П2.3. ШИМ-регулировка скорости вращения

Регулировка скорости током или напряжением на обмотке энергетически невыгодна, так как значительная часть мощности выделяется в регуляторе, что снижает КПД устройства, возникают проблемы с теплоотводом от регулятора. Этих недостатков лишен импульсный способ управления мощностью с помощью широтно-импульсной модуляции (см. главу 13).

Для моделирования ШИМ-регулировки скорости вращения двигателя соберем схему рис П2.9.

Рис П2.9. Схема для исследования ШИМ-регулировки скорости вращения.

Статор питается от источника V1 постоянного тока, а ротор – от импульсного источника, содержащегося в корзине Source EWB. В меню Clock / Clock Properties устанавливаем амплитуду 115 В, частоту 100 Гц и 200Гц в соответствующих экспериментах. Задаем режим моделирования Analysis/Parameter Sweep, открывается окно параметров, показанное на рис П2.10.

Рис П2.10. Окно параметров моделирования.

Выбираем компонент V2 и в окне параметров устанавливаем режим свипирования для параметра Duty cycle (длительность импульса в %). Выбираем начальную и конечную величину импульса от 10% до 100%, с шагом (Increment step size) – 10%.

а) F=100 Гц

Duty Cycle-100% Duty Cycle-90% Duty Cycle-80% Duty Cycle-70% Duty Cycle-60% Duty Cycle-50% Duty Cycle-40% Duty Cycle-30% Duty Cycle-20% Duty Cycle-10%

б) F=100 Гц

Рис П2.11. Зависимость скорости вращения от длительности импульса генератора V2: а – частота следования ШИМ F=100 Гц; б - F=200 Гц.

Так как нас интересует скорость двигателя в установившемся режиме, когда он набрал номинальную скорость, анализ проводим в режиме Transient Analysis (переходные процессы). Нажимаем кнопку Set Transient Option. Временной интервал выбираем от 1с до 1.1с, когда у двигателя заведомо установился номинальный режим и закончились переходные процессы.

Результаты моделирования для двух случаев, когда частота следования 100 Гц и 200 Гц, показаны на рис П2.11. Зубцы на графике связаны с дребезгом ротора при импульсном управлении. На частоте 100 Гц они заметно выше, что означает необходимость оптимизировать частоту следования импульсов под конкретный двигатель.

Из графиков рис П2.11 можно отметить, что при увеличении длительности импульсов (Duty Cycle) – скорость вращения пропорционально увеличивается.

Вывод: ШИМ регулировка тока в роторной обмотке позволяет практически линейно регулировать скорость вращения двигателя.