सिंगली एक्साइटेड डीसी मोटर का चोपर नियंत्रण

चोपर एक उपकरण है जो नियत सीधे विद्युत (डीसी) वोल्टेज को परिवर्तनशील डीसी वोल्टेज में परिवर्तित करता है। चोपर के निर्माण में आमतौर पर धातु-ऑक्साइड-अर्द्धचालक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर (MOSFETs), अवरोधित-गेट द्विपोल ट्रांजिस्टर (IGBTs), पावर ट्रांजिस्टर, गेट-बंद थ्रिस्टर (GTOs), और एकीकृत गेट-कम्युटेटेड थ्रिस्टर (IGCTs) जैसे स्व-कम्युटेटेड उपकरणों का उपयोग किया जाता है। इन उपकरणों को निम्न-शक्ति इनपुट के साथ गेट नियंत्रण सिग्नल के माध्यम से सीधे ऑन या ऑफ किया जा सकता है और इन्हें अतिरिक्त कम्युटेशन सर्किट की आवश्यकता नहीं होती, जिससे वे चोपर अनुप्रयोगों के लिए अत्यंत कुशल और व्यावहारिक बन जाते हैं।

चोपर आमतौर पर उच्च आवृत्ति पर संचालित किए जाते हैं। यह उच्च-आवृत्ति संचालन वोल्टेज और धारा की झंकार को कम करके और असंतत चालन को समाप्त करके मोटर की प्रदर्शन को बहुत सुधारता है। चोपर नियंत्रण का सबसे उल्लेखनीय फायदा यह है कि यह बहुत कम घूर्णन गति पर भी पुनर्जनन ब्रेकिंग को सक्षम करता है। यह विशेषता तब विशेष रूप से मूल्यवान होती है जब ड्राइव सिस्टम को एक नियत-से-कम डीसी वोल्टेज स्रोत से आपूर्ति की जाती है, जिससे ब्रेकिंग ऑपरेशन के दौरान ऊर्जा की दक्ष उत्प्रेरण होती है।

मोटरिंग नियंत्रण

नीचे दिए गए चित्र में एक अलग-उत्तेजित डीसी मोटर को एक ट्रांजिस्टर चोपर द्वारा नियंत्रित किया गया है। ट्रांजिस्टर Tr को एक अवधि T के साथ आवर्ती रूप से स्विच किया जाता है, जो एक अवधि Ton के लिए चालक अवस्था में रहता है। मोटर टर्मिनल वोल्टेज और आर्मेचर धारा के संबंधित तरंग रूप भी चित्र में दिखाए गए हैं। जब ट्रांजिस्टर ऑन होता है, तो मोटर टर्मिनल वोल्टेज V होता है, और मोटर का संचालन निम्न प्रकार से वर्णित किया जा सकता है:

इस विशिष्ट समय अंतराल के दौरान, आर्मेचर धारा ia1 से ia2 तक बढ़ती है। यह अवधि ड्यूटी अंतराल के रूप में जानी जाती है, क्योंकि इस अवधि के दौरान मोटर सीधे शक्ति स्रोत से जुड़ा रहता है। यह सीधा कनेक्शन शक्ति स्रोत से विद्युत ऊर्जा को मोटर में स्थानांतरित करने की अनुमति देता है, जिससे यह यांत्रिक टोक़ उत्पन्न कर सकता है और घूम सकता है।

जब t = ton, तो ट्रांजिस्टर Tr निष्क्रिय हो जाता है। इसके बाद, मोटर धारा डायोड Df के माध्यम से फ्रीव्हीलिंग शुरू होती है। इस परिणामस्वरूप, मोटर टर्मिनल पर वोल्टेज अंतराल ton≤t≤T के भीतर शून्य तक गिर जाता है। यह अंतराल फ्रीव्हीलिंग अंतराल के रूप में जाना जाता है। इस फ्रीव्हीलिंग अवधि के दौरान, मोटर के चुंबकीय क्षेत्र और इंडक्टेंस में भंडारित ऊर्जा फ्रीव्हीलिंग डायोड के माध्यम से छोड़ दी जाती है, जो धारा को एक बंद लूप में बहने की अनुमति देता है। इस अंतराल के दौरान मोटर का संचालन सर्किट के घटकों के भीतर विद्युत और चुंबकीय प्रतिक्रियाओं की जांच और वर्णन द्वारा और भी विश्लेषित और वर्णित किया जा सकता है।

इस अंतराल के दौरान मोटर धारा ia2 से ia1 तक घटती है। ड्यूटी अंतराल ton और चोपर अवधि T का अनुपात ड्यूटी साइकल के रूप में जाना जाता है।

पुनर्जनन ब्रेकिंग

नीचे दिए गए चित्र में एक चोपर को पुनर्जनन ब्रेकिंग संचालन के लिए व्यवस्थित किया गया है। ट्रांजिस्टर Tr को एक अवधि T और एक ऑन-अवधि ton के साथ आवर्ती रूप से स्विच किया जाता है। निरंतर चालन स्थितियों के तहत मोटर टर्मिनल वोल्टेज va और आर्मेचर धारा ia का तरंग रूप भी दिखाया गया है। इंडक्टेंस मान La को बढ़ाने के लिए सर्किट में एक बाहरी इंडक्टर शामिल किया जाता है।

