1.3.7. Управление с помощью широтно-импульсной модуляции.
Коммутатор с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) обеспечивает стабилизацию тока с незначительными потерями. Основная функция ШИМ коммутатора представлена на рис. 1.33.
Рис. 1.33. Схема ШИМ и формы кривых напряжения: 1 - нагрузка; 2 - токоизмерительный резистор; 3 - диод обратного тока.
Здесь индуктивная нагрузка, помещенная в пунктирный прямоугольник, представляет собой обычный коммутатор (рис. 1.34).
Рис. 1.34. Схема коммутатора типа ШИМ: 1 - циркуляционный ток после запирания VT1; 2 - датчик тока; 3 - ток после запирания VT4.
Напряжение на датчике тока нагрузки сравнивается с эталонным с помощью операционного усилителя с высоким коэффициентом усиления. Эталонное напряжение представляет собой сумму высокочастотной компоненты треугольной или синусоидальной формы и постоянной составляющей, с которой необходимо сравнить напряжение датчика. Если постоянная компонента эталонного сигнала и напряжение датчика близки, то выходной сигнал усилителя будет иметь прямоугольную форму, как показано для v0на рис. 1.33.
Так как коэффициент усиления высок, то выходное напряжение на обмотках двигателя импульсно изменится практически от нуля до напряжения источника питания. Сигнал усиливается транзистором VT2 и подается на базу основного переключающего транзистора VT1 для импульсной коммутации последнего. В состоянии включения ток проходит от источника питания к нагрузке, в противном случае протекает через диод обратного тока. Если частота переключений транзисторов выбрана в диапазоне до 30 кГц, то колебательная компонента в токе нагрузки очень мала. Так как при этом управлении напряжение, подаваемое на двигатель, носит импульсный характер, то такое управление часто называют вибрационным. Когда ток меньше заданного значения, у VT2 растет скважность сигнала управления. В противном случае она уменьшается.
Значение напряжения, подводимого к коммутатору двигателя,
Преимущества ШИМ или вибрационного управления заключаются в единственном источнике питания, малых потерях мощности и автоматическом регулировании напряжения для управления при нормированном токе.
Рассмотрим форму кривой тока в цепи рис. 1.34. Сразу после включения VT1 при однофазном управлении ток устанавливается на более низком значении, чем соответствующее эталонное, и VT4 находится в 0 так, что источник питания высокого напряжения подключен к обмотке фазы 1, и ток нарастает достаточно быстро. Когда ток достигает значения, близкого к Vr/Rr, VT4 начинает работать в ключевом или вибрационном режиме и ток через обмотку выглядит, как показано на рис. 1.35,и стабилизируется на заданном значении.
Рис. 1. 35. Прямоугольная форма напряжения и форма кривой тока.
Когда транзистор VT1 выключается, ток быстро уменьшается, благодаря диодно-резисторной защите, включенной параллельно обмотке.
В коммутаторе ШИМ этого типа частота коммутации транзисторов определяется значением напряжения источника питания. Недостаток ШИМ управления заключается в том, что коммутатор создает электромагнитные помехи и акустический шум.