Описание лабораторной установки. Лабораторная работа №2

Лабораторная работа №2

Исследование импульсной системы регулированиянапряжения генератора постоянного тока с широтно-импульсной модуляцией

 

Цель работы.

Экспериментальное исследование импульсной системы автоматического регулирования напряжения генератора с широтно-импульсной модуляцией.

Теоретическое введение

Импульсная модуляция заключается в изменении одного из параметров последовательности импульсов на выходе импульсного элемента ИЭ по закону изменения непрерывного входного сигнала, называемого модулирующим.

Основными параметрами немодулированной последовательности импульсов на выходе ИЭ являются амплитуда импульсов А, относительная длительность импульсов , гдеt_идлительность импульсов, Т – период следования импульсов. В зависимости от того, какой из этих параметров изменяется в соответствии с изменением модулирующего сигнала, различают амплитудно-импульсную АИМ,широтно-импульсную ШИМ или время-импульсную ВИМ модуляцию.

При подаче на вход ИЭ, осуществляющего широтно-импульсную модуляцию непрерывного входного сигнала, на выходе появляется последовательность импульсов, имеющих Т = const, А = const, а относительная длительность импульсов 𝛾будет изменяться пропорционально значению входного сигнала.

Описание лабораторной установки.

В работе исследуется импульсная система стабилизации напряжения генератора постоянного тока, работающая по принципу отклонения регулируемой величины – напряжения. Упрощенная принципиальная схема установки приведена на рис. 2.1. В схеме макета предусмотрена реализация широтно-импульсной модуляции. Принципиальная схема блока питания приведена на рис. 2.2, принципиальная схема ШИМ – на рис.2.3

Рис.2.1. Принципиальная схема лабораторного стенда импульсной САР напряжения генератора

Рис.2.2. Принципиальная схема блока питания.

Система регулирования состоит из генератора постоянного тока G, нагрузочного реостата R1, приводного двигателя M, управляющего устройства, включающего ШИМ«(ШИМ».

ШИМ (рис.2.3) формирует на выходе модулированные по ширине импульсы, амплитуда которых постоянна, а период следования определяется задающим генератором и может дискретно изменяться с помощью переключателя S3. Задающий генератор выполнен по схеме мультивибратора, работающего в автоколебательном режиме, на интегральном операционном усилителе DA2 типа 140УД1А. Прямоугольные импульсы с выхода мультивибратора поступают на вход интегратора DA3, собранном на таком же усилителе и преобразующем прямоугольные импульсы в треугольные. Следующий элемент – компаратор DA4, на один вход которого поступают треугольные импульсы с выхода интегратора, а на другой – постоянный сигнал управления U_у. В тот момент времени, когда величина развертывающего сигнала станет равнойU_у, полярность выходного напряжения компаратора скачком меняется на противоположную. Таким образом, изменяя напряжение управления U_у, можно плавно изменять ширину импульсов на выходе ШИМU_шим.

Рис.2.3. Принципиальная схема широтно-импульсного модулятора

Диаграмма напряжения на выходе элементов ШИМ при разных значениях напряжения управления U_у представлена на рис. 2.4.

Рис.2.4. Диаграмма напряжений на выходе элементов ШИМ

Импульсный усилитель на транзисторе VT1 (рис.2.1) усиливает сигнал на выходе модулятора по мощности до величины, достаточной для управления током обмотки возбуждения генератора.

Принцип работы данной импульсной системы регулирования заключается в следующем. Возмущающим воздействием является изменение тока в цепи нагрузки или изменение частоты вращения приводного двигателя. При изменении тока нагрузки напряжение генератора будет отклоняться от установившегося значения. Чувствительный элемент – потенциометр R2 (рис.2.1) измеряет текущее значение управляемой величины – напряжение генератора и передает на сравнивающее устройство, которое представляет собой мостовую схему, собранную на стабилитронах VD1 и VD2 и резисторах R3 и R4. С выхода сравнивающего устройства сигнал рассогласования (ошибка САР) поступает на предварительный усилитель, который может работать в режиме пропорционального, интегрального или пропорционально-интегрального регулятора. С выхода регулятора сигнал рассогласования поступает на вход ШИМ, ширина импульсов которого будет пропорциональна величине входного сигнала. Изменение ширины импульсов, поступающих на обмотку возбуждения, приводит к изменению величины тока возбуждения и восстановлению заданного напряжения генератора с точностью до статической ошибки.

Схема лабораторной установки позволяет:

1. Снять статические характеристики отдельных элементов и всей системы регулирования.

2. Исследовать устойчивость и качественные показатели переходного процесса при различных значениях коэффициента усиления непрерывной части системы и периода прерывания импульсного элемента.