УСТРОЙСТВО ГАЛЬВАНИЧЕСКОЙ РАЗВЯЗКИ

Полезная модель относится к устройствам гальванической развязки для передачи аналоговых сигналов от контроллера к электроприводам механизмов прокатного стана и обратно при реконструкции системы автоматизации прокатного стана.
Известно устройство гальванической развязки, выполненное в виде датчика напряжения ДН-2 из комплекта модулей УБСР-А, включающего модулятор, трансформатор и демодулятор. Датчик работает на принципе модуляции входного сигнала постоянного тока в пропорциональный сигнал переменного тока в модуляторе с последующим трансформированием и демодуляцией на выходе. Схема построена на транзисторах. (Датчик напряжения типа ДН-2 БУХЛ4. Техническое описание и инструкция по эксплуатации 6РЕ.369.015).
Основными недостатками этого устройства являются:
-недостаточно «жесткая» внешняя характеристика, что снижает точность передачи сигнала до недопустимой и снижает надежность передачи правильной информации;
- гальваническая связь источника питания с выходным напряжением датчика, что делает возможным его применение только для приема сигнала в электропривод;
- наличие для питания коммутирующего напряжения 1,5 кГц 24 В т.е. необходимы дополнительные блоки питания. Таким образом, применение ДН-2 снижает надежность работы схемы и усложняет ее.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому устройству является ячейка гальванической развязки №406, входящая в состав тиристорных преобразователей КТЭ с ЕВО. Ячейка включает 2 канала, предназначенных
для приемки и выдачи гальванически разделенных сигналов и источник питания - генератор прямоугольных импульсов (ГПИ). Каждый канал ячейки гальванической развязки включает в себя модулятор, разделяющий элемент-трансформатор и демодулятор. Модулятор и демодулятор соединены с трансформатором, который соединен с источником питания. Модулятор, демодулятор и источник питания (ГПИ) выполнены на базе транзисторов и операционных усилителей. (Комплект заводской документации ЗПО «Преобразователь», техническое описание - ТИАК 687243.088 ТО, принципиальная схема - ТИАК 687243.088 Э3).
Недостатками данной ячейки являются:
- уровень максимально допустимого сигнала со стороны электропривода составляет ±10 В, в то время как ряд электроприводов имеют уровень сигнала УБСР-А - ±24 В, т.е. потребуется принятие дополнительных схемных решений для согласования уровней сигналов, что усложнит схему;
- выход 1-го канала, вход 2-го канала и схема питания гальванически связаны между собой, что для некоторых электроприводов недопустимо;
- требуемое напряжение питания ячейки составляет ±12 В, но в ряде электроприводов такое напряжение отсутствует, т.е. необходимы дополнительные блоки питания. Таким образом, применение ячейки №406 для решения поставленной задачи усложняет схему электропривода, а значит делает ее менее надежной и более сложной в обслуживании.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение гальванической развязки аналоговых сигналов при их передаче от контроллера в управляемый им электропривод и, наоборот, при условии, что максимальный уровень аналогового сигнала со стороны электропривода может быть как ±10 В для электроприводов, выполненных на базе УБСР-АИ, так и ±24 В для электроприводов, выполненных на базе УБСР-А, а со стороны контроллера ±10 В, также отсутствие гальванической связи между каналами модели и питание устройства однофазным напряжением ~220 В. Таким
образом, повышается универсальность устройства, упрощается его обслуживание, повышается ее надежность.
Поставленная задача решается тем, что устройство гальванической развязки, включающее модулятор и демодулятор, соединенные с разделяющим элементом, который соединен с источником питания, отличается тем, разделяющий элемент выполнен в виде оптопары, модулятор, демодулятор и оптопара объединены в микросхему усилителя сигма-дельта модулятора, устройство снабжено трансформатором и входным делителем, который соединен со входом микросхемы усилителя сигма-дельта модулятора, выход которой соединен с фильтром, который соединен с выходными усилителями и источником питания, который соединен с трансформатором и микросхемой усилителя сигма-дельта модулятора и выходными усилителями, причем усилители последовательно соединены между собой.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где представлена блок-схема одного канала предлагаемого устройства. Устройство включает последовательно соединенные: входной делитель 1; микросхему усилителя сигма-дельта модулятора 2; фильтр 3; 2 выходных усилителя 4 и 5; источник питания 6, подключенный через трансформатор 7 к напряжению питания ~220 В.
Предлагаемое устройство работает следующим образом: наличие или отсутствие перемычки А на разъеме меняет коэффициент передачи входного делителя 1 в зависимости от максимального уровня входного сигнала: (при уровне ±24 В перемычка устанавливается, при уровне ±10 В перемычка не устанавливается). Потенциальная развязка входного аналогового сигнала осуществляется микросхемой усилителя сигма-дельта модулятора 2, для работы которой использован гальванически развязанный выход источника питания 6, подключенный через трансформатор 7 к напряжению питания ~220 В. После развязки сигнал фильтруется фильтром 3, который имеет также возможность корректировки коэффициента передачи устройства в пределах ±10%. После фильтра 3 сигнал поступает на последовательно соединенные
выходные усилители 4 и 5 для возможности удвоения выходного напряжения. Если максимальный уровень выходного сигнала должен составлять ±10 В, используется выход усилителя 4 относительно общей точки; если максимальный уровень выходного сигнала должен составлять ±24 В, используется выход усилителя 5 относительно выхода усилителя 4.
Таким образом, в самом устройстве никаких переключений в зависимости от уровней входного и выходного напряжений делать не нужно, что повышает универсальность устройства и упрощает его использование и обслуживание. Питание устройства от однофазного напряжения ~220 В, которое имеется во всех электроприводах, не потребует усложнения их схем дополнительными источниками питания.
Предлагаемое устройство гальванической развязки, состоит из 3-х независимых каналов гальванической развязки аналоговых сигналов с индивидуальным питанием ~220 В для каждого и смонтировано в конструктив существующих блоков УБСР-А, вставляемых в шкаф управления через стандартный разъем РП30-10. Максимальный уровень входного сигнала (±10 В или ±24 В) определяется наличием или отсутствием перемычки на внешнем разъеме шкафа, а максимальный уровень выходного сигнала (±10В или ±24 В) определяется точкой снятия выходного сигнала также на внешнем разъеме шкафа, что делает все устройства гальванической развязки в цеху взаимозаменяемыми, что важно для их обслуживания.
Предлагаемое устройство гальванической развязки применено в ЛПЦ-4 ОАО «ММК» для связи контроллеров новых систем автоматизации и существующих приводов. В результате повысилась надежность работы электрооборудования, упростилось его обслуживание.