В автоматический режим измерений прибор переводится выключателем SA2. Измерения производятся вторым АЦП микроконтроллера, который подключён к выводу RA1.
Рис. 8. Информация на экране ЖК-дисплея
Рис. 9. Информация на экране ЖК-дисплея
Измерения запускаются при нажатии на кнопку SB1 и прибор начинает подавать импульсы напряжения на проверяемую катушку. Каждый последующий импульс, начиная с длительности 5 мкс, больше предыдущего на 5 мкс. Период следования импульсов - 300 мс. На экран ЖК-дисплея сначала выводится значение временного интервала, который сканируется, например "45-85 мкс" (рис. 8), а затем разность приращений тока в уровнях квантования dUn (рис. 9):
dU1 =U1 - U0;
dU2 = U2 - U1;
dU3 = U3 - U2;
dU4 = U4 - U3;
dU5 = U5 - U4;
dU6 = U6 - U5;
dU7 = U7 - U6;
dU8 = U8 - U7.
Рис. 10. Информация на экране ЖК-дисплея
Далее программа по этим данным анализирует скорость нарастания тока, учитывает возможные ошибки измерения, и если скорость, которая определяется как dUN/dt = dUN/5мкс, не превышает тангенс угла наклона, равный соотношению 5/1, т. е. 78 градусов, значение которого выбрано эмпирически, то делается вывод, что ток нарастает линейно. Тогда программа переходит к анализу следующего временного интервала, т. е. "485-525 мкс" (рис. 10) и т. д. При насыщении магнитопровода скорость нарастания напряжения на датчике тока резко увеличивается. По результатам измерения делается вывод, что если не менее трёх раз подряд измерения превысили допустимые значения, т. е. скорость нарастания тока стала больше, значит, магнитопровод на этом интервале входит в режим насыщения. Тогда дальнейшее сканирование останавливаются и от длительности третьего по счёту импульса, при котором произошло насыщение, вычитается выражение Wx5 мкс, где W - число шагов, сделанных программой от момента обнаружения импульса первого, при котором произошло насыщение, до момента обнаружения третьего. После этого в течение 5 с на экран выводится полученное значение максимально допустимой длительности импульса амплитудой 12 В, например 495 мкс (рис. 11). После этого программа производит перерасчёт максимально допустимых значений длительности выпрямленных импульсов для сетевого напряжений 230 В (амплитуда - 325 В) и на случай повышения напряжения в сети до 250 В (амплитуда - 356 В). Результаты измерений и расчётов выводятся на экран ЖК-дисплея (рис. 12). Максимально допустимая длительность импульса - 18 мкс для сетевого напряжения 230 В и 16 мкс - для повышенного сетевого напряжения в 250 В. При повторном измерении в автоматическом режиме провода подключения обмотки к прибору рекомендуется поменять местами.
Рис. 11. Информация на экране ЖК-дисплея
Рис. 12. Информация на экране ЖК-дисплея
Если сравнить результаты измерений для трансформатора, изображённого на рис. 3, выполненных в ручном режиме с помощью осциллографа, и в автоматическом режиме, в первом случае насыщение наступает при длительности импульса около 460 мкс (см. рис. 6, цена деления развёртки по оси Х - 100 мкс), а в автоматическом режиме длительность импульса - 495 мкс, т. е. разница небольшая.
Рис. 13. Чертеж печатной платы устройства
Рис. 14. Расположение элементов на плате
Конструкция и детали. Все детали смонтированы на плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита, её чертёж показан на рис. 13, а расположение элементов на плате - на рис. 14. Применены постоянные резисторы серии МЛТ, С2-23, CF-25, подстроечный резистор R3 - СП3-38Б или RM065, резистор R7 - 3362W-1-103LP или PV36W502. На месте диода VD3 рекомендуется использовать импульсный диод серии FR801 или FFPF10P20STU. Конденсаторы С1 и С2 - оксидные серии ECAP, транзистор IRFZ44N можно заменить транзистором IRFZ48N, AUIRFZ44Z. Для этого транзистора был применён ребристый теплоотвод размерами 30x18 мм в основании и высотой 40 мм. ЖК-дисплей WH1602B-YYH-CTK1 можно заменить аналогичным на базе контроллера HD44780. Вместо микросхемы КР142ЕН5А можно применить микросхемы L4940V5, L7805ABV.
Налаживание прибора сводится к определению допустимой длительности импульса с помощью осциллографа, а затем в автоматическом режиме нужно выбрать оптимальное приращение времени, в течение которого производится измерение скорости нарастания тока и выбрать допустимую скорость нарастания тока. Испытания надо произвести для разных магнитопроводов с различными воздушными зазорами магнитопровода. Если измерения, произведённые в ручном и автоматическом режимах, совпадают с незначительными погрешностями, можно сделать вывод, что налаживание прибора произведено. В этом приборе в результате испытаний был сделан вывод, что при приращении длительности на 5 мкс разность уровней не должна превысить 25 единиц. В противном случае магнитопровод начинает входить в насыщение.
Программы и файлы для программирования микроконтроллера, а также чертёж печатной платы находятся здесь.
Литература
1.Мартин М. Инсайдерское руководство по STM32. - URL: https://clck.ru/32FYh2 (05.10.22).
2.Гумеров Ю., Зуев А. Определение тока насыщения катушек индуктивности с магнитопроводами. - Радио, 2007, № 8, с. 36, 37.
Автор: С. Мироненко, г. Ейск Краснодарского края