УТВЕРЖДАЮ Зам. главного конструктора ОАО «Стар» _________ В.В. Бурдин «___»_________ 2001 г.

Отчет

о проведенных работах по разработке схемы устройства управления исполнительным механизмом ИМ2АФ

Структурная схема ШИМ21 (см. рис.1, приложение 2) построена в соответствии с техническими требованиями (далее ТТ) на устройство управления исполнительным механизмом ИМ21АФ (далее ИМ). Принципиальная схема ШИМ21 включила опыт проведенных исследований работы исполнительного механизма ИМ и ранее произведенные разработки подобных устройств (см. рис.2, приложение 2). Схема разделена на две гальванически развязанных части – цифровую и аналоговую.

Анализ схемы ШИМ21 на соответствие ТТ.

ШИМ21 формирует два сигнала – ШИМ (прямой и инверсный) с амплитудой тока 500 мА 5% (см. рис. 4, приложение 1), при этом ток переходного процесса достигает значения 550 мА. Длительность переходного процесса не более 2 мс. (соответствует 8ГЧ.030.010-02ТУ).

Скважность сигналов изменяется в пределах 0-100% (соответствует п. 2.2 ТТ).

Величина скважности и частота сигналов - ШИМ задается центральным вычислителем (соответствует п. 2.4 ТТ).

Время переходного процесса перехода из «0» в «1» составляет не более 1,9 мс; из «1» в «0» не более 0,1 мс (соответствует п. 2.5 ТТ).

Обмен информацией между устройством управления ШИМ21 и регулятором осуществляется по параллельному порту. Предусмотрена возможность обмена по последовательному каналу (соответствует п. 3.1 ТТ).

Устройство управления ШИМ21 обнаруживает обрывы и короткие замыкания цепей управления исполнительного механизма (соответствует п. 4.1 ТТ).

Осуществляется контроль канала обмена (соответствует п. 4.2 ТТ).

Питание цифровой части устройства управления осуществляется от источника питания напряжением +5В ±5%. Для питания аналоговой схемы устройство управления ШИМ21 требует источник питания или преобразователь напряжения с выходным напряжением =48В (соответствует п. 5.2 ТТ).

Максимальная мощность потребления – не более 20 Вт, без учета потребления ИМ‑21АФ. Потребляемая мощность ИМ-21АФ не превышает значения 15Вт.

Описание схемы.

Резисторы 1R1 и 1R2, включенные последовательно с катушками ИМ и предназначены для установки величины тока в цепи ИМ 500 мА 5%. Резисторы выбраны регулируемыми, что позволяет настраивать ток на линиях различной протяженности и работать с устройствами подобными ИМ-21АФ с другими параметрами катушек. Мощность выбрана в соответствии с расчетом:

P=(Uип-(Iкат*Rкат))* Iкат,

где P - мощность ограничительных резисторов;

Uип – напряжение источника питания катушек ИМ;

Iкат – ток катушек ИМ;

Rкат – активное сопротивление катушки ИМ.

P =(48-(0,5*20))*0,5=19 Вт, наибольшее ближнее значение 25 Вт.

Во время работы со скважностью импульса тока 90% в длительном режиме резисторы способны нагреваться до температуры 147^оС. Их необходимо устанавливать вне корпуса ШИМ21 на металлический каркас. При нагреве резисторов, их сопротивления увеличиваются на величину не более 5%. Поэтому настройка тока катушек ИМ должна проводиться после 10 минут работы, сигнал управления при этом имел период 20 мс длительность 1 и 0 была одинакова. Величина сопротивления выбрана в соответствии с расчетом:

R=Uип/Iкат-Rкат,

R=48/0,5-20=61,6 Ом, наибольшее ближнее значение 82 Ом.

Силовые ключи 1VT1, 2VT1 осуществляют коммутацию катушек ИМ, подключая их к общему проводу источника питания поочередно. При отключении катушек, происходит выброс энергии накопленной в индуктивности в виде напряжения, величина которого ограничивается схемой гашения выбросов и суммируясь с напряжением ИП прикладывается к ключу. Требованиям электрических параметров соответствует транзистор марки КТ898А.

Предельные параметры транзистора КТ898А.

