Структурная схема и координаты импульсного преобразователя

ПИУ в электроприводе предназначен для управления механическими координатами электродвигателей постоянного тока (ДПТ) путем целенаправленного изменения напряжения и тока якорной цепи и/или цепи обмотки возбуждения. ПИУ осуществляет методом импульсной модуляции преобразование постоянного напряжения в напряжение, представляющее собой последовательность прямоугольных импульсов, содержащих постоянную и переменные составляющие напряжения. Источником питания постоянного напряжения может служить неуправляемый или управляемый выпрямители, аккумуляторная батарея, солнечная батарея, сеть постоянного тока.

Структурно ПИУ состоит из двух элементов: системы управления полупроводниковыми приборами или импульсного модулятора (ИМ) и вентильного коммутатора (ВК) (Рис. 3.1)

Рис. 3.1 Структурная схема преобразователя с импульсной модуляцией

Входной координатой ИМ является сигнал управления u_у, который формируется управляющим устройством (УУ) электропривода. Выходной координатой ИМ является скважность импульсов γ при широтно-импульсной модуляции или частота коммутации f_к при частотно-импульсной модуляции полупроводниковых приборов ВК. Возмущающим воздействием со стороны нагрузки для ВК является ток якоря i_я, который оказывает влияние на характеристики ПВ и системы электропривода в целом.

Характеристики управления ИМ

Основной функцией ИМ, как «элемента» АЭП, является преобразование сигнала управления u_у(t) в скважность γ(t) или частоту коммутации f_к(t). Процесс преобразования осуществляется не непрерывно, а лишь в дискретные моменты времени t_i, определяющие моменты формирования открывающих импульсов полупроводниковых приборов ПИУ.

В основе функционирования большинства аналоговых ИМ лежит принцип управления, сущность которого заключается в сравнении напряжений управления u_у(t) и периодического опорного u_оп(t) и формирование открывающих импульсов на участке равенства u_оп(t) = u_у(t). В качестве опорного напряжения в ИМ используется: пилообразное однополярное с задним и передним нерабочим фронтом однополярное треугольное, двухполярное треугольное, двухполярное пилообразное. Частота опорного напряжения f_к зависит от вида используемых полупроводниковых приборов, мощности электропривода и т.п. и составляет от 1000 до 20000 Гц. В электроприводе в большинстве случаев для преобразования напряжения используется широтно-импульсная модуляция.

Характеристика управления ИМ при пилообразном опорном

Напряжении

Характеристикой управления ИМ называется зависимость скважности γ от сигнала управления u_у, т.е. γ = f(u_у). Преобразование сигнала u_у в скважность γ в аналоговой ШИМ осуществляется суммирующим нуль органом. (Рис.3.2).

Рис. 3.2 Функциональная схема суммирующего нуль-органа

Временная диаграмма преобразования сигнала управления u_у в длительность t₀ открывающего импульса показана на рис.3.3.

Рис.3.3 Временные диаграммы

преобразования сигнала управления u_у

Запишем первое уравнение Кирхгофа для узла а:

i_у + i_оп = i_н (3.1)

где i_у , i_оп , i_н – ток управления, опорный, неинвертирующего входа компаратора, соответственно.

В момент равенства i_у = i_оп, компаратор DA1 меняет свое состояние. При этом t = t₀, электрический потенциал узла «а»: φ₀ = 0. Для этого момента времени можно записать

(3.2)

Подставив в (3.1) уравнение (3.2), получим

при t = t₀,

или

u_оп + u_у = 0 при t = t₀. (3.3)

Пилообразное напряжение в пределах изменения t от 0 до T_к описывается выражением

где U_опм – максимальное значение опорного напряжения.

При t = t₀

(3.4)

Подставив (3.4) в (3.3) получим

(3.5)

Учитывая, что из (3.5) получим , или

где - коэффициент передачи ИМ с пилообразным опорным напряжением.

Последнее выражение представляет собой характеристику управления ИМ. Графиком является прямая линия (Рис. 3.4).

Рис.3.4 График характеристики управления ИМ

при пилообразном опорном напряжении