1.3. Принцип работы прибора
УЛС состоит из следующих основных частей (смотрите структурную схему, Приложение А): микроконтроллера (МК), силовой схемы, измерительной схемы и источника питания (ИП).
Объектом исследования является двигатель постоянного тока (ДПТ), частота вращения которого, определяется сигналом, поступающим с тиристорного усилителя (ТУ). Тиристорный усилитель, управляемый с дискретного порта МК, посредством реализованной в МК системы импульсно-фазового управления (СИФУ) формирует напряжение на якоре ДПТ. Тахогенератор (ТГ) используется для измерения частоты вращения исследуемого двигателя. Нагрузкой (Г) является двигатель идентичный исследуемому, функционирующий в режиме генератора. Величина нагрузки регулируется с помощью ЦАП и вспомогательного усилителя (У), путем изменения положения транзисторного ключа (ТК), замыкающего цепь якоря двигателя нагрузки. Устройство синхронизации (УС) необходимо для синхронизации сигналов управления тиристорным усилителем с питающим напряжением. Связь МК с ЭВМ осуществляется по интерфейсу RS-232, по протоколу связи ModBus. Кроме того, сигналы, поступающие от датчиков тока (ДТ) и ТГ, посредством нормирующих преобразователей (НП) и АЦП поступают в МК.
1.3.1. МК
Микроконтроллер SDK-1.1 выполняет основные функции привода. К этим функциям относятся: 1) система импульсно-фазового управления (СИФУ) тиристорным усилителем; 2) аналого-цифровое преобразование сигналов несущих информацию о состоянии двигателя и цифро-аналоговое преобразования сигнала управления нагрузкой, 3) прием управляющих команд от верхнего уровня АСУ и передача данных о состоянии привода посредством асинхронного последовательного интерфейса.
1.3.2. Сифу
СИФУ предназначена для преобразования постоянного управляющего напряжения в последовательность управляющих импульсов, подаваемых на управляющие электроды тиристоров соответствующей фазы (рисунок 1). Переменное напряжение частотой 50 Гц подается на блок формирования синхронизирующих импульсов – БФСИ, на выходе БФСИ формируется импульсное напряжение UСИ частотой 100 Гц (соответствующее моментам перехода через 0 напряжения питания), которое запускает генератор пилообразных напряжений. Сигнал управления UСИФУ сопоставляется по уровню с изменяющимся во времени опорным напряжением, в качестве которого используется пилообразное напряжение UГПН. В момент их равенства создается управляющий сигнал UУТ для открытия тиристоров. Синхроимпульсы формирует аналоговый компаратор, на один вход которого поступает переменное напряжение 50 Гц, а на второй напряжение соответствующее 0 В. Генератор пилообразного напряжения и блок сравнения реализованы программно в микроконтроллере. Временные диаграммы для каждого из блоков СИФУ, а также для напряжения питания UПИТ и напряжения на нагрузке UН представлены на рисунке 2.
1.3.3. Измерительная схема
Измерительная схема осуществляет процесс преобразования уровней сигналов поступающих с датчиков до уровней, воспринимаемых МК, для дальнейшего их аналого-цифрового преобразования; предварительно усиливает сигналы управления тиристорами; определяет точные моменты перехода сетевого напряжения через ноль (смотрите функциональную схему, Приложение Б).
Напряжения якоря ДПТ (24) и ТГ (25) поступают на преобразователи напряжения (12, 13), где понижаются таким образом, что максимальное напряжение на входе соответствует 5 В на выходе, 5 В – максимальное напряжение, воспринимаемое АЦП МК. Напряжения с датчиков тока (19, 20), несущие информацию о величине тока якоря ДПТ и тока якоря Г усиливаются с помощью усилительных каскадов на ОУ (6, 7). Переменное напряжение, поступающее на вход УС (3), формирует на его выходе последовательность прямоугольных импульсов той же частоты, которые поступают на дискретный порт МК.