Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
6 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое скважность в двигателе

Скважность

Сква́жность (в физике, электронике) — один из классификационных признаков импульсных систем, определяющий отношение его периода следования (повторения) к длительности импульса. Величина, обратная скважности и часто используемая в англоязычной литературе, называется коэффициентом заполнения (англ. Duty cycle ).

Таким образом, для импульсного сигнала справедливы следующие соотношения:

где S — скважность, D — коэффициент заполнения, T — период импульсов, tau — длительность импульса.

Скважность определяет отношение пиковой мощности импульсной установки (например, передатчика радиолокационной станции) к её средней мощности и таким образом является важным показателем работы импульсных систем. В устройствах и системах дискретной передачи и обработки информации недостаточно высокая скважность может приводить к искажению информации.

Частое применение в практике находит сигнал со скважностью, равной двум — меандр.

Особое внимание следует уделить взаимосвязи термина скважность и коэффициентом заполнения (англ. Duty cycle ), так как это может привести к ошибкам при чтении англоязычной и русскоязычной документации. Скважность S — величина безразмерная. В англоязычной документации коэффициент заполнения D (Duty cycle), как правило, измеряется в процентах. Но это разные представления одного и того же. И чтобы не было путаницы в вопросе, необходимо понимать, что имеется в виду. Скважность — это отношение периода следования импульсов к длительности импульса, а коэффициент заполнения D (Duty cycle) — это отношение длительности импульса к периоду их следования. То есть, это обратные величины.

: неверное или отсутствующее изображение

  • Найти и оформить в виде сносок ссылки на независимые авторитетные источники, подтверждающие написанное.К:Википедия:Статьи без источников (тип: не указан)

См. также

  • NE555

Напишите отзыв о статье «Скважность»

Ссылки

  • [www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=5084 Расчет таймеров типа NE555 для работы на заданной частоте и скважности]

Отрывок, характеризующий Скважность

Начинало светать, небо расчистило, только одна туча лежала на востоке. Покинутые костры догорали в слабом свете утра.
Вправо раздался густой одинокий пушечный выстрел, пронесся и замер среди общей тишины. Прошло несколько минут. Раздался второй, третий выстрел, заколебался воздух; четвертый, пятый раздались близко и торжественно где то справа.
Еще не отзвучали первые выстрелы, как раздались еще другие, еще и еще, сливаясь и перебивая один другой.
Наполеон подъехал со свитой к Шевардинскому редуту и слез с лошади. Игра началась.

Вернувшись от князя Андрея в Горки, Пьер, приказав берейтору приготовить лошадей и рано утром разбудить его, тотчас же заснул за перегородкой, в уголке, который Борис уступил ему.
Когда Пьер совсем очнулся на другое утро, в избе уже никого не было. Стекла дребезжали в маленьких окнах. Берейтор стоял, расталкивая его.
– Ваше сиятельство, ваше сиятельство, ваше сиятельство… – упорно, не глядя на Пьера и, видимо, потеряв надежду разбудить его, раскачивая его за плечо, приговаривал берейтор.
– Что? Началось? Пора? – заговорил Пьер, проснувшись.
– Изволите слышать пальбу, – сказал берейтор, отставной солдат, – уже все господа повышли, сами светлейшие давно проехали.
Пьер поспешно оделся и выбежал на крыльцо. На дворе было ясно, свежо, росисто и весело. Солнце, только что вырвавшись из за тучи, заслонявшей его, брызнуло до половины переломленными тучей лучами через крыши противоположной улицы, на покрытую росой пыль дороги, на стены домов, на окна забора и на лошадей Пьера, стоявших у избы. Гул пушек яснее слышался на дворе. По улице прорысил адъютант с казаком.
– Пора, граф, пора! – прокричал адъютант.
Приказав вести за собой лошадь, Пьер пошел по улице к кургану, с которого он вчера смотрел на поле сражения. На кургане этом была толпа военных, и слышался французский говор штабных, и виднелась седая голова Кутузова с его белой с красным околышем фуражкой и седым затылком, утонувшим в плечи. Кутузов смотрел в трубу вперед по большой дороге.

