- •Курсовая работа
- •Оглавление
- •Задание на курсовую работу. Вариант 3-5. Следящий электрический привод угла поворота исполнительного механизма с транзисторным широтно-импульсным преобразователем.
- •Описание работы системы.
- •Структурная схема системы. Определение объекта управления, выходной координаты, управляющих и возмущающих воздействий. Основные звенья системы.
- •Исходные данные.
- •1. Описание работы системы.
- •1.1. Устройство и принцип действия сельсинов.
- •1.2. Устройство и принцип действия двигателя постоянного тока.
- •1.3. Устройство и принцип действия операционного усилителя.
- •1.4. Устройство и принцип действия редуктора.
- •1.5. Принцип действия транзисторного широтно-импульсного преобразователя (шип). Регулирование выходного напряжения посредством широтно-импульсной модуляции (шим).
- •1.23. Широтно-импульсная модуляция в однофазном инверторе тока:
- •2. Структурная схема системы. Определение объекта управления, выходной координаты, управляющих и возмущающих воздействий. Основные звенья системы.
- •3. Уравнения движения и передаточные функции объекта управления по отношению к управляющему и возмущающему воздействию.
- •4. Уравнения движения и передаточные функции основных звеньев системы.
- •5. Передаточная функция системы в замкнутом и разомкнутом состоянии по отношению к управляющему воздействию.
- •Библиографический список.
1.5. Принцип действия транзисторного широтно-импульсного преобразователя (шип). Регулирование выходного напряжения посредством широтно-импульсной модуляции (шим).
Регулирование выходного напряжения посредством широтно-импульсной модуляции (ШИМ) используется в схемах инверторов напряжения. Суть его заключается в изменении длительности проводящего состояния ключевых элементов схемы инвертора по определённому закону.
Рассмотрим этот способ на примере однофазной схемы инвертора напряжения, выполненной на транзисторах, (рис. 1.20).
Рисунок 1.20. Однофазный инвертор напряжения на транзисторах с последовательным соединением активной Rн и индуктивной Lн составляющих нагрузки.
Если нагрузка чиста активная, то форма тока повторяет форму напряжения и широтно-импульсное регулирование выходного напряжения можно осуществить уменьшением длительности управляющих сигналов транзисторов на угол αр (рис. 1.21, а).
Рисунок 1.21. Широтно-импульсная модуляция в однофазном инверторе напряжения:
а – диаграмма напряжения на активной нагрузке; б – диаграммы тока и напряжения на выходе инвертора при активно-индуктивной нагрузке; в – диаграмма управляющих импульсов, обеспечивающих шунтирование нагрузки; г – диаграмма выходного напряжения при шунтировании нагрузки.
Действующее значение выходного напряжения инвертора при таком способе управления транзисторами и чисто активной нагрузке будет равно:
.
Действующие значения гармонических составляющих выходного напряжения при длительности проводящего состояния транзисторов вычисляются па формуле
,
где n – номер гармонической составляющей (n = 1, 3, 5 …).
На практике часто требуется стабилизация действующего значения первой гармоники выходного напряжения при изменении входного в диапазоне от Ud,min до Ud,max. Для этого необходимо изменять угол регулирования от нуля (при Ud = Ud,min) до αр.max (при Ud = Ud,max):
,
При этом будет изменяться гармонический состав выходного напряжения. С увеличением угла αр относительное содержание высших гармоник в кривой выходного напряжения будет увеличиваться.
Если нагрузка активно-индуктивная, то после запирания транзисторов ток в нагрузке продолжает в течение некоторого времени, определяемого количеством запасенной энергии в реактивных элементах нагрузки, протекать в прежнем направлении через обратновключенные диоды. При включении обратных диодов выходное напряжение изменяет свой знак на противоположный (рис. 1.21, б). В момент спадания тока нагрузки до нуля напряжение на нагрузке вновь становится равным нулю. Появление отрицательной площадки в кривой выходного напряжения изменит его гармонический состав. Для устранения этого нежелательного явления было бы необходимо на время паузы αр шунтировать нагрузку, например, с помощью двух встречно-параллельно соединенных транзисторов. Однако это усложняет схему. Значительно проще данная задача решается изменением способа осуществления широтно-импульсной модуляции.
