Разработка системы автоматического слежения за изменением температуры

При управлении производственным процессом всегда возникают сообщения о ходе процесса, которые необходимо передавать автоматическому устройству. Эти сообщения порождаются различными событиями.

Сообщения о событии могут быть многообразными. Например, сообщение об изменении состава сырья, о передвижении объекта, об изменении его температуры. В некоторых случаях информация передаётся оператору, который реагирует на это событие соответствующим образом. Но этот способ регулирования использовать не рационально, так как необходимо учитывать человеческий фактор, а также дороговизну использования этого способа. Поэтому в последнее время используются средства автоматического управления, в частности, электронные.

Значительные изменения во многих областях науки и техники обусловлены развитием электроники. В настоящее время невозможно найти какую-либо отрасль промышленности, в которой не использовались бы электронные приборы или электронные устройства измерительной техники, автоматики и вычислительной техники. Причём тенденция развития такова, что доля электронных информационных устройств и устройств автоматики непрерывно увеличивается. Это является результатом развития интегральной технологии, внедрение которой позволило наладить массовый выпуск дешёвых, высококачественных, не требующих специальной настройки и наладки микроэлектронных функциональных узлов различного назначения.

В данном курсовом проекте необходимо разработать систему автоматического слежения за изменением температуры.

1. Постановка задачи

В курсовом проекте необходимо разработать электронный блок управлением двигателя постоянного тока. Расчет необходимо провести для двигателя 2ПБ90LУХЛ4 параметры которого приведены в таблице 2.1

Таблица 2.1-Параметры двигателя

Для предотвращения перегрева и выхода из строя двигателя, необходимо разработать схему защиты от длительного пускового режима, срабатывающею при t_{з пуск} =0,7с

Для улучшения качества регулирования, необходимо предусмотреть схему отрицательной обратной связи по току, с коэффициентом К_оост=0,3

Регулирование температуры среды необходимо осуществлять в пределах ?T=-50 …+50 ?С

Для чего использовать термосопротивление ТСМ 50М параметры которого приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2-Параметры датчика

2. Выбор функциональной схемы электронного блока

В курсовом проекте введена отрицательная обратная связь по току с целью - коррекция качественных показателей САУ, и разрешение схемных, электрических проблем при синтезе цепи обратного контура. С учетом ООСТ структурная схема САУ имеет вид (рисунок 3.1):

Рисунок 3.1- Функциональная схема замкнутой САУ с токовым контуром

3. Основание выбора элементарной базы

В качестве силовых ключей будут использоваться MOSFET или IGBT транзисторы со встроенными диодами.

Для управления силовыми ключами, использоваться специальные драйверы.

В качестве датчика тока будут использоваться SENSE МДП-транзисторы, разделяющие проходящий через них ток, с определенным коэффициентом, и позволяющим использовать маломощные шунтирующие резисторы.

В схемах защиты, будут использованы драйверы нижнего ключа.

4 Электрические расчеты

4.1 Мощный каскад

Схема мощного каскада приведена на рисунке 5.1.1. При симметричном законе управления в течение времени T (период коммутации) одновременно включаются и выключаются ключи по диагонали (, .4 и,). Если пары ключей переключаются в течение времени , то вал двигателя не будет вращаться (см. рис 5.1.2 б, в течение периода T ).

Для движения якоря двигателя в ту или другую сторону необходимо время

.

Рисунок 5.1.1- П-схема мощного каскада

Для выбора транзисторов необходимо два параметра: максимальный ток коллектора (максимальный ток стока) I_{К max} (I_{С max}) и напряжение перехода К-Э допустимое (максимальное рабочее напряжение сток-истока) U_{КЭ max} (U_{СИ max}). Рассчитаем I_{К max} (I_{С max}):

I_пуск- пусковой ток:

Чтобы рассчитать U_{КЭ max} (U_{СИ max}) необходимо вычислить напряжение источника питания Е1, которое складывается из амплитуды импульса Ub и падения напряжения на открытых транзисторах, т.е.

где U_{КЭ нас}=2 В (ориентировочно)

где U_непр=U_н;

г=0.9

б=-1, для симметричного закона управления (рисунок 5.1.2)

Рисунок 1.2- Временные диаграммы симметричного закона управления.

Транзисторы и диоды выбирают на напряжение:

где К- коэффициент запаса: К=1,5 - 2.

