Широтно-импульсные преобразователи

Упрощенная принципиальная схема выходного моста ШИП представлена на рис. 6.41. Мост содержит четыре транзисторных ключа VT1 – VT4. В диагональ моста, образованного транзисторными ключами, включена нагрузка. Нагрузкой в приводах постоянного тока является двигатель постоянного тока. В электроприводах двигатель постоянного тока управляется, как правило, по цепи якоря, поскольку только при таком управлении могут быть получены требуемые качественные показатели привода. Питание ШИП осуществляется от источника постоянного тока, шунтированного конденсатором.

Наиболее простой способ управления ШИП по цепи якоря – симметричный. При симметричном способе управления в состоянии переключения находятся все четыре транзисторных ключа моста, а напряжение на выходе ШИП представляет собой знакопеременные импульсы, длительность которых регулируется входным сигналом. В ШИП с симметричным управлением среднее напряжение U_яна выходе ШИП равно нулю, когда относительная продолжительность включения g₀= 0,5. Временные диаграммы ШИП при симметричном способе управления приведены на рис. 6.42. Симметричный способ управления обычно используется в маломощных приводах постоянного тока.


Рис. 6.41. Принципиальная схема выходного моста транзисторного ШИП	Рис. 6.42. Временные диаграммы ШИП при симметричном способе управления

Его преимуществом является простота реализации и отсутствие зоны нечувствительности в регулировочной характеристике. Недостатком ШИП с симметричным управлением является двухполярное напряжение на нагрузке и, в связи с этим, повышенные пульсации тока в якоре исполнительного двигателя.

Стремление исключить этот недостаток привело к разработке способов, обеспечивающих однополярное напряжение на выходе ШИП. Простейшим из них является несимметричный.

Несимметричное управление представлено на рис. 6.43, а.
В этом случае переключаются транзисторные ключи фазной группы VT3 и VT4 (ключи VT1 и VT2 при противоположной полярности входного сигнала), транзисторный ключ VT1 постоянно открыт и насыщен, а ключ VT2 постоянно закрыт. Транзисторные ключи VT3 и VT4 переключаются в противофазе, обеспечивая протекание тока якоря от противо-ЭДС двигателя. При этом на выходе ШИП формируются однополярные импульсы и среднее напряжение на выходе равно нулю, когда относительная продолжительность включения одного из нижних по схеме рис. 6.41 транзисторов g₀ = 0.

Недостатком рассмотренного способа управления является то, что верхние по схеме транзисторные ключи (VT1, VT3) по току загружен больше, чем нижние. Этот недостаток устранен при поочередном управлении, временные диаграммы которого изображены на рис. 6.43, б.

Здесь при любом знаке входного сигнала в состоянии переключения находятся все четыре транзисторных ключа моста, при этом частота переключения каждого из них в два раза меньше частоты напряжения на выходе. Управляющие напряжения транзисторных ключей одной фазы моста VT1, VT2 и VT3, VT4 постоянно находятся в противофазе; при этом ключи переключаются через период выходного напряжения Т.Этим достигаются одинаковые условия работы полупроводниковых приборов в мостовой схеме.

а б

Рис. 6.43. Способы управления СТК ШИП

Обобщенная функциональная схема управления транзисторным ШИП изображена на рис. 6.44. Она содержит генератор (Г), генератор пилообразного напряжения (ГПН), схему сравнения (СС), распределитель импульсов (РИ) и усилители (У). Как правило, между усилителями сигнала управления и распределителем включены элементы гальванической развязки (оптотранзисторы). Диаграммы на рис. 6.45 поясняют принцип работы схемы управления ШИП.

Рис. 6.44. Функциональная схема
управления транзисторным ШИП

Рис. 6.45. Временные диаграммы в схеме управления ШИП

При некотором знаке входного сигнала управляющие импульсы U1, U4 длительностью t = (1 + g)Т подаются на диагонально расположенные транзисторные ключи (рис. 6.43) со сдвигом на полпериода, а управляющие импульсы U2, U3 длительностью t = (1 – g)Т, также со сдвигом на полпериода, подаются на транзисторы противоположной диагонали (VT2, VT3). В этом случае на интервале нагрузка подключена к источнику питания с помощью диагонально расположенных ключей, а на интервале
(1 – g)Т нагрузка закорочена с помощью верхних или нижних транзисторных ключей. При изменении знака входного сигнала порядок управления диагональными ключами изменяется на противоположный. При поочередном управлении на нагрузке формируются однополярные импульсы длительностью Т,пропорциональной сигналу на входе.