2. Программа выполнения работы.

1.Ознакомиться с конструкцией и принципиальной схемой стенда.

2. Определить параметры управляющих сигналов ШИП.

3. Построить зависимость среднего напряжения на двигателе от ширины управляющих импульсов.

3. Методика выполнения работы.

4.1. Краткое описание работы лабораторного стенда.

Лабораторная установка (см. рис. 7) состоит из:

 блока ШИП;

 блока двухполярного питания;

 осциллографа [ОСЦ];

 цифровой вольтметр [V];

 двигателя постоянного тока ДПМ-30-Н1-02 [М].

Рис. 7. Структурная схема лабораторной установки.

Основные характеристики двигателя:

U = 29 В;

P_{2 ном} = 6,47 В;

N_ном = 9000 об/мин;

М_ном = 6,86 мНм;

М_п = 34,3 мНм;

I_ном = 0,75 А;

I_п = 5 А;

КПД = 30 %.

ШИП состоит из:

 генератора пилообразных импульсов G, реализованного на полевом транзисторе;

 трех операционных усилителей: DA2, DA3 – включенных по схеме компаратора, DA1 – по схеме инвертора;

 двух оконечных усилителей У1 и У2.

Генератор импульсов создает пилообразное напряжение. Компараторы DA2 и DA3 сравнивают его с опорным, и вырабатывают управляющие импульсы (на DA2 пилообразное напряжение попадает после инвертора DA1). У1 и У2 усиливают управляющие импульсы и в зависимости от их разности (разность потенциалов между KT6 и KT7) двигатель вращается в ту или другую сторону (зависит от знака разности) с частотой определяемой шириной импульса (зависит от уровня напряжения).

Работу установки поясняют временные диаграммы (рис. 8 – 10), где

Диаграмма 1 показывает форму пилообразного импульса в точке КТ2

(совмещена с диаграммой 2) );

2 форму пилообразного импульса после инвертора в точке

КТ1 (совмещена с диаграммой 1) );

3 форму импульса после компаратора DA3;

4 форму импульса после компаратора DA2;

5 суммарный импульс, приходящий на электродвигатель М.

Для построения временных диаграмм необходимо руководствоваться следующим.

Для диаграммы 1: если опорное напряжение по абсолютной величине больше напряжения пилообразного импульса, то формируется положительный импульс; если меньше – отрицательный (диаграмма 3).

Для диаграммы 2: если опорное напряжение по абсолютной величине меньше напряжения пилообразного импульса, то формируется положительный импульс; если меньше – отрицательный (диаграмма 4).

Суммарный импульс на электродвигателе равен разности двух этих импульсов (диаграмма 3 минус диаграмма 4), т.е. диаграмма 5.

На рис. 8, 9, 10 представлены временные диаграммы получения управляющих импульсов на двигателе (диаграмма 5) для трех случаев:

а) опорное напряжение положительное U_оп > 0 (см. рис. 8);

б) опорное напряжение равно нулю U_оп = 0 (см. рис. 9);

в) опорное напряжение отрицательное U_оп <0 (см. рис. 10).

Рис. 8. Временные диаграммы при положительном опорном напряжении.

Рис. 9. Временные диаграммы при нулевом опорном напряжении.

Рис. 10. Временные диаграммы при отрицательном опорном напряжении.

Из диаграмм видно, что применяя транзисторный реверсивный ШИП, можно уровнем опорного напряжения управлять частотой вращения двигателя как в прямом, так и в обратном направлении.

При рассмотрении принципиальной схемы (см. рис. 18) лабораторного стенда удобно пользоваться структурной схемой (рис. 7) для представления места и назначения того или иного элемента (функционального блока).

Генератор пилообразного напряжения (на структурной схеме  G) вынесен на рис. 11. Принцип его действия основан на заряде конденсатора С1 (подъем импульса

Рис. 11. Генератор пилообразных импульсов.

напряжения) и его разряде (спад). Как известно, равномерность нарастания импульса зависит от постоянства тока заряда. В данной схеме для этого используется генератор тока на полевом транзисторе VT1. При помощи переменного сопротивления R2 можно регулировать величину тока или, как следствие, длительность импульса. Заряд конденсатора будет продолжаться до тех пор, пока напряжение на обкладке конденсатора не откроет транзистор VT5. Далее ток через диод VD1 откроет транзистор VT4. Происходит разряд конденсатора через эмиттер – базу VT2 и коллектор – эмиттер VT4. Формирование следующего импульса происходит аналогично.

Усиление полученного пилообразного сигнала осуществляется посредством эмиттерного повторителя (рис. 12). Реостат R4 задает амплитуду.

В качестве инвертора используется интегральная микросхема (ИМС) К553УД2 (на рис. 7  DA1). Рис.13 показывает способ ее включения.

Задание опорного напряжения осуществляется с помощью делителя на R14 (на рис. 7 - реостат подключенный к блоку питания) рис. 14.

Схема включения компараторов (на рис. 7 – DA2, DA3) на ИМС К553УД2 показана на рис. 15.

Для подавления высокочастотных шумов использована схема рис. 16.

Рис. 12. Эмиттерный повторитель.

Рис. 13. Инвертор на ИМС К553УД2.

Рис. 14. Задатчик опорного напряжения.

Рис. 15. Компараторы D2 и D3 на ИМС К553УД2.

Рис. 16. Схема подавления помех высокой частоты.

Силовая часть привода с ШИП реализована схемой показанной на рис. 17. Транзисторы VT6, VT10 и VT7, VT11 имеют p-n-p проводимость, т.е. они открываются низким уровнем напряжения на базе и закрываются высоким. При приложении к базам транзисторов VT8, VT12 и VT9, VT13 низкого уровня напряжения двигатель не вращается т.к. разность потенциалов точек КТ6 и КТ7 равна нулю. Когда на базу транзистора VT9 (и VT13) подается высокий, а на базу VT8 (и VT12) низкий уровень в цепи течет ток. Открытые транзисторы VT9, VT13 создают на базах VT7, VT11 низкий уровень и открывают их; в свою очередь закрытые VT8, VT12 удерживают в закрытом состоянии VT6, VT10. Ток проделывает следующий путь: +12V – эмиттерно-коллекторный переход VT7, VT11 – двигатель – коллекторно-эмиттерный переход VT9, VT13  -12V. Так работает одно плечо и двигатель вращается в одну сторону, при изменении потенциалов на входе схемы на противоположные работает другое плечо: VT6, VT10 – VT8, VT12 и двигатель вращается в другую сторону.

Рис. 17. Силовая часть привода с ШИП.