Идея управления скоростью вращения двигателя при помощи ШИМ источника вытекает из следующих соображений:
Совместно с ШИМ часто используется термин - скважность - отношение
длительности импульса к периоду.
на рисунке для примера показаны несколько ШИМ сигналов со скважностями 2 (т.н. меандр),
3, 10.
Идея управления скоростью вращения двигателя при помощи ШИМ источника
вытекает из следующих соображений:
1. Рельсовые плети выполняются обычно из проводников с далеко не малым
сопротивлением, что дает значительное падение напряжения на рельсах на
промежутках от точки подключения источника до локомотива.
2. Контакты между отдельными рельсовыми пролетами иногда оставляют
желать лучшего, что дополнительно увеличивает падение напряжения на суммарном
пролете
Т.о. при питании локомотива обычным линейным источником с возможностью
плавно изменять постоянное напряжение от 0 до 12В мы можем иметь следующую картину:
пусть напряжение на выходе источника равно 4В, расстояние (по рельсам) от точки
подключения источника до локомотива - несколько метров, тогда на сопротивлениях,
образующихся из-за оговоренных причин будет падать некоторое количество
напряжения, естественно, что в результате напряжение на двигателе
локомотива будет меньше чем 4В. И чем длиннее будет пролет от точки подключения источника
до локомотива, тем меньше напряжение будет на двигателе.
Особенно эта ситуация заметна при работе с низкими уровнями напряжений.
Т.к. падение на пролетах в 2В наиболее заметно при напряжении 4В в точке запитки,
чем при 12В (разница в половину в первом случае и 15% во втором).
Чтобы уйти от этих неприятных нюансов, как вариант, возможно использовать
источники питания с ШИМ. При этом количество подаваемой энергии в двигатель
будет зависит от скважности (т.к. энергия=мощность*время). Чем больше скважность, тем меньше энергии поступает
в двигатель и тем меньше, соответственно, скорость, и наоборот.
Обычно ШИМ источник состоит из контроллера ШИМ, Который формирует
ШИМ сигнал управления. Сигнал управления далее подается на электронные ключи
или усилители, чтобы обеспечить требуемый ток в нагрузке. см. рис.
Самая распространенная схема формирования строится следующим образом:
Генератор пилообразного напряжения ГПН формирует пилообразное напряжение,
которое поступает на аналоговый компаратор К. На второй вход компаратора
подается регулируемое постоянное напряжение.
Принцип действия компаратора прост -
на его выходе формируется положительное напряжение, если уровень на входе
"+" больше уровня на входе "-", в противном случае, когда уровень на
входе "-" больше уровня на входе "+" выход опрокидывается в 0 (либо в отрицательное
напряжение в зависимости от схемы питания).
Таким образом, регулируя постоянное напряжение на "-" входе мы можем
"отсекать" некоторую часть "пилы", причем эта часть будет пропорциональна
уровню на входе "-". Исходя из принципа работы компаратора на его выходе
будет формироваться сигнал с постоянным периодом, но с переменной скважностью,
зависящей от уровня на входе "-", т.е. нужный нам ШИМ. См. рис. Остается его только
усилить.
