Глава II. Расчет импульсного усилителя мощности

Стр 1 из 6Следующая ⇒

ГЛАВА I

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

1. Разработать усилитель для управления по цепи якоря двигателем САУ типа ДПР-.

2. Структура усилителя должна обеспечивать управление выходными каскадами в режиме широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

3. Напряжение источника питания усилителя двухполярное и соответствует номинальному напряжению питания двигателя.

4. Мощность источника питания равна номинальной электрической мощности, потребляемой двигателем.

5. Коэффициент усиления по напряжению - 46 дб.

6. Входное сопротивление R_ВХ ³ 10 кОм.

7. Диапазон температур окружающей среды -20° ¸ +50°C.

8. Допустимое смещение нуля усилителя не более ± 0.1 В в рабочем диапазоне температур.

СТРУКТУРА ВЫБРАННОГО ВАРИАНТА УСИЛИТЕЛЯ. ОПИСАНИЕ АЛГОРИТМА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ.

Техническое совершенство привода системы автоматического управления (САУ) в значительной степени определяется усилителем мощности (УМ), который в совокупности с вторичным источником питания (преобразователь энергии первичного источника в требуемый для двигателя и УМ вид тока и напряжения) и самим двигателем образуют управляемую внешним сигналом систему преобразования электрической энергии в механическую.

Таким образом, УМ в равной степени с указанными устройствами определяет КПД и весогабаритные показатели привода САУ.

Оптимизация конструкции УМ при использовании в приводе коллекторного двигателя постоянного тока (ДПТ) определяет необходимость построения УМ по структуре ШИМ с работой выходных транзисторов усилителя в режиме класса Д (режим переключения).

Блок-схема усилителя и эпюры сигналов, поясняющие алгоритм его функционирования, изображены на рис.1 и рис.2.

Структура усилителя содержит следующие основные блоки:

1. Сумматор 1 и усилитель напряжения 2 (УН). УН является аналоговым устройством формирования сигнала управления приводом. В нем осуществляются операции суммирования входного сигнала Ua (или Uw) и сигнала отрицательной обратной связи по скорости, а также динамическая коррекция привода САУ. На выходе его формируется аналоговый сигнал управления 1

2.Устройство управления 5 (УУ) предназначено для формирования сигналов 2 и 5 пилообразного напряжения, с помощью которых осуществляется ШИМ преобразование.

3.Широтно-импульсный модулятор 3 (ШИМ), в котором производится линейное преобразование амплитуды аналогового сигнала 1 в длительность импульсных сигналов 4 и 7.

4.Выходной импульсный усилитель УМ 4, представляющий собой транзисторный усилитель мощности, работающий в режиме переключения (режим класса Д). Вид его выходного сигнала на якоре двигателя 6 показан на осциллограмме 8.

Рис.2. Эпюры сигналов усилителя с ШИМ

Из эпюр, поясняющих работу усилителя, следует, что исполнительный двигатель питается однополярными импульсами тока, которые коммутируются силовыми ключами выходного усилителя.

При выключении напряжения на выходе усилителя (осциллограмма 8) за счет ЭДС самоиндукции якоря возникает бросок напряжения противоположного знака и через некоторое время, определяемое электрической постоянной цепи якоря двигателя, на выходе усилителя устанавливается напряжение, пропорциональное противоЭДС двигателя.

Из описания алгоритма функционирования усилителя следует, что основным параметром, определяющим пульсации момента якоря является период ШИМ сигнала. В данном усилителе сглаживание пульсаций момента осуществляется за счет момента инерции якоря двигателя, и, следовательно, постоянная времени этого фильтра определяется электромеханической постоянной времени двигателя. Поэтому период ШИМ можно определить из соотношения:

, где =0.05с – приближенное среднее значение электромеханической постоянной времени двигателей серии ДПР-32 ¸ДПР-72.

Таким образом Tшим £ 0.005 с = 5мс, и 200 Гц. Принимаем f_шим= 400 Гц, тогда Tшим = 2.5 мс.

Принципиальная схема усилителя мощности УМ изображена на рис.3. Усилитель представляет собой полумостовую схему, управляемую разнополярными импульсами, поступающими с выходов компараторов ШИМ преобразователя амплитудой “±10В”. Транзисторы VT1 и VT3 связывают нагрузку с +E_П, транзисторы VT2 и VT4 с -E_П, при этом, направление вращения двигателя реверсируется.

