند (تصویر 25).

تصویر 23
تصویر 24
تصویر 25

استفاده از وارنیش حرارتی (شیرینگ Heat shrink tubing)

وارنیش حرارتی، لولهٔ پلاستیکی توخالی، نازک، بسیار نرم و انعطاف‌پذیر است، که برای پوشش‌دهی رو و اطراف اتصالات، به خصوص نقاط لحیم‌کاری شده، مورد استفاده قرار می‌گیرد. وارنیش حرارتی در برخورد با حرارت به سرعت جمع می‌شود و یک لایهٔ عایق و محافظ نازک بر روی لحیم محل اتصال ایجاد می‌کند.

تصویر 26

انتخاب سیم رابط

برای انتخاب کابل تغذیهٔ مناسب از جدول شمارهٔ 3 کمک بگیرید.

جدول 3

فعالیت کلاسی 23 (صفحه 82 کتاب درسی)

 

1- برای این دستگاه طبق جدول بالا، از کدام کابل جهت تغذیه الکتریکی استفاده کنیم؟ در انتخاب سیم مناسب، علاوه بر عوامل اقتصادی، استحکام مکانیکی سیم را در نظر داشته باشید.

2- کابل رابط سه رشته با رنگ‌های متفاوت است. هر رنگ بیانگر کدام سیم است؟

ردیف نام سیم رنگ سیم شمای حقیقی
1 فاز  

2 نول  

3 ارت  

3- چرا در سه شاخه‌ها، میلهٔ ارت بلندتر ساخته می‌شود؟

فعالیت کارگاهی (صفحه 84 کتاب درسی)

 

پس از تحویل گرفتن بدنهٔ دستگاه از انبار هنرستان، مراحل ذیل را جهت مونتاژ دستگاه دنبال کنید.

1- نصب دستگیره‌ها بر روی بدنهٔ دستگاه.

2- نصب کلید، ترموستات و لامپ‌های خبر (از قبل باید تکیه‌گاهی را برای قرار گرفتن ترموستات (مانند تصویر زیر) در نظر گرفت.

3- نصب دریچهٔ «$250 \times 250$ میلی متر»، در قسمت جلوی دستگاه.

4- نصب موتور سنکرون و تنظیم محور آن (با میلهٔ L شکل) برای به حرکت در آوردن بازوهای دریچه‌ای که تعبیه شده برای گردش هوا.

5- نصب المنت‌های لوله‌ای.

6- نصب موتور سه سرعته، در قسمت عقب دستگاه.

7- نصب منبع تغذیهٔ 12V DC-2A و نصب ترمینال‌ها بر روی ریل

8- قرار دادن بِردبُرد (که از قبل سیم‌کشی شده است) بر روی کشو و اتصال دادن آن به ترمینال‌ها در مرحلهٔ 7 (شکل زیر برای سه المنت سیم‌کشی شده است).

9- مونتاژ دستگاه. (دستگاه زیر قبل از مونتاژ قطعات، رنگ کاری و همچنین سه المنت در آن‌جا سازی شده است، در صورتی که فعالیت کارگاهی شما برای دو المنت طراحی گردیده است).

10- راه‌اندازی دستگاه دمندهٔ مکاترونیکی.

پودمان 2: ساخت دمنده مکاترونیکی