Вступ

1. Аналіз технічного завдання

Датчик вимірювання струму (ДВС) призначений для безконтактного вимірювання постійного, змінного і імпульсного струму шляхом вимірювання перетворювачем Хола магнітної індукції, яка створюється цим струмом. ДВС може використовуватись в потужних інверторах, тиристорних перетворювачах, випрямлячах, в системах керування електродвигунами, контурах регулювання автоматики, слідкуючих системах і інших пристроях, де треба контролювати технологічний процес або виміряти струм.

Метою розробки є створення функціонально закінченого пристрою, що характеризувався б мінімальними розмірами, низькою собівартістю та мав естетичний зовнішній вигляд.

Враховуючи вищевказані особливості, а також вимоги ТЗ, потрібно прийняти рішення по забезпеченню всіх норм.

Конструктивно датчик розміщений на одній двохсторонній друкованій платі.

Електрична схема розміщується в ????????? корпусі.

Для забезпечення теплового режиму, елементи, які сильно нагріваються необхідно обладнати радіаторами.

Жорстких обмежень в конструкції немає оскільки пристрій стаціонарний та не потребує, але необхідно забезпечувати надійність зазначену в ТЗ.

Для розробки моделі можливої конструкції датчика вимірювання струму потрібно об’єктивно проаналізувати всі початкові дані, виділити серед них найбільш важливі, які мають найбільший вплив на надійність і стабільність роботи блоку живлення і, виходячи з цих міркувань, розробити конструкцію, яка в максимальній мірі задовольнить цим вимогам. При розробці конструкції датчика вимірювання струму існують певні обмеження:

• висота: 80 мм;

• діаметр: 110 мм.

Відомо, що ККД радіоелементів невеликий, тому частина енергії виділяється як тепло, яке у свою чергу необхідно відводити з корпусу.

Найголовнішим завданням на етапі конструювання, для забезпечення конкурентоспроможності виробу, досягнення низької собівартості конструкції, що розробляється, при одночасному збереженні всіх показників.

Виходячи з вищезгаданих міркувань можна скласти список вимог, в порядку зменшення важливості, яких потрібне дотримуватися при конструюванні датчика вимірювання струму:

• забезпечення електричної безпеки при експлуатації;

• забезпечення теплового режиму;

• забезпечення електромагнітної сумісності;

• забезпечення технологічності;

• забезпечення надійності;

• забезпечення ремонтопридатності.

Для забезпечення високого рівня якості при мінімальній собівартості та ремонтопридатності потрібно застосувати нову елементну базу і матеріали, які широко поширені на ринку України.

2. Опис схеми електричної принципової

Датчик вимірювання струму складається з наступних основних вузлів:

1. Концентратора, який представляє кільцеве або прямокутне осердя з магнітного матеріалу з зазором h = 1 мм, який забезпечує зосередження магнітного опору в зазорі. На концентратор намотана обмотка оберненого зв’язку L1 з числом витків W2, яке залежить від діапазону вимірюваного струму, шина вимірюваного струму, проходить через вікно концентратора (при цьому числі витків W1 = 1) або може бути намотана на датчик вимірювання струму, щоб витки проходили крізь концентратор (в цьому випадку W = n, де n – кількість разів проходження шини через вікно концентратора в одному напрямку).

2. Датчика Хола, розміщеного в зазорі концентратора. Напруга яка знімається з датчика Хола визначається по формулі (1.1)

(1.1)

де - напруга розбалансу датчика Хола;

- струм, який задає крутизну датчика Хола і дорівнює

;

к – коефіцієнт пропорційності, к ≈ 7;

В – індукція в зазорі концентратора

де : μ₀ – магнітна проникність, ;

J₁ – струм, що вимірюється;

J₂ – струм в обмотці оберненого зв’язку

3. Мікросхеми DA1, яка забезпечує підсилення напруги, яка знімається з датчика Хола;

4. Вихідного підсилювача, який узгоджує вихід мікросхеми з малим опором обмотки оберненого зв’язку L₁;

Вихідна напруга датчика вимірювання струму пропорційна струму обмотки оберненого зв’язку.

Відношення струму оберненого зв’язку J₂ до вимірюваного струму J₁ з високою точністю забезпечується рівним за рахунок великого петлевого коефіцієнта

де - коефіцієнт підсилення мікросхеми;

- коефіцієнт підсилення узгоджую чого підсилювача;

- опір обмотки оберненого зв’язку і послідовно включених з нею резисторів у вихідне коло узгоджую чого підсилювача. В цьому випадку коефіцієнт передачі по постійному струму датчика вимірювання струму

Мікросхема, яка включена в замкнутий контур має глибину оберненого зв’язку в деяких варіантах більше 1. в цьому випадку в мікросхемі підключаються кола частотної корекції які забезпечують стійкість замкнутого контуру (відсутність генерації в контурі).

