Скважность импульсов

Общеизвестно, что регулировать количество оборотов электродвигателя можно периодическим включением и отключением его от энергосети, кроме того при изменении времени включения и отключения можно задавать дополнительные параметры скорости. Это явление характерно не только для электродвигателя – его действие можно заметить во всех потребителях тока, способных запасать энергию, иначе говоря, инерционных системах.

Скважность

Принцип широтно-импульсной модуляции основан именно на этом эффекте, он нашёл себе достаточно широкое применение при управлении электротехническими устройствами и источниками освещения, где требуется циклическая подача энергии. В английском языке этот принцип получил название – Pulse-Width Modulation.

Что такое ШИМ

Что такое электрический импульс? Это резкий конечный всплеск напряжения в системе. Поскольку он конечен, то он имеет начало, обычно называемое фронтом, ширину и спад, его окончание, период.

Такие всплески можно охарактеризовать следующими параметрами:

• периодичность – это временной период до фронта следующего импульса, обозначается литерой T;
• скважность – отношение периода к ширине, это величина безразмерная и выражается чаще всего в процентах, на схеме можно обозначить участок между спадом первого импульса и фронтом нового, обозначается литерой S;
• частота сигнала – количество всплесков за определённый промежуток времени, величина, обратная периоду колебаний;
• ширина импульса – период времени, в течение которого его амплитуда стабильна;
• коэффициент заполнения – значение, обратное скважности, обычно обозначается в формулах литерой t.

Таким образом, скважность импульса – это соотношение:

S = T/t.

Благодаря этому, широтно-импульсная модуляция позволяет управляемо изменять напряжение в системе от нулевого значения до максимальной амплитуды сигнала, это используется для установки оптимальных режимов работы инерциальных систем.

Схема

Применение

Для формирования прямоугольных колебаний применяется микросхема аналогового типа или чип-контроллер. Сами колебания управляют только нагрузкой, идущей от источника тока. Подключение производится через ключевую схему на полупроводнике. Ключ имеет всего два состояния: либо он включён в сеть, либо размыкает её.

Грубо говоря, все зависит от характеристик колебаний. Так, если светильник подключен через подобную схему, то при низкой частоте работы устройства лампа будет мигать с определенной периодичностью, но при превышении её сверх 50Гц в человеческих глазах отдельные всплески света сольются в одно ровное свечение. Это особенность человеческого глаза, который не улавливает колебания свыше этого значения. Но и яркость свечения можно регулировать. Чем ниже коэффициент заполнения, а, следовательно, и значение, обратное ему, тем меньше яркость свечения источника.

Аналогичный пример можно использовать и с двигателем постоянного тока, под управлением широтно-импульсного регулятора. При этом низкая частота приведёт к снижению оборотов двигателя, в то время как высокая – к его эффективной работе. Для её достижения используются ключи-полупроводники, обладающие значительным быстродействием и низким коэффициентом проводимости, так как в противном случае возможно запаздывание сигнала.

При необходимости сигналы схемы импульсного регулятора можно усреднять, для этого используются фильтры низких частот, но при подключении двигателя с большой механической инерцией и хорошим значением индуктивности. В этом случае снижение амплитуды и частоты происходит самопроизвольно.

Скважность, а также её обратное значение зависят от уровня моделирующего сигнала, частота таких устройств определяется частотой дублирующего генератора, подающего дополнительный сигнал.

Генератор для получения скважности

Видео