Импульсные преобразователи. Назначение, принцип действия. Несимметричная и симметричная схема ИП.

В электроприводах постоянного тока все большее применение находят транзисторные импульсные преобразователи. Это связано с появлением силовых транзисторов с большим током коллектора (свыше десятков ампер) и высоким допустимым коллекторным напряжением (свыше сотен вольт). Принцип Действия импульсных преобразователей основан на том, что напряжение на нагрузку подается через ключевой элемент К (рис.2.55), который периодически замыкается и размыкается. Время каждого состояния задается системой управления (СУ). При этом среднее значение напряжения на нагрузке будет зависеть от соотношения времен замкнутого (t₃) и разомкнутого (t_p) состояний ключа К и определяется следующим выражением:

где U_d — среднее значение напряжения на нагрузке; Т= t₃ + t_p

— период переключения К; f =1/T –частота переключения К.

Отношение t₃/T=q называется скважностью работы К. Изменяя скважность q, можно регулировать напряжение на нагрузке от нуля до максимального значения, равного U_вх (при t_р =0). Такое регулирование мажно рассматривать как модуляцию входного напряжения ключом К. Возможны три способа модуляции U_вх: 1)широтно-импульсная модуляция (ШИМ), при этом t_з — переменная, а f — постоянная;

2)частотно-импульсная модуляция (ЧИМ), t₃ — постоянная, а f —переменная;

3)широтно-частотная модуляция (ШЧМ), t₃ и/— переменные.

Наибольшее распространение получили импульсные преобразователи с ШИМ входного напряжения, которые называются широтно-импульсными преобразователями (ШИП) (рис.2.56*Схема (а) и графики напряжения тока (б) импульсного преобразователя*). Транзисторный ключ VT периодически подключает якорь ДПТ к источнику нерегули­руемого напряжения U₁ При этом в рабочую часть периода t3 энергия, потребляемая из сети, преобразуется в ДПТ в полезную работу. Часть энергии при этом запасается в виде электромагнитной энергии. Во время паузы t VT закрыт, цепь якоря замыкается через V_о, и двигатель продолжает работать за счет запасенной энергии.

Период коммутации VT не зависит от частоты сети и определяется только динамическими характеристиками силовых транзисторных ключей. Обычно в ШИП частота коммутации f составляет несколько килогерц. При малых значениях внутреннего эквивалентного сопротивления (R _п) источника постоянного тока напряжение U_вх не зависит от нагрузки ДПТ. Тогда жесткость электромеханических характеристик определяется только сопротивлением якоря ДПТ, т. е. жесткость электромеханических характеристик будет на уровне естественной, и описывается следующим уравнением (рис. 2.57*Зависимости (Iср) привода с ШИП):

В электроприводах постоянного тока, как правило, используются реверсивные ШИП (рис. 2.58, а*Схема (а) и графики напряжения при симметричном (б) и несимметричном (в) режимах работы реверсивного ШИП*), силовая часть которых построена по мостовой схеме и включает в себя четыре транзисторных ключа VT1-VT4 с обратными диодами VD1 -VD4. Такие ШИП используются в двух случаях.

Во-первых, для исключения режима прерывистого тока двигателя с целью получения линейных электромеханических характеристик во всем диапазоне изменения нагрузки на валу двигателя. В этом случае ШИП работает в симметричном режиме, а транзисторные ключи работают в течение периода попарно. В период t₁ включены VT1 и VT2, а в период t₂ — VT3 и VT4. При этом на якорь ДПТ подается разнополярное напряжение(рис.2.58, б). Среднее значение напряжения на якоре равно U_я=U_bx(2q-1).

Из предыдущего выражения следует, что скважность q должна регулироваться в пределах от 0,5 до 1. При q = 0,5 U_d = 0, а при q < 0,5 U_d меняет знак, что приведет к изменению направления вращения двигателя. Во-вторых, реверсивные ШИП применяются для создания несимметричного режима. В этом режиме коммутируются транзисторные ключи VT1 и VT2, и привод работает аналогично схеме, представленной на рис. 2.56, а. Вторая пара ключей VT3 и VT4 используется в случае необходимости изменения направления вращения ДПТ. В этом режиме работы ШИП напряжение на якоре однополярное (рис. 2.58, в).

Управление транзисторными ключами осуществляется специальными микросхемами ШИМ, которые преобразуют непрерывное входное напряжение U_у в прямоугольные импульсы с переменной длительностью.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: