 | паспорта изделий, руководства по эксплуатации и прочая техническая документации на продукцию ООО Радиоавтоматика |
|
Установка для проверки сложных релейных защит ТОМОГРАФ-РА1 [ Рекламный лист], [Скачать документ (файл pdf/doc/zip)] Оглавление:
5 Устройство и работа прибора 5.1. Описание структурной схемы. Структурная схема прибора представлена на рис. 1.Структурную схему прибора можно разделить на несколько подсистем, в соответствии с выполняемыми ими основными задачами. - подсистема управления; - подсистема формирования тестовых сигналов; - подсистема источников тока; - подсистема источников напряжения; - подсистема измерителей; - подсистема дискретного ввода-вывода; - подсистема защиты; - подсистема электропитания. Следует обратить внимание на то, что указанное разделение является в значительной мере условным, поскольку многие функции реализованы программно-аппаратными или полностью программными средствами, некоторые функции распределены между подсистемами. 5.2. Подсистема формирования тестовых сигналов включает в себя синтезатор сигналов (СС) и аттенюатор сигналов (АТС). Синтезатор сигналов выполняет роль первичного источника тестовых сигналов прибора. СС является шестиканальным синтезатором частоты, реализованным по методу прямого цифрового синтеза (DDS). СС позволяет загружать форму волны выходного сигнала, обеспечивает независимое программное управление амплитудой и фазой сигнала по каждому каналу и общее управление частотой. Дополнительно СС позволяет формировать постоянное напряжение с заданным уровнем и полярностью. Основные характеристики СС: - управление параметрами без «разрыва» фазы сигнала; - квантование выходного сигнала 12 разрядов; - управлению амплитудой выходного сигнала с разрешением 12 разрядов (без изменения уровня квантования); - дискретизация по времени 83, 2 кГц (более 1600 отсчетов на периоде при частоте 50 Гц); - шаг сетки частот менее 0,01 Гц; - управления фазой с разрешением менее 0,1 эл. градуса; - стабильность частоты и фазы не менее 0,001%. Модуль СС дополнительно включает в себя четыре 8–и разрядных порта, расширяющих систему ввода-вывода микроконтроллера. Аттенюатор сигналов АТС предназначен для расширения динамического диапазона управления амплитудой СС. АТС позволяет производить фиксированное ослабление выходного сигнала СС на 24 дБ (16 раз) независимо по каждому каналу. 5.3. Подсистема источников тока обеспечивает преобразование исходного сигнала СС в соответствующий ток нагрузки. Узел источников тока включает : - три усилителя тока (УТ1…УТ3), - три преобразователя напряжения каналов тока (ПНТ1…ПНТ3), - блок коммутации (БК) , частично. Усилители тока выполнены по мостовой балансной схеме на мощных MOSFET транзисторах. Для повышения эффективности работы применено динамическое управление электропитанием выходного каскада усилителей. Помимо собственно усилителей модули УТ включают в себя схему управления электропитанием, схему защиты, и схему сигнализации выхода усилителей из рабочего режима. Электропитание каждого УТ производится от отдельных преобразователей напряжения ПНТ1… ПНТ3, выходное напряжение которых является функцией напряжения на нагрузке. С целью оптимизации нагрузочной характеристики источников тока предусмотрено два варианта питания УТ . В режиме «8А» ПНТ формирует напряжения питания (8…20)В при токе нагрузки до 10А, в режиме «32А» ПНТ обеспечивает напряжение (4…10)В при токе до 40А. Выбор варианта питания производится путем установки соответствующих коммутационных колодок на блоке коммутации. ПНТ имеют гальваническую развязку от остальной схемы и оснащены системой защиты от короткого замыкания и перегрузки по току. Блок коммутации конструктивно объединен с задней панелью пробора. БК выполняет функцию сопряжения УТ , ПНТ и внешних выходов прибора. 