Описание структурной схемы блока регулирования

Заслонки с шаговым электроприводом предназначены для регулирования расхода воздуха в системах вентиляции и кондиционирования кораблей ВМФ.

Структурная схема дроссельной заслонки представлена на рисунке 5.

Заслонка состоит из электромеханического блока БЭ и блока регулирования БР.

БЭ состоит из дроссельной заслонки З, шагового двигателя ШД , червячного редуктора Р, срывной муфты М, датчика частоты вращения ротора ДЧВ, датчика положения заслонки ДПЗ, и ручного привода РП.

ШД содержит ротор с постоянными магнитами из материала NdFeB (Неодим-Железо-Бор) и статор с двухфазной расщепленной обмоткой. На валу двигателя расположен датчик частоты вращения ротора ДЧВ, выполненный на основе магнитоуправляемой микросхемы (МУМС).

Датчик положения заслонки ДПЗ является индуктивным и расположен на валу дроссельной заслонки З.

Срывная муфта М предназначена для предотвращения повреждения дроссельной заслонки З в случае ее заклинивания при попадании в воздушный канал посторонних предметов.

Заслонка З включает в себя проточную часть с регулирующим органом (дросселем). Для визуального контроля угла положения дросселя на заслонке предусмотрена шкала. Дроссель заслонки является дисковым ввиду более мягкой зависимости коэффициента местного сопротивления от угла положения дросселя.

Ручной привод РП служит для управления заслонкой в случае исчезновения питающих напряжений.

Блок регулирования БР предназначен для управления электромеханическим блоком БЭ и должен обеспечить регулирование положения дроссельной заслонки в пределах (3 – 85) градусов с точностью ±1 градус по командам, поступающим с блока питания и управления БПУ по интерфейсу RS 485. Время перехода дроссельной заслонки из полностью закрытого состояния в максимально открытое и обратно должно составлять не более 3 секунд.

В состав БР входят следующие узлы и устройства:

- ВИП – вторичный источник питания;

- К – коммутатор;

- ВУ – вычислительное устройство;

- ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь;

- ПУ – преобразовательное устройство;

- RS 485 – интерфейс.

БР работает следующим образом.

Постоянное напряжение +27В поступает на вход ВИП, который формирует на своих выходах напряжение частотой 1 кГц и амплитудой 12 В, которое поступает на вход ДПЗ для его возбуждения. Кроме этого ВИП формирует постоянное напряжение +5В для питания остальных узлов БР.

Постоянное напряжение +27В поступает также на вход коммутатора К, который содержит силовые транзисторные ключи и подает фазные напряжения на обмотки ШД.

Обмен командами и сигналами с БПУ осуществляется по интерфейсу RS 485 по протоколу, согласованному с заказчиком. Команды и сигналы управления поступают в вычислительное устройство ВУ, выполненное на базе микроконтроллера 1830ВЕ31.

Датчик положения заслонки ДПЗ выдает переменное напряжение частотой 1 кГц с амплитудой пропорциональной угловому положению заслонки. Это напряжение поступает на вход преобразовательного устройства ПУ, которое преобразует его в аналоговый сигнал Uос. Сигнал обратной связи Uос, пропорциональный угловому положению заслонки, поступает на вход АЦП, который преобразует его в восьмиразрядный цифровой сигнал, который поступает на вход вычислительного устройства(ВУ) и через интерфейс RS 485 передает в БПУ.

С выхода ВУ цифровой сигнал, пропорциональный требуемому положению заслонки, через цифро-аналоговый преобразователь ЦАП поступает на вход сравнивающего устройства, на другой вход которого поступает сигнал Uос. Сравнивающее устройство вырабатывает сигнал рассогласования, знак которого показывает в какую сторону нужно осуществить перемещение заслонки, а его величина будет пропорциональна величине рассогласования между требуемым и фактическим положением заслонки. С выхода сравнивающего устройства сигнал рассогласования поступает на вход ВУ, которое формирует сигналы управления ключами коммутатора К. Если рассогласование отсутствует, ключи коммутатора К будут находиться в выключенном состоянии и напряжение на фазы двигателя поступать не будет. Если рассогласование не равно нулю, то ВУ сформирует управляющие сигналы на ключи коммутатора К о требуемом направлении вращения вала двигателя.

Датчик частоты вращения ДЧВ вырабатывает сигнал, частота которого пропорциональна частоте вращения вала ШД. Этот сигнал поступает на вход ВУ и служит для определения аварийного состояния заслонки. Если отсутствует изменение сигнала Uос (положение заслонки не меняется), а сигнал с ДЧВ присутствует (ШД вращается), то произошел аварийный срыв муфты М, и ВУ через RS 485 пошлет в БПУ сигнал об аварии.

Представленная схема полностью удовлетворяет требованиям заказчика.

Расчет коммутатора

Данные:

Iкvt2=2,5 А

Uвх=27В

На рисунке 6 представлена схема коммутатора:

Рис.6-Коммутатор.

Определим максимальное напряжение прикладываемое к транзистору в закрытом состоянии:

Uvtобр.мах=2*Uвх.

Выбираем транзисторы:

VT1- 2Т881Г:

Iк max=2А, Uкэ max=80В,β1=40;

VT2-2Т866А:

Iк max=20А, Uкэ max=160В, β2=15;

Найдем ток базы транзистора VT2:

Базовый ток транзистора VT2 будет являться коллекторным током транзистора VT1:

Найдем ток базы транзистора VT1:

Величина резисторов выбирается с таким расчётом, чтобы ток коллектор-эмиттер транзистора VT1 в закрытом состоянии создавал на резисторе падение напряжение, недостаточное для открытия транзистора VT2. Таким образом, ток утечки транзистора VT1 не усиливается транзистором VT2, тем самым уменьшается общий ток коллектор-эмиттер составного транзистора в закрытом состоянии.

Рекомендуется выбирать резистор 2-3 кОм.

Выберем резисторы R1,R2,R3,R4-C2-33-0,5Вт-2,8 кОм.

Определим обратное напряжение прикладываемое к диодам VD1-VD4:

Uобрvd1-vd4=27В

Ivd=2,5А

Выбираем диоды VD1-VD4- 2Д641В1:

I=15А, Uобр мах=600В