Вимоги по стабільності коефіцієнта передачі в смузі частот забезпечуються відношення числа витків , величиною зазору h і площі поперечного перерізу сталі в зазорі і постійною часу кола корекції (внутрішньої і зовнішньої) мікросхеми.

Встановлення напруги холостого ходу здійснюється засобами зміни резисторів в колі балансування мікросхеми.

Джерело живлення, що розробляється, призначене для проведення лабораторних робіт і досліджень. Вихідна напруга блоку живлення регулюється в діапазоні 0....30В при вихідному струмі до 5А.

Пристрій містить три основні вузли:

• мережений вузол живлення (VD1, VD2, C1…C7, DA1, DA2),

• вузол захисту від перевантаження і КЗ (VS1, R1, R3, RS1, VD3, HL1),

• регульований стабілізатор напруги (VT1…VT7, VD4, VD5, R4…R14, C8).

Для зручності користування в джерело живлення вбудований цифровий вимірювач напруги і струму.

Мережений вузол живлення побудований по традиційній схемі інтегральних стабілізаторах DA1 і DA2. датчик струму RS! Вузла захисту. Світло діод HL1 відображає перевантаження. Регульвоний стабілізатор напруги містить диференціальний каскад на транзисторах VT5…VT7б два ступені посилення на транзисторах VT2 і VT3 і регулюючий транзистор VT1. Елементи VT4, VT6, VD4, VD5, R5…R8, R10 утворюють генератори струму. Конденсатор С8 запобігає самозбудженню стабілізатора.

Стабілізатор охоплений Н33 через резистори R13, R14б який забезпечує однакову напругу на базах VT5, VT7 (близько до нуля). За рахунок не ідентичності параметрів транзисторів є невеликий зсув нуля цього каскаду, який і є мінімальною напругою джерела живлення. У невеликих межах воно регулюється подстроєчним резистором R7ю Вихідна напруга регулюється резистором R13. Верхня межа напруги встановлюється подстроєчним резистором R14.

Потужність трансформатора Т1 повинна бути не менше 100...160 Вт, допустимий струм обмоток ІІ – 4...6А, обмотки ІІІ – не менше 1...2А. Транзистор VT1 слід встановити на тепловідвід. Резистор R%S1 – дротяний. Його опір підбирають експериментально по струму спрацьовування захисту. Підстроєні резистори R7 і R14 – багатооборотні (змінний резистор R13 – з лінійною характеристикою).

Мікросхеми DA1 і DA2 використовуються для живлення цифрового вимірювача. Цифровий вимірювач складається з вхідного дільника, мікросхеми АЦП КР572ПВ2 і вузла індикації на 3-х 7-сегментних світодіодних індикаторах HG1…HG3. Мікросхема КР572ПВ2 є АЦП подвійної інтеграції на 3,5 десяткових розрядів з автоматичною корекцією нуля і визначенням полярності вхідного сигналу. Для індикації служать імпортні світло діоди – 7-сегментні індикатори фірми KINGBRIGT – із загальним анодом. Перемикач режимів індикації типу П2К. Конденсатори С4...С6 бажано застосувати плівкові. Конструктивно джерело живлення розміщений на двох друкованих платах.

Оскільки джерело живлення зібрано на двох платах, їх налагоджують окремо. Починати потрібно з плати джерела. Движки резисторів окремо. Починати потрібно з плати джерела. Движки резисторів R7 і R14 заздалегідь встановлюють в середнє положення. Резистором R14 по вольтметру добиваються значення 15В. Движок R13 переводять в мінімальне положення і резистором R7 встановлюють 0В. Далі движок R13 переводять в максимальне положення і резистором R14 встановлюють 30В. Резистор R14 після настройки можна замінити постійним. Переходимо до вимірювача. По вольтметру резистором R9 на виводі 36 DD! Виставляється напруга 1В. Підключають джерело живлення. На виході джерела живлення встановлюють напругу 5...15В і грубо підбирають резистор R1, змінивши його на якийсь час змінним. За допомогою R2 встановлюють точніші позначення. До виходів джерела живлення під’єднують змінний резистор потужністю 10...30Вт, по амперметру виставляють струм навантаження 1А і резистором R6 виставляють це значення на індикаторі.