जब ट्रांजिस्टर Tr ऑन होता है, तो आर्मेचर धारा ia ia1 से ia2 तक बढ़ती है। यह धारा की वृद्धि इंडक्टर और मोटर के चुंबकीय क्षेत्र में विद्युत ऊर्जा के अस्थायी भंडारण के कारण होती है, जो पुनर्जनन ब्रेकिंग के विशिष्ट ऊर्जा रूपांतरण प्रक्रिया के लिए तैयारी करती है।

जब मोटर पुनर्जनन ब्रेकिंग मोड में संचालित होता है, तो यह एक जनरेटर के रूप में कार्य करता है, यांत्रिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है। इस विद्युत ऊर्जा का एक भाग आर्मेचर सर्किट की इंडक्टेंस में भंडारित चुंबकीय ऊर्जा को बढ़ाने में योगदान देता है। तथापि, शेष विद्युत ऊर्जा आर्मेचर वाइंडिंग्स और ट्रांजिस्टर्स में गर्मी के रूप में विलीन हो जाती है, जिसका कारण इन घटकों का आंतरिक प्रतिरोध होता है।

जब ट्रांजिस्टर बंद होता है, तो आर्मेचर धारा डायोड D और शक्ति स्रोत V के माध्यम से गुजरती है, ia2 से ia1 तक घटती है। इस प्रक्रिया में, सर्किट में भंडारित विद्युत चुंबकीय ऊर्जा और मशीन द्वारा उत्पन्न ऊर्जा दोनों ही शक्ति स्रोत को वापस भेज दी जाती है। 0 से ton तक का समय अंतराल ऊर्जा भंडारण अंतराल के रूप में परिभाषित किया जाता है, जिसमें ऊर्जा प्रणाली में एकत्रित होती है। विपरीत रूप से, ton से T तक का अंतराल ड्यूटी अंतराल के रूप में जाना जाता है, जिसमें ऊर्जा स्थानांतरण और प्रणाली का संचालन होता है।

मोटरिंग और ब्रेकिंग संचालन नियंत्रण

मोटरिंग संचालन के दौरान, ट्रांजिस्टर Tr1 को नियंत्रित किया जाता है ताकि मोटर को आगे की ओर घूमने की शक्ति दी जा सके। विपरीत रूप से, ब्रेकिंग संचालन के लिए, ट्रांजिस्टर Tr2 नियंत्रण लेता है। नियंत्रण का ट्रांजिस्टर Tr1 से Tr2 को स्थानांतरित करने से प्रणाली का संचालन मोटरिंग से ब्रेकिंग में बदल जाता है, और इस नियंत्रण स्थानांतरण को विलोम करने से यह वापस मोटरिंग अवस्था में लौट आता है। यह ठीक-ठीक नियंत्रण तंत्र विभिन्न कार्य स्थितियों के तहत विद्युत ड्राइव सिस्टम के कार्य की दक्षता और विश्वसनीयता को सुनिश्चित करता है।

गतिशील नियंत्रण

गतिशील ब्रेकिंग सर्किट, साथ ही इसके संबंधित तरंग रूप, नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है। 0 से Ton तक के समय अंतराल में, आर्मेचर धारा ia धीरे-धीरे ia1 से ia2 तक बढ़ती है। इस अवधि के दौरान, विद्युत ऊर्जा का एक हिस्सा इंडक्टेंस में भंडारित होता है, जो आगे की संचालनों के लिए भंडार के रूप में कार्य करता है। एक साथ, शेष ऊर्जा आर्मेचर प्रतिरोध Ra और ट्रांजिस्टर TR में गर्मी के रूप में विलीन हो जाती है, जो इन घटकों में विद्यमान विद्युत प्रतिरोध का एक आवश्यक परिणाम है।

Ton ≤ t ≤ T के समय अंतराल में, आर्मेचर धारा ia ia2 से ia1 तक घटती है। इस अवधि के दौरान, मोटर द्वारा उत्पन्न ऊर्जा और इंडक्टेंस में भंडारित ऊर्जा दोनों ही ब्रेकिंग प्रतिरोध RB, आर्मेचर प्रतिरोध Ra, और डायोड D पर विलीन हो जाती है। ट्रांजिस्टर Tr, RB में विलीन होने वाली ऊर्जा की मात्रा को नियंत्रित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। Tr के संचालन को ठीक-ठीक नियंत्रित करके, RB में विलीन होने वाली शक्ति को प्रभावी रूप से विनियमित किया जा सकता है, जिससे ब्रेकिंग प्रदर्शन और विलीन होने वाली ऊर्जा का प्रभावी मान प्रभावित होता है। यह नियंत्रण तंत्र गतिशील ब्रेकिंग प्रक्रिया को अनुकूलित करने की अनुमति देता है, जिससे ऊर्जा प्रबंधन और प्रणाली स्थिरता को सुनिश्चित किया जा सकता है।