2.1 Принцип управления мостовыми широтно-импульсными преобразователями

Транзисторный мостовой (реверсивный) широтно-импульсный преобразователь (ШИП) состоит из прямого управляемого транзисторного моста и обратного неуправляемого диодного моста (рисунок 2). В одну из диагоналей моста включена нагрузка, а другая подключена к источнику питания. Две пары транзисторных ключей моста (на рисунке 1 VTI, VT4 и VT3, VT2) образуют две группы управляемых вентилей, каждая из которых обеспечивает своё направление тока от источника через нагрузку. Транзисторные ключи работают в режиме переключения.

Диоды образуют цепь протекания тока нагрузки в интервалах времени, когда такая цепь не создана транзисторными ключами. Прежде всего, диоды образуют цепь для замыкания тока, обусловленного ЭДС самоиндукции при активно-индуктивной нагрузке.

Преобразователь обеспечивает импульсную модуляцию напряжения, подводимого к двигателю. При этом амплитуда импульсов напряжения на двигателе постоянная и равна напряжению источника , а ширина импульсов регулируется плавно в широких пределах. В зависимости от управления транзисторными ключами преобразователь может обеспечивать однополярные или разнополярные импульсы напряжения на двигателе. В результате среднее значение напряжения на двигателе изменяется соответственно от 0 до +или от +до.

Управление транзисторными ключами групп вентилей моста выбрано совместное. При совместном управлении одновременно осуществляется управление ключами обеих групп вентилей.

Последовательность включения и выключения транзисторных ключей определяется законом коммутации вентилей.

Симметричный закон коммутации транзисторных ключей обеспечивает неизменность конфигурации силовой цепи относительно нагрузки, поэтому сопротивление силовой цепи на интервалах управления ключами остаётся неизменным.

Несимметричный закон коммутации транзисторными ключами изменяет конфигурацию силовой цепи, что приводит к изменению сопротивления нагрузки на разных интервалах управления ключами.

В курсовом проекте нам задан Несимметричный закон коммутации.

Поясним работу мостового ШИП при несимметричном законе коммутации.

Приняты следующие допущения:

• вентили идеальные;

• источник обладает двухсторонней проводимостью, внутреннее сопротивление источника равно нулю;

• ЭДС двигателя на интервале управления в квазиустановившемся режиме постоянная (Е_дв= const).

Мостовой шип с несимметричным законом управления

Схема преобразователя, диаграммы напряжения управления, напряжения преобразователя и тока двигателя приведены на рисунке 3. На интервале времени t₁ двигатель подключен к источнику питания, а на интервале t₂ – закорочен накоротко. Дифференциальные уравнения напряжений, соответствующие этим интервалам, имеют вид

для интервала времени t₁ и

для интервала времени t₂.

Напряжение на двигателе импульсное однополярное, амплитуда пульсаций напряжения U_пр= U_п.

Ток в цепи нагрузки имеет непрерывный характер, амплитуда пульсаций тока

,

где .

Пульсации тока максимальны при :

Среднее значение напряжения на нагрузке

.

Среднее значение тока двигателя

.

Электромеханические характеристики электропривода приведены на рисунке 5. Характеристики линейные, расположены в 2-х квадрантах (в 1 и 2). Для реверсирования двигателя необходимо поменять управление транзисторными ключами VT1 и VT2 (рисунок 4). Теперь характеристики электропривода расположатся в четырёх квадрантах. На рисунке 5 приняты следующие обозначения: и,

где t_- и t₊ – соответственно длительности положительного и отрицательного импульсов напряжения на нагрузке.

Области А и В соответствуют знакопостоянному току, а области С – переменному току. Максимальное значение граничный ток имеет при

.

Расчет параметров элементов и характеристик силовой цепи.