6.2. Измерение напряжений способом калиброванного усиления

При подаче на вход “Y” переменного напряжения с амплитудой U максимальное смещение луча от положения равновесия обозначим через y. Согласно (2) и (4)

. (12)

Величина Su цена вертикального деления шкалы экрана по напряжению измеряется в В/см или мВ/см (V /см или mV/см, соответственно) и указывается на передней панели у входного делителя напряжения (аттенюатора).

6.3. Определение “скважности” прямоугольного импульса.

“Скважностью” прямоугольного импульса называют величину

, (13)

где Т период импульса, длительность импульса (рис. 5 б).

6.4. Наблюдение фигур Лиссажу.

Фигурами Лиссажу называются траектории результирующего движения при сложении двух взаимно перпендикулярных колебаний. Эти фигуры можно получить на экране осциллографа, подавая синусоидальные напряжения различной частоты одновременно на горизонтально и вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ. При этом электронный луч будет находиться под действием двух взаимно перпендикулярно отклоняющих сил. В зависимости от амплитуды, частоты и фазы подаваемых напряжений фигуры Лиссажу будут иметь различный вид.

Упражнение 1. Ознакомление с конструкцией, характеристиками и органами управления осциллографа.

1. Получите заводское описание осциллографа. Не включая его, изучите назначение ручек управления. Определите, какие из описанных выше способов измерения напряжений и временных интервалов позволяет использовать данный осциллограф. Запишите в отчет.

2. Определите диапазон напряжений, которые можно измерить с помощью данного осциллографа. Запишите в отчет.

3. Определите диапазон временных интервалов, которые можно измерить с помощью данного осциллографа. Запишите в отчет.

4. Определите диапазон частот колебаний, которые могут воспроизводиться на экране достаточно детально (с числом периодов не более 10).

5. Включите осциллограф. Выведите луч в центр экрана и установите необходимую яркость. Сфокусируйте луч.

Упражнение 2. Исследование синусоидального сигнала.

Соберите схему, изображенную на рис. 6.

2. Включите осциллограф и генератор сигналов. Установите ручку “Множитель” генератора в положение “10”, а тумблер переключения работы генератора в положение “

”. Получите устойчивую картину сигнала генератора на экране осциллографа и зарисуйте ее.

3. Измерьте в делениях горизонтальной шкалы экрана ЭЛТ величину нескольких (2-10) периодов сигнала на экране осциллографа. Определите цену деления шкалы осциллографа по горизонтали и подсчитайте величину периода изменения сигнала в секундах.

4. Зная период сигнала, рассчитайте его частоту и сравните ее с показателями по шкале частоты генератора.

5. Изменяя частоту сигнала генератора, повторите измерения периода и частоты для 4-5 различных частот. Результаты измерений занесите в таблицу 1.

Что такое ШИМ — широтно-импульсная модуляция?

Микропроцессоры работают исключительно с цифровыми сигналами: с логическим нулем (0В) или с логической единицей (5В или 3.3В). По этой причине на выходе микропроцессор не может сформировать промежуточное напряжение. Применение для решения таких задач внешних ЦАП нецелесообразно из-за сложности. Специально для этого разработана широтно-импульсная модуляция — определенный процесс управления мощностью, идущей к нагрузке, методом изменения скважности импульсов постоянной частотности.

Читать еще:  Шкода фелиция 1997 двигатель схема

Что такое шим (широтно-импульсная модуляция)?

Это современный метод управления уровнем мощности подаваемой к нагрузке, заключающийся в изменении продолжительности импульса при постоянной частоте их следования. Это технология модуляции сигнала за счет вариативного изменения ширины импульсов, а не выходного напряжения. ШИМ преобразователь может быть аналоговый, цифровой и пр.

Широтно-импульсная модуляция — важнейшие параметры:

  1. Т -период тактирования — промежутки времени, через которые подаются импульсы.
  2. Длительность импульса — время пока подается сигнал.
  3. Скважность — рассчитанное по формуле соотношение длины импульса к импульсному Т периоду тактирования.
  4. D коэффициент заполнения — показатель обратный скважности.

Область применения

Применение ШИМ позволяет увеличить и намного коэффициент полезного действия электрических преобразователей. Тем более это относится к импульсным преобразователям, которые сегодня преимущественно применяются во вторичных источниках питания разных электронных аппаратов. Импульсные преобразователи обратноходовые, прямоходовые 1-тактные, 2-тактные, полумостовые, резонансные управляются с участием ШИМ.

