Chopperbeheer van apart opgewekte DC-motor

'n Chopper is 'n toestel wat 'n vaste gelykspanning (DC) omskep na 'n veranderlike DC-spanning. Selfkommuterende toestelle soos Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors (MOSFETs), Geïsoleerde-Gate Bipolaire Transistore (IGBTs), kragtransistore, Gate-Turn-Off Thyristors (GTOs), en Geïntegreerde Gate-Kommuterende Thyristors (IGCTs), word algemeen in die konstruksie van choppers gebruik. Hierdie toestelle kan direk deur 'n poortbeheersignaal aan of af gesit word met lae-krag invoere en vereis nie 'n addisionele kommutasiekroon nie, wat dit hoogs effektief en prakties vir chopper-toepassings maak.

Choppers word tipies by hoë frekwensies bedryf. Hierdie hoë-frekwensie operasie verhoog motorprestasie beduidend deur spannings- en stroomrippels te verminder en diskontinue geleiding te elimineer. Een van die mees opmerklike voordele van chopperbeheer is sy vermoë om regeneratiewe remming selfs by baie lae rotasiespeeds te moontlik maak. Hierdie kenmerk is veral waardevol wanneer die dryfsisteem met 'n vaste-na-laag DC-spanningsbronne gevoed word, wat doeltreffende energieherwinning tydens remoperasies moontlik maak.

Motorbeheer

Die figuur hieronder illustreer 'n apartaangemoedigde DC-motor wat deur 'n transistorchopper beheer word. Die transistor Tr word periodies met 'n periode Tr gestel, en bly gedurende 'n duur van Ton in die geleidende toestand. Die ooreenstemmende golfvlakke van die motorterminalspanning en armatuurstroom word ook in die figuur getoon. Wanneer die transistor aan is, is die motorterminalspanning V, en die operasie van die motor kan as volg beskryf word:

Tydens hierdie spesifieke tydinterval neem die armatuurstroom toe van ia1 na ia2. Hierdie fase staan bekend as die pligtinterval, want die motor is direk aan die kragbron gekoppel tydens hierdie tyd. Die direkte verbinding laat elektriese energie van die bron toe om na die motor oorgedra te word, wat dit in staat stel om meganiese koppeling te genereer en te roteer.

Wanneer t = ton, word die transistor Tr deaktiveer. Daarna begin die motorstroom om deur die diode Df te freewheel. As gevolg hiervan val die spanning by die motorterminals na nul binne die tydinterval ton≤t≤T. Hierdie interval staan bekend as die freewheelinterval. Tydens hierdie freewheelfase word die energie wat in die motor se magnetiese veld en induktansie gestoor is, deurgegee deur die freewheel-diode, wat die stroomvloei in 'n geslote lus handhaaf. Die motor se operasie tydens hierdie interval kan verder ontleed en beskryf word deur die elektriese en magnetiese interaksies binne die sirkelkomponente te ondersoek.

Die motorstroom neem af van ia2 na ia1 tydens hierdie interval. Die verhouding van die pligtinterval ton tot die chopperperiode T staan bekend as die pligtsyklus.

Regeneratiewe Remming

Die figuur hieronder illustreer 'n chopper wat geconfigureer is vir regeneratiewe remoperasie. Die transistor Tr word siklies met 'n periode T en 'n aan-periode ton gestel. Getoon saam is die golfvlak van die motorterminalspanning va en die armatuurstroom ia onder kontinue geleidingsomstandighede. Om die induktansiewaarde La te verhoog, word 'n eksterne induktor in die sirkel inkorporer.

Wanneer die transistor Tr aan gesit word, neem die armatuurstroom ia toe van ia1 na ia2. Hierdie toename in stroom vind plaas terwyl elektriese energie tussentydig in die induktor en die motor se magnetiese veld gestoor word, wat die toneel steek vir die volgende energie-omskakelproses wat kenmerkend is vir regeneratiewe remming.

Wanneer die motor in die regeneratiewe remmodus bedryf, funksioneer dit as 'n generator, wat meganiese energie omskep na elektriese energie. 'n Deel van hierdie elektriese energie dra by tot die verhoging van die magnetiese energie wat in die induktansie van die armatuursirkel gestoor word. Terselfdertyd word die oorblywende elektriese energie as warmte in die armatuurwindings en die transistore verspeel, weens die inherente weerstand van hierdie komponente.

Wanneer die transistor af gesit word, tree die armatuurstroom deur die diode D en die kragbron V, en neem af van ia2 na ia1. In hierdie proses word beide die elektromagnetiese energie wat in die sirkel gestoor is, en die energie wat deur die masjien gegenereer is, teruggevoer na die kragbron. Die tydinterval van 0 tot ton word gedefinieer as die energiestoringsinterval, tydens watter energie in die sisteem opeenhop. Inteendeel, die interval van ton tot T staan bekend as die pligtinterval, wanneer energie-oordrag en sisteemoperasie plaasvind.

Motor- en Remoperasie Beheer

Tydens die motoroperasie word die transistor Tr1 gereguleer om krag aan die motor te voorsien, wat dit in staat stel om voorwaarts te roteer. Inteendeel, vir die remoperasie neem die transistor Tr2 die beheer oor. Die oorgang van beheer van Tr1 na Tr2 swaar skakel die sisteem se operasie van motor na rem, en die omgekeerde van hierdie beheeroorgang skuif dit terug na die motorstaat. Hierdie presiese beheermechanisme verseker doeltreffende en betroubare operasie van die elektriese dryfsisteem onder verskillende werkomstandighede.

Dinamiese Beheer

Die dinamiese remkroon, tesame met die ooreenstemmende golfvlak, word in die figuur hieronder getoon. In die tydinterval van 0 tot Ton neem die armatuurstroom ia gestadig toe van ia1 na ia2. Tydens hierdie fase word 'n deel van die elektriese energie in die induktansie gestoor, wat dien as 'n reservoir vir latere operasies. Gelyktydig word die oorblywende energie as warmte in die armatuurweerstand Ra en die transistor TR verspeel, 'n noodsaaklike gevolg van die elektriese weerstand wat in hierdie komponente teenwoordig is.

Tydens die tydinterval Ton ≤ t ≤ T neem die armatuurstroom ia af van ia2 na ia1. In hierdie fase word sowel die energie wat deur die motor gegenereer word, as die energie wat in die induktansies gestoor is, verspeel oor die remweerstand RB, die armatuurweerstand Ra, en die diode D. Die transistor Tr speel 'n kardinale rol in die regulering van die hoeveelheid energie wat in RB verspeel word. Deur die operasie van Tr presies te beheer, kan een die krag wat in RB verspeel word, effektief moduleer, wat dus die algehele remprestasie en die effektiewe waarde van die verspeelde energie beïnvloed. Hierdie beheermechanisme maak fyn-afstemming van die dinamiese remproses moontlik, wat optimale energiebestuur en sisteemstabiliteit verseker.