СТЕНД ДЛЯ ПРОВЕРКИ ВТОРИЧНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ КОРАБЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

1 Техническое задание

Глава 1. Техническое задание

Наименование: «Стенд для проверки вторичных измерительных преобразователей корабельной электростанции».

Область применения: проверка функционирования вторичных измерительных преобразователей частоты, постоянного напряжения, переменного напряжения, постоянного тока, переменного тока, активной и реактивной мощностей.

Назначение изделия: имитация электрических сигналов первичных преобразователей частоты, постоянного напряжение, переменного напряжения, постоянного тока, переменного тока, активной и реактивной мощностей.
…

2 Разработка структурной схемы стенда

Глава 2. Разработка структурной схемы стенда

Структурная схема стенда показана на рисунке 2.1. В схеме укрупнённо выделено пять блоков:
– система управления стенда;
– источник трёхфазного напряжения 0…380 В;
– источник переменного тока 0…10 А;
– источник постоянного напряжения 0…400 В;
– источник питания стенда.
Система управления стенда имеет четыре входных линии и шесть выходных линий управления, а так же четыре линии питания.
Система управления стенда позволяет регулировщику, выполняющему проверку измерительных преобразователей, вручную задавать три значения управляющих параметра трёхфазного источника напряжения одним задатчиком. Система управления стенда формирует три синусоидальных напряжения для управления источником трёхфазного напряжения. Синусоидальные напряжения имеют равную амплитуду. Действующее значение синусоидального напряжения находится в пределах от 0 до 1 В. Синусоидальные напряжения сдвинуты по фазе.
…

3 Разработка функциональных схем источников стенда

Глава 3. Разработка функциональных схем источников стенда

3.1 Источник трёхфазного напряжения
Источник трёхфазного напряжения (рисунок 3.1) состоит из трёх функционально одинаковых линий формирования фазных напряжений, каждая из которых подключена к отдельной линии стабилизации напряжения питания.
Линия формирования фазного напряжения состоит из входного усилителя А1 (апериодический регулятор) и двух силовых усилителей А2 и А3 подключённых по мостовой схеме и нагруженные на трансформатор T1.
Входной синусоидальный сигнал с действующим напряжением не более 1 В и фазой 0° подаётся на входной усилитель А1, выполненный на ОУ К140УД708. С выхода А1 инвертированный и усиленный сигнал подаётся на мостовой усилитель А2А3, где усиливается по амплитуде до необходимого значения. Выходное напряжение мостового усилителя А2А3 подаётся на вход трансформатора T1. Трансформатор Т1 включен инвертировано, т.е.
…

3.2 Источник переменного тока
В основе источника переменного тока (рисунок 3.2) лежат входной усилитель А1, силовой усилитель А2 и трансформатор Т1.
Входной синусоидальный сигнал с действующим напряжением не более 1 В подаётся на инверсный вход усилителя А1. Здесь сигнал усиливается и инвертируется. Далее сигнал подаётся на вход усилителя А2, где его амплитуда увеличивается до необходимого значения. Далее сигнал подаётся на вход токового трансформатора T1. Выходная цепь трансформатора T1 включается в токовую нагрузку последовательно с датчиком тока А3. Сигнал с выхода датчика прямопропорционален току с цепи нагрузки. Этот сигнал формирует обратную связь в источнике переменного тока. Сигнал с выхода датчика А3 подаётся на прямой вход усилителя А1, формируя отрицательную обратную связь.
В качестве входного усилителя А1 (апериодический регулятор) применяется операционный усилитель К140УД708. ОУ К140УД708 должен иметь двуполярное питание в диапазоне от ±5 В до ±17 В.
…

