2.4 Разработка системы тестирования
Для определения работоспособности двигателя постоянного тока была разработана система тестирования, с помощью которой можно запускать двигатель, а также управлять его питанием посредством ШИМ.
2.4.1 Формирование модуля шим Общие сведения о шим
Широтно-импульсная модуляция применяется в технике, как способ преобразования переменного напряжения впостоянное, с изменением его среднего значения (Ud). Управление средним значением напряжения происходит путем изменения скважности импульсов.
Скважность – это отношение одного периода, к времени действия (длительности) импульса в нем. В англоязычной литературе часто встречается понятие коэффициент заполнения, который обратно пропорционален скважности (Рисунок 2.5).
Рисунок 2.5 - Коэффициенты заполнения импульсов.
На рисунке 2.5 изображены импульсы, которые возникают с определенной периодичностью, рассмотрим первый случай. Длительность импульса равна ¼ периода Т, это означает, что коэффициент заполнения равен 25%, а скважность – 4. Аналогично все выполняется и для остальных случаев. Специфическое название имеется у второго набора импульсов, когда коэффициент заполнения – 50%, этот сигнал называется меандр.
Существуют цифровые и аналоговые ШИМ. Принцип их работы остается одинаковым вне зависимости от исполнения.
Принцип действия заключается в сравнении двух видов сигналов:
Uоп – опорное (пилообразное, треугольное) напряжение;
Uупр – входное постоянное напряжение.
Эти сигналы поступают на компаратор, где они сравниваются и при их пересечении возникает / исчезает (или становится отрицательным) сигнал на выходе ШИМ.
Выходное напряжение Uвых ШИМ имеет вид импульсов, изменяя их длительность, регулируем среднее значение напряжения (Ud) на выходе ШИМ:
Рисунок 2.6 - Однополярнаямодуляция.
На рисунке 2.6 изображена однополярная модуляция, которая означает, что происходит формирование импульсов только положительной величины и имеет место нулевое значение напряжения. Осуществить однополярную модуляцию в некоторых схемах невозможно, ее преимущество: малое амплитудное значение высокочастотных гармоник.
Преимущество использования ШИМ - это легкость изменения величины напряжения при минимальных потерях. Конечно же, можно, использовать делитель напряжения, но его работа основана на применении резисторов, а на них происходит рассеивание энергии, что в свою очередь вызывает нагрев и неэкономичность (преобразование электрической энергии в тепловую).
Работа широтно-импульсного преобразователя реализуется с помощью полупроводниковых приборов – транзисторов. Максимальные потери на транзисторах бывают в полуоткрытом их состоянии. Поэтому используют два крайних их положения: полностью открыты или закрыты, тогда потери минимальны. Частота срабатывания транзисторов очень большая, то есть переходные состояния имеют мало времени и потери, фактически, сводятся к нулю.
Изменение яркости дисплеев на мониторах, телефонах осуществляется с помощью ШИМ, так как это надежный, простой, компактный и экономичный способ регулирования постоянного напряжения.
ШИМ нашел широкое применение как регулятор оборотов двигателей постоянного тока (ДПТ) [16].