1. Общие сведения

Широтно-импульсный модулятор (ШИМ) представляет собой главный блок системы управления широтно-импульсного преобразователя.

ШИМ предназначен для преобразования аналогового сигнала в последовательность импульсов с изменяемой скважностью γ и постоянной частотой f. Скважность определяется как отношение длительности импульса выходного напряжения t_и к периоду выходного напряжения Т=t_и+t_п, где t_п – длительность паузы выходного напряжения ШИМ:

γ= t_и /Т, (1)

где Т=1/ f .

Анализ выражения (1) показывает, что скважность γ прямо пропорциональна длительности импульса выходного напряжения t_и и может изменяться в пределах от 0 до 1.

Н а рис.1 показана функциональная схема ШИМ, где И – интегратор, РЭ - релейный элемент, К – компаратор. На рис.2 показаны диаграммы работы ШИМ.

К омпаратор К сравнивает напряжение генератора треугольных импульсов U_гти с напряжением управления U_у и формирует на выходе разнополярные импульсы со скважностью, зависящей от напряжения управления.

Между скважностью γ и напряжением управления ШИМ U_у существует пропорциональная зависимость:

γ=К U_у ,

где К – коэффициент пропорциональности, зависящий от амплитуды генератора треугольных импульсов.

2. Программа исследований

2.1. Ознакомьтесь с расположением измерительных приборов и органов управления лабораторным стендом, настройте развертку электроннолучевого индикатора, подав на вход «Х10» треугольный периодический сигнал.

2.2. Исследуйте модель ШИМ:

• соберите схему (рис.3), используя два линейных и один нелинейный модули (К₁ =10, К₂ =5, К_н =мах, Т₁ =0,01; а₁=-1, 0 ‹ а₂ ‹1, а₃=в₃=1, с₃‹1);

• подайте на блок в₃ напряжение U_у от регулируемого источника 10 В;

• осциллографируйте выходное напряжение ШИМ;

• определите зависимость скважности от напряжения управления γ=f(U_у), данные занесите в табл.1;

• постройте полученную зависимость γ =f(U_у);

• исследуйте модель ШИМ при подаче на блок в₃ синусоидального напряжения низкой частоты от встроенного генератора АВК-6;

• осциллографируйте выходные напряжения ШИМ: U_гти , U_рэ , U_к.

Таблица 1

Uу, В
γ	0	0,5	1

Лабораторная работа 6

СИСТЕМА ИМПУЛЬСНО-ФАЗОВОГО УПРАВЛЕНИЯ (СИФУ)

Цель работы: изучение принципа действия и исследование характеристик одноканальной синхронной СИФУ.

1. Общие сведения

Для управления тиристорными преобразователями наиболее часто применяются системы импульсно-фазового управления (СИФУ), осуществляющие вертикальный способ управления тиристорами. СИФУ позволяют изменять угол регулирования  в пределах от 0 до 180^о, обеспечивая тем самым изменение выходного напряжения от 0 до номинального значения.

К СИФУ предъявляются следующие требования:

- должна быть обеспечена линейная зависимость угла отпирания тиристора от напряжения управления =f(Uу),

- амплитуда импульса должна быть достаточной для надежного отпирания тиристора (обычно Iу>1 А),

- импульс управления должен быть узким, с крутым передним фронтом, продолжительностью больше, чем время включения тиристора.

Для выполнения своих функций СИФУ должна содержать как минимум четыре узла: узел синхронизации (УС), фазосдвигающее устройство (ФСУ), усилитель-формирователь импульсов управления (УФ) тиристора и устройство гальванической развязки (ГР).

УС и ФСУ должны обеспечить управление углом .

УФ должны обеспечивать надежное включение тиристоров в заданные моменты времени.

ГР необходима для разделения высокого потенциала силовой части тиристорного преобразователя и низкого потенциала системы управления, а также для согласования выходного сопротивления УФ с входным сопротивлением тиристора.

Для надежного включения тиристора практикуют серию из двух и более импульсов управления. Продолжительность серии - не менее 60^о.

К настоящему времени разработано большое количество СИФУ, удовлетворяющее самым разнообразным требованиям.

Классификацию СИФУ можно провести по следующим признакам:

- по способу отсчета угла ,

- по типу синхронизации,

- по виду развертываемого сигнала,

- по форме преобразования информации.

