Диплом (1228655), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Встроенный генератор пилообразного напряжения требует для установки частоты только двух внешних компонентов RT и CT. Частота генератора определяется по формуле
FOSC=1,1/ RT ∙CT, (2.1)
где RT – Сопротивление управляющего резистора, Ом;
CT – Емкость управляющего конденсатора, мкФ.
В данном случае необходимо подобрать сопротивление резистора и ёмкость конденсатора, при помощи рисунка 2.3 определяем значение ёмкости если известно что устройство будет работать на частоте 1,5 кГц и в наличии имеется стандартный резистор на 10 кОм [10].
Рисунок 2.3 – Зависимость частоты генератора от сопротивления времязадающего резистора
Емкость конденсатора будет в пределах 1 мФ, рассчитаем значение по формуле
CT=1,1/ RT ∙FOSC (2.2)
Подставим численные значение в формулу (2.2) получим
CT=1,1/ 10000 ∙1500=0,07 мФ
Допускается синхронизация встроенного генератора при помощи подключения вывода RT к выходу опорного напряжения и подачи входного пилообразного напряжения на вывод СТ, что может использоваться при синхронной работе нескольких схем ИВП. Ниже на рисунке 2.4 представлена схема блоков микросхемы TL494 с указанием времязадающего резистора и управляющего конденсатора.
Рисунок 2.4 – Схема функциональных блоков микросхемы
Параметры режимов работы микросхемы TL494 приведены в таблице 2.8
Таблица 2.8 – Рекомендуемые значения параметров и режимов TL494
| Напряжение питания, Vcc | 7–40 В |
| Входное напряжение усилителя | -0,3 В |
| Выходное напряжение коллектора | 40 В |
| Выходной ток коллектора | 200 мА |
| Ток через вывод обратной связи | 0,3 мА |
| Емкость времязадающего конденсатора Ст | 0,047–10000 нФ |
| Сопротивление времязадающего резистора Rт | 1,8–500 кОм |
| Частота генератора | 1–300 кГц |
Внешний вид печатной платы с микросхемой ШИМ управления TL494 представлен на рисунке 2.5.
Рисунок 2.5 – Внешний вид платы с микросхемой TL494.
Принцип действия ШИМ исходит из названия, а именно в изменении ширины импульса сигнала. При использовании метода ШИМ амплитуда и частота сигнала остаются постоянными. Основным параметром сигнала ШИМ является коэффициент заполнения, который определяется по формуле 2.3
kw= TON/ Т, (2.3)
где TON – время высокого уровня;
Т – период сигнала.
Так же необходимо отметить, что сумма времени высокого и низкого сигнала определяет период сигнала по формуле 2.4
Т= TON+ТOFF, (2.4)
где ТOFF – время низкого уровня.
Время высокого уровня и время низкого уровня сигнала показано на рисунке 2.6. Напряжение U1 – состояние высокого уровня сигнала.
Рисунок 2.6 – График времени уровня сигнала
Третий модуль состоит из двигателя ДВ-75УХЛЗ и Датчика угла поворота ДПС-У-05. Электродвигатель коллекторный предназначен для использования в электроколориферах, в кабинах электровозов серии ВЛ. Внешний вид двигателя и датчика представлены на рисунке 2.7.
Рисунок 2.7 – Внешний вид двигателя.
Технические характеристики двигателя представлены в таблице 2.8
Таблица 2.8 – Технические характеристики электродвигателя постоянного тока ДВ-75 УХЛЗ
| Напряжение питания | 75 В (доп. 50 В) |
| Направление вращения | правое |
| Номинальная мощность | 40 Вт |
| Номинальная частота вращения | 3000 (2100 при 50 В) |
| Потребляемый ток не более | 1,25 А |
| Масса | 2 кг |
Внешний вид ДПС-У и его крепление на локомотиве представлены на рисунка 2.8–2.10
Рисунок 2.8 – Внешний вид датчика угла поворота (без крышки)
Рисунок 2.9 – Внешний вид датчика угла поворота
Рисунок 2.10 – Размещение ДПС-У на Электровозе ВЛ 80 С:
а – вид на буксе, б – вид в разборе
Основные технические характеристики датчика пути и скорости ДПС-У-05 представлены в таблице 2.9.
Таблица 2.9 – Основные технические характеристики датчика ДПС-У-05
| Количество каналов | 2 |
| Интервал между фронтами импульсов разных каналов, гр. | 2,1±1 |
| Количество импульсов за один оборот оси модулятора | 42 |
| Падение напряжения на открытом ключе (при токе 100±20) мА, не более, В | 1,3 |
Электрическая схема датчика представлена на рисунке 2.11 с указанием каналов и разъёмов питания.
Рисунок 2.11 – Электрическая схема ДПС-У
Датчик угла поворота преобразует угол поворота колесной пары в пропорциональное количество импульсов, используемых в измерительных системах, контролирующих направление движения, пройденный путь, скорость и ускорение подвижного состава железнодорожного транспорта при скорости вращения оси диска до 2122 об/мин (340 км/ч).
