Что такое ШИМ я рассказывал здесь. А вот здесь я рассказал о том, почему вы не получите никакой экономии при использовании ШИМ в качестве регулятора для электронагревателя.
И всё-таки в некоторых случаях ШИМ способен существенно повысить КПД. Об этом сегодня и расскажу. Но сначала вкратце о том, что такое ШИМ и где его можно использовать.
ШИМ - это Широтно Импульсная Модуляция (подробнее здесь). На английском это звучит так: Pulse Width Modulation (PWD).
Сигнал ШИМ часто используется в устройствах управления. Например, для регулирования скорости вращения электродвигателя постоянного тока. При этом на двигатель подаётся не постоянное напряжение, а прямоугольные импульсы. То есть как будто вы быстро-быстро включаете и выключаете напряжение на потребителе (на двигателе, например).
Благодаря инерции двигателя импульсы сглаживаются и двигатель не останавливается, а вращается равномерно. Только с меньшей скоростью по сравнению с тем случаем, когда на него подаётся постоянное напряжение.
Меняя скважность импульсов можно изменять среднее напряжение, подаваемое на двигатель, и таким образом управлять скоростью вращения. На рисунке показано (приблизительно) как это работает:
Таким же образом можно управлять другими устройствами - нагревательными приборами, осветительными приборами и т.п. (но, разумеется, не всеми возможными потребителями).
А теперь рассмотрим аналоговое регулирование, чтобы понять, за счёт чего ШИМ повышает КПД.
Как видите, регулирование можно выполнить и другим способом. Например, с помощью резистора - это аналоговое регулирование.
В этом случае регулирование выполняется за счёт падения напряжения на резисторе - на двигатель подаётся меньшее напряжение, и его скорость уменьшается. Однако если на резисторе падает напряжение, то на нём же падает и мощность. Эта мощность рассеивается на резисторе в виде тепла. Говоря по простому - энергия тратится на нагрев резистора. То есть впустую - на ненужную работу. Поэтому КПД такого регулятора достаточно низкий. И чем меньшую скорость двигателя надо получить, тем ниже будет КПД.
ШИМ лишён этого недостатка. Потому что в этом случае на двигатель подаётся полное напряжение - без потерь. А регулирование достигается не за счёт уменьшения напряжения, а за счёт уменьшения времени падачи напряжения - длительности импульса. То есть КПД ШИМ, в отличие от аналогового регулятора, близок к 100%.
Это и кружит голову тем, кто хочет изобрести вечный двигатель. Один из таких головокружительных случаев рассмотрен здесь.
ВНИМАНИЕ! С помощью ШИМ можно повысить КПД только в сравнении с аналоговыми регуляторами. Если вы регулируете, например, температуру в помещении с помощью электронагревателя и какого-нибудь дискретного терморегулятора, то здесь уже никакой ШИМ не поможет. Потому что такой терморегулятор по сути является таким же ШИМ, только с большим периодом импульса (хотя в данном случае это уже не импульс).
В заключение скажу, что ШИМ входит в состав многих устройств для автоматизации, таких как ПЛК и микроконтроллеры.
На этом всё. Подписывайтесь на канал, чтобы ничего не пропустить.
