Система управления

Для получения высоких значений КПД в широком диапазоне изменения входных напряжений в преобразовательной технике транзисторы используются преимущественно в ключевом режиме. Если в силовом контуре инвертора используются простейшие схемы двухтактных усилителей мощности, то на выходе формируется одноуровневое импульсное напряжение (рис. 3.1)

Рис. 3.1

Добавление в силовой контур выходного фильтра низкой частоты обеспечивает получение синусоидального выходного напряжения. Классификация различных форм импульсной модуляции одноуровневого напряжения дана на рис. 3.2.

По модулируемому параметру различаются три вида модуляции: частотно-импульсная; фазо-импульсная; широтно-импульсная.

В первых двух видах длительность импульсов неизменна, а изменяется либо частота их повторения, либо сдвиг фазы относительно начала импульсного интервала в зависимости от значения модулирующего напряжения. Эти два вида модуляции не нашли широкого применения в преобразовательной технике вследствие сложности фильтрации модулированного напряжения.

Наиболее распространена в преобразовательной технике широтно-импульсная модуляция, при которой частота повторения импульсов неизменна, а изменяется длительность (ширина) импульсов.

По числу импульсов в полупериоде М широтно-импульсная модуляция (ШИМ) разделяется на однократную (М=1) и многократную (М>1).

По полярности импульсов в полупериоде многократная ШИМ разделяется на однополярную, когда импульсы каждого полупериода имеют одну полярность и между импульсами напряжение имеет нулевой уровень (нулевая пауза), и двухполярную, когда в пределах полупериода импульсы имеют чередующуюся полярность (нулевые паузы между импульсами отсутствуют).

Однополярная ШИМ, как правило, имеет лучший спектральный состав. Однако двухполярные ШИМ может быть реализована в простейших схемах инверторов (со средней точкой и в полумостовой), а для реализации однополярной ШИМ необходимо использование мостовой схемы или введение в силовой контур дополнительных ключей.

Рис. 3.2 Классификация видов импульсной модуляции одноуровневого напряжения

По длительности импульсных интервалов в многократная ШИМ разделяется на:

равномерную, когда полупериод разделен на четное или нечетное число i импульсных интервалов равной длительности (каждый интервал содержит смежные импульс и нулевую паузу или импульсы прямой и обратной полярностей);

неравномерную, когда такое разделение отсутствует.

При равномерной ШИМ упрощается по сравнению с неравномерной система управления, однако при неравномерной ШИМ можно исключить большее количество, чем при равномерной, высших гармоник низкого порядка при одинаковом числе импульсов за полупериод.

По форме функции построения (форме модулирующего напряжения) многократная равномерная ШИМ разделяется на синусоидальную; ступенчатую; трапецеидальную (в частном случае - треугольную).

В системе управления транзисторами используется эталонное (модулирующее) напряжение, форма которого соответственно имеет вид синусоиды, многоступенчатой кривой, аппроксимирующей синусоиду, и трапеции. Это напряжение сравнивается с опорным, например пилообразным, напряжением тактовой частоты (fтакт = 2ifвых), и в моменты равенства эталонного и опорного напряжений подается сигнал на переключение соответствующих силовых транзисторов. Благодаря этому длительность импульса выходного напряжения данного интервала пропорциональна амплитуде эталонного напряжения на этом интервале.

По расположению точки, в которой функция построения определяет длительность импульса на данном интервале, многократная равномерная ШИМ разделяется на:

двухстороннюю, когда указанная точка расположена в середине интервала;

одностороннюю, когда указанная точка расположена в начале или в конце интервала.

При использовании опорного пилообразного напряжения оно имеет двухстороннюю симметричную форму для двухсторонней ШИМ и одностороннюю форму для односторонней ШИМ.

Для трапецеидальной функции построения дополнительно может использоваться симметрично-односторонняя ШИМ, при которой на первой половине полупериода указанная точка расположена в конце интервала, а на второй половине полупериода - в начале интервала. Такая ШИМ согласно исследованиям имеет наилучший спектральный состав и реализуется относительно простой цифровой системой управления, в которой суммируются сигналы двух близких частот.

При синусоидальной функции построения, кроме того, различают четыре рода ШИМ:

Интересное из раздела

Контроль параметров ошибок в трактах цифровых систем передачи
Основной тенденцией развития телекоммуникаций во всем мире является цифровизация сетей связи, предусматривающая построение сети на базе цифровых методов ...

Исследование аналого-цифрового и цифрового преобразователей
Аналого-цифровые преобразователи предназначены для преобразования непрерывных (аналоговых) сигналов в дискретные (цифровые), которые могут использоваться в ...

Автоматизированная система учета энергоресурсов
Вследствие роста тарифов на энергоресурсы, потребляемые населением (газ, вода, электроэнергия), встает вопрос о необходимости оперативного и достоверного контро ...