ДПС-У расположен на буксах как показано на рисунке 2.8 двух разных колесных пар. Конструкция датчика представляет собой диск с двумя концентрическими кругами, на каждом из них расположено по 42 отверстия. Вращение диска происходит синхронно с колесной парой. С одной стороны диска находятся два светодиода, с противоположной два фотодиода. При повороте диска световой поток или проходит через отверстие, или прерывается диском, в следствии чего, изменяется проводимость фотодиода, а на выходе ДПС возникает импульс постоянного тока. Один оборот колесной пары равен 42 импульсам на датчике. От начала одного импульса до начала следующего импульса колесо электровоза проходит расстояние примерно равное 9 см (точное расстояние зависит от диаметра круга катания).
Датчик угла поворота имеет два канала. Сигналы этих каналов сдвинуты между собой на угол, соответствующий по времени четверти периода следования импульса. Такое использование каналов необходимо для определения направления хода локомотива. Фототранзистор, который находится на одной оси со светодиодом, преобразует оптический поток в электрический сигнал.
Проверка угла поворота оси модулятора датчика, соответствующего N периодам выходных импульсов датчика или интервалу между спадами выходных импульсов датчика разных каналов проводится при следующих частотах вращения оси модулятора датчика: 156 ± 31, 312 ± 62, 624 ± 125, 1248 ± 250, 1872 ± 200, 2123 ± 200 об/мин.
При этом согласно формулам 2.5 и 2.6, приведенным ниже, установлены следующие соответствия
156 об/мин – 25 км/ч – Тс = 384,6 мс;
312 об/мин – 50 км/ч – Тс = 192,3 мс;
624 об/мин – 100 км/ч – Тс = 96,2 мс;
1248 об/мин – 200 км/ч – Тс = 48,1 мс;
1872 об/мин – 300 км/ч – Тс = 32,1 мс;
2123 об/мин – 340 км/ч – Тс = 28,3 мс.
n=(V ·1000)/(3,14· D· 60), (2.5)
где n – частота вращения оси модулятора датчика, об/мин;
V – скорость движения транспортного средства, км/ч;
D – средний за время эксплуатации колесной пары диаметр бандажа
(принимается равным 0,90), м;
1000 – коэффициент пересчета километров в метры;
60 – коэффициент пересчета часов в минуты;
3,14 – число π.
Тс = 60·1000/n, (2.6)
где Тс – период период синхроимпульсов пульта контроля ПК–ДПС;
60 – коэффициент пересчета минут в секунды;
1000 – коэффициент пересчета секунд в миллисекунды;
n – частота вращения оси -модулятора датчика, об/мин.
При увеличении диаметра бандажа для достижения такой же скорости требуется меньшее число оборотов двигателя, что показано на рисунке 2.12 и 2.13.
Рисунок 2.12 – Сравнение диаметров бандажа у электровоза
Рисунок 2.13 – Сравнение диаметров бандажа у тепловозов
2.2 Конструкция стенда
Лабораторный стенд состоит из модулей. Стенд конструктивно выполнены в виде металлических труб и joker креплений. Габаритные размеры всего стенда 34×10×34. Датчик угла поворотов расположен на металлической трубе вертикально, к его лопастям прилегает двигатель, который приводит их во вращение. Выходы датчика подключены к системе сбора данных USB 6008 которая передает данные на ПК в программу Lab View. Двигатель подключен к блоку питания 50 В. Блоки соединены гибкими кабелями. Напряжение 50 В передаётся через трёхпроводные кабели сечением 2 мм2. Схема соединения показана на рисунке 2.13.
Рисунок 2.13 – Схема соединения стенда
В результате проделанных расчетов и моделирования был сконструирован стенд и отлажен механизм его работы.
3 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ
Лабораторный стенд «Датчик угла поворота» предназначен для изучения принципов измерения скорости и перемещения подвижного состава. Прежде чем начинать работу с лабораторным стендом, необходимо ознакомиться с теоретической частью.
Цель работы: произвести сборку программы регулирования частоты оборотов в LabView и измерить величину частоты оборотов при разных значениях подаваемого напряжения. Изучить принципы измерения скорости тягового подвижного состава.
3.1 Теоритическая часть
Датчик ДПС–У применяется на железнодорожном транспорте и предназначен для преобразования угла поворота оси колесной пары в дискретные электрические сигналы и измерения пройденного пути, скорости и ускорения. Принцип действия датчика ДПС–У основан на преобразовании угла поворота оси колесной пары в дискретные электрические сигналы для использования в измерительных системах, контролирующих направление движения, измеряющих пройденный путь, скорость и ускорение железнодорожного транспорта со скоростью движения до 300 км/ч.
Конструктивно датчик ДПС–У состоит из фланца с крышкой и подшипникового узла вращения с валом. На валу прикреплен привод с одной стороны и диск с пазами с другой. Под крышкой расположена оптопара и плата формирователя дискретных сигналов. Датчик устанавливается на буксе колесной пары локомотива как представлено на рисунке 3.1 и 3.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
