14.6 Системы со следящим принципом управления

В таких системах используется обратная связь по выходной координате преобразователя: напряжению, току или мощности. В общем случае блок-схема устройства содержит датчик обратной связи с коэффициентом пропорциональности К_ос по регулируемой координате, сумматор сигналов задания и обратной связи, интегра-тор и релейный элемент с характеристикой типа «гистерезис». Генератор опорного сигнала в таких СУ не требуется. Система функционирует в режиме автоколебаний.

Рис.14.13 Блок-схема а) и характеристика релейного элемента б) в вентильном преобразователе с следящим принципом управления.

На Рис.14.14 представлены временные диаграммы работы преобра-зователя в режиме регулятора напряжения при однополярной модуляции.

Рис.14.14 Временные диаграммы сигналов функциональных узлов на Рис.14.13а. а)- диаграммы сигналов задания и обратной связи; б)-выход сумматора С; в)-выход интегратора И; г)-выход релейного элемента (РЭ).

Сигнал РЭ используется для управления ключами моста, полумо-ста или «чоппера». При изменении сигнала задания u_зад в таких ре-гуляторах изменяются скважность импульсов и частота их следова-ния (частота автоколебаний). Амплитуда автоколебаний ограниче-на порогом срабатывания РЭ Δ. Постоянная времени интегратора τ и глубина регулирования u^*_зад = u_зад/U_n определяют относительную длительность периода автоколебаний в замкнутой системе:

- при однополярной модуляции (0≤u^*_зад≤1)

Т^*_Т = = ; (14-26)

- при двухполярной модуляции (-1≤ u^*_зад ≤+1)

Т^*_Т = = . (14-27)

Графики этих зависимостей показаны на Рис.14.15.

Рис.14.15 Относительная длительность периода автоколебаний в АИН со следящим принципом управления выходным напряжением; 1- с однополярной модуляцией; 2- с двухполярной.

Если АИН используется в режиме регулятора тока, то интегратор И в контуре регулирования на Рис.14.13а не требуется. Отклонения мгновенного значения тока от его заданного значения определяются порогом срабатывания (шириной петли Δ) РЭ. Это позволяяет с необходимой точностью регулировать ток на выходе преобразовате-ля в переходных режимах электропривода или обеспечивать функцию токоограничения в различных источниках постоянного и переменного тока.

В тех случаях, когда изменение частоты коммутации при регули-ровании выходного напряжения оказывается нежелательным, то для стабилизации частоты (периода Т_Т ) возможны два способа:

- изменение порогов срабатывания (ширины петли Δ) РЭ и

- синхронизация автоколебаний с помощью генератора фиксиро-ванной частоты, который «определяет» один из моментов переклю-чения РЭ.

Оба способа приводят к изменению ошибки слежения, величина которой совпадает или пропорциональна параметру Δ в выражениях (14-26) и (14-27), если их разрешить относительно этого параметра. Величина Т_Т в преобразованных относительно Δ выражениях принимается постоянной.

14.7 О ЗАГРУЗКЕ СИЛОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ИНВЕРТОРА

При частоте пилообразного напряжения на порядок больше выходной частоты инвертора влиянием высших гармоник в кривой u_вых(t) можно пренебречь.

Последнее допущение можно использовать для вывода сравнительно простых соотношений при расчёте среднего значения тока транзисторов и токов обратных диодов в схеме инвертора. Действительно, если предположить, что отношение частот стремится к бесконечности, то импульсы тока в каждом из полупроводниковых ключей можно аппроксимировать непрерывной функцией, равной на каждом такте его заданному среднему значению.

Реальные импульсы тока в каждом из полупроводников, состав-ляющих ключ, в таком случае подвержены двойной модуляции:

• амплитудной по закону модуля синусоиды тока нагрузки инвертора и

• широтно-импульсной по закону формирующего ШИМ сигнала управления напряжением.

Среднее значение тока транзистора за период выходной частоты можно получить, усреднив полуволну аппроксимирующей непре-рывной функцией:

. (14-28).

В этом выражении T₁/ T_т – текущее значение относительной длительности импульса тока в тактовом интервале, которое c учётом (14-22) и (14-24) может быть преобразовано к виду

T₁/ T_т = ¹/₂ [1+ M Sin(J+j)], (14-29)

где j - угол фазового «опережения» основной гармоники выход-ного напряжения инвертора по отношению к синусоиде тока нагрузки.

Среднее значение тока обратных шунтирующих диодов определяется как разница средних значений полуволны выходного тока инвертора и тока транзистора:

(14-30)

Выражения (14-26) и (14-28) позволяют с достаточной для подобных расчётов точностью определить средние значения токов транзисторов и обратных шунтирующих диодов для наиболее тяжёлых режимов их работы и обеспечить правильный выбор этих приборов при проектировании силовой схемы инвертора. Для транзисторов наиболее тяжёлый режим имеет место при М=1, а для диодов – при М=0. В последнем случае выходная частота инвертора оказывается низкой. В регулируемых электроприводах это могут быть доли герц, а значит, среднее значение тока диода должно быть рассчитано на длительное протекание максималь-ного тока равного его амплитудному значению т.е. I_{д ср} = I_{m max.}.

Используя подобный подход, находим выражение и для действующих значений:

тока транзистора

. (14-31)

и тока диода

. (14-32)

С помощью (14-29) и (14-30) можно более точно подобрать сечение соединительных проводов (шин) в силовой схеме инвертора.

Контрольные вопросы и задачи.

1. Изобразите силовую схему однофазного мостового АИН на транзисторах и графики напряжений и токов в её элементах при поочерёдном открывании накрест лежащих транзисторов (ключей) и активно-индуктивной нагрузке?

2. Чем обусловлены отрицательные участки в кривой «потребляемого» тока при активно-индуктивной нагрузке АИН?

3. Какие способы регулирования выходного напряжения АИН Вам известны?

4. Изобразите форму тока на входе и на выходе однофазной мостовой схемы АИН при активно-индуктивной нагрузке и смещении отпирающих импульсов одного полумоста относительно другого на угол β.

5. Что такое коммутационная функция ключа, полумоста и инвертора? Какие между ними отличия?

6. Какие виды простейших коммутационных функций АИН Вам известны? В чём их достоинства и недостатки?

7. Что такое гладкая составляющая импульсной функции?

8. Что такое гармонический состав выходного напряжения АИН? Как он зависит от формы несинусоидальной периодической функции?

9. Ряды Фурье и их достоинства при описании несинусоидальных периодических функций.

10.Приведите функциональную схему широтно-импульсного модулятора и поясните принцип его работы.

11.Что такое однополярная и двухполярная модуляции? Приведите их графическое изображение.