Принцип действия ШИП состоит в следующем. Управляемый ключ коммутируется с постоянной частотой f равной от нескольких сот герц до нескольких килогерц. Длительность замкнутого (включенного) состояния ключа tвкл с помощью системы управления регулируется в пределах от 0 до. T=1/f. Отношение длительности замкнутого состояния tвкл к периоду коммутации ключей называется скважностью работы ключа g
.
(5.1)
Временные диаграммы работа ШИП представлены на рис.5.2.
При замыкании УК напряжение Ud прикладывается к нагрузке и через нее протекает ток от входного источника питания. При запирании УК ток нагрузки за счет ЭДС самоиндукции сохраняет свое прежнее направление, замыкаясь через обратный диод VD0. Напряжение на нагрузке в это время равно нулю.
Среднее значение напряжения на нагрузке
. (5.2)
Изменяя величину скважности, можно получить на выходе ШИП различные значения среднего напряжения, которое согласно (5.1) и (5.2) может находиться в пределах от 0 до Ud.
Выражение (5.2)одновременно
является и регулировочной характеристикой (или характеристикой управления)
силовой части ШИП. Характеристика управления всего ШИП (вместе с системой
управления) – это зависимость среднего значения выходного напряжения от
напряжения управления Uу на входе
системы управления, т.е. 
.
Среднее значение тока нагрузки
(5.3)
не зависит ни от частоты переключений f,
ни от постоянной времени нагрузки 
.
Максимальное и минимальное значения тока нагрузки (рис.5.2) можно найти из выражений
, 
,
(5.4)
где 
,
.
Амплитуда пульсаций тока нагрузки
. (5.5)
Среднее значение тока через управляемый ключ и обратный диод (рис. 5.2)
,
(5.6)
.
Внешняя характеристика ШИП отражает зависимость напряжения на нагрузке от тока нагрузки. При идеальном источнике питания Ud и управляющем ключе УК напряжение на выходе не зависит от тока нагрузки , а определяется только скважностью работы ключа.
В реальных ШИП внешняя характеристика описывается выражением
,
где 
внутреннее сопротивление источника
питания;
В – падение напряжения на
открытом ключе;
– напряжение источника на
холостом ходе (Iн=0).
В нереверсивных ШИП, выполненном по схеме рис. 5.1, ток в нагрузке не изменяет своего направления. Существуют схемы нереверсивных ШИП с двумя ключами, которые позволяют изменять направление тока в нагрузке и тем самым осуществлять тормозные режимы работы, например, двигателя постоянного тока [1, 2]. Реверсивные схемы ШИП выполняют обычно по мостовым схемам, с которыми можно ознакомиться в [1, 2].
Для проведения исследований нереверсивного ШИП используется стенд, схема передней панели которого приведена на рис. 5.3. Стенд содержит собственно схему широтно-импульсного преобразователя и систему управления ключом УК. В качестве управляемого ключа используется транзистор. Скважность работы ключа определяется напряжением управления Uу, задаваемого резистором Rу. Тумблером SA2 создается режим холостого хода преобразователя. Включение стенда производится тумблером SA1. Регулирование тока в нагрузке производится переменным резистором Rн. Назначение остальных элементов ясно из схемы.
Рис. 5.3. Схема передней панели лабораторного стенда
для исследования нереверсивного ШИП
3. Порядок выполнения работы
3.1. Измерить напряжение питания Ud на входе ШИП.
3.2. Рассчитать диапазон регулирования
выходного напряжения Uн ШИП при
изменении скважности работы ключа в пределах от 
до
.
3.3. Снять и построить
зависимости скважности работы управляемого ключа и выходного напряжения ШИП от
напряжения управления Uу. Используя
полученные данные построить зависимость 
.
Сравнить рассчитанный (п. 3.2) и действительный диапазон регулирования выходного
напряжения.
3.4. Снять и построить внешние характеристики ШИП для трех различных значений напряжения управления (или скважности), заданных преподавателем. По характеристикам определить усредненное значение внутреннего сопротивления источника питания.
3.5. Для заданных величин скважности и сопротивления нагрузки рассчитать максимальное, минимальное и среднее значения тока в нагрузке, а также амплитуду его пульсаций. Определить средние значения токов через управляющий ключ (вентиль) и обратный диод.
3.6. Для указанных в п. 3.5 значений скважности и сопротивления нагрузки измерить напряжение Uн и Iн. Снять сфазированные осциллограммы напряжений и токов в нагрузке. По полученным данным определить максимальное, минимальное и среднее значения токов в нагрузке и сравнить их с расчетными (п. 3.5).
4. Методические указания к выполнению работы
4.1. Для измерения средних значений напряжения и тока в нагрузке используются приборы В7-40/5 или М2044.
4.2. Для установки заданного значения сопротивления нагрузки Rнзад необходимо использовать метод вольметра-амперметра. Для этого при максимальном напряжении управления Uу измерить напряжение на выходе ШИП и изменяя сопротивление нагрузки установить ток Iн =Uн /Rнзад.
4.3. Для построения внешней характеристики достаточно 4...5 точек, снятых при токах нагрузки в диапазоне от 0 до Iнmax. Режим холостого хода (Iн=0) создается тумблером SA2, а максимальное значение тока Iнmax соответствует минимальному значению нагрузки Rнmin.
4.4. Скважность работы управляемого ключа УК определяется по осциллограммам выходного напряжения uн как отношение длительности положительного импульса напряжения к периоду работы ключа.
4.5. Для снятия осциллограмм напряжений и токов, сфазированных относительно друг друга, необходимо использовать два канала осциллографа. При этом во избежание коротких замыканий в схеме ШИП через корпус осциллографа, необходимо, чтобы общий (“земляной”) провод измерительного шнура одного из каналов был заизолирован и в схему не подключался.
Наименование и цель работы, схема и осциллограммы работы нереверсивного ШИП, таблицы с результатами измерений и расчетов, анализ полученных результатов и выводы по работе.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.