Контрол на чопър на отделно възбуден DC мотор

Чопър е устройство, което преобразува постоянна фиксирана напрежение (DC) в променливо DC напрежение. В конструкцията на чопъри се използват само-комутационни устройства, като метал-оксид-полеви транзистори (MOSFETs), изолирани-вратови биполярни транзистори (IGBTs), мощностни транзистори, вратови-изключваеми тиристори (GTOs) и интегрирани вратови-комутационни тиристори (IGCTs). Тези устройства могат да бъдат включени или изключени директно чрез сигнал за контрол на врата с ниска мощност и не изискват допълнителен комутационен цвят, което ги прави много ефективни и практични за приложение в чопъри.

Чопърите обикновено работят на високи честоти. Тази високочестотна работа значително подобрява производителността на мотора, като намалява вълненията на напрежението и тока и елиминира прекъснатата проводимост. Едно от най-значителните предимства на контрола чрез чопър е способността му да позволява регенеративно спиране дори при много ниски скорости на въртене. Тази функция е особено ценна, когато системата за управление е снабдена с фиксирано до ниско DC напрежение, което позволява ефективно възстановяване на енергия по време на операции за спиране.

Управление на мотора

На фигурата по-долу е показан отделно-възбуден DC мотор, контролиран от транзисторен чопър. Транзисторът Tr периодично се свързва с периода Tr, оставайки в проводящо състояние за продължителност Ton. Соответстващите форми на напрежението на терминалите на мотора и тока на якора също са показани на фигурата. Когато транзисторът е включен, напрежението на терминалите на мотора е V, и операцията на мотора може да бъде описана по следния начин:

През този конкретен интервал от време, токът на якора нараства от ia1 до ia2. Този фазов интервал се нарича интервал на дейност, тъй като моторът е директно свързан с източника на електроенергия през този период. Директната връзка позволява електрическата енергия от източника да бъде прехвърлена към мотора, като той генерира механичен момент и се върти.

Когато t = ton, транзисторът Tr се деактивира. След това, токът на мотора започва да се движи свободно през диода Df. В резултат, напрежението на терминалите на мотора пада до нула в интервала ton≤t≤T. Този интервал се нарича интервал на свободно движение. През този интервал на свободно движение, енергията, съхранена в магнитното поле и индуктивността на мотора, се разсейва през диода за свободно движение, поддържайки потока на тока в затворена петля. Операцията на мотора през този интервал може да бъде анализирана и описана по-нататък, като се изследват електрическите и магнитни взаимодействия в компонентите на веригата.

Токът на мотора намалява от ia2 до ia1 през този интервал. Отношението на интервала на дейност ton към периода T на чопъра се нарича циклична част.

Регенеративно спиране

На фигурата по-долу е показан чопър, конфигуриран за регенеративно спиране. Транзисторът Tr се свързва циклично с периода T и интервал на включение ton. Показани са формите на напрежението va на терминалите на мотора и тока ia на якора при непрекъсната проводимост. За да се увеличи стойността на индуктивността La, в веригата е включена външна индуктивност.

Когато транзисторът Tr е включен, токът на якора ia нараства от ia1 до ia2. Това увеличение на тока се случва, докато електрическата енергия е временна съхранена в индуктивността и магнитното поле на мотора, подготвяйки условията за последващия процес на преобразуване на енергия, характерен за регенеративното спиране.

Когато моторът работи в режим на регенеративно спиране, той функционира като генератор, преобразувайки механична енергия в електрическа. Част от тази електрическа енергия допринася за увеличаването на магнитната енергия, съхранена в индуктивността на веригата на якора. Междувременно, останалата електрическа енергия се разсейва като топлина в оплетенията на якора и транзисторите, поради вградената им съпротивителност.

Когато транзисторът е изключен, токът на якора минава през диода D и източника на напрежение V, намалявайки от ia2 до ia1. В този процес, както електромагнитната енергия, съхранена в веригата, така и енергията, генерирана от машината, се връщат обратно към източника на напрежение. Интервалът от 0 до ton се дефинира като интервал на съхранение на енергия, по време на който енергията се натрупва в системата. Напротив, интервалът от ton до T се нарича интервал на дейност, когато се осъществява преход на енергия и функциониране на системата.

Управление на операциите за управление на мотора и спиране

По време на управление на мотора, транзисторът Tr1 се регулира, за да доставя енергия към мотора, позволявайки му да се върти напред. Напротив, за управление на спирането, контролът приема транзисторът Tr2. Преходът на контрола от Tr1 към Tr2 безшовно премества операцията на системата от управление на мотора към спиране, а обратният преход я връща обратно към състояние на управление на мотора. Този точен механизъм за управление осигурява ефективно и надеждно функциониране на електрическата система за управление при различни условия на работа.

Динамично управление

На фигурата по-долу е показан динамичен верига за спиране, заедно със съответната форма на вълната. В интервала от 0 до Ton, токът на якора ia равномерно нараства от ia1 до ia2. През този фазов интервал, част от електрическата енергия е съхранена в индуктивността, служейки като резервоар за последващи операции. Едновременно, останалата енергия се разсейва като топлина в съпротивлението на якора Ra и транзистора TR, като необходима последица от електрическата съпротивителност, налична в тези компоненти.

През интервала Ton ≤ t ≤ T, токът на якора ia намалява от ia2 до ia1. През този фазов интервал, както енергията, генерирана от мотора, така и енергията, съхранена в индуктивностите, се разсейва през спирачното съпротивление RB, съпротивлението на якора Ra и диода D. Транзисторът Tr играе ключова роля в регулирането на количеството разсейвана енергия в RB. Чрез точното контролиране на операцията на Tr, може ефективно да се модулира мощността, разсейвана в RB, влияйки на общата производителност на спирането и действителната стойност на разсейваната енергия. Този механизъм за управление позволява финна настройка на процеса на динамично спиране, осигурявайки оптимално управление на енергията и стабилност на системата.