Федеральное агентство по образованию

Дальневосточный государственный технический университет

(ДВПИ им. В.В. Куйбышева)

Силовая электроника

Часть II

Методические указания к лабораторным работам.

Владивосток

2010

УДК 537.533.35

С

Силовая электроника: метод. указания к лабораторным работам. Часть II/ сост. В.К. Усольцев. – Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2010. – 50 с.

Методические указания предназначены для проведения лабораторных работ по курсу «Силовая электроника» для студентов направления 140400 «Электроэнергетика и электротехника» профилей «Электрооборудование и автоматика судов», «Электропривод и автоматика», «Электротехнологические установки и системы». Издание содержит методические указания, программы и варианты лабораторных работ.

Лабораторные работы выполняются с использованием моделирующей программы «Силовая электроника», работающей в среде программного обеспечения MathCAD 11 или MathCAD 13.

УДК 537.533.35

С

Одобрено научно-методическим советом ДВГТУ

ДВГТУ, изд-во ДВГТУ, 2010

Лабораторная работа № 4

РЕВЕРСИВНЫЕ ТРАНЗИСТОРНЫЕ ЩИРОТНО-

ИМПУЛЬНЫЕ МОДУЛЯТОРЫ

Цель работы. Ознакомится с принципами функционирования и приобрести навыки исследования различных схем реверсивных широтно-импульсных модуляторов (ШИМ). Определить основные параметры ШИМ. Получить основные сведения о системах управления ШИМ. Объем и исследуемые схемы выпрямления определяются вариантом задания табл. 4.1.

4.1. Методические указания

4.1.1. Реверсивный шим с совместным управлением

Функциональная схема реверсивного ШИМ с совместным управлением приведена на рис. 1. При совместном управлении совмещается формирование положительных и отрицательных импульсов, и они одновременно формируются в выходном напряжении.

Рис. 4.1. Функциональная схема ШИМ с совместным управлением:

ГПН – генератор пилообразного напряжении;, К – компаратор; ИУМ – импульсный усилитель мощности; Ф – фильтр высших гармоник

Генератор пилообразного напряжения ГПН формирует симметричную разнополярную пилу, которая суммируется с напряжением управления и поступает на компаратор с разнополярным выходным напряжением. Переключение компаратора происходит при , а его функционирование описывается следующей системой уравнений:

, если ; (4.1)

, если .

Импульсный усилитель мощности ИУМ усиливает импульсы компаратора, а фильтр Ф обеспечивает сглаживание тока или напряжения нагрузки. Если нагрузка обладает фильтрующими свойствами, то фильтр может отсутствовать.

Выходные каскады импульсного усилителя мощности реверсивного ШИМ реализованы в виде мостовой (рис. 4.2) схемы.

Временные диаграммы реверсивного ШИМ с совместным управлением при разнополярном выходном токе приведены на рис. 4.3. Когда открыты транзисторы, напряжение на нагрузке меньше напряжения E_d на величину падения напряжения на транзисторах. Когда открыты диоды, напряжение на нагрузке больше напряжения E_d на величину падения напряжения на диодах.

Рис. 4.2. Выходные каскады импульсного усилителя мощности

Рис. 4.3. Временные диаграммы реверсивного ШИМ с совместным управлением

В интервалах t₂ и t₄ энергия из источника Е.Д.С. передается в нагрузку, а в интервалах t₁ и t₄ происходит рекуперация энергии из нагрузки в источник Е.Д.С. В мостовой схеме ток i_d в среднем всегда положительный, но содержит отрицательные участки. Источник напряжения E_d построенный на базе выпрямителя не может пропустить отрицательный ток, поэтому он шунтируется емкостью достаточной величины.

Среднее значение напряжения на нагрузке равно

, (4.2)

где – относительная длительность положительного импульса.

Гармонический состав напряжения нагрузки найдем, приняв за нулевой момент времени середину положительного импульса, определив коэффициенты разложения Фурье для косинусоидальных составляющих. Соответственно амплитуды гармоник определяются выражением

(4.3)

где k – номер гармоники.

В выходном напряжении присутствуют гармоники со всеми (нечетными и четными) номерами. Коэффициент пульсаций напряжения учитывает только первую гармонику пульсаций, так как более высокие гармоники имеют меньшую амплитуду и эффективно фильтруются. При нулевом среднем напряжении нагрузки коэффициент пульсаций стремится к бесконечности

. (4.4)