По способу отсчета угла  СИФУ делятся на одноканальные и многоканальные. В многоканальных СИФУ отсчет углов для каждого тиристора производится в собственном канале, в одноканальных – в одном канале для всех тиристоров. Одноканальное построение СИФУ позволяет исключить различие параметров элементов цепей, задающих выдержку времени, из числа источников аппаратурной погрешности углов .

По типу синхронизации различают синхронные и асинхронные СИФУ. В синхронных СИФУ определение требуемого момента включения тиристора производится путем отсчета временного интервала от нуля синусоиды напряжения питающей сети, а в асинхронных - от момента предыдущего включения тиристора. В асинхронных СИФУ синхронизация с сетью служит только для ограничения углов . Вследствие своего принципа действия асинхронные СИФУ могут быть только одноканальными, а синхронные - одно- и многоканальными.

По виду развертываемого сигнала СИФУ делятся на СИФУ вертикального действия (вертикальные) и СИФУ интегрирующего действия (интегрирующие), в которых развертывается соответственно опорный и управляющий сигналы.

О бщая схема ФСУ СИФУ в аналоговом варианте показана на рис.1.

ФСУ СИФУ с линейной разверткой служит интегратор И и компаратор К, вырабатывающий командный сигнал Ua на включение тиристора в момент равенства алгебраической суммы сигналов Uи и Uу (Uоп) на его входе. Возврат интегратора в исходное состояние осуществляется в момент подачи импульса синхронизации УС (замыкание ключа УС). При равенстве Uи и Uу К изменяет свое состояние на противоположное, что является сигналом тиристору. В вертикальных СИФУ угол  обычно пропорционален напряжению управления Uу. Если же на вход И подать сигнал управления Uу, то его выходное напряжение Uи будет зависеть от закона изменения Uу(t). На вход К в этом случае поступает сигнал Uоп. СИФУ, построенная по такому принципу, называется интегрирующей, а угол  зависит от среднего значения напряжения управления за интервал от 0 до . Такая СИФУ будет иметь запаздывание, однако никогда не потеряет управляемости при dUу/dt > dUоп/dt.

Последнее однако же происходит в вертикальной СИФУ и является ее недостатком.

По форме преобразования информации СИФУ подразделяют на аналоговые и цифровые. Цифровое исполнение СИФУ по сравнению с аналоговым определяет более высокую технологичность изделия: практически отсутствуют подстройка и наладка при вводе в эксплуатацию, дрейф сигналов, а также обеспечивается высокая повторяемость режимов.

Функциональная схема одного канала СИФУ и диаграммы работы его элементов показаны соответственно на рис.2 и 3.

На схеме рис.2 обозначены:

ИСН - источник синхронизирующего напряжения, обычно выполняется в виде понижающего маломощного трансформатора.

ГПН - генератор периодического напряжения, как правило, линейно нарастающего ("пилообразного").

К - компаратор (нуль-орган). Здесь сравниваются два напряжения - с выхода ГПН и напряжение управления. На выходе компаратора вырабатывается угол регулирования .

УФ - усилитель-формирователь импульсов управления, формирует необходимые параметры импульса управления тиристором: амплитуду, длительность и форму.

Г Р - гальваническая развязка, обеспечивающая разделение высокого потенциала силовой цепи и низкого потенциала системы управления. Обычно выполняется на импульсном трансформаторе или оптроне.

2. Программа исследований

2.1. Настройте развертку электроннолучевого индикатора, подав на вход «Х10» треугольный периодический сигнал с ГТН.

2.2. Исследуйте модель одного канала СИФУ:

• соберите схему (рис.4), используя три линейных модуля (К₁ = К₂ =1,

К₃ =10, Т₃=0,01; а₁= в₁ =1, а₃ = -1);

• подайте на основной вход первого модуля напряжение с генератора треугольного напряжения U_гтн, а на вход в₁ - U_у = -10 … +10 В;

• осциллографируйте напряжение генератора синусоидального напряжения (U_гсн), входное (U_гтн) и выходное (U_к) напряжения первого модуля, а также и выходное напряжение второго модуля (U_уф);

• снимите регулировочную характеристику СИФУ  =f(U_у),

где  - угол управления тиристором; U_у - напряжение управления (задания); данные занесите в табл.1;

• п остройте полученную характеристику  =f(U_у).

Таблица 1

Uу, В
, град	0	45	90	145	180

Лабораторная работа 7

ОДНОФАЗНЫЙ ТИРИСТОРНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ

Цель работы: изучение принципа действия и исследование характеристик однофазного тиристорного управляемого выпрямителя (УВ).