Politechnika Rzeszowska
Im. Ignacego Łukasiewicza
Katedra Awioniki i Sterowania
Podstawy Elektroniki - Laboratorium
Sprawozdanie nr 2
Temat: Modulacja szerokością impulsu.
Wykonali:
Stefański Michał
Syryło Mateusz
Sośnicka Monika
Wstęp teoretyczny:
Pulse-width modulation (PWM)
- modulacja szerokością impulsu, to metoda regulacji sygnału prądowego lub napięciowego, polegająca na zmianie szerokości impulsu o stałej amplitudzie, używana we wzmacniaczach, zasilaczach impulsowych oraz układach sterujących pracą silników elektrycznych. Układ PWM zasila urządzenie bezpośrednio lub przez filtr dolnoprzepustowy, który wygładza przebieg napięcia lub prądu.
Zasada działania:
Modulacja szerokości impulsu jest najczęściej wykonywana poprzez przełączenie tranzystorów lub tyrystorów pomiędzy stanem przewodzenia a stanem zaporowym (sterowanie dwupołożeniowe [dwuwartościowe]). W stanie zaporowym prąd praktycznie nie płynie, nie występują więc straty mocy. W stanie przewodzenia występuje niewielki spadek napięcia na układzie sterującym, jednak jest on minimalny w stosunku do mocy przekazywanej, co skutkuje największą sprawnością energetyczną układu regulacyjnego. Zasilanie metodą PWM pozwala na uzyskanie dużej dokładności i łatwość sterowania urządzeniem. Długości impulsów są obliczane przez wbudowany mikroprocesor.
Zastosowanie:
PWM jest stosowane do zasilania i kontrolowania pracy urządzeń elektrycznych. Jeśli źródło energii dostarcza napięcie stałe wówczas PWM wykorzystane w falowniku pozwala na zasilanie urządzeń pracujących pod napięciem przemiennym. Jeśli źródło energii dostarcza napięcia przemiennego, którego częstotliwość musi być dostosowana do warunków pracy, wówczas PWM wykorzystywane jest w przetwornicach częstotliwości.
Prędkość obrotowa silnika w przypadku sterowania zależy od:
Amplitudy napięcia wejściowego
Okresu T
Stałej czasowej τ
Procentu wypełnienia D
Dobrym rozwiązaniem jest przyjęcie następujących założeń:
Przy takim założeniu częstotliwość wynosi:
Wypełnienie - jest to stosunek długości impulsu `b' do okresu `T' podawany w procentach.
Napięcie średnie - napięcie, które możemy wyliczyć znając okres, szerokość impulsu oraz przy założeniu, że przebieg jest idealnie prostokątny.
Wykres zależności napięcia od czasu:
W przypadku gdy na silnik zostaje podane stałe napięcie U = const. , silnik rozpocznie prace i po pewnym czasie osiągnie pewną prędkość obrotową .
W przypadku sterowania PWM nie mamy do czynienia ze stałym napięciem ponieważ podane napięcie ma charakter przebiegu prostokątnego o stałej amplitudzie. Zostało to przedstawione na wykresie poniżej:
Cel ćwiczenia:
Celem ćwiczenia drugiego było zapoznanie się z układem PWM będącego jednym z najprostszych układów do sterowania silnikiem elektrycznym. Poprzez modulacje szerokością impulsu było możliwe uzyskanie fal dźwiękowych o różnych częstotliwościach, co utwierdziło przekonanie, że próg słyszalności człowieka mieszczący się w zakresie 15-20: 20 000 Hz jest prawdziwy.
Przebieg ćwiczenia:
Omówienie poszczególnych elementów stanowiska pracy.
Zbadanie zależności czasu przejazdu samochodu od punku A do punktu B w zależności od podanego napięcia stałego.
Zapoznanie się z układem PWM oraz z oscyloskopem.
Wykorzystanie możliwości układu PWM w sterowaniu silnikiem prądu stałego i pomiar czasu przejazdu samochodu w zależności od procentu wypełnienia .
Podsumowanie przeprowadzonych pomiarów i dyskusja na temat uzyskanych wyników.
Przedstawienie danych pomiarowych:
Zależność czasu przejazdu samochodu od podanego napięcia
Zbieżność czasu przejazdu samochodu od wypełnienia przy stałej amplitudzie
Wnioski i spostrzeżenia:
Samochodzik przy napięciu stałym 4,2 V nie poruszał się do wypełnienia niewiele ponad 50%, natomiast przy napięciu 6 V - do wypełnienia około 40%.
Ślizganie się samochodziku było spowodowane nadmiarem mocy w stosunku do ciężaru, który mógłby tą moc zrównoważyć. Do ślizgania się samochodziku dochodziło przy napięciu 4,2 V od wypełnienia 85%, natomiast przy napięciu 6V od 67%. Oznacza to, że im większe napięcie układu, tym mniejsze potrzebne wypełnienie by samochodzik się ślizgał.
Na podstawie tego krótkiego ćwiczenia PWM okazał się być efektywnym sposobem regulacji napięcia, który cechuje niewielki spadek mocy [oszczędność].
Człowiek zbiera zakłócenia, dlatego też można stwierdzić, iż jest on pewnego rodzaju `anteną'. Udowodnić to stwierdzenie można za pomocą oscyloskopu.
Wykorzystując generator dźwięku udowodniono, iż próg słyszalności człowieka wynosi od około 15-20 ÷ 20 000 Hz.
Czas mierzony został przez stoper obsługiwany ręcznie, dlatego też w pracy istnieje całkiem spory błąd pomiaru czasu.
Nr pomiaru |
I [A] |
U [V] |
Czas [s] |
1 |
0,18 |
2 |
2,3 |
2 |
0,19 |
2,2 |
1,7 |
3 |
0,19 |
2,3 |
1,6 |
4 |
0,2 |
2,6 |
1,4 |
5 |
0,2 |
2,7 |
1,3 |
6 |
0,21 |
3 |
1,26 |
7 |
0,22 |
3,1 |
1,24 |
8 |
0,23 |
3,3 |
1,2 |
Sterowanie PWM przy U = 4,2 [V] |
||||
Nr pomiaru |
Wypełnienie D[%] |
I [A] |
U [V] |
Czas przejazdu [s] |
1 |
50 |
0,2 |
2,05 |
0 (stoi) |
2 |
60 |
1,5 |
2,45 |
1,8 |
3 |
64 |
1,6 |
2,64 |
1,6 |
4 |
71 |
1,7 |
2,90 |
1,54 |
5 |
78,5 |
1,8 |
3,24 |
1,35 |
6 |
85 |
1,8 |
3,45 |
1,3 (ślizga się) |
7 |
90 |
1,9 |
3,68 |
1,26 (ślizga się) |
8 |
92 |
1,9 |
3,72 |
1,24 (ślizga się) |
Sterowanie PWM przy U = 6 [V] |
||||
Nr pomiaru |
Wypełnienie D[%] |
I [A] |
U [V] |
Czas przejazdu [s] |
1 |
36 |
0,10 |
2,40 |
0 (stoi) |
2 |
43 |
0,12 |
2,60 |
1,57 |
3 |
47 |
0,16 |
2,85 |
1,40 |
4 |
54 |
0,18 |
3,32 |
1,33 |
5 |
58 |
0,20 |
3,55 |
1,21 |
6 |
67 |
0,23 |
4,12 |
1,10 (ślizga się) |
7 |
70 |
0,25 |
4,30 |
1,06 (ślizga się) |
8 |
75 |
0,2 |
4,41 |
1,02 (ślizga się) |
Wyszukiwarka