Принцип ШИМ сегодня стал основным для электронных устройств, которым требуется поддержание на заданном уровне выходных параметров и их регулировка. Метод применяется для изменения скорости вращения двигателей, яркости света, управления силовым транзистором БП импульсного типа.

Используется ЩИМ модуляция и в системах управления яркостью светодиодов. Светодиод, благодаря низкой инерционности, успевает мигнуть на частоте всего в несколько десятков кГц. Для человеческого глаза работа светодиода в импульсном режиме воспринимается как свечение. Яркость светодиода зависит от продолжительности импульса в течение одного периода. При коэффициенте заполнения в 50%, то есть, если время свечения равно времени паузы, яркость светодиода составляет одну вторую номинальной величины. Когда появились светодиодные лампы 220В, нашлась проблема повышения их надёжности при нестабильном входном напряжении. Задача была решена разработкой драйвера питания, функционирующего по принципу ШИМ.

Распространение устройств, функционирующих по принципу ШИМ, позволило уйти от линейных трансформаторных БП. В результате чего повысилось КПД и уменьшились масса и габариты источников питания. Поэтому сегодня ШИМ-контроллер является сегодня неотъемлемой частью импульсного БП. Он управляет силовым транзистором и напряжение на выходе блока питания всегда остаётся стабильным. Кроме этого, ШИМ-контроллер:

  • обеспечивает плавный пуск преобразователя;
  • ограничивает скважность и амплитуду управляющих импульсов;
  • контролирует входное напряжение;
  • защищает от КЗ силового ключа;
  • в аварийной ситуации переводит устройство в деж. режим.

Сегодня широтно-импульсная модуляция применяется повсеместно и позволяет управлять яркостью подсветки ЖК дисплеев мобильных телефонов, смартфонов, ноутбуков. Реализована микросхема ШИМ в сварочных аппаратах, в автоинверторах, в зарядных устройствах и пр. В любом зарядном устройстве используется сегодня ШИМ.

ШИМ контроллер: принцип работы

ШИМ сигналом управляет ШИМ контроллер. Он управляет силовым ключом благодаря изменениям управляющих импульсов. В ключевом режиме транзистор может быть полностью открытым или полностью открытым. В закрытом состоянии через p-n-переход идет ток не больше нескольких мкА, то есть мощность рассеивания близка к нулю. В открытом состоянии идет большой ток, но так как сопротивление p-n-перехода мало, происходят небольшие теплопотери. Больше тепла выделяется в при переходе из одного состояния в другое. Однако благодаря быстроте переходного процесса в сравнении с частотой модуляции, мощность этих потерь незначительна.

Все это позволило разработать высокоэффективный компактный широтно импульсный преобразователь, то есть с малыми теплопотерями. Резонансные преобразователи с переключением в 0 тока ZCS позволяют свести теплопотери к минимуму.

Аналоговая ШИМ

В аналоговых ШИМ-генераторах управляющий сигнал формируется при помощи аналогового компаратора, когда на его инвертирующий вход подается пилообразный или треугольный сигнал, а на неинвертирующий — непрерывный модулирующий.

Выходные импульсы идут прямоугольной формы. Частота их следования соответствует частоте пилы, а длительность плюсовой части импульса зависит от времени, когда уровень постоянного модулирующего сигнала, идущего на неинвертирующий вход компаратора, выше уровня пилообразного сигнала, подающегося на инвертирующий вход. В период когда напряжение пилообразного сигнала будет превышать модулирующий сигнал — на выходе будет фиксироваться отрицательная часть импульса.

Во время когда пилообразный сигнал подается на неинвертирующий вход, а модулирующий — на инвертирующий, выходные прямоугольные импульсы будут положительными, когда напряжение пилы будет выше уровня модулирующего сигнала на инвертирующем входе, а отрицательное — когда напряжение пилы станет ниже сигнала модулирующего.

Цифровая ШИМ

Работая с цифровой информацией, микроконтроллер может формировать на выходах или 100% высокий или 0% низкий уровень напряжения. Но для эффективного управления нагрузкой такое напряжение на выходе нужно изменять. Например, когда осуществляется регулировка скорости вращения вала мотора или при изменении яркости светодиода.

