Файл: lektsii_EMS.pdf

28

Токовые импульсы фиксированной амплитуды на выходе ШИМ – усилителя следуют с постоянной и относительно высокой частотой. Ширина импульса равна мгновенной величине входного сигнала в момент подачи очередного импульса.

Этот усилитель на самом деле нелинейный. Делается переход на линейное описание при большой частоте дискретизации (если частота дискретизации >> частоты среза разомкнутой системы).

Например, пусть частота следования импульсов 400Гц 6,28 2500рад/с

Если полоса пропускания до 1001, то на столь высокую частоту следования

с

импульсов двигатель не будет реагировать в силу своей инерционности. Усилитель состоит из силовой и управляющей части.

Силовая часть усилителя мощности

Принцип работы:

При вращении двигателя в одну сторону одновременно открываются транзисторы VT1, VT3, при вращении в другую сторону – транзисторы VT2, VT4.

Исключается одновременное открытие транзисторов VT1 и VT2 или

VT1 и VT3.

Диоды VD1 – VD4 нужны для защиты транзистора от пробоя при закрывании. Это показывается на следующих рисунках, на котрых показывается, как накапливается и рассасывается энергия, запасаемая в индуктивности ротора

29

30

При закрывании транзистора, запасенная в индуктивности якоря энергия, определяемая через ЭДС на индуктивности, имеет противоположный знак относительно источника питания. Ее ток не может сразу прерваться, он рассасывается через обратные диоды.

В этой схеме мы выбираем U0 , транзисторы и диоды.

Блок управления

На четыре входа силового блока (базовые сигналы силовых транзисторов) подаются четыре управляющих сигнала блока управления.

31

Лекция №7

Принцип работы схемы управления

Схема управления работает по вертикальному принципу

Сравнение входного, относительно медленно изменяющегося сигнала с пилообразным сигналом, задаваемым генератором с интегрирующим выходом, происходит на компараторе. Если входной сигнал превышает сигнал пилы, то компаратор открыт, если

наоборот – закрыт.

Сигнал с компаратора через оптопару открывает первый транзистор и не дает открываться второму транзистору. Этим самым исключается короткое замыкание источника. То же самое происходит с третьим и четвертым транзисторами

Оптопара необходима для гальванической развязки управляемой схемы и силовой.

32

При росте Uвх ширина импульсов растет, при уменьшении - сужается.

Временные диаграммы иллюстрируют этот эффект. Отметим, что частота следования токовых импульсов получается в два раза выше чем частота импульсов, задаваемая генератором. В этом несложно убедиться, если построить временные диаграммы для всех управляющих сигналов на одном графике, как это приводится в методических указаниях по курсовому проектированию.

Схема блока управления представлена ниже.

При расчете усилителя мощности принимают наибольшую относительную замкнутость ключей моста m=0,9 и наибольшее значение напряжения предварительного усилителя Uпу мах=10В.

Напряжение питания моста U0 и максимальный ток коллекторов транзисторных ключей в режиме пуска Ik мах.

Напряжение выпрямителей цепей фототранзисторов равно Ub=10B, а добавочные сопротивления выбираются из условия:

ry = Ub / Iфт. доп< rу < Ub / I мах.

Блок управления работает по вертикальному

принципу. Мультивибратор МВ, настроенный на

частоту f0=400Гц, вырабатывает на вторичных обмотках напряжение в форме

меандра.

33

Широтно-модулированные импульсы подаются на светодиоды

оптопары. Для обеспечения требуемого закона модуляции управляющих

напряжений ключей моста применяется инвертирование. Опорное

напряжение инвертируется инвертором на операционном усилителе ОУ2, а

выходные сигналы компараторов логическими элементами «НЕ».

Графики сигналов представлены далее.

Период чередования импульсов напряжения на нагрузке равен полупериоду меандра Тм=1/(2.f0)=1,25.10-3с.

Выходные напряжения компараторов и логических элементов подаются на светодиоды оптопар ОП1-ОП4. Напряжения управления Uу1-Uу4, подводимые к транзисторам моста, повторяют в определенном масштабе форму импульсов на светодиодах Uд1-Uд4 и соответствуют состояниям проводимости транзисторных ключей моста.

Выбирают Ur = 10В и ёмкость интегратора С = 0,1 мкф = 10-7 ф. Амплитуда опорного напряжения равна Ur. Постоянная времени

34

Графики входных и выходных сигналов

Коэффициент усиления УМ:

Kу Uум Uпумах .

35

Лекция №8

Усилитель мощности для асинхронного двухфазного двигателя

Uсети Umax sin сетиt

Uвх A(t)sin( сетиt ),

где 0или

При направление вращения изменяется на противоположное.

A(t) - переменная

- несущая частота

Kус

Wус kусе j

Дополнительный фазовый сдвиг

несущей частоты в сторону отставания от сети в передаточной функции усилителя обусловлен индуктивностью обмотки управления двигателя. Это

явление существенно снижает КПД двигателя.

Подобное отставаниеотставание будет скомпенсировано эквивалентным опережением в передаточной функции усилительнопреобразовательного устройства позже.

36

Усилитель мощности для асинхронного двухфазного двигателя это – усилитель переменного тока с относительно невысокой полосой частот вокруг несущей сетевой частоты. Для реализации такого усилителя не подходит усилители класса А, в которых в отсутствии входного сигнала протекают значительные токи через переход «коллектор –эмиттер». Эти токи определяют положение рабочей точки.

Схема усилителя в классе А и положение его рабочей точки представлены на верхнем рисунке, а на нижнем – схема двухтактного усилителя, в котром транзисторы работают в классе В. При этом, в отсутствии входного сигнала, потребляемый усилителем ток будет минимальным.

37

38

При расчете следует имеет в виду, что входной сигнал на усилитель подается с выхода операционного усилителя УПУ. Операционный усилитель (ОУ) для своей нормальной работы требует сопротивление нагрузки не менее 2кОм. При этом действующее значение входного сигнала (выход ОУ) ограничено 5В.

Таким образом, дано: Rвх min ; Uвх max

Uвых max ; Ry ; Xy .

Последовательность расчета: -выбираем: VT ;

-ищем: U0 , Rэ , n1 , n2 , Rвх

39

Лекция №9

Схема двухтактного транзисторного УМ, работающего в классе B, Представлена на рисунке ниже. УМ нагружен на обмотку управления двигателя. Нагрузка замещается последовательно включёнными активным Rу и реактивным Xу сопротивлениями. Входной сигнал на переменном токе поступает от предварительного усилителя, в качестве которого рекомендуется операционный усилитель К140УД7. Напряжение насыщения

и допустимое минимальное сопротивление нагрузки операционного усилителя составляют Us=11,5B и Rк min=2kOм.

При номинальном напряжении на обмотке управления Uу ном амплитуда входного сигнала должна быть меньше Us. Рекомендуется принять наибольшее действующее значение Uпу мах = 5В.

Комплексный коэффициент усиления УМ на несущей частоте 0=2 f0

(f0=400 Гц):

Wум jω Uу jω Kум ejΨ1 ω , Uпу jω

где

Фазовый сдвиг 1 между входным и выходным сигналами УМ компенсируется фильтром предварительного усилителя. Таким образом, УМ и ПУ можно рассматривать по отношению к огибающей сигналов как безинерционные звенья с коэффициентами усиления Kум и Kпу.

Задаются КПД трансформаторов Тр1 и Тр2:

η1 Rэβ (rR2э βr1n12 )Тр1 ;η2 Rу (r2Rуr1п22 )Тр2 ,