При импульсном управлении силовым преобразователем могут использовать в качестве силового ключа как обычный тиристор, с необходимыми для его закрытия схемами коммутации, так и современные IGBT, MOSFET транзисторы или GTO тиристоры. Силовой ключ (он же прерыватель) необходим для соединения-разъединения нагрузки с сетью постоянного напряжения, преобразуя таким образом постоянное напряжение в переменное (импульсное).
Это необходимо для получения на выходе прерывателя необходимого значения постоянного тока (при регулировании напряжения в сетях постоянного тока) или для получения переменного напряжения необходимой частоты (такой принцип используют автономные инверторы). Схема прерывателя показана ниже:
На интервале tоткр тиристор открыт и через нагрузку протекает электрический ток. на интервале tзакр тиристор закрыт, и выводы нагрузки закорачиваются через диод VD0, соответственно ток нагрузки начинает протекать через него, таким образом обеспечивается контур протекания тока при закрытии тиристора и он не снизится сразу до нуля. В результате этого на нагрузке создаться импульсное напряжение uя, значение среднее которого можно определить по формуле:
tоткр – время прохождения импульса через прерыватель;
tзакр – время нахождения прерывателя в закрытом состоянии;
T= tоткр+ tзакр – период импульсов;
δ= tоткр/Т – скважность импульсов;
Можем сделать вывод, что регулирование напряжения на нагрузке происходит путем изменения скважности импульсов. Для получения таких изменений применяют несколько способов:
- В преобразователе с неизменной частотой импульсов fп=1/Т регулируют лишь время включения прерывателя. Такой способ получил название широтно-импульсной модуляции ШИМ;
- В случае, когда частота переменна, регулируют период импульсов, а времена закрытого и открытого состояний прерывателя остаются постоянными. Данный способ имеет название частотной модуляции;
Эти способы проиллюстрированы ниже:
Частотный способ имеет некоторые недостатки, рассмотрим:
- Чтобы обеспечить регулирование во всем диапазоне частота импульсов должна меняться в довольно широких пределах, что значительно усложняет проектирование фильтров. А при некоторых частотах преобразователи могут оказывать влияние на работу линий связи (телефонных и других).
- Также во время длительных пауз (тиристор в закрытом состоянии) возможно возникновение режима прерывистого тока якоря машины в зоне низких выходных напряжений;
Указанные выше обстоятельства определяют преимущества в использовании электроприводов с ШИМ.
Рассмотрим маленький пример, в котором необходимо определить диапазон регулирования скважности при управлении. Исходные данные:
Тип двигателя: ДПТ НВ
Uя = 220 В, Rя = 0,28 Ом, Lя = 14 мГн, постоянная машины кФ=0,55 В*с. Мс=const – действует постоянный момент равный току 50 А.
Решение
Определим минимальную скорость вращения, при которой Ея=0:
Uя = IяRя = 50*0.28 = 14 В
Исходя из этого, мы можем определить скважность:
δ = Uя/U = 14/220 = 0,064
Максимальному значению скорости электродвигателя будет соответствовать значение δ=1, при которой Uя = U = 220 В. Отсюда можем определить ЭДС:
Ея = Uя — IяRя = 220 – 50*0,28 = 206 В
Теперь найдем скорость:
ω = Ея/ кФ = 206/0,55 = 374,5 рад/с
Для данной системы электропривода диапазон регулирования по скорости составит 0<ω<374,5 рад/с, по скважности 0,064< δ<1.