Напряжение коллектор – эмиттер, В 400 (требуемое 198В)

Ток коллектор - эмиттер, А 8 (требуемое 0,6А)

Частота переключения не менее, кГц 100 (требуемое 5 кГц)

Конденсаторы 1С1, 2С1, производят ускорение нарастания тока в катушках ИМ. Влияние значения форсирующей емкости на форму тока в катушках показано на рис.1 и 2 (приложение 1). Емкость конденсаторов определена методом подбора и составила 47 мкФ, напряжение изолятора 100 В. Такое включение позволяет току в катушках ИМ-а достигать величины 500 мА за время 1 ... 1,9 мс в зависимости от ширины импульса управления, при этом ток в катушке в течении следующей миллисекунды нарастает до 550 мА, спад до 500 мА в течении 2 мс.

Схема гашения выбросов состоит из диодов 1VD3, 2VD3 и стабилитронов 1VD6, 2VD6. Диоды включены встречно напряжению питания и пропускают ток создаваемый катушками ИМ. Стабилитроны обеспечивают крутизну спада тока в катушках ИМ. Длительность импульсов составляет 100 ... 110 мкс. Напряжение стабилизации 1VD6, 2VD6 принято 150 В.

Схема формирования квитанций исправности (далее ОС) собрана на элементах 1VD1, 2VD1, 1VD4, 2VD4, 1VD5, 2VD5, D2. Ее работа основана на регистрации выбросов эдс от катушек ИМ. Последовательно с элементами схемы гашения выбросов включены диоды 1VD4, 2VD4, 1VD5, 2VD5, на которых формируется входное напряжение оптопар 1VD1, 2VD1. Оптопары 1VD1, 2VD1 обеспечивают гальваническую развязку по каналу ОС. На выходе оптопар, при поступлении сигнала, формируются сигналы низкого уровня длительностью не более 100 мкс и поступают на входы триггера D2, на выходе которого формируются квитанции исправности аналоговой части схемы и ИМ. Квитанция представляет собой дискретный сигнал подобный сигналам ШИМ управления.

Оптопары 1VD1, 2VD1 обеспечивают гальваническую развязку по каналу ШИМ управления. Ток на входах оптопар составляет 10 мА.

Стабилизатор напряжения питания оптопар 1VD1, 2VD1 собран на элементах DV1, C6, C7, R2. Микросхема DV1 стабилизирует напряжение питания 24В, конденсаторы C6, C7 фильтруют напряжения на входе и выходе стабилизатора DV1, резистор R2 рассеивает избыток мощности. Температура стабилизатора в нормальных условиях достигает 47^ОС, температура резистор R2 в нормальных условиях достигает 57^ОС.

Микроконтроллер D1 выполняет следующие функции:

• формирование 2х взаимно инверсных сигналов ШИМ управления;

• контроль исправности аналоговой схемы и ИМ по квитанциям ОС;

• индикацию режима работы (ожидание, работа, неисправность);

• обмен данными с вычислителем по параллельному порту (есть возможность обмена по последовательному каналу).

Сигналы управления силовыми ключами разнесены во времени на 100 мкс, т.к. при управлении без задержек переходные процессы выключаемой катушки ИМ оказывают сильное влияние на форму тока включаемой катушки (см. рис.3, приложение 1)). Время задержки Тз=100 мкс соответствует полной длительности переходных процессов выключаемой катушки ИМ с линией связи 30 метров.

Питание цифровой схемы ШИМ21 производится от источника +5В, аналоговой схемы - +48В.

Выводы и предложения.

Напряжение питания аналоговой части схемы устройства ШИМ21 может изменяться в диапазоне от 27В до 48В, что позволяет применять устройство для других ИМ.

Балластные регулируемые резисторы способны изменять сопротивление цепи нагрузки в большом диапазоне, что позволяет применять устройство ШИМ21 на линиях связи с ИМ от 0 до 30 метров.

Конструктив устройства позволяет без особых затрат менять тип и величину балластных резисторов.

Нач. отдела ТО-5	_______________________	Гусев В.Н.
Начальник бригады ТО-5	_______________________	Огнев В.Н.
Ведущий инженер-конструктор	_______________________	Новикова О.И.
Инженер-конструктор	_______________________	Патраков А.В.

4