Разработка схемы управления муфтой

По техническому заданию электромагнитная муфта фиксирует вал двигателя в неподвижном положении при отсутствии нужды в пушечной установке, а также при наезде на один из двух концевых выключателей.

Муфта включает в себя обмотки возбуждения и управления. Управляют обмотками сигналы, выходящие с процессора, с помощью D-триггера, микросхемы 1564ТМ2 [22] и каскада транзисторов. УГО 1564ТМ2 представлено на Рисунке 44, наименование контактов в таблице 8, алгебра логики в Таблице 9. Основные электрические параметры для D-триггера представлены в Таблице 10, схема включения D-триггера отображена на Рисунке 45.

Рисунок 44. УГО D-триггера 1564ТМ2

 

 

Таблица 8. Наименование контактов микросхемы 1564ТМ2

№ вывода	Обозначение вывода	Назначение вывода
1	CLR1	Вход установки «0» первого триггера
2	D1	Вход первого триггера
3	CLK1	Вход тактовый первого триггера
4	S1	Вход установки «1» первого триггера
5	Q1	Выход первого триггера
6	nQ1	Выход инверсный первого триггера
7	0V	Общий
8	nQ2	Выход инверсный второго триггера
9	Q2	Выход второго триггера
10	S2	Вход установки «1» второго триггера
11	CLK2	Вход тактовый второго триггера
12	D2	Вход второго триггера
13	CLR2	Вход установки «0» второго триггера
14	Vcc	Питание

 

Таблица 9. Таблица истинности микросхемы 1564ТМ2

Входы				Выходы
S	CLR	CLK	D	Q	nQ
L	H	X	X	H	L
H	L	X	X	L	H
L	L	X	X	H*	L*
H	H	↑	H	H	L
H	H	↑	L	L	H
H	H	H	X	Q0	nQ0
H	H	L	X	Q0	nQ0

 

Рисунок 45. Схема включения D-триггера 1564ТМ2 для управления электромагнитной муфтой

 

Таблица 10. Основные электрические параметры D-триггера 1564ТМ2

Наименование параметра, ед. изм	Режим измерения	Буквенное обозначение	Норма параметра
			Не менее	Не более
Вых. напряжение низкого уровня, В			-	0.26
Вых. напряжение высокого уровня, В			5.2	-
Ток потребления, мкА		Icc	-	4.0
Ток через один любой вывод, мА		Io	-	25

 

Данная микросхема представляет из себя сдвоенный D-триггер, это позволит нам, используя всего одну микросхему, управлять питанием и обмоткой возбуждения, и обмоткой управления.

Для управления обмоткой возбуждения соединяем два выхода микроконтроллера с выводами D-триггера CLR2 и S2, а выводы D2 и CLK2 подтягиваем к земляной шине. Таким образом, следуя Таблице 9, с помощью двух выводов уже можно управлять напряжением, выходящим с D-триггера. В один из сигналов, идущих с микроконтроллера, располагаем RC-цепочку, чтобы организовать задержку и не допустить одновременной одинаковой смены уровней. Пусть задержка распространения будет 1 мс, тогда при конденсаторе C3 номиналом 0.1 мкФ сопротивление R2 рассчитаем по следующей формуле

C3; (59)

кОм; (60)

Выбираем резистор номиналом 3.3 кОм. При запуске системы (включение пушечной установки), сигналы с микроконтроллера через триггер Шмитта 1554ТЛ2ТБМ приходят на выводы CLR2 и S2 и снимаются только тогда, когда происходит отключение системы. А управление муфтой, будет производиться обмоткой управления.

Для управления обмоткой управления коммутируем сигналы микроконтроллера и концевого выключателя через триггеры Шмитта 1554ТЛ2ТБМ как на Рисунке 45. Подтягиваем вывод D1 к 5В. При стабильной работе системы, то есть без наезда на концевой выключатель, на обмотку возбуждения необходимо подавать напряжение, чтобы ее разомкнуть, т.е. включить. В данном режиме на вход микросхемы 1554ТЛ2ТБМ приходит высокий уровень напряжения с pull-up резистора R1 номиналом 1 кОм. Т.е. на выводе CLK1 – низкий уровень. При включении муфты (выводы «S» = H, «CLR» = L) переводим управляющие выводы «S» и «CLR» в состояние высокого уровня H. По Таблице 9 видно, что при такой комбинации сохраняется предыдущее значение выходного сигнала. Но в любой момент есть возможность перевести выход в инверсное состояние для того, чтобы замкнуть муфту.  Таким образом, при штатной работе системы всегда есть возможность отключить муфту, чтобы она зафиксировала вал двигателя, сигналами на выводах CLR1 и S1.

При наезде на концевой выключатель, муфта должна отключиться автоматически, чтобы зафиксировать вал двигателя, когда он закончит свое динамическое торможение. В данном случае на вход триггера Шмитта DD1C приходит низкий логический уровень, спустя время RC-цепочек, отображенных на Рисунке 41. За это время задержки, принимаемое 100 мс, по ранее рассчитанным формулам (57) и (59), двигатель начнет динамически тормозиться, и муфта выключиться, чтобы организовать дополнительное торможение и зафиксировать вал двигателя. Происходит это благодаря тому, что при наезде на концевой выключатель на вход микросхемы DD1C Рисунка 45 приходит нулевой логический уровень. Соответственно, на выходе триггера Шмитта образуется смена напряжения, с 0В на 5В, что вызовет передний фронт и, в соответствии с Таблицей 9 входные сигналы «S1» = H, «CLR1» = H, «D1» = H, «CLK1» = ↑ образуют противоположный сигнал с выхода D-триггера, тем самым отключая муфту.

Схемы питания обмотки управления и обмотки возбуждения являются идентичными друг другу, поэтому в РПЗ приводится схема только обмотки управления (Рисунок 46).

Рисунок 46. Обмотка управления электромагнитной муфты

Транзисторы VT13 и VT14, известные нам 2Т3130Б9, работают в ключевом режиме. База транзистора VT13 коммутируется с D-триггером 1564ТМ2. Делитель напряжения, собранный из резисторов R39 и R44 с соотношение 1:1 позволяет открывать и закрывать полевой транзистор VT12 2П7160И, уже присутствующие в данной схеме, к затвору которого присоединен резистор 10 Ом, предотвращая непредвиденные отпирания транзистора. При открытом транзисторе VT13 резистор R39 должен рассеивать 0.6 Вт, что достаточно много для SMD компонентов, поэтому выбираем 2 ваттный резистор. Когда транзистор VT12 закрыт – ток по обмотке не протекает, иная ситуация будет при открытии VT12. Обмотка управления одним концом соединена с катодом диода VD6, другой же конец обмотки соединяется с анодом того же диода. Диод VD6 необходим для рассеивания энергии при коммутациях обмотки и устранения возможных всплесков, так как обмотка представляет из себя индуктивность. Таким образом необходимо выбрать быстровосстанавливающийся диод, способный держать силу тока не менее 1.5 ампера. Исходя из этого выбираем быстровосстанавливающийся диод 2Д676А94 с электрическими параметрами, приведенными в Таблице 11

Таблица 11. Электрические параметры диода 2Д676А94

Параметр	Обозначение	Ед. измерения	Значение
Прямой максимальный ток		А	3
Максимальное обратное напряжение		В	400
Прямое падение напряжения		В	1.4
Время обратного восстановления		нс	50