Скачиваний:
19
Добавлен:
10.12.2013
Размер:
42.5 Кб
Скачать

УТВЕРЖДАЮ

Зам. главного конструктора

ОАО «Стар»

_________ В.В. Бурдин

«___»_________ 2000 г.

Отчет

о проведенных работах по разработке схемы устройства управления исполнительным механизмом ИМ21АФ

Структурная схема ШИМ21 (см. рис.1, приложение 2)строилась в соответствии с техническими требованиями (далее ТТ) на устройство управления исполнительным механизмом ИМ21АФ (далее ИМ). Построение принципиальной схемы ШИМ21 включило 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.

Схема ШИМ21 формирует два ШИМ–сигнала (прямой и инверсный) с амплитудой тока 500 мА (см. рис. 4, приложение 1), при этом форсирующий импульс тока длительностью не более 6 мс достигает значения 550 мА (не соответствует п. 2.1 ТТ).

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

Величина скважности и частота ШИМ–сигналов 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 и дополнительными дискретными сигналами. 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 устройства управления осуществляется от первичного источника питания напряжением +27±10%. Для питания своих внутренних схем устройство управления ШИМ21 имеет вторичный источник питания =48В с гальванической развязкой от первичного источника ~220В (соответствует п. 5.2 ТТ).

Максимальная мощность потребления – не более 35 Вт, с учетом потребления ИМ‑21АФ (не соответствует п. 5.3 ТТ).

Остальные пункты 6-10 ТТ не принимались во внимание из-за отсутствия законченного конструктива устройства ШИМ21.

Описание схемы.

В схему ШИМ21 включен преобразователь напряжения 220АС/48DC вследствие недостаточности напряжения питания 27В для выполнения требований ТТ по времени нарастания тока в катушках ИМ. В результате возросло значение потребляемой мощности устройства до 30 … 35Вт.

Резисторы 1R1 и 1R2 , установленные последовательно с катушками ИМ, ограничивают ток в цепи до 500 мА. Резисторы выбраны марки ПЭВР, что позволяет настраивать ток на линиях различной протяженности. 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.

Сопротивление выбрано в соответствии с расчетом:

Во время работы со скважностью импульса тока 90% в длительном режиме резисторы способны нагреваться до температуры 147оС. Их необходимо устанавливать вне корпуса ШИМ21 на металлический каркас. При нагреве резисторов, их сопротивления увеличиваются на величину не более 10%. Поэтому настройка тока катушек ИМ проводилась сперва на холодных резисторах затем после 10 минут работы на разогретых, 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 168В)

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

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

Конденсаторы 1С1, 1С2, 2С1, 2С2 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, марка конденсатора – K50-35 , с напряжением изолятора 100 В. Такое включение привело к росту тока до 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 ... 3 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 ... 150 мкс. Напряжение стабилизации 1VD6, 2VD6 принято 120 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 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 47ОС, температура резистор R2 в нормальных условиях достигает 57ОС.

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 порту).

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 вычислителя, аналоговой схемы - +27В внешнее.

Выводы и предложения.

Значение тока в катушках ИМ выше требуемых ТТ. Этот процесс длится не более 5 мс при скважности более 30%, обеспечивает форсировку движения исполнительного органа ИМ21АФ и не приводит к повреждениям ИМ.

Потребляемая мощность превышает выше требуемой ТТ. Это вызвано наличием в схеме ШИМ21 дополнительного ИП =48В, для обеспечения пунктов ТТ более высокого приоритета.

Цифровая часть схемы получает питание 5В от вычислителя и не имеет на этом участке гальванической развязки, отсутствует гальваническая развязка по параллельному каналу связи - это не позволяет ШИМ21 быть удаленным от вычислителя. Рассмотреть возможность установки дополнительного ИП для вынесенной схемы из шкафа вычислителя.

Катушки ИМ в разработанной схеме из-за особенностей конструктива подключены обратной полярностью к источнику питания, что приводит к движению исполнительного органа в противоположном направлении при подаче управления ИМ. Отразить изменения работы ИМ21АФ в сопутствующей документации устройства ШИМ21.

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

Соседние файлы в папке Отчет