Έλεγχος Τροχοπέλας Μεταχειριζόμενου DC Μοτέρ

Ένα χοππερ είναι ένα συστήμα που μετατρέπει μια σταθερή ηλεκτροδυναμική (ΗΔ) τάση σε μια μεταβαλλόμενη ΗΔ τάση. Συστήματα αυτούποληξης, όπως οι Μεταλλικοί - Οξειδικοί - Πεδιακοί Τρανζίστορες (MOSFETs), οι Φωτοδιαχωριστικοί - Πύλης Διπολικοί Τρανζίστορες (IGBTs), δυναμικοί τρανζίστορες, Θυρίστορες Απόσβεσης με Πύλη (GTOs) και Ολοκληρωμένοι Θυρίστορες Αυτούποληξης (IGCTs), χρησιμοποιούνται συχνά για την κατασκευή χοππερ. Αυτά τα συστήματα μπορούν να ενεργοποιηθούν ή να απενεργοποιηθούν άμεσα μέσω ενός σήματος ελέγχου πύλης χρησιμοποιώντας χαμηλότερες εισόδους ενέργειας και δεν απαιτούν επιπλέον κύκλωμα αυτούποληξης, κάνοντάς τα ιδιαίτερα αποδοτικά και πρακτικά για εφαρμογές χοππερ.

Οι χοππερ λειτουργούν συνήθως σε υψηλές συχνότητες. Αυτή η λειτουργία σε υψηλή συχνότητα βελτιώνει σημαντικά την απόδοση του μοτέρ, μειώνοντας τις ρυθμίδες τάσης και ρεύματος και εξαλείφοντας την ασυνεχή συμπεριφορά. Ένα από τα πιο σημαντικά πλεονεκτήματα του ελέγχου χοππερ είναι η δυνατότητα ενεργοποίησης της αναγεννητικής φρένας ακόμη και σε πολύ χαμηλές ταχύτητες περιστροφής. Αυτή η ιδιότητα είναι ιδιαίτερα πολύτιμη όταν το σύστημα οδηγίας εφοδιάζεται με μια σταθερή - χαμηλή ΗΔ πηγή, επιτρέποντας την αποτελεσματική ανάκτηση ενέργειας κατά τη διάρκεια των πράξεων φρένας.

Έλεγχος Μοτέρ

Στο παρακάτω σχήμα παρουσιάζεται ένα ξεχωριστά ενεργοποιημένο ΗΔ μοτέρ υπό έλεγχο χοππερ με τρανζίστορ. Ο τρανζίστορ Tr ενεργοποιείται περιοδικά με περίοδο T, παραμένοντας σε κατάσταση συνεκτικότητας για διάρκεια Ton. Τα αντίστοιχα σχήματα τάσης στα κατωφλιακά του μοτέρ και του ρεύματος της αρματουράς παρουσιάζονται επίσης στο σχήμα. Όταν ο τρανζίστορ είναι ενεργός, η τάση στα κατωφλιακά του μοτέρ είναι V, και η λειτουργία του μοτέρ μπορεί να περιγραφεί ως εξής:

Κατά τη διάρκεια αυτής της συγκεκριμένης χρονικής περιόδου, το ρεύμα της αρματουράς αυξάνεται από ia1 σε ia2. Αυτή η φάση ονομάζεται διάστημα υποχρεώσεως, καθώς το μοτέρ είναι άμεσα συνδεδεμένο με την πηγή ενέργειας κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου. Η άμεση σύνδεση επιτρέπει τη μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας από την πηγή στο μοτέρ, επιτρέποντας την παραγωγή μηχανικής ροπής και την περιστροφή του.

Όταν t = ton, ο τρανζίστορ Tr απενεργοποιείται. Στη συνέχεια, το ρεύμα του μοτέρ ξεκινά να διατρέχει μέσω του διόδου Df. Ως αποτέλεσμα, η τάση στα κατωφλιακά του μοτέρ μειώνεται σε μηδέν κατά τη χρονική περίοδο ton≤t≤T. Αυτή η περίοδος ονομάζεται διάστημα διάρκειας διατροπής. Κατά τη διάρκεια αυτής της φάσης, η ενέργεια που αποθηκεύτηκε στο μαγνητικό πεδίο και την αυξημένη αρματουρά του μοτέρ διατρέχει μέσω του διόδου διάρκειας, διατηρώντας την ροή του ρεύματος σε κλειστό κύκλωμα. Η λειτουργία του μοτέρ κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου μπορεί να αναλυθεί και να περιγραφεί εξετάζοντας τις ηλεκτρικές και μαγνητικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των συστατικών του κυκλώματος.

Το ρεύμα του μοτέρ μειώνεται από ia2 σε ia1 κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου. Το λόγος της περιόδου υποχρεώσεως ton προς την περίοδο χοππερ T ονομάζεται ποσοστό υποχρέωσης.

Αναγεννητική Φρένα

Στο παρακάτω σχήμα παρουσιάζεται ένας χοππερ διαμορφωμένος για λειτουργία αναγεννητικής φρένας. Ο τρανζίστορ Tr ενεργοποιείται περιοδικά με περίοδο T και περίοδο ενεργοποίησης ton. Παρουσιάζεται επίσης το σχήμα τάσης va στα κατωφλιακά του μοτέρ και του ρεύματος ia της αρματουράς υπό συνεχή συνεκτικότητα. Για την ενίσχυση της τιμής La, ενσωματώνεται ένα εξωτερικό ένδυτρο στο κύκλωμα.

