Транзисторные импульсные преобразователи для регулирования частоты вращения дпт . Принцип работы широтно-импульсного преобразователя, временные диаграммы напряжения и токов

Регулирование напряжения на якоре ДПТ можно осуществить импульсным методом, тогда двигатель периодически подключается к источнику питания и отключается от него.

Схема включения ДПТ с независимым возбуждении при импульсном регулировании показана на рисунке 1.

( a ) ( б )

Рис.1 Схема включения двигателя постоянного тока с независимым возбуждением при импульсном регулировании напряжения ( а )

и диаграмма напряжения и токов ( б ).

Транзисторный ключ VT периодически подключает якорь двигателя к источнику нерегулируемого напряжения U. При этом в рабочую часть периода t1 энергия потребляется из сети и расходуется ЭД на полезную работу. Часть энергии запасается в виде электромагнитной энергии. Диод VD, шунтирующий якорную цепь двигателя, создаёт цепь для протекания тока якоря под действием ЭДС самоиндукции , которая возникает в индуктивности обмотки якоря в период разомкнутого состояния ключа (VT). Это создаёт условия для непрерывного протекания тока якоря, что существенно уменьшает его пульсации и устраняет коммутационные перенапряжения на ключе VT и в обмотке якоря.

Из всех известных видов импульсного регулирования угловой скорости получило распространение широтно-импульсное преобразование, при котором период коммутации Тк (частота) остается постоянным, а изменяется время t₁ замкнутого состояния ключа VT - скважность:

.

Среднее значение напряжения на якоре при ШИП равно U_{я с} = E U

где U – напряжение сети.

Диаграмма токов и напряжений на отдельных элементах схемы показана на рис 2.

Рис.2 Зависимость w(¦) привода с ШИП.

Уравнение механической характеристики для средних значений угловой скорости и момента имеет вид:

.

Из уравнения следует, что угловую скорость можно регулировать в широких пределах, изменяя Е, а жесткость механической характеристики постоянна и равна жесткости естественной характеристики. Это является достоинством данного способа регулирования. Высокая жёсткость свойственна лишь в области непрерывного тока якоря. Если же в период выключенного состояния ключа ток в двигателе успевает снизится до нуля и в кривой тока содержится пауза, то имеет место режим прерывистых токов, где жесткость механических характеристик резко падает.

Основным средством сужения зоны прерывистых токов, соответственно уменьшения пульсаций тока якоря и угловой скорости является увеличения частоты коммутации ключа. Обычно частота коммутации составляет 800 – 1200 Гц.

Наряду с широтно-импульсным управлением, когда длительность замкнутого состояния ключа (t₁=var) при неизменной длительности цикла (Tк=t₁+ t₂=const), а следовательно и частоте коммутации (fк=1/Tк=const).

Также используется частотно-импульсный метод управления, при котором длительность замкнутого состояния ключа t1=const, а изменяется частота, а следовательно, длительность цикла (Тк=var). Второй способ характеризуется простыми схемными решениями, но не позволяет осуществить глубокое регулирование угловой скорости, т.к. для Е® 0 Тк® ¥, т.е. по существу вырождается идея импульсного регулирования с малой частотой переключения. Поэтому наиболее распространён способ ШИП, позволяющий изменять Е от 0 до 1.

Выражение для механических характеристик справедливо в пределах такого изменения вращающего момента, при котором ток якоря остаётся непрерывным. Если же в течение времени t₂ ток успевает снизится до 0, то наступает режим прерывистого тока. В этом режиме механические характеристики теряют линейность и жёсткость.