Исходя из U_{КЭ max} (U_{СИ max})=419В и I_{К max} (I_{С max})=9.71А, выбираем транзистор IGBT IRG4BC20SD параметры которого приведены в таблице 1.1.

Таблица 5.1.1-Параметры транзистора

По справочным данным транзистора и максимальному пусковому току определим, что в транзисторе необходимо поддерживать максимальную температуру Т₁?С=135 (смотри рисунок 5.1.3).

Рисунок 5.1.3. Справочная зависимость I_CИ=f(t?C)

Уточним напряжение питания

Тогда принимаем стандартное напряжение питания .

Для уточнения величины Т могут применяться различные подходы. Например, можно непосредственно задаться величиной пульсации тока в якорной цепи ДI_я=I_кон-I_нач, причем I_кон=I_непр+KI_непр, I_нач=I_непр-KI_непр. Задачу нахождения Т проще всего решать для номинальных режимов работы двигателя I_непр = I_н, n_ср = n_н, M = C_мI_н=M_н.

Для расчетов величину К примем К=0.1, тогда

При выполнении (1.2) для решения такой задачи (обеспечение I_я(I_кон -I_нач)) проще всего воспользоваться схемой замещения двигателя постоянного тока, приведенной на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3- Схема замещения двигателя

Согласно рисунка 1.3, для стационарного режима (переходный процесс стабилизации n завершен) справедливо выражение:

U_пит=C_En+I_яR_я , (1.3)

где С_Е - коэффициент противоЭДС, зависящий от конструктивных параметров двигателя.

Переходный процесс при коммутации E_пит в цепи описывается экспонентой. Поэтому для нахождения величин t_и и t_п можно воспользоваться формулой

Для определения ф, найдем индуктивность обмотки якоря Lя:

где принимаем в=0.6;

p=2-число пар полюсов;

Сопротивление обмотки якоря Rя:

тогда

На промежутке времени t=t_и к двигателю коммутируется E_пит и ток I_t=tи согласно схеме замещения при n_ср=const равен

Если перенести начало координат в точку I = I_нач. (рисунок 5.1.2, б), то в формуле для расчета t_u можно принять начальный ток экспоненты I_{экс.нач.}= 0, I_{экс.кон.}=I_я = I_кон. - I_нач., I_{экс. t= tu} = I_{t= tu} - I_нач.

Для вычисления t_п начало координат переносится в точку I = I_кон. (рисунок 5.1.2). Тогда I_{экс.нач.}= 0, I_{экс.кон.}= I_я ,

Окончательно получим

Величину Т можно рассчитать на базе другого подхода. В качестве критерия возьмем дополнительные потери мощности ДР, связанные с пульсациями тока в обмотке якоря относительно его среднего значения Iср. При этом автоматически учитываются потери и от пульсации скорости Дn с учетом механической постоянной Тм в отличие от выше рассмотренной методики, где пср двигателя принималась за постоянную величину nср= const за период Т.

где К примем равным 0.1

Для получения максимального КПД принимаем Т=Т₂=0.0068 c - по второму методу.

4.2 Модулятор

Согласно заданию используется симметричный метод модуляции на контроллере ТЛ494. Параметры микросхемы приведены в таблице 5.2.1.

Таблица 5.2.1-Параметры ТЛ494

Схема модулятора представлена на рисунке 5.2.1. Входы IN2 и подключены к земле, за счет источника 80 мВ усилитель (компаратор) У2 будет выключен из работы контроллера. На вход DTC (клемма 4) не подается сигнал, и этим исключается из работы контроллера компаратор КН1, а так как вход ОТС подключен к земле, то используется однотактный режим работы контроллера и выходные транзисторы VT1 и VT2 будут включены в параллельную работу.

Рисунок 5.2.1- Принципиальная схема включения контроллера ТL494 в качестве модулятора для симметричного закона управления

Резисторы R3, R4, R5 принимаем без расчетов 10кОм.

Рассчитаем схему делителя напряжения на резисторах R1 и R2. При симметричном законе управления мощным каскадом при U_y=0 необходимо иметь ширину импульса равную 0,5Т (50% от периода Т). Тогда используя следующее соотношение (с учетом технических данных TL494):

4% (соответствует)--120 мВ;

50% (соответствует)--x.

Откуда (В) и делитель R₁ и R₂ должен понизить напряжение с 5В до 1,5В.