Όταν ο τρανζίστορ Tr ενεργοποιείται, το ρεύμα της αρματουράς ia αυξάνεται από ia1 σε ia2. Αυτή η αύξηση του ρεύματος συμβαίνει καθώς η ηλεκτρική ενέργεια αποθηκεύεται προσωρινά στο ένδυτρο και το μαγνητικό πεδίο του μοτέρ, προετοιμάζοντας το έδαφος για την επόμενη διαδικασία μετατροπής ενέργειας που είναι χαρακτηριστική της αναγεννητικής φρένας.

Όταν το μοτέρ λειτουργεί σε λειτουργία αναγεννητικής φρένας, λειτουργεί ως γεννήτρια, μετατρέποντας μηχανική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια. Μέρος αυτής της ηλεκτρικής ενέργειας συμβάλλει στην αύξηση της μαγνητικής ενέργειας που αποθηκεύεται στην αυξημένη αρματουρά. Εν τω μεταξύ, η υπόλοιπη ηλεκτρική ενέργεια διασπαρίζεται ως θερμότητα στις αρματουρές και τους τρανζίστορες, λόγω της ιδίας τους αντίστασης.

Όταν ο τρανζίστορ απενεργοποιείται, το ρεύμα της αρματουράς διατρέχει μέσω του διόδου D και της πηγής ενέργειας V, μειώνοντας από ia2 σε ia1. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, και η ηλεκτρομαγνητική ενέργεια που αποθηκεύτηκε στο κύκλωμα και η ενέργεια που παράγεται από τη μηχανή επιστρέφονται στην πηγή ενέργειας. Η χρονική περίοδος από 0 έως ton ορίζεται ως διάστημα αποθήκευσης ενέργειας, κατά τη διάρκεια της οποίας η ενέργεια συσσωρεύεται στο σύστημα. Αντίθετα, η περίοδος από ton έως T ονομάζεται διάστημα υποχρέωσης, κατά τη διάρκεια της οποίας συμβαίνει η μεταφορά ενέργειας και η λειτουργία του συστήματος.

Έλεγχος Λειτουργίας Μοτέρ και Φρένας

Κατά τη διάρκεια της λειτουργίας μοτέρ, ο τρανζίστορ Tr1 ρυθμίζεται για την παροχή ενέργειας στο μοτέρ, επιτρέποντας την περιστροφή του προς τα μπροστά. Αντίθετα, για τη λειτουργία φρένας, ο τρανζίστορ Tr2 αναλαμβάνει τον έλεγχο. Η μετάβαση του ελέγχου από το Tr1 στο Tr2 μετατρέπει άνευ συνέχειας τη λειτουργία του συστήματος από μοτέρ σε φρένα, και η αντίστροφη μετάβαση του ελέγχου το επιστρέφει στη λειτουργία μοτέρ. Αυτός ο ακριβής μηχανισμός ελέγχου εξασφαλίζει αποτελεσματική και αξιόπιστη λειτουργία του ηλεκτρικού συστήματος οδηγίας υπό διάφορες συνθήκες εργασίας.

Δυναμικός Έλεγχος

Το κύκλωμα δυναμικής φρένας, μαζί με το αντίστοιχο σχήμα, παρουσιάζεται στο παρακάτω σχήμα. Κατά τη χρονική περίοδο από 0 έως Ton, το ρεύμα της αρματουράς ia αυξάνεται σταθερά από ia1 σε ia2. Κατά τη διάρκεια αυτής της φάσης, μέρος της ηλεκτρικής ενέργειας αποθηκεύεται στο ένδυτρο, λειτουργώντας ως αποθεματικός χώρος για επόμενες λειτουργίες. Παράλληλα, η υπόλοιπη ενέργεια διασπαρίζεται ως θερμότητα στην αντίσταση της αρματουράς Ra και του τρανζίστορ TR, ένα αναπόφευκτο αποτέλεσμα της ηλεκτρικής αντίστασης που υπάρχει σε αυτά τα συστατικά.

Κατά τη χρονική περίοδο Ton ≤ t ≤ T, το ρεύμα της αρματουράς ia μειώνεται από ia2 σε ia1. Κατά τη διάρκεια αυτής της φάσης, και η ενέργεια που παράγεται από το μοτέρ και η ενέργεια που αποθηκεύτηκε στα ένδυτρα διασπαρίζονται στην φρεναρική αντίσταση RB, την αντίσταση της αρματουράς Ra και τον διόδο D. Ο τρανζίστορ Tr παίζει καθοριστικό ρόλο στον ρυθμισμό της ποσότητας ενέργειας που διασπαρίζεται στη RB. Με ακριβή έλεγχο της λειτουργίας του Tr, μπορεί κανείς να ρυθμίσει αποτελεσματικά την ποσότητα ενέργειας που διασπαρίζεται στη RB, επηρεάζοντας έτσι την ολοκληρωμένη απόδοση φρένας και την αποτελεσματική τιμή της διασπαρισμένης ενέργειας. Αυτός ο μηχανισμός ελέγχου επιτρέπει την ακριβή ρύθμιση της δυναμικής φρένας, εξασφαλίζοντας την επιτυχή διαχείριση ενέργειας και τη σταθερότητα του συστήματος.