Входные каскады усилителя (транзисторы VT1, VT2) выполнены по схеме с общим эмиттером. Выходные каскады выполнены также по схеме с общим эмиттером с использованием комплементарных составных транзисторов (пары Дарлингтона), что обеспечивает автоматическое регулирование тока управления выходных транзисторов (ненасыщенный режим их работы) при широкой вариации тока нагрузки и, следовательно, минимальные тепловые потери.

Резисторы R11, R39 (R12,R40) и диоды VD4 (VD5) образуют делитель напряжения, предназначенный для фиксации обратного напряжения перехода база-эмиттер транзисторов VT1 и VT2 до уровня U _БЭ< 5В. Резисторы R17, R18 предназначены для фиксации коллекторного тока I_К1 и I_К2 при включенном состоянии транзисторов VT1 (или VT2). Их величина, кроме того, определяет входное сопротивление каскадов на транзисторах VT1 и VT2.

Резисторы R19 и R20 фиксируют напряжение U _БЭ транзисторов VT3, VT4 в выключенном состоянии, определяемое током I_К0, при максимальном, заданном ТУ, значении температуры окружающей среды.

Преобразователь ШИМ выполнен на быстродействующих ОУ, выполняющих функции компараторов, DA4 и DA5 (ИС серии К544УД2А). Выходные импульсные сигналы этих компараторов 4 и 7 поступают на соответствующие половинки полумоста УМ. На входе компаратора DA5 алгебраически суммируется сигнал 1 с выхода ОУ DA6 с сигналом отрицательного пилообразного напряжения 5, а на входе компаратора DA4 - с сигналом инвертированного положительного пилообразного напряжения 2.

При нулевом и отрицательном значении сигнала 1 напряжение выхода 4 компаратора DA4 – «-10В», так как пилообразное напряжение 2 не выходит из области положительных значений. При смещении сигнала 1 в область положительных значений напряжения выход 4 компаратора DA4 принимает значение «+10B» при нуле напряжения пилы и возвращается к «-10В», когда напряжение пилы становится больше напряжения сигнала 1.

Ширина импульсов, генерируемых компаратором, линейно связана с амплитудой сигнала 1. При равенстве амплитуды сигнала 1 амплитуде пилообразного напряжения 2, генерируется импульс максимальной ширины. Таким образом, коэффициент усиления по напряжению усилителя мощности вместе с ШИМ преобразователем определится из соотношения:

(1)

где: - напряжение источника питания выходных каскадов
усилителя;

- амплитуда пилообразного напряжения на выходе устройства
управления;

- коэффициент передачи сумматора по входу пилообразного
напряжения.

При смещении сигнала 1 в область положительных значений работает только компаратор DA4. Входной сигнал компаратора DA5 еще больше смещается в область положительных напряжений и, следовательно, выход DA5 остается в состоянии “+10В”. Таким образом, по сигналам ШИМ переключается верхняя половинка полумоста, а нижняя остается в выключенном состоянии.

При смещении сигнала 1 в область отрицательных напряжений ШИМ преобразование осуществляется уже компаратором DA5. Компаратор DA4 в это время будет еще более заторможен входным сигналом. Активным значением выхода компаратора DA5, является напряжение «-10В», которое управляет включением р-n-р транзистора VT2 нижней половинки полумоста УМ.

Устройство управления 5 выполняет функции генерирования сигналов пилообразного напряжения. Осуществляется это с помощью цифроаналогового преобразователя DA2. Опорное напряжение, определяющее амплитуду пилы, равно напряжению стабилитрона VD1. Цифровой двоичный сигнал от 0 до 255 формируется восьмиразрядным счетчиком (ИС DD1), на вход которого поступает импульсный сигнал с выхода генератора импульсов (ИС DA1). Так как выбранная нами частота ШИМ преобразователя = 400 Гц (период T=2.5 мс.), частоту задающего генератора можно определить из соотношения:

кГц.

ОУ DA3.1 осуществляет формирование отрицательного пилообразного напряжения в функции выходного тока резистивной матрицы R-2R (ИС DA2). ОУ DA3.2 формирует инверсный сигналу 2 пилообразный сигнал положительной полярности..

ОУ DA6 является усилителем аналогового сигнала. Он выполняет функции суммирования входного сигнала и сигналов обратной связи, функции основного усиления и, возможно, функции динамической коррекции.

ГЛАВА II. РАСЧЕТ ИМПУЛЬСНОГО УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ

Дата добавления: 2015-12-17; просмотров: 26; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 5 6 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!