Выражение для расчета делителя на резисторах:

Величина резисторов R1, R2 должна быть на порядок меньше R3, выберем согласно ГОСТ резистор R1 типа МЛТ 1 кОм мощностью 0,125 Вт.

Примем стандартную величину резистора R2 430 Ом. Максимальный ток протекающий через резистор . Мощность резистора Выбираем согласно ГОСТ резистор R2 типа МЛТ 430 Ом мощностью 0,125 Вт.

Значения R_T и C_T определяются по формуле:

где Т - период коммутации мощных ключей. Зададимся стандартным значением С_Т 6.8 мкФ, тогда значение R_T :

Выбираем согласно ГОСТ резистор R_T 1.1 кОмтипа МЛТ мощностью 0,125Вт.

Величину питающего напряжения принимаем 15В, I_вых. должен обеспечивать с запасом ( 1,5-5) входной ток последующей микросхемы ( в данном случае учитывается I_вх. драйвера) принимаем I_вх. 25мкА и коэффициент 2. Тогда R₆ и R₇ рассчитываем, как:

Ом

Примем значение R7 30кОм. Мощность резистора

Выбираем согласно ГОСТ резистор R7 типа МЛТ 30 кОм мощностью 0,125 Вт.

4.3 Драйверы силовых транзисторов

Драйвер представляет собой усилитель мощности и предназначается для непосредственного управления силовым ключом (иногда ключами) преобразователя. Он должен усилить управляющий сигнал по мощности и напряжению и, в случае необходимости, обеспечить его потенциальный сдвиг.

Типовая схема включения драйвера верхнего и нижнего ключей фирмы International Rectifier IR2110 с бутстрепным принципом питания приведена на рисунке 5.3.1, а.

Управление обоими ключами независимое. Отличие данного драйвера от других заключается в том, что в IR2110 введена дополнительная схема преобразования уровня как в нижнем, так и верхнем каналах, позволяющая разделить по уровню питание логики микросхемы от напряжения питания драйвера. Содержится также защита от пониженного напряжения питания драйвера и высоковольтного «плавающего» источника.

Конденсаторы С_D, С_С предназначены для подавления выскочастотных помех по цепям питания логики и драйвера соответственно. Высоковольтный плавающий источник образован конденсатором С1 и диодом VD1 (бутстрепный источник питания).

Подключение выходов драйвера к силовым транзисторам осуществляется при помощи затворных резисторов R_G1 и R_G2.

Рисунок 5.3.1-Типовая схема включения драйвера IR2110 (а) и временные диаграммы его сигналов на входах и выходах (б)

Параметры драйвера приведены в таблице 5.3.1

Таблица 5.3.1-Параметры драйвера

В качестве VD1 выберем быстродействующий UF5405, выдерживающий большое обратное напряжение диод , параметры которого приведены в таблице 5.3.2

Таблица 5.3.2-Параметры диода

Рассчитаем минимальную величину бутстрепной емкости:

где Q₃ - величина заряда затвора мощного ключа (справочная величина);

I_пит?I_{G cт}= 100нА - ток потребления драйвера в статическом режиме;

Q₁₌5 нК - циклическое изменение заряда драйвера;

V_п=15 В - напряжение питания схемы драйвера;

V_{g пр}= 1.7В- падение напряжения на бутстрепном диоде VD1;

Т= с - период коммутации мощных ключей.

Полученное значение бутстрепной емкости увеличиваем в 10-15 раз. Выбираем танталовый конденсатор TECAP, 0.15 мкФ, 25В.

Найдем выходное сопротивление драйвера:

Время запаздывания начала выключения VT по отношению к моменту подачи на затвор запирающего напряжения:

При шунтирующих затворных диодах (VD_G1, VD_G2, рисунок 5.3.1) ток разряда однозначно определяется сопротивлением . Поэтому для определения решают следующую пропорцию

(соответствует) -

(соответствует) -

Необходимое время задержки включения:

где t_выкл=480 нс время спада тока стока силового транзистора, согласно документации.

Для определения величины можно воспользоваться техническими справочными данными мощного VT. Для этого составляется пропорция

(соответствует) -

(соответствует) -

Откуда определим необходимую величину резистора R_G1

Примем стандартное значение сопротивления R_G 240 Ом.

Определим средний ток протекающий через R_G:

Определим мощность резистора R_G:

Выбираем согласно ГОСТ резистор RG типа МЛТ 240 Ом мощностью 0,125 Вт.

4.4 Расчет тепловых потерь мощного ключа

Типовой расчет потерь ключа основан на типовых формах токов и напряжений. Реальные кривые имеют отличительные особенности, связанные с переходными процессами и действием паразитных элементов схемы. На рисунке 5.4.1 показан типовой процесс кривых тока и напряжения в переходном процессе включения и выключения полупроводникового ключа для индуктивной нагрузки:

Рисунок 5.4.1-Типовые кривые переходного процесса при включении и выключении ключа на индуктивную нагрузку

Мощность потерь транзистора равна:

где t_откр - время открытого состояния транзистора, расчет для самого опасной ситуации для ключей t_вкл+t_откр+t_выкл?0.9T

Здесь выполняется соотношение Р_тр < Р_доп, значит выбор VT произведён корректно.

Допустимая температура переходов транзистора для обеспечения рассчитанной мощности:

Тогда T_{п max} = min (135?C, 132?C)= 132?C.

Рассчитаем площадь теплоотвода:

;

tc-максимальная температура среды;

Rп-к -тепловое сопротивление переход корпус;

Rткм - тепловое сопротивление корпус радиатор.

4.5 Задатчик на базе терморезисторов

В данном курсовом проекте в качестве датчика температуры задано термосопротивление ТСМ 50М, зависимость сопротивления от температуры приведена на рисунке 5.5.1.

Рисунок 5.5.1-Зависимость сопротивления от температуры датчика

токовый контур транзистор диод

Коэффициент изменения сопротивления датчика при изменении температуры на один градус.

Задатчик на базе термосопротивления наиболее часто строится по мостовой схеме (рисунок 5.5.2).

Рисунок 5.5.2 - Схема включения датчика

Резистор - это сам датчик, - соответственно задатчик, позволяет установить температуру стабилизации и его можно оцифровать не в омах, а в . При достижении стабилизации мост будет уравновешен и . Для расчета резисторов воспользуемся известным соотношением для уравновешенного моста, при этом резистор рассчитывается так, чтобы обеспечивалась работа системы во всем диапазоне работы датчика.

При мост уравновешен, когда движок будет находится в крайнем левом положении, т.е. будет справедливо равенство:

(5.5.1)

Когда температура стабилизации максимальная, то равновесие моста будет при движке вправо и тогда:

(5.5.2)

Для расчета резисторов необходимо задаться значениями двух любых резисторов кроме . Резистор известен:

Oм при t=140?C.

Oм при t=165?C

Из уравнений (5.5.1) и (5.5.2) составив систему уравнений и решив ее, получим:

(5.5.3),(5.5.4)

При решении систем уравнений (5.5.3),(5.5.4) необходимо учитывать две проблемы:

- желательно, чтобы мост состоял из низкоомных резисторов (выходное сопротивление моста будет меньше, что повысит точность системы и будет проще его постройка;

- ток через датчик должен быть такой, чтобы не было эффекта саморазогрева датчика от источника Е₁. Следует знать этот ток или допустимую мощность рассеивания и в рассчитанной схеме должно выполняться следующее неравенство:

Определим ток саморазогрева тиристора R₂:

По условию расчета .

Рассчитаем минимальное значение сопротивления R₃:

Зададимся сопротивлением 1.5кОм для R₃, такую же величину примем для R₄. Решим систему уравнений (5.5.3),(5.5.4) относительно R₁:

Найдем значение R₅ из (5.5.3.):

Уточним баланс моста для R_2min, т.е. определим U_вых, приняв Е1 = 5В.

При правильном выборе и расчете резисторов должно быть порядка У нас получилось значение меньше. Значит, мост уравновешен.

Рассчитаем (отличное от ) при уходе температуры на 1% от заданного диапазона.

Диапазон ?t = (165) - (140) = 25?C, 1% составит 0.25?С.

Значит, рассчитаем при t = 140+0.25?C.

Затем эту величину подставим в выражение для U_BC:

Тогда =4.747-4.7468=0.000161 В

Выберем резисторы типа МЛТ 1.5 кОм, мощностью 0.125Вт.

Выберем резистора типа МЛТ 82 Ом, мощностью 0.125.

В качестве потенциометра R₅ используем подстроечный резистор

СП3-38а, мощностью 0.125 Вт и сопротивлением 5.1 Ом.

