Вопрос №8. Принципы импульсного регулирования напряжения в электроприводе постоянного тока.

В основе работы импульсных преобразователей лежит следующий принцип. Предположим, что нагрузка подключена к источнику напряжения через ключевой элемент К, который периодически замыкается и размыкается (рис. 10.2).

Рис. 10.2.Схема и диаграмма напряжения импульсного преобразователя с активной нагрузкой

Очевидно, что среднее значение напряжения на нагрузке будет зависеть от соотношения времени замкнутого и разомкнутого состояний ключа К.

Согласно определению среднего значения напряжения можно записать:

где Ud– среднее значение напряжения на нагрузке;

t = tр+ t0 – период переключения ключа или время цикла регулирования;

¦ = 1/t – частота переключения ключа.

Отношение

g = tpt

называют коэффициентом заполнения периода рабочим импульсом.

Изменяя g, можно регулировать выходное напряжение на нагрузке. Иногда рассматривается обратная величина

q = (1/ g) = (t / tр),

которая называется скважностью работы ключа. Возможны три способа регулирования напряжения:

· широтно-импульсное регулирование (ШИР), когда время tр– переменное, а частота ¦ – постоянная;

· частотно-импульсное регулирование (ЧИР), когда время tр– постоянное, а частота ¦ – переменная;

· широтно-частотное регулирование, когда время tри частота ¦ – переменные.

Регулирование напряжения в рассматриваемой схеме за счет изменения коэффициента g можно рассматривать как широтно-импульсное регулирование напряжения на нагрузке.

Таким образом, время рабочего импульса и время паузы связаны с ш соотношениями:

tр= gt,

t0= (1 – g)t.

Схема регулирования напряжения и диаграмма, изображенные на рис. 10.2, могут быть реализованы лишь при активном сопротивлении нагрузки.

При использовании импульсного регулирования в системах электропривода нагрузка имеет активно-индуктивный характер и часто в составе нагрузки присутствует источник ЭДС.

В таком случае должен быть предусмотрен обратный вентиль. Он обеспечивает непрерывность тока в нагрузке при разрыве цепи импульсным элементом (ключом). На рис. 10.3 изображена схема и диаграммы напряжения и тока при активно-индуктивной нагрузке с противоЭДС.

Рис. 10.3. Схема и диаграммы напряжения и тока импульсного преобразователя

с активно-индуктивной нагрузкой с противоЭДС

На основании баланса энергии, поступающей в нагрузку из сети (от Uпит) и энергии, которая тратится в период нагрузки, выявим зависимость, (связь) между средним значением тока, напряжением питания Uпит, ЭДС нагрузки Eн и коэффициентом g. При получении этой зависимости введем допущение, что среднее и действующее значения тока в нагрузке равны. Это может иметь место при идеальной сглаженности тока (если Lн = ¥).

UПI tр= EнI tр+ I2 Rнtр+ WL, (10.5) WL= EнI t0 + I2 Rнt0, (10.6) UПI tр= EнI t + I2 Rнt, (10.7)

UП tр= Eн t + IRн t. (10.8) Разделим левую и правую части на t, тогда:

Uн g = Eн + IRн,

g = (Eн + IRн )/ UП,

I = (UП g – Eн )/ Rн.

(10.10)

(10.11)

(10.12)

Уравнение (10.5) представляет собой уравнение баланса поступающей в нагрузку из сети энергии за время одного рабочего импульса (tр) и энергии, тратящейся в нагрузке за время t. WL– энергия, накапливаемая в индуктивности за время tр. Этой энергии достаточно для поддержания тока в нагрузке, равного I за время паузы (t0).

Прибавив к правой части уравнения значение WL, получаем уравнение баланса энергии (10.7). Дальнейшие действия ясны без пояснений.

Уравнение (10.11) дает связь переменной g с переменными I,Uн,Eн.

Уравнение (10.12) показывает, что регулирование тока в цепи нагрузки можно осуществлять изменением g при неизменных Rн, Uн, Eн.