Вопрос решают ШИМ контроллеры. То есть, 2-хуровневая импульсно-кодированная модуляция — это серия импульсов, характеризующаяся частотой 1/T и либо шириной Т, либо шириной 0. Для их усреднения применяется передискретизация. При цифровой ШИМ прямоугольные подимпульсы, которыми и заполнен период, могут занимать любое место в периоде. Тогда на среднем значении сигнала за период сказывается лишь их количество. Так как процесс осуществляется на частоте в сотни кГц, можно добиться плавной регулировки. ШИМ контроллеры решают эту задачу.

Можно провести следующую аналогию с механикой. Когда маховик вращается при помощи двигателя, при включенном двигателе маховик будет раскручиваться или продолжать вращение, если двигатель выключен, маховик будет тормозить из-за сил трения. Однако, если движок включать/выключать на несколько секунд, вращение маховика будет держаться на определенной скорости благодаря инерции. Чем дольше период включения двигателя, тем быстрее раскрутится маховик. Аналогично работает и ШИМ модулятор. Так работают ШИМ контроллеры, в которых переключения происходят в секунду тысячи раз, и частоты могут достигнуть единиц мегагерц.

Использование ШИМ-контроллеров обусловлено их следующими преимуществами:

  • стабильностью работы;
  • высокой эффективностью преобразования сигнала;
  • экономией энергии;
  • низкой стоимостью.

Получить на выводах микроконтроллера (МК) ШИМ сигнал можно:

  • аппаратным способом;
  • программным способом.

В каждом МК есть встроенный таймер, генерирующий ШИМ импульсы на определённых выводах. Это аппаратный способ. Получение ШИМ сигнала при помощи команд программирования более эффективно за счет разрешающей способности и дает возможность задействовать больше выводов. Но программный способ вызывает высокую загрузку МК, занимая много памяти.

Принцип шим-регулятора

Работа ШИМ регулятора сложностью не отличается. ШИМ-регулятор — устройство, выполняющее такую же функцию, что и традиционный линейный регулятор мощности (то есть, меняет напряжение или ток за счёт силового транзистора, рассеивающего значительную мощность на себе). Но ШИМ-регулятор отличается намного большим КПД. Достигается это благодаря тому, что управляющий силовой транзистор функционирует в ключевом режиме (либо включен, тогда пропускает большой ток, но мало падение напряжения, либо выключен — ток не проходит). В результате на таких силовых транзисторах мощность практически не рассеивается и энергия впустую не тратится.

После силового транзистора напряжение выходит как прямоугольные импульсы с изменяющейся скважностью в зависимости от необходимой мощности. Но сигнал нужно демодулировать (то есть, выделить среднее напряжение). Этот процесс происходит или в самой нагрузке (когда она индуктивного характера) или если между нагрузкой и силовым каскадом располагают фильтр нижних частот.

Читать еще:  Электро схема подключение электрического двигателя

Пример использования шим регулятора

Самый простой пример использования регулятора напряжения ШИМ — ШИМ микросхема NE555, с которой знаком каждый радио-любитель. Благодаря ее универсальности можно конструировать самые разнообразные детали: от простейшего одновибратора импульсов с 2 в обвязке до модулятора, состоящего из большого числа компонентов. ШИМ регулятор напряжения имеет широкую область применения — это схемы регулировки яркости светодиодов и лент, а также регулировка скорости вращения движков.

В чем отличие между шим и шир?

На Западе понятия широтно-импульсного регулирования ШИР и ШИМ практически не различаются. Однако у нас между ними все же существует различие. Во многих микросхемах реализован принцип ШИР, однако при этом они все равно называются ШИМ контроллеры. Таким образом различий в названии этих двух способов практически нет.

Единственное отличие между ШИР и ШИМ — при ШИР время импульса и паузы постоянны. А при ШИМ их длительности изменяются, что позволяет сформировать выходной ШИМ сигнал заданной формы.

Управление вентильными двигателями

Выделим следующие задачи, возникающие при управлении ВД:

2) Регулирование частоты вращения (принудительный перевод ВД на работу при другой частоте вращения);

3) Стабилизация частоты вращения (автоматическое поддержание частоты вращения ВД на заданном уровне при изменении момента нагрузки или незапланированном изменении напряжения источника питания);

4) Реверсирование (изменение направления вращения);

5) Торможение ВД.

Пуск вентильного двигателя.

