Kontrola secera na zasebno uzbuđenom građevinskom DC motoru

Cijev je uređaj koji pretvara fiksni jednosmjerni (DC) napon u varijabilni DC napon. U konstrukciji cijeva uglavnom se koriste samokomutirajući uređaji, poput Metal-Oksid-Semiconductor Field-Effect Tranzistora (MOSFET), Izolirani Strojni Bipolarni Tranzistori (IGBT), snage tranzistori, Gate-Turn-Off Tiristori (GTO) i Integrirani Gate-Komutirajući Tiristori (IGCT). Ovi uređaji mogu se direktno uključivati ili isključivati putem signala za upravljanje vrata pomoću niskosnagovih ulaza i ne zahtijevaju dodatnu komutacijsku sklopovinu, što ih čini izuzetno učinkovitim i praktičnim za primjene cijeva.

Cijevi obično se operiraju na visoke frekvencije. Ova visokofrekventna operacija značajno poboljšava performanse motora smanjenjem naponskih i strujnih valovanja te eliminacijom prekidnog vodjenja. Jedna od najznačajnijih prednosti kontrola cijevima jest sposobnost omogućavanja regenerativnog kočenja čak i na vrlo niskim obrtajima. Ova značajka posebno je vrijedna kada je pogonski sustav opskrbljen fiksnim do niskim DC naponskim izvorom, omogućujući učinkovitu povratnu energiju tijekom operacija kočenja.

Kontrola motora

Sljedeća slika prikazuje zasebno uzbuđeni DC motor kontroliran tranzistor cijevi. Tranzistor Tr periodično se prebacuje s periodom Tr, ostajući u provodnom stanju trajanje Ton. Odgovarajuće talasi napon na terminalima motora i struja armature također su prikazani na slici. Kada je tranzistor uključen, napon na terminalima motora je V, a rad motora može se opisati ovako:

Tijekom ovog specifičnog vremenskog intervala, struja armature poraste od ia1 do ia2. Ovaj faza naziva se interval dužnosti, jer je motor direktno povezan s izvorom snage tijekom tog vremena. Direktna veza omogućuje prenos električne energije iz izvora na motor, omogućujući mu generiranje mehaničkog momenta i rotaciju.

Kada je t = ton, tranzistor Tr isključuje se. Zatim, struja motora počne da se slobodno pokreće kroz diodu Df. Kao rezultat, napon na terminalima motora pada na nulu unutar vremenskog intervala ton≤t≤T. Ovaj interval poznat je kao slobodno pokretanje. Tijekom ove faze slobodnog pokretanja, energija sačuvana u magnetskom polju i induktanci motora rasipa se kroz diodu slobodnog pokretanja, održavajući protok struje u zatvorenoj petlji. Rad motora tijekom ovog intervala može se dalje analizirati i opisati proučavanjem električnih i magnetskih interakcija unutar komponenata sklopovine.

Struja motora pada od ia2 do ia1 tijekom ovog intervala. Omjer intervala dužnosti ton do periode cijeva T zove se faktor dužnosti.

Regenerativno kočenje

Sljedeća slika prikazuje cijev konfiguriranu za regenerativno kočenje. Tranzistor Tr ciklično se prebacuje s periodom T i vremenskim intervalom ton. Prikazan je i talas napon na terminalima motora va i struja armature ia pod uvjetima kontinuiranog vodjenja. Za poboljšanje vrijednosti indukcije La, u sklopovinu je ugrađen vanjski induktor.

Kada se tranzistor Tr uključi, struja armature ia raste od ia1 do ia2. Ovo povećanje struje događa se dok se električna energija privremeno pohranjuje u induktor i magnetsko polje motora, postavljući temelj za sljedeći proces pretvorbe energije karakterističan za regenerativno kočenje.

Kada motor radi u modu regenerativnog kočenja, funkcioniše kao generator, pretvarajući mehaničku energiju u električnu energiju. Dijelom ova električna energija doprinosi povećanju magnetske energije pohranjene unutar indukcije kruga armature. Srednjotrajno, preostala električna energija rasipa se kao toplina unutar vijaka armature i tranzistora, zbog intrinsičnog otpora tih komponenti.

Kada se tranzistor isključi, struja armature prolazi kroz diodu D i izvor snage V, padajući od ia2 do ia1. U tom procesu, i elektromagnetska energija pohranjena u sklopovini, i energija generirana strojem vraća se izvoru snage. Vremenski interval od 0 do ton definira se kao interval pohrane energije, tijekom kojeg se energija akumulira u sustavu. Suprotno, interval od ton do T naziva se interval dužnosti, kada se odvija prenos energije i rad sustava.

Kontrola rada motora i kočenja

Tijekom rada motora, tranzistor Tr1 regulira snagu dostupnu motoru, omogućujući mu naprednu rotaciju. Suprotno, za operaciju kočenja, nadzor preuzima tranzistor Tr2. Prebacivanje nadzora od Tr1 na Tr2 glatko prebacuje rad sustava s rada motora na kočenje, a obrnuti prelaz vraća sustav u stanje rada motora. Ovaj precizan sustav kontrole osigurava učinkovit i pouzdan rad električnog pogonskog sustava pod različitim radnim uvjetima.

Dinamička kontrola

Sklop za dinamičko kočenje, zajedno s njegovim odgovarajućim talasima, prikazan je na donjoj slici. U vremenskom intervalu od 0 do Ton, struja armature ia stalno raste od ia1 do ia2. Tijekom ove faze, dio električne energije pohranjuje se u indukciji, služeći kao rezervoar za sljedeće operacije. Istodobno, preostala energija rasipa se kao toplina unutar otpora armature Ra i tranzistora TR, što je nužna posljedica električnog otpora prisutnog u tim komponentama.

U vremenskom intervalu Ton ≤ t ≤ T, struja armature ia pada od ia2 do ia1. U toj fazi, i energija generirana motorom, i energija pohranjena u indukcijama rasipa se preko otpora kočenja RB, otpora armature Ra i diode D. Tranzistor Tr igra ključnu ulogu u regulaciji količine energije rasipača u RB. Preciznim upravljanjem operacijom Tr, može se efektivno modulirati snaga rasipača u RB, utječeći na ukupnu performansu kočenja i efektivnu vrijednost rasipača energije. Ovaj sustav kontrole omogućuje fino podešavanje procesa dinamičkog kočenja, osiguravajući optimalno upravljanje energijom i stabilnost sustava.