5.4. Подсистема усиления напряжения включает в себя : - трехканальный усилитель напряжения (УН), - преобразователь напряжения каналов напряжения (ПНН) - блок коммутации,( частично). УН обеспечивают усиление исходного сигнала, поступаемого с СС и согласование его с нагрузкой. Усилители напряжения выполнены по двухступенчатой схеме (усилитель класса А+). Первая ступень усиления производится экономичным ШИМ усилителем. Напряжение питания ШИМ усилителя ±180 В , частота коммутации 200 кГц. Вторая ступень усиления реализована на мощном операционном усилителе (ОУ). ОУ имеет плавающее питание ± 12В, «привязанное» к выходу первой ступени усиления. Вторая ступень усиления обеспечивает коррекцию амплитудной и фазовой ошибок, а также фильтрацию коммутационных шумов основного ШИМ усилителя. Описанная архитектура позволяет получить хорошее качество выходного сигнала при приемлемой эффективности усилителя. Помимо собственно усилителей УН, также включает в себя средства управления электропитания и защиты от перегрузки. Электропитание УН производится от преобразователя напряжения ПНН, имеющего все источники необходимые для работы УН. 5.5. Подсистема измерителей включает в себя : - измеритель тока, - измеритель напряжения, - измеритель разности фаз, - измеритель частоты. Измерители тока и напряжения имеют полную гальваническую развязку между собой и другими узлами прибора. Оба измерителя выполнены по идентичной схеме и содержат : - входные цепи , - усилитель (аттенюатор) входного сигнала, - коммутатор ~/= ток, - прецизионный выпрямитель, - детектор полярности, - 12-и разрядный аналого-цифровой преобразователь, - схемы гальванической развязки, - интерфейсные схемы , - развязывающие источники питания. Управление режимом ~/= и переключение пределов измерения производится программными средствами (автоматически). Программно, также производится калибровка измерителей путем задания коэффициентов преобразования и смещения независимо для каждого диапазона измерения. Измерение тока производится путем измерения падения напряжения на резистивных шунтах с фиксированным сопротивлением. С целью перекрытия широкого диапазона измеряемого тока в приборе применены два отдельных шунта: для токов 0,1….32А и 0….0,1А. Датчиками для измерителей частоты и фазы служат детекторы полярности измерителей тока и напряжения, выполненные с учетом требований минимизации временных и амплитудных погрешностей. Вычисление частоты и разности фаз производится программными средствами путем обработки информации с детекторов полярности измерителей. При этом частота фиксируется по входу измерителя напряжения, а разность фаз измеряется между током и напряжением. Измеритель разности фаз показывает фазовую задержку сигнала в канале тока по отношению к напряжению. 5.6. Подсистема дискретного ввода – вывода объединяет: - шесть дискретных каналов вывода, - пять дискретных каналов ввода, два из которых имеют дополнительные входы с гальванической развязкой. Дискретные выходы выполнены на электромагнитных реле с перекидным контактом, имеющими нагрузочную способность 5A/ 250B. Дискретные каналы ввода имеют универсальные входы, допускающие подключение к различным источникам сигналов. Развязка универсальных входов от общего потенциала прибора не предусмотрена. Каналы «1» и «2» имеют дополнительные входы с гальванической развязкой. Одновременное использование универсальных и развязанных входов для этих каналов не допускается. Программа, обслуживающая дискретный ввод – вывод управляет изменением состояния дискретных выводов в заданные моменты времени. Программа фиксирует моменты изменения состояния по каждому вводу и выводу прибора (далее - события) с возможностью последующего вычисления интервалов времени между любыми зафиксированными событиями с разрешением 0,1 мс (эмуляция функции многоканального миллисекундомера). 