4.6 Коэффициент передачи усилителя

Так как сигнал от задатчика очень мал (порядка единиц милливольт), необходимо определить коэффициент передачи усилителя. Используем методику расчета точности с учетом одной нелинейности (зона нечувствительности двигателя). Эта нелинейность обычно определяется экспериментально, но для расчетов принимаем порядка (0,2 - 0,3)U_н:

Рисунок 5.6.1 Временные диаграммы симметричного закона (ШИМ - контроллер TL 494)

Напряжение (рисунок 5.6.1) при обеспечивает равенство площадей и () и двигатель не будет вращаться. Отклонение напряжения на входе модулятора от этой величины на ±Д приводит к тому , что и вал двигателя будет вращаться в ту или другую сторону. При этом модуляторе отсчет величины необходимо проводить от прямой y = .

Напряжение двигателя зависит от длительности импульса и равно:

U_дв = U_зн = U_в•(г + б•(1 - г)) ,

где б = 0, г = ,т.е.

Отсюда

В соответствии с уравнением “пилы” на промежутке (прямая y = kt, где k = ) определяем значение , подставив в уравнение пилы значение:

Получим

Находим значение из уравнения “пилы” при:

Получим

Далее с учетом находим величину :

Определим необходимый коэффициент усиления:

Коэффициент передачи ШИМ:

4.7 Выбор схемы усилителя

В схемотехническом плане имеется удачная схема усилителя подключаемая к мостовой схеме задатчика, схема подключения приведена рисунке 5.7.1. Это - измерительный усилитель (дифференциальный усилитель с большим входным сопротивлением и большим ), выпускается зарубежной промышленностью в отдельном корпусе. Нужно только организовать пайку одного резистора , обеспечивающего требуемое усиление, т.е. необходимо подключить только один резистор соответствующего номинала в зависимости от требуемой величины.

Рисунок 5.7.1- Схема подключения измерительного устройства к

В качестве измерительного усилителя выберем микросхему INA118, параметры которой приведены в таблице 5.7.1

Таблица 5.7.1-Параметры INA118

Согласно документации на микросхему, коэффициент усиления определяется как:

Тогда найдем R6:

Выберем стандартное значение R6 51 Ом. Определим мощность резистора R6:

Выбираем согласно ГОСТ резистор R6 типа МЛТ 51 Ом мощностью 0,125 Вт.

Необходимо поставить добавочный усилитель, с коэффициентом усиления, схема усилителя приведена на рисунке 5.7.2.

Зададимся R = 5 кОм, тогда:

Примем R_oc 1.5 яяя24 кОм. R₁ примем 5 кОм.

Рисунок 5.7.2 - Неинвертирующий усилитель

Выберем операционный усилитель общего назначения К140УД8, параметры которого приведены в таблице 5.7.2

Таблица 5.7.2-Параметры операционного усилителя

4.8 Защита от токов короткого замыкания

В курсовом проекте предусматриваются защиты:

- от длительного пускового режима, когда по какой-то причине двигатель не набирает обороты;

- от больших токов, протекающих через транзистор (защита от токов короткого замыкания).

Для решения этих задач необходимо фиксировать напряжение, пропорциональное току. Стандартный способ - это использовать закон Ома: напряжение прямо пропорционально току, коэффициент пропорциональности - резистор. Но этот способ не эффективен.

Более эффективная схема подключения резистора R_ш, приведена на рисунок 5.8.1. В ней в цепь протекания якорного тока двигателя включён SENSE MДП - транзистор. Он постоянно открыт (вход IN драйвера IR2121 подключён к +20В) и потеря мощности минимальная. На дополнительном выводе (SENSE) протекает ток, пропорциональный основному (коэффициент понижения K_п обычно 200…1000).

Рисунок 5.8.1-Схема защиты от токов к.з. на базе SENSE - МДП транзистора

Микросхема IR2121 (драйвер нижнего ключа мостовой схемы) оснащена довольно сложной схемой защиты силового транзистора от перегрузки по току (I_кз). Уменьшенный в K_п ток транзистора измеряется шунтом R_ш и через делитель напряжения (резисторы R_2,R₃ ) (R_ш, R_2,R₃ совместно определяют ток срабатывания защиты), поступает на вход CS. Ёмкость C₃ предназначена для подавления высокочастотных помех. Если напряжение на входе CS > 0.23 В, то внутри драйвера включается компаратор напряжения, который переводит микросхему в режим стабилизации стокового тока VT5 на уровне:

^.