Система управления стенда имеет четыре входных линии и шесть выходных линий управления, а так же четыре линии питания.
Система управления стенда позволяет регулировщику, выполняющему проверку измерительных преобразователей, вручную задавать три значения управляющих параметра трёхфазного источника напряжения одним задатчиком. Система управления стенда формирует три синусоидальных напряжения для управления источником трёхфазного напряжения. Синусоидальные напряжения имеют равную амплитуду. Действующее значение синусоидального напряжения находится в пределах от 0 до 1 В. Синусоидальные напряжения сдвинуты по фазе. Синусоидальное напряжение для управления фазным напряжением A принимается с фазой 0°. Синусоидальное напряжение для управления фазным напряжением В сдвинуто на 120°. Синусоидальное напряжение для управления фазным напряжением С сдвинуто на 240°.
Источник трёхфазного напряжения имеет четыре выходные линии – нейтраль N и фазные напряжения Ua, Ub, Uc.
…

3.5 Источник питания стенда
Функциональная схема источник питания стенда показана на рисунке 3.5.
Источник питания стенда построен спроектирован с максимальной унификацией функциональных узлов. В основе источника питания стенда лежит трансформатор T1 и типовая вторичная цепь: вторичная обмотка, выпрямитель А1, НЧ фильтр Z1. Функционально вторичные цепи одинаковы для всех напряжения кроме цепи формирования напряжения «+225/450 В». Здесь дополнительно имеется переключатель S1, который подключает к выпрямителю А1 в одном положении половинную обмотку, а в другом положении – полную.
По линиям питания +7 В для обеспечения возможности разделения в источниках напряжений и токов аналоговых и цифровых цепей питания +5 В, а так же снижения нагрузки на обмотки трансформатора, выполнено три отдельные линии питания +5 В.
По линиям питания +14 В и –14 В имеется большое количество потребителей, поэтому эти линии выполнены дублированными для снижения нагрузки на обмотки трансформатора.
…

4.1 Принципиальная схема источника трёхфазного напряжения
Принципиальная схема источника трёхфазного напряжения приведена на чертеже ВКР 2019 26.05.07 01 Э3, перечень элементов в документе ВКР 2019 26.05.07 01 ПЭ3.
Фазные каналы источника одинаковые, поэтому ниже приводится описание на примере канала формирования напряжения UA.
На вывод 1 разъёма XP1 приходит синусоидальный сигнал от 0 до 1 В (действующее значение). Конденсатор С1 подавляет импульсные помехи по входному сигналу. Резистор R1 подтягивает входную цепь к общему проводу, это обеспечивает уровень 0 В при отсутствии сигнала или отсутствии подключения к ГСС. Это необходимо для обеспечения отсутствия сигнала на выходе фазного канала при отсутствии управления этим каналом.
Входной сигнал подаётся на усилитель на ОУ DA1 (апериодический регулятор). В качестве DA1 используется микросхема К140УД708 [1 нефёдов].

Рисунок 4.
…

4.2 Принципиальная схема источника переменного тока
Принципиальная схема источника переменного тока приведена на чертеже ВКР 2019 26.05.07 02 Э3, перечень элементов в документе ВКР 2019 26.05.07 02 ПЭ3.
Схема и работа входного усилителя на ОУ DA4 полностью соответствует такому узлу в источнике трёхфазного напряжения. Отличия заключаются в номинальных значениях элементов обратных связей. Входной сигнал здесь так же усиливается, инвертируется и через разделительный конденсатор С23 поступает на вход силового усилителя DA5.
Cиловой усилитель построен на микросхеме STK4050. Микросхема STK4050 является мощным одноканальным УНЧ.
Включение микросхемы STK4050 выполнено на основе типовой схемы, установленной документаций [6], которая приведена на рисунке 4.6.

Рисунок 4.6 – Типовая схема включения УНЧ STK4050

На вход 1 микросхемы DA5 поступает входной сигнал. Выходной сигнал снимается с выводов 13,16,17,18.

Таблица 4.
…

4.3 Принципиальная схема источника напряжения постоянного тока
Принципиальная схема источника напряжения постоянного тока приведена на чертеже ВКР 2019 26.05.07 03 Э3, перечень элементов в документе ВКР 2019 26.05.07 03 Э3.
Схема источника напряжения постоянного тока имеется цифровая и аналоговая части. К цифровой части относятся все элементы, предназначенные для связи с системой управления стенда и обработки команды, включая половину ЦАП на микросхеме DD1. Остальная часть схемы, отвечающая за формирование выходного напряжения, от микросхемы DA6 до разъёма XP9 является аналоговой частью.
Для управления источником напряжения постоянного тока применяется линия связи RS845. Для подключения к линии связи с системой управления стендом используется разъём XP5. Сигналы RS845 проходят через гальванически развязанный повторитель на микросхеме DD2. В качестве повторителя RS845 используется микросхема ADM2486, которая включена по типовой схеме согласно документации [8 ADM2486].
…

5 Методика проверки ИП трёхфазной мощности

Глава 5. Методика проверки ИП трёхфазной мощности

В данном разделе рассмотрено подключение к стенду измерительного преобразователя (ИП) Е7017 – вторичного преобразователя активной мощности, т.к. при работе с ИП данного типа задействуется наибольшее количество источников стенда. ИП Е7017, для которого приводится методика проверки имеет максимальный входной ток 5 А, и максимальное входное напряжение 380 В. Подключение выполняется по схеме на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 – Подключение ИП Е7017 к стенду

С помощью средств задания параметров стенда подать на ИП питание 22011 В, 40012 Гц. Установить значение выходного сигнала 3807,6 В, 500,5 Гц источника трёхфазного напряжения. Установить значение выходного сигнала источника переменного тока IА=IС=10,02 А, 500,5 Гц.
Прогреть входные цепи ИП в течение 1 часа.
…

6.1 Основные правила безопасности
Руководитель Потребителя обязан обеспечить безопасные условия труда работников в соответствии с законодательством Российской Федерации. Устройство электроустановок должно соответствовать требованиям правил устройства электроустановок, строительных норм и правил, государственных стандартов, правил безопасности труда и другой нормативно-технической документации.
Организация эксплуатации и ремонта электроустановок должна соответствовать требованиям настоящих Правил, государственных стандартов, правил безопасности при эксплуатации электроустановок и других нормативных актов по охране труда (ОТ) и технике безопасности (ТБ).
Средства защиты, инструмент и приспособления, применяемые при обслуживании и ремонте электроустановок, должны удовлетворять требованиям соответствующих государственных стандартов и действующих правил применения и испытания средств защиты.
…

6.2 Особенности использования электрооборудования на корабле
Организация эксплуатации ЭО представляет собой комплекс организационно-технических мероприятий, основной целью которых является обеспечение исправного состояния и высокой эксплуатационной надежности электрооборудования, установленного на кораблях ВМФ. Специфика обслуживания ЭСК в действии требует от личного состава твердого знания состава и назначения ЭСК, отдельных ее элементов, четкого представления о процессах, происходящих в ЭСК при различных режимах ее использования, и твердых навыков по локализации аварийных ситуаций с помощью органов дистанционно-автоматизированного и ручного управления.
…

Заключение
В результате выполнения дипломного проекта разработан комплект документации в виде схем и перечней элементов стенда для проверки вторичных измерительных преобразователей корабельной электростанции.
При проектировании использованы типовые узлы в источниках для унификации и упрощения настройки и проектирования печатных плат. Источники стенда обеспечивают заданные в ТЗ характеристики с необходимым запасом. Для источников возможна плавная регулировка выходных сигналов во всех требуемых диапазонах. Применение интегральных схем в источниках обеспечивает минимизацию размеров печатных плат и конструкции стенда в целом.
В дипломном проекте вопросы управления источниками рассмотрены только в общем виде и сформированы программные и аппаратные требования к блоку управления источниками, т.к. выбор и схемотехническое проектирование программируемых узлов электроники сильно зависит от программиста, поэтому детально этот вопрос не раскрыт.
…