Главные особенности широтно-импульсного регулирования (ШИР) и широтно-импульсной модуляции (ШИМ), при регулировании величины выходного напряжения АИН.

ШИП — широтно-импульсный преобразователь, генерирующий ШИМ-сигнал по заданному значению управляющего напряжения. Основное достоинство ШИП — высокий КПД его усилителей мощности, который достигается за счёт использования их в ключевом режиме. Это значительно уменьшает выделение мощности на силовом преобразователе (СП).

Принцип работы ШИМ

ШИМ есть импульсный сигнал постоянной частоты и переменной скважности, то есть отношения периода следования импульса к его длительности. С помощью задания скважности (длительности импульсов) можно менять среднее напряжение на выходе ШИМ.

Использование амплитудного регулирования выходного напряжения АИН требует применения соответствующего регулятора, установленная мощность которого, как правило, близка к установленной мощности инвертора. Наличие полностью управляемых силовых ключей в схеме АИН дает возможность совместить функции формирования кривой выходного напряжения и регулирования его величины. Такое совмещение возможно при использовании широтно-импульсных методов регулирования выходного напряжения инвертора.

Виды Широтно-импульсных методов регулировании:

· широтно-импульсное регулирование на основной частоте;

· широтно-импульсное регулирование на несущей частоте;

· широтно-импульсная модуляция;

· амплитудно-импульсная модуляция. Широтно-импульсное регулирование на основной частоте осуществляется путем изменения длительности полуволны выходного напряжения. Такое регулирование при активном характере нагрузки возможно в любой схеме АИН при симметричном управлении всеми силовыми ключами инвертора. Изменение длительности полуволны приводит к изменению действующего значения выходного напряжения инвертора.

ШИП на­пряжения преобразовывают постоянное напряжение в импульсное, среднее значение которого можно регулировать. Выходное напряжение таких преобразо­вателей (до выходного фильтра) может иметь вид однополярных или двухполярных импульсов, как показано на рис. 1.1.1,а,б соответственно.

Регулировочная характеристика широтно-импульсного преобразователя постоянного напряжения показывает зависимость относительного среднего значения выходного напряжения преоб­разователя, от относительной длительности импульса напряжения на выходе преобразователя. Эта длительность положительного (отрицательного) им­пульса напряжения определяется по отношению к периоду следования им­пульсов, называемому длительностью такта Т_т.

При однополярной модуляции 0 < С_р < 1, при двухполярной -1 < С_р < 1, т. е. имеется возможность изменения знака (реверса) напряжения на выходе преобразователя.

Простейшая базовая схема ШИП показана на рис. 1.1.2,а.

В схеме возможна только однополярная модуляция. При включении транзистора Т₁ на выходе формируется положительный импульс напряжения. При выключении транзистора Т₁ вклю­чается в режиме нулевого вентиля диод D₁, замыкая через себя ток нагрузки в случае наличия в цепи нагрузки индуктивности (собственной или фильтра). На этом интервале формируется нулевая пауза напряжения на нагрузке.

Рис. 1.1.2

В этой схеме напряжение и ток на выходе могут иметь только од­ну полярность, то внешние характеристики ШИП, показывающие зависимость среднего значения выходного напряжения от среднего значения выходного тока при постоянной относительной длительности импульса , будут одноквадрантными. Внешние харак­теристики будут параллельными горизонтальными прямыми. Формы напряжений и токов всех элементов схемы приведены на рис. 1.1.3.

Работа вентилей в ШИП имеет следующие особенности:

- ничем не ограниченные скорости нарастания (скачки) токов в вентилях;

- ничем не ограниченные скорости нарастания прямого напряжения на вентилях;

- отсутствие на управляемых вентилях обратного напряжения.