Прямой пуск ВД — подключение при пуске вентильного двигателя на полное напряжение.

Рассмотрим уравнение электрического равновесия ВД. Без учета падения напряжения в полупроводниковых элементах инвертора напряжение питания будет равно линейному напряжению подключенных фаз, например:

В момент пуска, когда ЭДС обмоток (E=cФn) равна нулю фазный ток

То есть ток при пуске (и на малых частотах вращения) определяется в основном значением фазного сопротивления Rф. Следует отметить, что с целью обеспечения высокого КПД при проектировании двигателя стремятся выполнить обмотку якоря с малым активным сопротивлением [22].

В итоге пусковой ток, возникающий при прямом пуске, может в 5 и более раз превышать номинальный ток двигателя [15]. Кратность тока в ВД Iп/Iном значительно превышает кратности в АД и СД [12]. Между тем для разгона двигателя в нормальных условиях обычно бывает достаточна кратность пускового момента (а следовательно и тока) 2-3 [15].

1) Для того чтобы силовые ключи коммутатора смогли пропустить такой ток, необходимо проектировать их на увеличенную по сравнению с номинальным режимом мощность. Это приводит к неоправданному увеличению габаритных размеров коммутатора и его стоимости.

2) Прямой пуск неблагоприятен для питающей сети. При запуске мощного двигателя из-за больших пусковых токов в сети падает напряжение, что нарушает работу других потребителей [18].

В каких случаях осуществляют прямой пуск:

1) Когда требуется получить максимальный пусковой момент (Мп=сФIп).

Это может быть необходимо, когда малым частотам вращения соответствует большой момент сопротивления (работа на низких температурах, использование механизмов с опорами скольжения и т.д.);

2) Когда не накладываются ограничения на величину тока источника питания.

3) Если мощность двигателя не превышает примерно 200 Вт [18].

Для большинства применений такой пуск нецелесообразен.

5.12.1.2. Регулируемый пуск ВД

Применяют для предотвращения токовых и тепловых перегрузок ВД.

За время пуска к фазам двигателя подается неполное напряжение. Например, напряжение за время пуска может изменяться таким образом, чтобы ток двигателя не превышал (был равен) предельно допустимому значению (току ограничения):

Пример реализации регулируемого пуска см. в п.5.12.2.

Регулирование и стабилизация частоты вращения ВД

Вентильный электродвигатель является аналогом коллекторного двигателя постоянного тока и к нему применимы все способы регулирования, применяемые при регулировании ДПТ. Большинство положений, приведенных при рассмотрении способов регулирования частоты вращения в Разделе 2. справедливы и для ВД.

На практике применяют следующие способы:

1) Регулирование и стабилизация частоты вращения путем изменения напряжения, подаваемого на фазы двигателя (якорное управление).

Самый распространенный и эффективный способ регулирования частоты вращения ВД.

ВД, как и другие двигатели, проектируется на максимальное напряжение питания. То есть напряжение можно изменять лишь в сторону уменьшения от его номинального значения и, как следствие, частота вращения при этом способе также может регулироваться только в сторону уменьшения.

Осуществляется это с помощью широтно-импульсных преобразователей (ШИП) [19].

В качестве ШИП может выступать импульсный регулятор напряжения, включенный в цепь постоянного тока (амплитудное управление) (рис.9а) или непосредственно сам инвертор (рис.9б).

а) б)
Рис. 9. Два варианта схемы управляемого ВД

Наличие дополнительного РН усложняет реализацию. Поэтому чаще регулирование осуществляется путем воздействия на управляющие цепи коммутатора, реализуя импульсное регулирование. Схема управления инвертором при этом несколько усложняется, потери в коммутаторе возрастают [19].

Регулирующим элементом ШИП является ключ (транзистор), который с большой частотой (10-20 кГц) коммутируется (включается и выключается).

Широтно-импульсная модуляция сигнала — ШИМ.

Английский термин — pulse width modulation — PWM [13] .

При использовании ШИМ ключ инвертора в пределах разрешенного интервала на включение по сигналу от ДПР включен не постоянно, а периодически.

В итоге формируется импульсный сигнал постоянной частоты и переменной длительностью импульса.

С помощью задания длительности импульсов можно менять среднее напряжение на выходе ШИМ.

Варианты организации ШИМ.