за счёт регулирования напряжения на затворе транзистора VT5.

Одновременно с этим запускается схема формирования задержки времени выключения питания затвора мощного ключа. Длительность этой задержки определяется временем заряда конденсатора C₁ от 0 до 1.8 В под действием постоянного тока I_зар = 0.1 мА.

Время задержки рассчитывается по формуле:

^. (5.8.1)

По истечении этой задержки силовой транзистор на этом цикле коммутации (в течение периода T) запирается. В следующем цикле всё повторяется.

Ток короткого замыкания:

Выбираем SENSE МДП транзистор BUK7108-40AIE, параметры которого приведены в таблице 5.8.1

Таблица 5.8.1-Параметры транзистора

Так как Kп не зависит от величины Rш, то его значение определяется как:

Выберем стандартное значение Rш1 9.1 Ом. Определим мощность Rш:

Выбираем согласно ГОСТ резистор Rш1 типа МЛТ 9.1 Ом мощностью 0,125Вт.

Величину t_зад задаем в диапазоне, чтобы минимизировать величину мощности рассеивания VT5 и не увеличивать площадь радиатора:

0? t_зад ?0.1 t_{и max} .

Принимаем t_зад:

Исходя из выражения 5.8.1 найдем значение С1:

Примем стандартное значение С1 33 нФ.

4.8.1 Защита от длительного пускового режима

Схемная реализация такой защиты аналогична рисунку 8.1, только необходимо исключить делитель R_2, а величину ёмкости С₃ следует рассчитать в соответствии с временными параметрами время срабатывания защиты от длительного пускового режима.

Напряжение на шунте, заряжающее ёмкость примем 0.3В. Тогда величина сопротивления Rш для защиты от длительного пускового режима:

Выберем стандартное значение Rш2 22 Ом. Определим мощность Rш2:

Выбираем согласно ГОСТ резистор Rш2 типа МЛТ 22 Ом, мощностью 0.125Вт.

Зададимся величиной С1 10мкФ, рассчитаем значение R3:

Примем стандартное значение R3 47 кОм. Определим мощность R3:

Выбираем согласно ГОСТ резистор R3 типа МЛТ 47 кОм мощностью 0,125 Вт.

4.9 Отрицательная обратная связь по току

Схема обратной связи по току, совместно с защитами от КЗ и длительного пускового режима приведена на рисунке 5.9.1

Рисунок 5.9.1- Схема ООСТ совместно с защитой от токов к.з.(VT9) и защитой от длительного пускового режима (VT5, VT6)

ООСТ базируется на двух SENSE МДП-транзисторах (VT5, VT6). Они включены в цепи протекания тока якоря двигателя .При одном направлении тока якоря напряжение на выход SENSE будет у одного транзистора (например VT5),при другом направлении тока - на выход SENSE VT6.Ток определяет и направление вращения двигателя.

На схеме (рисунок 5.9.1) сигналу с VT6 присваивается отрицательный знак, так как модифицированная информация с его SENSE выхода подключается на инверсный вход разностного усилителя (DA3), а соответственно току, протекающему через VT5, после преобразования будет присвоен положительный знак . Информация с этих транзисторов также используется и для синтеза защиты от длительного пускового режима с помощью резистора и конденсатора (см. раздел 8), (экономия VT, упрощается схема).

Напряжение через неинвертирующие усилители (DA1,DA2, компенсация большого значения транзисторов VT5,VT6) поступает на входы эмиттерных повторителей (VT7,VT8). Последние согласуют усилители и оптопары по рабочим токам и позволяют избавиться от зоны нечувствительности во входных цепях. C выхода оптопар (VU1,VU2) сигналы поступают на соответствующие входы разностного усилителя (DA3). Конденсаторы включены для подавления высокочастотных помех (от ШИМ, от наличия коллектора якоря и др.), резистор - справочная величина.

На вход VT7 должен поступить сигнал, (принимаем для кремниевых структур ), чтобы включилась в работу оптопара. Величину связываем с зоной нечувствительности двигателя (раздел 6):

Начальное значение сигнала включения в работу транзистора оптопары (VU1, VU2) составляет

Из этого равенства определяется необходимое значение :

Зададимся величиной R5 10кОм и найдем величину R6:

Выбираем резистор R6 типа МЛТ 100 кОм, мощностью 0.125Вт.

В качестве оптопары выбираем АОТ128Б, параметры которой приведены в таблице 5.9.1.

Таблица 5.9.1-Параметры АОТ128Б

Резистор и ток VT7 рассчитываем с учетом максимального тока, протекающего через VT7 (при):

Выбираем резистор R₇ типа МЛТ 240 Ом, мощностью 0.125 Вт.

Резистор рассчитываем с учетом максимального выходного тока оптопары:

Выбираем резистор R₈ типа МЛТ 560 Ом, мощностью 0.125 Вт.

Тогда выходное напряжение на оптопаре равно:

В разделе 6 было определено значение с учетом зоны нечувствительности двигателя . Тогда, можно найти коэффициент усиления разностного усилителя из очевидного соотношения:

,

где - выходной сигнал дифференциального (разностного) усилителя, или так как один из сигналов ,- равен нулю, т.е. :

Зададимся величиной R₁₀ 5кОм, найдем величину R₉:

Выбираем резистор R₉ типа МЛТ 24 кОм, мощностью 0.125 Вт.

Рассчитаем коэффициент передачи цепи обратной связи:

4.10 Источники питания

Блоки питания построим на базе стабилизаторов напряжения типа ЕН. Все данные микросхемы имеют ряд защит, таких как защита от короткого замыкания, от перегрузок по току и от перегрева кристалла.

Источник +5 В. Схема приведена на рисунке 5.10.1.

Рисунок 5.10.1-Схема включения микросхемы К142ЕН5А.

В качестве стабилизатора напряжения DA1 примем микросхему К142ЕН5А, параметры которой приведены в таблице 10.1.

Таблица 5.10.1-Параметры К142ЕН5А.

Выберем в соответствии с рекомендациями производителя конденсатор С1 типа К50-35 ёмкостью 2.2мкФ максимальное напряжение 50В. В качестве C2 выбираем К50-35 1мкФ, 50В.

Выбираем диоды VD1-VD4 КД243А, параметры которого приведены в таблице 5.10.2

Таблица 5.10.2-Параметры КД243А.

В схеме используется две схемы приведенные на рисунке 5.10.1. Одна служит для питания ТТЛ микросхем, вторая -для задатчика.

Источник 15. Схема приведена на рисунке 5.10.1. Данная схема применяется для итания ±15В измерительного усилителя, дифференциальных усилителей, ШИМ-контроллера и оптопар.

Рисунок 5.10.2-Схема включения микросхемы К142ЕН6А

В качестве DA1 используем микросхему К142ЕН6А, параметры которой приведены в таблице 10.3.

Таблица 5.10.3- Параметры К142ЕН6А

Выберем в соответствии с рекомендациями производителя конденсаторы С1 и С2 типа К50-35 ёмкостью 1мкФ 50В. В качестве C2 выбираем К50-35 1мкФ, 50В. Выбираем конденсаторы С3, С4 типа К10-17 0.1мкФ. Конденсаторы С5, С6 К50-35 2.2мкФ 50В. Выбираем диоды VD1-VD4 КД243А, параметры которого приведены в таблице 10.2

Источник +20В. Схема приведена на рисунке 10.3. В качестве стабилизатора напряжения DA1 примем микросхему К142ЕН9А, параметры которой приведены в таблице 10.4.

Рисунок 5.10.3-Схема включения микросхемы К142ЕН9А.

Таблица 5.10.4-Параметры К142ЕН9А.

Выберем в соответствии с рекомендациями производителя конденсатор С1 типа К50-35 ёмкостью 2.2мкФ максимальное напряжение 50В. В качестве C2 выбираем К50-35 1мкФ, 50В. Выбираем диоды VD1-VD4 КД243А, параметры которого приведены в таблице 10.2

Гальванически развязанный нестабилизированный источник для питания двигателя. Схема приведена на рисунке 5.10.4.

Рисунок 5.10.4-Схема питания двигателя

В качестве VD1-VD4 выбираем КД244В, параметры которого приведены в таблице 5.10.5

Таблица 5.10.5-Параметры диодного моста КД244В

Выбираем конденсатор С1 типа К50-35 емкостью 47мкФ, 200В.

5. Системные расчеты