Задатчик

Задатчик режимов для испытаний на безотказность и долговечность диодных мостов

---

Задатчик предназначен для проведения в автоматизированном режиме испытаний на надежность, безотказность и долговечность диодных мостов.

 Используется для воспроизведения режима полного нагружения диодного моста заданием обратного напряжения и прямого тока на каждый диод диодного моста, требующего высокой точности установки и поддержания напряжения и/или силы тока при изменениях напряжения сети и параметров испытуемых диодных мостов.

Задатчик применяется в составе автоматизированных измерительных и испытательных комплексов, в испытательных лабораториях завода, а также научно-исследовательских и инженерных целях.

Задатчик представляет собой комплекс высокоточных стабилизированных источников напряжения и тока, управление которыми осуществляется с операторского персонального компьютера (ПК) через интерфейсы RS-485 или Ethernet, при помощи промышленного контроллера с установленной ОС жёсткого реального времени.

В состав Задатчика входит высокоскоростной электронный коммутатор, контроллер, модули управления и ввода-вывода аналоговых сигналов для задания режимов и измерения параметров нагружения испытуемых диодных мостов.

Задатчик может иметь заданное заказчиком количество задающих каналов для диодных мостов. Измерители силы тока и напряжения, позволяют одновременно контролировать оба параметра в каждом канале моста. Каждый канал диодного моста содержит 4 канала измерения напряжения и 3 канала измерения тока, а также не менее 4-х каналов управления коммутаторами. В каждом из каналов содержатся цепи задания прямого тока и обратного напряжения, а также программно переключаемые согласующие делители напряжения для корректного измерения напряжений на мостах при смене режимов задания прямого тока и обратного напряжения.

Управление режимами и обработка измерительной информации осуществляется автоматически и/или в ручном режиме оператором, подачей  управляющих последовательностей в контроллер и затем на коммутатор. Управление производится дистанционно при помощи программного обеспечения «Задатчик-ХХ», установленного на панельном ПК оператора, с виртуальной лицевой панели.

Конструктивно Задатчик выполнен в виде отдельно стоящей 19-ти дюймовой стойки высотой 15U, глубиной 600 мм настольного или напольного исполнения с прозрачной дверью с замком, закрывающей лицевые панели модулей и блоков Задатчика с разъёмами для присоединения кабелей, и разъемов интерфейса. Сзади и с боков установлены легкосъёмные панели с замками.

В нижней части стойки спереди расположены автоматы включения/отключения питания стойки с индикацией включения 220 В и источник бесперебойного питания (ИБП) контроллера. Диапазон входного напряжения ИБП переменного тока 85 – 264 В, номинальное выходное напряжение постоянного тока 12 В, максимальный выходной ток 5 А, со встроенным аккумулятором (ёмкость 7Ач), снабжённого тумблером отключения аккумулятора. Сзади стойки смонтирован блок силовых розеток.

На «втором ярусе», в едином корпусе, закреплены источники питания.

Измерительные и управляющие модули устанавливаются выше в слоты шасси контроллера. На этом же уровне на DIN рейках размещен ethernet маршрутизатор.

В верхней части, на полке, закреплены платы коммутатора и блок клеммников для электрического соединения при помощи кабельных жгутов со шкафом, в котором размещена медная термостабилизированная плита, на которой закрепляются в контактных устройствах испытуемые диодные мосты. На передней панели расположены предохранители и светодиоды для индикации режимов работы каналов диодных мостов.

Все приборы снабжены разъёмами и соединены гибкими кабелями.

На крышке стойки, изнутри, находятся вентиляторы охлаждения.

Для прокладки кабелей наружу и к шкафу ТРМ имеются два окна, снабженных щетками (в полу и верхней крышке).

По техническим требованиям Задатчик соответствует ГОСТ 22261-94. Климатическое исполнение Задатчика – УХЛ, категория размещения 4.2 по ГОСТ 15150-69.Внешний вид Задатчика показан на рис.1.

Основные технические характеристики

• Задатчик эксплуатируется в составе стенда для испытаний на безотказность и долговечность для изделий в корпусе КТ-109-1.
• Количество одновременно испытываемых изделий не менее 10 штук.
• Диапазон задания среднего прямого тока одного диода I_пр.ср. от 5 до 12,5 А с дискретностью 0,5 А.
• Точность задания I_пр.ср. ± 4%.
• Диапазон задания амплитудного обратного напряжения на диод U_обр.и. от 100 до 660 В (СКЗ) с дискретностью 5 В.
• Точность задания U_обр.и. ± 4 %.
• Вид задаваемого сигнала прямоугольный (меандр) частотой 50 Гц и скважностью 2±0,2.
• Источник обратного напряжения обеспечивает нагрузочную способность 50мА на диодный модуль. Суммарный ток источника обратного напряжения Задатчика не менее 500 мА;
• Частота подаваемого сигнала ≥20 Гц.