1) Время открытого состояния ключа в каждый элементарный период одинаково. Изменение напряжения достигается изменением времени включенного состояния ключа в рамках каждого периода. Характеристикой является скважность.

Сигнал генерируется аналоговым компаратором, на отрицательный вход которого подаёся опорный сигнал в виде «пилы» или «треугольника», а на положительный — собственно сам модулируемый непрерывный аналоговый сигнал. Частота импульсов соответствует частоте «зубъев» пилы. Ту часть периода, когда входной сигнал выше опорного, на выходе получается единица, ниже — нуль [13].

2) Синусоидальный ШИМ (180-градусная коммутация) (Алгоритм ее формирования см. в п.5.8)

Изменение напряжения производится путем изменения амплитуды несущей синусоиды.

Частота переключения ключей инвертора при ШИМе (несущая частота) существенно выше выходной частоты инвертора (частоты модуляции), поэтому в спектре выходного напряжения кроме основной гармоники присутствуют лишь гармоники весьма высокого порядка, которые легко отфильтровываются индуктивностями двигателя [20].

При постоянной частоте коммутации изменение напряжения, подаваемого на вход инвертора (для схемы а, рис. 9), или подаваемого на фазы ВД ((для схемы б, рис. 9), производится за счет изменения времени включния ключа в пределах элементарного периода.

При этом, регулирование частоты вращения производится путем изменения ее заданного значения (соответствует Uуз), а стабилизация частоты вращения осуществляется автоматически: управляющий сигнал формируется исходя из сравнения сигнала Uуз (поддерживаемое значение частоты вращения) и текущего значения частоты вращения (обозначено Uу (w)).

Читать еще:  Высокие обороты после мойки двигателя

При пуске значение тока ограничения также задается в виде Uуз, а изменение напряжения, подаваемого на фазы, происходит по результатам сравнения этого значения с текущим значением тока (обозначено Uу (I)).

Вариант регулирования напряжения при пуске.

При превышении током в обмотке якоря заданного значения транзисторы коммутатора ВД запираются несмотря на разрешающий сигнал, поступающий с ДПР. Ток в обмотке якоря начинает уменьшаться. При снижении тока до нижнего порогового значения транзисторы вновь открываются. По мере разгона ротора ЭДС вращения увеличивается и при некоторой частоте вращения, ниже номинальной, ток становится меньше верхнего порогового уровня. С этого момента система токоограничения не влияет на коммутатор, автокоммутация продолжается по сигналам ДПР, а запуск продолжается по естественной механической характеристике [22].

Аналогично производится ограничение тока в установившихся режимах при работе на малых скоростях вращения.

2) Регулирование частоты вращения путем изменения потока (полюсное управление) для двигателей с электромагнитным возбуждением.

ВД, как и другие двигатели, проектируется на максимальный магнитный поток в номинальном режиме. То есть магнитный поток можно изменять лишь в сторону уменьшения от номинального значения и, как следствие, частота вращения при этом способе может регулироваться только в сторону увеличения. При этом двигатель не должен работать при мощности выше номинальной (то есть при увеличенной частоте вращения двигатель сможет работать лишь при неполном моменте нагрузки [19]: М=Pном/W.

3) Регулирование частоты вращения путем изменения угла включения фазы.

Теоретически в коллекторном ДПТ этот способ мог бы быть реализован путем изменения положения щеток. Практически это осуществить затруднительно и потому для коллекторных ДПТ такой способ не используется.

Определение угла включения фазы

Определим угол включения фазы через осциллограммы фазной ЭДС и фазного тока (рис.10).

Рис. 10. Картины ЭДС и тока для фазы А при 120-градусной коммутацииВ соответствии с (6) значение ЭДС определяется магнитным потоком, а значит положением полюсов (ротора) ВД. Момент начала протекания тока соответствует включению ключа инвертора, подключающего эту фазу к источнику питания. Это подключение может быть осуществлено при различном положении ротора. За угол включения фазы будем принимать угол, отмеряемый от начала положительного полупериода ЭДС до начала протекания в этой фазе тока (откладывается в сторону поворота ротора).

Нейтральной коммутацией при управлении ВД называют случай, когда при 120-градусной коммутации угол включения фазы равен 30 градусов (рис.10) В этом случае в момент включения и выключения фазы значение ЭДС холостого хода одинаково.

