Pamamahala ng Chopper sa Separately Excited DC Motor

Ang chopper ay isang aparato na nagpapalit ng isang naka-pegarang direct current (DC) voltage sa isang variable DC voltage. Ang mga self-commutated devices, tulad ng Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors (MOSFETs), Insulated-Gate Bipolar Transistors (IGBTs), power transistors, Gate-Turn-Off Thyristors (GTOs), at Integrated Gate-Commutated Thyristors (IGCTs), ay karaniwang ginagamit sa paggawa ng mga choppers. Ang mga aparato na ito ay maaaring i-turn on o i-turn off direktang gamit ang gate control signal sa pamamagitan ng low-power inputs at hindi kailangan ng karagdagang commutation circuit, kaya sila ay napakataas ang efisiensiya at praktikal para sa mga aplikasyon ng chopper.

Karaniwang ginagamit ang mga choppers sa mataas na frequency. Ang operasyon na ito sa mataas na frequency ay lubos na pinaunlad ang performance ng motor sa pamamagitan ng pagbawas ng mga ripple ng voltage at current at pag-alis ng discontinuous conduction. Isa sa mga pinakamahalagang benepisyo ng chopper control ay ang kakayahan nito na mag-enable ng regenerative braking kahit sa napakababang rotational speeds. Ang feature na ito ay partikular na may halaga kapag ang drive system ay in-supply ng fixed-to-low DC voltage source, na nagbibigay-daan sa efficient energy recovery sa panahon ng braking operations.

Motoring Control

Ang larawan sa ibaba ay nagpapakita ng isang separately-excited DC motor na nai-control ng transistor chopper. Ang transistor Tr ay periodic na in-switch sa may period Tr, at nananatili sa conducting state sa loob ng duration Ton. Ang corresponding waveforms ng terminal voltage ng motor at armature current ay din ipinapakita sa larawan. Kapag ang transistor ay naka-on, ang terminal voltage ng motor ay V, at ang operasyon ng motor ay maaaring ilarawan bilang sumusunod:

Sa loob ng tiyak na interval ng oras, ang armature current ay tumataas mula ia1 hanggang ia2. Ang phase na ito ay tinatawag na duty interval, dahil ang motor ay direktang konektado sa power source sa panahong ito. Ang direktang koneksyon ay nagbibigay-daan sa electrical energy mula sa source na maipadala sa motor, na nagbibigay-daan para ito bumuo ng mechanical torque at umikot.

Kapag t = ton, ang transistor Tr ay in-deactivate. Pagkatapos, ang motor current ay nagsisimulang freewheel through the diode Df. Bilang resulta, ang voltage sa terminal ng motor ay bumababa hanggang zero sa loob ng time interval ton≤t≤T. Ang interval na ito ay kilala bilang freewheeling interval. Sa loob ng freewheeling phase na ito, ang enerhiyang nakaimbak sa magnetic field at inductance ng motor ay in-disipate sa pamamagitan ng freewheeling diode, na nagsusuporta sa pag-flow ng current sa closed loop. Ang operasyon ng motor sa panahong ito ay maaaring mas lalong ma-analisa at ilarawan sa pamamagitan ng pag-aaral ng electrical at magnetic interactions sa mga component ng circuit.

Ang motor current ay bumababa mula ia2 hanggang ia1 sa loob ng interval na ito. Ang ratio ng duty interval ton sa chopper period T ay tinatawag na duty cycle.

Regenerative Braking

Ang larawan sa ibaba ay nagpapakita ng isang chopper na nakonfigure para sa regenerative braking operation. Ang transistor Tr ay cyclic na in-switch sa may period T at on-period ton. Ipinaliwanag din ang waveform ng terminal voltage va at armature current ia sa ilalim ng continuous conduction conditions. Upang palakasin ang inductance value La, isinasama ang external inductor sa circuit.

Kapag ang transistor Tr ay nain-switch, ang armature current ia ay tumataas mula ia1 hanggang ia2. Ang pagtaas ng current na ito ay nangyayari bilang electrical energy ay pansamantalang ina-store sa inductor at magnetic field ng motor, na naglalayong paghanda para sa susunod na energy conversion process na karakteristiko ng regenerative braking.

Kapag ang motor ay nagsasagawa ng regenerative braking mode, ito ay gumagana bilang generator, na nagco-convert ng mechanical energy sa electrical energy. Ang bahagi ng electrical energy na ito ay nag-contribute sa pagtaas ng magnetic energy na ina-store sa inductance ng armature circuit. Samantala, ang natitirang electrical energy ay in-disipate bilang init sa loob ng armature windings at transistors, dahil sa inherent resistance ng mga component na ito.

Kapag ang transistor ay in-switch off, ang armature current ay nagtraverse sa pamamagitan ng diode D at power source V, bumababa mula ia2 hanggang ia1. Sa proseso na ito, ang electromagnetic energy na ina-store sa circuit at ang energy na gawa ng machine ay in-feedback sa power source. Ang time interval mula 0 hanggang ton ay tinatawag na energy storage interval, kung saan ang enerhiya ay ina-accumulate sa sistema. Sa kabaligtaran, ang interval mula ton hanggang T ay tinatawag na duty interval, kung saan ang energy transfer at operasyon ng sistema ay nangyayari.

Motoring and Braking Operation Control

Sa panahon ng motoring operation, ang transistor Tr1 ay naregulate upang magbigay ng power sa motor, na nagbibigay-daan para ito umikot pabilog. Sa kabaligtaran, para sa braking operation, ang transistor Tr2 ang nagsasagawa ng kontrol. Ang transition ng kontrol mula sa Tr1 patungo sa Tr2 ay seamless na in-switch ang operasyon ng sistema mula sa motoring hanggang braking, at ang pagbalik ng kontrol na ito ay in-shift ito pabalik sa motoring state. Ang precise control mechanism na ito ay nagse-secure ng efficient at reliable operasyon ng electrical drive system sa iba't ibang working conditions.

Dynamic Control

Ang dynamic braking circuit, kasama ang corresponding waveform, ay ipinapakita sa larawan sa ibaba. Sa time interval mula 0 hanggang Ton, ang armature current ia ay patuloy na tumataas mula ia1 hanggang ia2. Sa phase na ito, ang bahagi ng electrical energy ay ina-store sa inductance, na nagsisilbing reservoir para sa susunod na operasyon. Samantala, ang natitirang energy ay in-disipate bilang init sa loob ng armature resistance Ra at transistor TR, na isang necessary consequence ng electrical resistance na naroroon sa mga component na ito.

Sa time interval Ton ≤ t ≤ T, ang armature current ia ay bumababa mula ia2 hanggang ia1. Sa phase na ito, ang parehong energy na gawa ng motor at energy na ina-store sa inductances ay in-disipate sa loob ng braking resistance RB, armature resistance Ra, at diode D. Ang transistor Tr ay naglalaro ng mahalagang papel sa pag-regulate ng amount ng energy na in-disipate sa RB. Sa pamamagitan ng precise control ng operasyon ng Tr, maaaring epektibong imodulate ang power na in-disipate sa RB, na nagsisilbing influencer ng overall braking performance at effective value ng in-disipate na energy. Ang control mechanism na ito ay nagbibigay-daan para sa fine-tuning ng dynamic braking process, na nagse-secure ng optimal energy management at system stability.