На транзисторы каждого плеча схемы подаются непрерывные управляющие импульсы с изменяющейся через промежуток π полярностью (рис. 1.21, в). Положительная полярность импульса соответствует включению, а отрицательная – выключению транзистора. Управляющие импульсы одного плеча могут сдвигаться относительно импульсов другого на угол αр. При таком способе управления на интервале 0 – υ0 включены транзисторы Т1 и Т4, а начиная с момента υ0 на транзистор Т4 подается запирающий импульс, а на Т2 – отпирающий. Ток нагрузки начинает протекать через транзистор Т1 и обратный диод Д2. Эта цепь шунтирует нагрузку, и выходное напряжение становится равным нулю. Короткого замыкания на стороне постоянного тока инвертора при этом не возникает, так как транзисторы Т3 и Т4 выключены. Напряжение на выходе инвертора остается равным нулю в течение всего интервала υ0 – π, соответствующего углу регулирования αр. Когда ток нагрузки спадет до нуля, что приведет к выключению диода Д2, транзисторы Т3 н Т4 остаются в запертом состоянии и напряжение источника на нагрузку не поступает.
В момент π поступает отпирающий импульс на транзистор Т3 и запирающий на транзистор Т1. На транзисторе Т2 в этот момент уже присутствует отпирающий импульс, поэтому транзисторы Т2 и Т3 включаются и на нагрузке формируется напряжение прямоугольной формы, но противоположной полярности. При таком способе регулирования выходное напряжение инвертора не будет зависеть от параметров нагрузки, и форма его будет соответствовать работе инвертора с ШИМ на чисто активную нагрузку (рис. 1.21, г). В связи с этим для данного способа регулирования остаются справедливыми соотношения (1.21) и (1.22)
Регулирование выходного напряжения посредствам ШИМ применяется и в инверторах, выполненных на тиристорах. Однако реализация этого способа возможна только в таких схемах, в которых принцип коммутации позволяет выключить любой из основных тиристоров в нужный момент времени.
Применение ШИМ в трехфазных инверторах напряжения имеет особенности, связанные со схемой соединения нагрузки (звезда или треугольник) и способом управления ключевыми элементами схемы, определяющим длительность их проводящего состояния. При этом электромагнитные процессы, протекающие в схеме, имеют значительно более сложный характер, чем в однофазной схеме, и находятся в сильной зависимости от параметров нагрузки. Если индуктивная составляющая нагрузки достаточно велика (низкий коэффициент мощности), то регулирование посредством ШИМ становится невозможным.
Регулирование напряжения посредством ШИМ возможно осуществлять и в инверторах тока. Рассмотрим этот способ на примере однофазного параллельного инвертора тока (рис. 1.22). Предположим, что индуктивность сглаживающего реактора Ld = ∞. В нерегулируемом инверторе при таком допущении выходной ток имеет прямоугольную форму, а отпирающие импульсы поступают на тиристоры схемы в порядке, указанном на диаграмме рисунка 1.23, а. Согласно диаграмме отпирающие импульсы тиристоров Т1, Т4 (также и импульсы тиристоров Т2, Т3) формируются одновременно. Для регулирования выходного напряжения можно изменять порядок следования управляющих импульсов так, чтобы импульсы управления тиристоров Т3 и Т4 формировались на угол регулирования αр (рис. 1.23, б). При таком следовании импульсов создается режим периодического одновременного проводящего состояния тиристоров в каждом плече схемы. Так, на интервалах υ1 – υ2 и υ5 – υ6 ток проводят тиристоры Т1 И Т3, а на интервалах υ3 – υ4 и υ7 – υ8 тиристоры Т2, Т4. Когда одновременно проводят ток тиристоры одного плеча, выходной ток инвертора iи становится равным нулю, а входной id протекает по тиристорам одного из плеч, минуя цепь нагрузки. Длительность этих интервалов равна углу регулирования αр. Диапазон изменения угла αр ограничен углом опережения β с которым работает инвертор, и минимальным значением угла восстановления запирающей способности тиристоров δmin:
.
Рисунок 1.22. Параллельный инвертор тока.