В литературе встречается понятие «угол опережения» (обозначим его β). Этот угол отсчитывается от положения нейтральной коммутации в сторону, противоположную повороту ротора.

При изменении угла включения фазы изменя

Можно изменять момент начала питания фазы относительно кривой ЭДС.

Взаимное положение кривых ЭДС холостого хода и фазного тока в разных источниках характеризуется разными углами. Мы отметим два варианта: угол между началом положительного полупериода ЭДС и тока и так называемый угол опережения включения катушек на статоре по отношению к положению ротора. Этот угол отсчитывается от нейтральной коммутации в сторону более ранних времен (рис.10).

5.12.3. Пример управления ВД комбинированными способами

При необходимости реализации большого диапазона регулирования частоты вращения или при необходимости стабилизации частоты вращения в большом диапазоне изменения момента нагрузки применяют комбинированные способы управления, основанные на использовании двух (а то и трех) способов, перечисленных в п.5.12.2.

1) Двухзонное регулирование напряжением питания и магнитным потоком (для ВД с электромагнитным возбуждением) (см.раздел 2).

2) Управление ВД изменением напряжения, подаваемого на фазы двигателя и изменением угла включения фазы.

При возрастании момента на валу двигателя скорость можно поддерживать постоянной за счет увеличения напряжения. При U=Uмакс дальнейшее увеличение момента приведет к уменьшению скорости вращения. В этом случае можно использовать дополнительный канал управления моментом – за счет изменения угла включения фазы (угла опережения).

Уменьшение угла включения фазы (увеличение угла опережения) приведет к изменению положения механической характеристики и обеспечению возможности регулирования или стабилизации скорости (рис.11).

Регулирование будет тем глубже, чем меньше момент нагрузки на валу двигателя.

Стоит заметить, что введение отрицательных углов включения фазы (больших углов опережения) сопряжен с увеличением потерь и ухудшением КПД двигателя.

Пример схемы ВД при совместном управлении по напряжению и углу включению фазы приведен на рис.12.

Рис.11. Механические характеристики ВД при различных углавх опережения [15] Рис.12. Пример структурной схемы управляемого ВД [15]

Как только сигнал на выходе регулятора тока РТ достигает своего максимума Uмакс, а его дальнейшее увеличение будет невозможно из-за наличия «зоны насыщения», сигнал на выходе системы управления также достигнет своего предельного значения. При управлении в режиме широтно-импульсного регулирования это будет означать, что ключи работают со скважностью 1.

В этом случае сигнал Uмакс, соответствующий выходу регулятора РТ в зону насыщения подается на пороговый орган ПО1, который дает разрешение на вступление в работу регулятора угла включения, который начинает уменьшать этот угол (увеличивать угол опережения), за счет чего увеличивается момент двигателя и обеспечивается поддержание заданного уровня скорости.

В зависимости от того, какой сигнал при установившемся процессе меняется — Ωз или Ω — речь идет о регулировании скорости или о стабилизации скорости.

Векторное управление ВД [22].

В современном вентильном электроприводе используются алгоритмы векторного управления.

Идея векторного управления для ВД состоит в следующем:

1) формирование синусоидального тока

2) разложение синусоидального тока на две составляющих:

— проекция вектора тока на продольную ось — ось полюса (direct axis) – Id; отвечает за создание потока (потокосоставляющий ток); эта составляющая тока аналогична току возбуждения ДПТ.

— проекция вектора тока на поперечную ось (quadrature axis) – Iq; отвечает за создание момента (моментосоставляющий ток); эта составляющая тока аналогична току якоря ДПТ.

3) управление отдельными составляющими тока

Алгоритмы векторного управления широко используются в асинхронном электроприводе и вентильных двигателях.

В отличие от АЭП, в вентильном двигателе на базе СМПМ и ИМ с ОВ поток создается системой возбуждения. Поэтому управление по току Id может проводиться двумя способами:

1) эта составляющая поддерживается на нулевом уровне;

2) либо изменяется (с целью ослабления поля возбуждения). Цель: а) оптимизация процесса электромеханического преобразования энергии; б) осуществление регулирование частоты вращения СДПМ выше основной с постоянством мощности (как при двухзонном регулировании).

Управление током Iq производится таким образом, чтобы получить необходимые значения момента и частоты вращения.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector