Імпульсні перетворювачі постійної напруги

 

Із багатьох різновидів імпульсних перетворювачів для живлення двигунів постійного струму з незалежним збудженням використо-вують, в основному, широтно-імпульсні перетворювачі, принцип дії яких полягає у періодичному підмиканні якорного до джерела і відмикання від нього (рис.4.10,а). Коли ключ замкнений, то нап-руга зумовлює наростання струму в колі якоря .

 

б

а

 

Рис.4.10. Схема імпульсного перетворювача (а) і часові діаграми (б)

 

Коли ключ розімкнений, струм , але через діод буде проті-кати струм завдяки дії ЕРС самоіндукції , де – індуктивність якорного кола (обмотки якоря і обмоток додаткових полюсів). При цьому процеси наростання і спадання струму опису-ються диференціальними рівняннями виду (3.21).

Середнє значення напруги

 

, (4.6)

 

де – час імпульсу; – період комутації ключа; – коефіцієнт регулювання (щільності); – час паузи (рис.4.10,б). Зростання й спадання струму зумовлює відповідну змі-ну моменту двигуна і за умови кутова швидкість також буде змінюватись згідно рівняння (2.6). Середнє значення швидкості

 

. (4.7)

 

З (4.7) слідує, що середню кутову швидкість можна регулювати в широких межах, змінюючи . При цьому жорсткість електромеханічних характеристик буде сталою за умови неперервного характеру струму якоря. Якщо у період паузи струм знизиться до нуля, то у кривій струму виникнуть паузи, жорсткість характеристик різко зменшиться, бо це еквівалентно збільшення активного опору якорного кола. На рис.4.11 для ряду значень щільності пунктиром виділена зона переривчас-тих струмів. У цій зоні накопи-ченої за час імпульсу електро-магнітної енергії недостатньо, щоби підтримувати струм на час паузи. Тому основним засобом зменшення зони переривчастих струмів є збільшення частоти ко-мутації ключа . Зазвичай, час-тота комутації не перевищує і вона повинна бути тим більшою, чим менша електромагнітна стала часу якорного кола .

В якості ключа використовують повністю керовані вентилі, дво-операційні тиристори, транзистори, IGBT транзистори тощо.

Для збільшення жорсткості електромеханічних характеристик (розширення діапазону регулювання) використовують замкнену систему з широтно-імпульсним регулюванням, яка полягає в тому, що тривалість (ширина) імпульсну залежить від напруги керування, яка пропорційна відхиленню середньої швидкості від заданого зна-чення.

В системах автоматичного керування імпульсний перетворювач представляють дискретною ланкою з запізненням, рівним періоду дискретності. Проте коли частота перевищує , то такий перетворювач можна вважати безінерційною ланкою з коефіцієнтом передачі, рівним відношенню приросту вихідної напруги до прирос-ту сигналу керування. У тому випадку, коли , перетво-рювач слід вважати аперіодичною ланкою зі сталою часу, рівною часу дискретності .

Крім однополярних, використовують і двополярні імпульсні пе-ретворювачі, зібрані за мостовою схемою з роздільним керуванням.

Перевагами імпульсних перетворювачів з широтно-імпульсним керуванням є високий ККД, нечутливість до коливань температури, малі габарити та висока швидкодія. Недолік – створення радіозавод, пов’язаних з процесом комутації.

Вказані переваги зумовили широке застосування імпульсних перетворювачів в електроприводах металообробних верстатів, в бортових автономних системах, на транспорті та в інших галузях.

 

 

Контрольні запитання і задачі

 

1. Яка із трифазних схем має найбільший коефіцієнт випрямлян-ня?

2. Яка із схем керованих випрямлячів має найменший коефіцієнт пульсації?

3. Яка із схем керованих випрямлячів має найбільший коефіцієнт використання вентилів за струмом?

4. Яка із схем керованих випрямлячів має найбільший коефіцієнт використання вентилів за напругою?

5. Що визначає кут комутації?

6. Чим зумовлено виникнення зони переривчастих струмів при великих кутах керування?

7. Якою ланкою представляють передавальну функцію випрям-ляча з імпульсно-фазовою системою керування?

8. Яка роль ЕРС самоіндукції якорного кола при широтно-імпу-льсному керуванні швидкістю двигуна постійного струму незалеж-ного збудження?

9. При якій частоті комутації імпульсний перетворювач напруги можна вважати безінерційною ланкою?

10. Визначити середнє значення напруги широтно-імпульсного перетворювача, якщо тривалість імпульсу , період і напруга живлення .

Розділ 5