5.7. Подсистема электропитания прибора включает: - основной источник питания (ИП1), - источник питания преобразователей (ИП2), - схему ограничения тока включения (СОТ), - фильтр сетевой. ИП1 обеспечивает электропитанием все малосигнальные схемы прибора. ИП1 включает следующие источники: +5В/ 1А- стабилизированный, - 5В/ 0,5А- стабилизированный, ± 30В/ 150 мА- не стабилизированный, +32В/ 50 мА- стабилизированный. ИП2 является источником технологического электропитания преобразователей напряжения и системного питания +12В. ИП1 включает: - четыре развязанных стабилизированных источника +15В/ 0,1А, - стабилизированный источник +12В/ 0,6А. Все источники электропитания прибора, и преобразователи напряжения каналов тока и напряжения выполнены по бестрансформаторной схеме. Это решение позволяет питать прибор как от сети переменного, так и от сети постоянного тока. Работоспособность прибора (с ограничением некоторых параметров) сохраняется при изменении напряжения питания от 150 до 245В. С целью ограничения броска тока при включении прибора в сеть, вызванных зарядом входных конденсаторов преобразователей, последние подключаются к первичной сети через схему ограничения тока включения (СОТ). СОТ ограничивает ток заряда конденсаторов на безопасном уровне, задерживая включения преобразователей на 8…10 с. Подключение ИП1, ИП2 к сети производится непосредственно ( без СОТ). На вводе питания прибора установлен сетевой фильтр для удовлетворения требований по электромагнитной совместимости . 5.8. Подсистема защиты предназначена для предотвращения возможности работы прибора в аварийных режимах, приводящих его или объект контроля к выходу из строя, а также для предупреждения о некорректном состоянии выходных сигналов. Большая часть функции подсистема защиты распределены между вышеописанными подсистемами. Подсистема защиты обеспечивает: - защиту от перегрева элементов, выделяющих повышенную мощность, - защиту преобразователей напряжения от перегрузки по току, - защиту усилителей напряжения от перегрузки по току, - защиту усилителей тока от выхода оконечных транзисторов за пределы области безопасной работы, - предупреждение о выходе усилителей тока из режима отслеживания тока нагрузки. В случае возникновения аварийной ситуации, опасной для прибора или нагрузки, производится выключение всех усилителей и преобразователей, блокируется их дальнейшее включение, включается индикатор «АВАРИЯ» и (или) «ПЕРЕГРЕВ» на передней панели прибора. Причина срабатывания защиты фиксируется в памяти прибора и может быть считана оператором. Сброс состояния АВАРИЯ производится вручную после устранения причины аварии. В случае нарушения параметров выходных сигналов не опасных для прибора на дисплее выводится предупредительная информация. 5.9. Подсистема управления прибора включает в себя: - микроконтроллер (МК), - ЖК дисплей (ДЖК), - функциональную клавиатуру (КФ), - схему сигнализации и управления электропитанием (СУП). Подсистема управления обеспечивает взаимодействием всех узлов прибора, поддерживает интерфейс пользователя, и интерфейс связи с компьютером. МК является основой подсистемы управления. МК выполнен на базе микропроцессора АТ89С51ED2 (Atmel). ДЖК и КФ образуют интерфейс пользователя, поддерживая интерактивное взаимодействия оператора с прибором . ДЖК имеет организацию 4 строки по 40 символов. КФ включает 22 цифровых, управляющих и функциональных кнопок. Дополнительным элементом управления является СУП, содержащая индикаторы аварии и состояния прибора, кроме того СУП включает схему обработки сигналов с датчиков температурной защиты и управления включением преобразователей напряжения. 5.10. Конструкция прибора. Прибор выполнен в закрытом металлическом корпусе размером 480х125х500. На передней панели прибора (Приложение 2) расположены следующие элементы: - ЖК дисплей, - функциональная клавиатура, - пульт индикации состояния и управления питанием прибора, - входные клеммы измерителя напряжения и тока, - разъем и дополнительные клеммы дискретного ввода – вывода, - разъем интерфейса связи с компьютером. На задней панели прибора размещены: - выходные клеммы источников тока и напряжения, - колодки коммутации диапазона тока, - клемма заземления, - сетевой включатель прибора, - колодка сетевого кабеля. Прибор имеет принудительную вентиляцию, воздуховоды которой расположены на боковых стенках прибора. Корпус прибора оснащен поворотной ручкой для переноски. Прибор комплектуется брезентовой сумкой-чехлом, защищающей его в процессе транспортировки. Сумка-чехол имеет отсеки для хранения аксессуаров. |