Широтно – імпульсний перетворювач на R – L навантаження (транзисторний варіант)

Практична робота №3.

Широтно – імпульсний перетворювач на R – L навантаження (транзисторний варіант)

Широтно – імпульсні перетворювачі засновані на використанні імпульсних методів перетворення та регулювання постійної напруги. Тому їх називають імпульсними перетворювачами постійної напруги (ІППН).

Вихідна напруга таких перетворювачів характеризується послідовністю імпульсів прямокутної форми з тривалістю t_и та паузою t_п, амплітуда яких близька до напруги живлення Е (рис. 3.1.).

Рис. 3.1. Крива вихідної напруги

В основі принципу дії ІППН лежить ключовий режим роботи регулюючого напівпровідникового приладу, що здійснює періодичне підключення напруги живлення Е до вихідного кола перетворювача. Малі спади напруги на регулюючому приладі у відкритому стані і струм, що протікає у зачиненому стані, зумовлюють високий ККД розглянутого перетворювача.

Регулювання вихідної напруги та струму ІППН здійснюється імпульсними методами шляхом зміни параметрів вихідних імпульсів. Найбільше розповсюдження отримали широтно – імпульсний та частотно – імпульсний методи регулювання, а також їх комбінація.

Зупинимося детальніше на широтно – імпульсному методі регулювання (ШІР). ШІР здійснюється зміною тривалості (ширини) вихідних імпульсів t_и (мал.) при незмінному періоді їх проходження (Т = const, ).

Середнє значення вихідної напруги перетворювача при широтно – імпульсному керуванні пов’язане з напругою живлення співвідношенням

, де

- коефіцієнт регулювання (перетворення).

На рис. 3.2. представлена модель широтно – імпульсного модулятора. Коротко пояснимо призначення основних блоків.

Рис. 3.2. Модель широтно – імпульсного модулятора

Блок Pulse Generator (Simulink→Sources) є генератором тактових імпульсів. На блоках Constant та Integrator зібраний генератор лінійно наростаючого сигналу (принцип роботи розглянутий у Лабораторній роботі №2). Цей генератор синхронізується по фронту з тактовим генератором. Значення с константи та період проходження імпульсів тактового генератору Т взаємопов’язані між собою співвідношенням , де с – значення константи блоку Constant.

Блок Relational Operator [>=] (Simulink→Math) реалізує функцію вузла порівняння. Вихід цього блоку встановлюється в одиничний стан, якщо значення пилообразного сигналу, що знімається з інтегратору, перевищує значення опорного сигналу constant1.

На блоках Logical Operator [AND] (Simulink→Math), S – R Flip – Flop (Simulink Extras→ Flip – Flops) та Logical Operator1 [NOT] зібрана система блокування подачі хибних імпульсів на вихід схеми. Блок Memory (Simulink→Continuous), який організує затримку на один інтервал інтегрування, блокує попередження, пов’язане з виникненням забороненої комбінації R = S = 1 на вході R – S тригеру.

Схема блокування подачі хибних імпульсів працює синхронно з тактовим генератором. Синхронізація здійснюється блоком Hit Crossing (в полі Hit crossing detection параметрів встановимо значення rising).

Слід відмітити, що у моделі модулятора використовується блок Memory, який організовує затримку сигналу на один такт інтегрування, тому точність моделювання значно збільшується зі зменшенням кроку інтегрування.

Роботу схеми модулятора характеризують часові діаграми, представлені на рис. 3.3.

Рис. 3.3. Осцилограми блоку Scope

Рис. 3.4. Схема модулятора, організованої у вигляді підсистеми

Один з принципів, що широко використовується при побудові ІППН, ілюструє схема рис. 3.5. Функції регулюючого елемента виконує силовий ключ Ideal Switch (Power System Blockset→ Power Electronics). Всі моделі силових напівпровідникових приладів передбачають снаберне R – C коло, призначене для формування необхідної траєкторії перемикання силового елемента.

У вихідне коло перетворювача входить навантаження активно – індуктивного характеру.

Діод Diode, включений у зворотному напрямку відносно напруги вихідного кола (зворотний діод), є необхідним елементом схеми і призначений для створення у ній контуру протікання струму навантаження при розімкненому силовому ключі.

Рис. 3.5. Схема перетворювача

Керуюча імпульсна послідовність задається широтно – імпульсним модулятором, представленим у вигляді підсистеми (рис. 3.4.).

Напруга та струм ключа контролюються осцилографом Scope1, підключеним до вимірювального виводу m силового ключа через демультиплексор Demux.

Результат моделювання представлений на рис. 3.6. – рис. 3.7.

Рис. 3.6. Струм та напруга навантаження

Рис. 3.7. Струм та напруга силового ключа

Для зняття регулювальної характеристики пропонується схема (рис. 3.8.).

Рис. 3.8. Схема для зняття регулювальної характеристики

На вхід Gamma модулятора подається лінійно зростаючий сигнал, значення якого змінюється від 0 до 1. Слід звернути увагу, як реалізований генератор лінійно зростаючого сигналу. Він зібраний на блоках Clock (Simulink→Sources) та Gain (Simulink→Math). З виходу блоку Clock знімається знімається поточний час моделювання. Блок має наступні параметри: Display time – встановлення виводу часу у піктограму; Decimation – розрідження. Цей параметр задає через скільки кроків вирішування диференційних рівнянь буде поновлений час.

Параметр к блоку Gain встановимо рівним , де t_м – час моделювання.

Побудова регулювальної характеристики здійснюється на графобудівникові XY Graph. Діюче значення струму вимірюється блоком RMS. Частота основної гармоніки струму навантаження дорівнює частоті тактового генератора Pulse Generator (підсистема модулятору).

Приклад регулювальної характеристики зображений на рис. 3.9.

Рис. 3.9. Регулювальна характеристика перетворювача

Виконання лабораторної роботи.

1. Дослідити модель широтно – імпульсного модулятора. Привести часові діаграми його роботи.

2. Дослідити модель ШІМ перетворювача, використовуючи у якості силового ключа:

а) ідеальний ключ Ideal Switch (Power System Blockset→ Power Electronics)

б) польовий транзистор Mosfet (Power System Blockset→ Power Electronics)

Додавши до моделі RMS блок, побудувати зовнішню характеристику перетворювача. Зробити висновок про вплив параметрів снаберного R – C кола на форми напруги та струму ключа.

3. Зняти регулювальну характеристику ШІМ перетворювача, використовуючи схему рис. 3.8.

Для всіх схем рекомендовані параметри снаберного R – C кола: R = 10 Ом, C=0.1e-6 Ф.

Дата добавления: 2015-09-29