Задатчик позволяет в реальном времени контролировать следующие параметры испытаний:

• амплитуду обратного напряжения U_обр.,
• прямой ток диодного модуля I_пр.,
• обратный ток диодного модуля I_обр. с погрешностью измерения ± 10 %

Задатчик обеспечивает:

• отключение режимов испытаний каждого диодного модуля при превышении заданного значения обратного тока I_обр. на одном или нескольких диодах модуля;
• возможность ручного переключения электрических режимов испытаний оператором, а также в автоматическом режимах;
• возможность ручного и дистанционного программного управления источниками напряжения и тока;
• защиту источников питания от короткого замыкания, превышения напряжения и/или тока.

Устройство и работа

Основными функциями Задатчика являются:

• задание амплитуды прямого тока Iпр от 1 до 50А с дискретностью не хуже 1 А от источников тока на диоды диодного моста в течение 10 мс каждого периода испытания,
• задание обратного напряжения Uобр.и. от 12 до 660 В с дискретностью 5 В от программируемого источника напряжения на диоды моста для измерения токов утечки. Обратное напряжение подаётся двумя последовательными разнополярными импульсами суммарной длительностью 7 мс с интервалами в 1мс между импульсами.
• осциллографирование напряжений амплитудой в несколько В при подаче прямого тока и обратного напряжения до 660В.
• осциллографирование прямого и обратных токов в каждом канале моста.
• перенастраиваемая защита каналов испытуемых диодных мостов по токам и напряжениям.
• сигнализация работы каналов мостов Задатчика светодиодами. При включении в работу режима нагружения моста светодиод соответствующего канала моста загорается, сигнализируя включение канала в работу. При срабатывании защиты светодиод гаснет, сигнализируя отключение канала.
• отключение режимов испытаний каждого диодного модуля при превышении заданного значения обратного тока Iобр. на одном или нескольких диодах модуля;
• возможность ручного переключения электрических режимов испытаний оператором, а также в автоматическом режимах;
• возможность ручного и дистанционного программного управления источниками напряжения и тока;
• защиту источников питания от короткого замыкания, превышения напряжения и/или тока.

В Задатчике 10 каналов испытуемых мостов разбиты на 5 пар по два канала в каждой. Каждая пара каналов запитывается от двух, подключенных параллельно, источников питания. Источники подключены в режиме повторителя тока для увеличения нагрузочной способности в режимах задания прямого тока. Источники подключены по схеме мастер-слэйв. При этом оператор управляет «мастером».
Парная схема работы источников питания используется для выравнивания нагрузки на источники при перекоммутации задаваемых импульсов прямого тока парных каналов мостов.
Схематично работа коммутатора каждого канала моста может быть описана следующим образом.
Нагружение моста прямым током производится в цикле, длительностью 20 мс. (50Гц).
Цикл разбит на 2 равные временные фазы по 10 мс каждая. В первой фазе подается прямоугольный импульс прямого тока. Обратное напряжение при этом выключено.
Во второй фазе отключены ключи подачи прямого тока, а при помощи ключей обратного напряжения подаются последовательно 2 импульса обратного напряжения противоположной полярности в точки «~» (переменного тока) моста. Между всеми импульсами выдерживается пауза порядка 1мс.
Каждый импульс напряжения и тока (всего по 7 измерительных каналов АЦП на канал моста) оцифровывается каналами модулей АЦП контроллера и осциллограмма каждого измерительного канала для контроля при необходимости выводится оператору.
Цикл нагружения парных каналов моста организован противофазно. В фазе нагружения канала моста прямым током парный канал нагружается импульсами обратного напряжения и наоборот. В следующем цикле процесс повторяется.
Таким образом осуществляется выравнивание нагрузки на стабилизированные источники питания постоянного тока и обратного напряжения, сглаживая скачки тока и выравнивая нагрузку на питающую сеть.
Подача сигналов управления на плату коммутатора осуществляется при помощи модуля управления, установленного в слот шасси контроллера. В материнскую плату шасси также вмонтирована перепрограммируемая ПЛИС, в которую зашиты алгоритмы аппаратного управления коммутатором и алгоритмы быстродействующих аппаратных защит.
Осциллографирование сигналов напряжений и токов канала диодного моста производится в двух фазах нагружения при разных коэффициентах деления напряжения. Прямое напряжение измеряется в диапазоне 0-5 В, а обратное в диапазоне 0-730В. При этом осциллограмма измеряемых токов и напряжений представляемая оператору носит справочный характер и шкала оси ординат отградуирована в величинах напряжения, измеряемого модулями АЦП после делителя, управляемого программно и автоматически в соответствующей фазе нагружения диодного моста.
Реальные откалиброванные значения амплитуд сигналов токов и напряжений в каждой фазе нагружения диодных мостов отображаются в соответствующих окошках индикаторов панели оператора и отличаются от значений на шкале ординат осциллограмм.
Токи измеряются с помощью электронных датчиков тока и шунтов. При превышении величины максимального тока в каждом канале Задатчика испытание диодного моста в данном канале прекращается, путём выключения ключей коммутатора соответствующего канала. При этом гаснет индикаторный светодиод соответствующего канала на передней панели стенда.
При коротком замыкании в цепи подачи обратного напряжения в канале моста, перегорает предохранитель. Предохранитель рассчитан на ток 100мА.
Необходимое количество измерительных и управляющих модулей установлено в шасси контроллера. Модули соединены шлейфами с печатными платами коммутатора.