20.Полоса пропускания тп. Структурные схемы и передаточные функции преобразователя.
В диапазоне частот
ТП может пропускать переменный управляющий
сигнал, не давая постоянной составляющей.
Однако это имеет место только для
небольших диапазонов изменения α и при
определенных начальных фазах входного
сигнала. Поэтому практически полоса
пропускания ТП ограничивается частотой
питающей сети.
В полосе пропускания ТП (fу < fс) силовую часть ТП можно рассматривать как безынерционное звено с косинусоидальной зависимость ЭДС от угла открытия Ed = Ed0 cosα.
В отличие от силовой части ТП, СИФУ может вносить заметные фазовые сдвиги величины α относительно управляющего напряжения.
Они определяются инерционностью элементов входящих в состав СИФУ. В зависимости от исполнения, СИФУ как инерционное звено, может приводится к виду апериодического звена, звена с чистым запаздыванием или к тому и другому вместе.
С учетом инерционности СИФУ, передаточные функции ТП для линейного участка его характеристики управления имеют вид:
,
,
,
где kп – коэффициент усиления ТП;
Тп – постоянная времени преобразователя;
τп – время запаздывания (задержки).
(Тп ≈ 0,01 … 0,015 с; τп ≈ 0,007 … 0,015 с.)
Поскольку инерционность ТП мала, то ее учитывают только для малоинерционной нагрузки, постоянная времени которой соизмеримы с Тп и τп и при условии требуемого высокого быстродействия регулирования выходной координаты нагрузки. Примером такой нагрузки может служить двигатель постоянного тока с независимым возбуждением. Структурная схема ТП для такой нагрузки с совместным несогласованным управлением приведена на рисунке.
20.
Для нагрузки с большой индуктивностью (обмотки возбуждения) область прерывистых токов практически отсутствует. В этом случае Idгр = 0 и при совместном несогласованном управлении характеристика обратной связи по току вырождается в характеристику идеального реле. Инерционность ТП мала по сравнению с инерционностью указанной нагрузки и не учитывается в расчетах. С учетом отмеченных факторов структурная схема ТП с активно–индуктивной нагрузкой приобретает вид
Для согласованного управления обратная связь по току в структурных схемах отсутствует и преобразователь оказывается линейным звеном.
21.Широтно-импульсные преобразователи /шип/ постоянного тока. Блок-схема шип и шим.
ШИП преобразует неизменное напряжение постоянного тока в регулируемое и, по сравнению с ТП, характеризуется большей полосой пропускания и большей линейностью характеристик управления. Применяется ШИП для электропривода с высоким быстродействием и точностью регулирования. Однако ШИМ (широтно-импульсная модуляция) выходного напряжения вызывает дополнительные потери электроэнергии от пульсаций рабочего тока и процессов коммутации вентилей. Для режимов рекуперации энергии необходим источник питания ШИП, допускающей протекания тока в оба направления. При отсутствии такого источника обычно применяют неуправляемый выпрямитель, дополненный соответствующими цепями, в которых гасится рекуперируемая нагрузкой электроэнергии. Отмеченные недостатки ШИП ограничивают его применение для электроприводов небольшой мощности – от долей кВт до нескольких кВт.
Функционально ШИП состоит из двух частей: входного блока Б1 – ШИМ и выходного блока Б2 – вентильного коммутатора (ВК).
ШИМ преобразует входную координату – напряжение управления Uу во внутреннею координату – скважность включения вентилей .
,
tв – продолжительность включения положительного или отрицательного импульса напряжения, приложенного к нагрузке, – для ШИП с однополярными импульсами или продолжительность положительного импульса для ШИП с разнополярными импульсами;
Т = tв + tо – период коммутации вентилей.
21.
В состав ШИМ входят генератор опорного напряжения (ГОН), вырабатывающий напряжение пилообразной формы Uоп с частотой fк = 1/Т, пороговое устройство ПУ, дающее нулевой сигнал при Uоп – Uу > 0 и единичный сигнал при Uоп – Uу ≤ 0, формирователь управляющих импульсов ФУИ, преобразующий сигналы ГОН и ПУ в управляющие импульсы для силовых вентилей коммутатора ВК.
ВК (тиристоры или транзисторы) реализует заданную с помощью ШИМ скважность выходных импульсов ЭДС. Среднее значение ЭДС ШИП определяется по формуле
,
ed – мгновенная ЭДС ШИП, прикладываемая к нагрузке.
Рассмотрим простейшую нереверсивную схему ШИП, состоящего из одного ключа ВК и одного диода VD, которая обеспечивает однополярные импульсы выходной ЭДС со средним значением
.
Диод VD создает контур для протекания тока под действием ЭДС самоиндукции на интервале отключения коммутатора.