Kawalan Chopper Motor DC Berasingan

Chopper adalah peranti yang menukar voltan arus terus (DC) tetap kepada voltan DC yang boleh berubah. Peranti berasaskan pengkomut sendiri, seperti Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors (MOSFETs), Insulated-Gate Bipolar Transistors (IGBTs), transistor kuasa, Gate-Turn-Off Thyristors (GTOs), dan Integrated Gate-Commutated Thyristors (IGCTs), sering digunakan dalam pembuatan chopper. Peranti-peranti ini boleh dihidupkan atau dimatikan secara langsung melalui isyarat kawalan gerbang menggunakan input daya rendah dan tidak memerlukan litar komutasi tambahan, menjadikannya sangat efisien dan praktikal untuk aplikasi chopper.

Chopper biasanya dioperasikan pada frekuensi tinggi. Operasi frekuensi tinggi ini meningkatkan prestasi motor dengan mengurangkan rambatan voltan dan arus serta menghilangkan konduksi tidak berterusan. Salah satu kelebihan paling ketara dari kawalan chopper adalah kemampuannya untuk membolehkan pemelan regeneratif bahkan pada kelajuan putaran yang sangat rendah. Ciri ini sangat bernilai apabila sistem pemandu diberi sumber voltan DC tetap hingga rendah, membolehkan pemulihan tenaga yang cekap semasa operasi pemelan.

Kawalan Motoring

Gambar di bawah menunjukkan motor DC terpisah yang dikawal oleh chopper transistor. Transistor Tr diaktifkan secara berkala dengan tempoh Tr, berada dalam keadaan mengalir selama tempoh Ton. Bentuk gelombang voltan terminal motor dan arus armatur juga ditunjukkan dalam gambar. Apabila transistor hidup, voltan terminal motor adalah V, dan operasi motor dapat digambarkan sebagai berikut:

Selama tempoh interval tertentu ini, arus armatur bertambah dari ia1 ke ia2. Fase ini disebut interval tugas, kerana motor terhubung langsung ke sumber daya selama tempoh ini. Hubungan langsung membolehkan energi elektrik dari sumber dipindahkan ke motor, membolehkannya menghasilkan tork mekanik dan berputar.

Apabila t = ton, transistor Tr dimatikan. Setelah itu, arus motor mulai mengalir bebas melalui dioda Df. Akibatnya, voltan pada terminal motor turun menjadi sifar dalam tempoh interval ton≤t≤T. Interval ini dikenali sebagai interval mengalir bebas. Selama fase mengalir bebas ini, energi yang tersimpan dalam medan magnet dan induktansi motor dilepaskan melalui dioda mengalir bebas, memelihara aliran arus dalam lingkaran tertutup. Operasi motor selama interval ini dapat dianalisis lebih lanjut dan digambarkan dengan memeriksa interaksi elektrik dan magnetik dalam komponen-komponen litar.

Arus motor berkurang dari ia2 ke ia1 selama interval ini. Nisbah interval tugas ton kepada tempoh chopper T disebut siklus tugas.

Pemelan Regeneratif

Gambar di bawah menunjukkan chopper yang dikonfigurasikan untuk operasi pemelan regeneratif. Transistor Tr diaktifkan secara berkala dengan tempoh T dan tempoh on ton. Ditunjukkan juga bentuk gelombang voltan terminal motor va dan arus armatur ia dalam keadaan konduksi berterusan. Untuk meningkatkan nilai induktansi La, induktor eksternal ditambahkan ke dalam litar.

Apabila transistor Tr dihidupkan, arus armatur ia naik dari ia1 ke ia2. Peningkatan arus ini terjadi kerana energi elektrik disimpan sementara dalam induktor dan medan magnet motor, menyiapkan tahap untuk proses konversi energi yang khas bagi pemelan regeneratif.

Apabila motor beroperasi dalam mod pemelan regeneratif, ia berfungsi sebagai generator, mengubah energi mekanik menjadi energi elektrik. Sebahagian dari energi elektrik ini berkontribusi kepada peningkatan energi magnet yang tersimpan dalam induktansi litar armatur. Sementara itu, energi elektrik sisanya dilepaskan sebagai haba dalam gulungan armatur dan transistor, akibat rintangan bawaan komponen-komponen tersebut.

Apabila transistor dimatikan, arus armatur melalui dioda D dan sumber daya V, berkurang dari ia2 ke ia1. Dalam proses ini, kedua-dua energi elektromagnetik yang tersimpan dalam litar dan energi yang dihasilkan oleh mesin dikembalikan ke sumber daya. Tempoh interval dari 0 hingga ton didefinisikan sebagai interval penyimpanan energi, di mana energi terakumulasi dalam sistem. Sebaliknya, interval dari ton hingga T disebut interval tugas, di mana transfer energi dan operasi sistem terjadi.

Kawalan Operasi Motoring dan Pemelan

Semasa operasi motoring, transistor Tr1 dikawal untuk menyediakan daya ke motor, membolehkannya berputar ke depan. Sebaliknya, untuk operasi pemelan, transistor Tr2 mengambil alih kawalan. Peralihan kawalan dari Tr1 ke Tr2 beralihkan operasi sistem dari motoring ke pemelan, dan membalikkan peralihan kawalan ini mengembalikannya ke keadaan motoring. Mekanisme kawalan tepat ini memastikan operasi sistem pemandu elektrik yang cekap dan andal dalam keadaan kerja yang berbeza.

Kawalan Dinamik

Litar pemelan dinamik, bersama dengan bentuk gelombang yang sesuai, ditunjukkan dalam gambar di bawah. Dalam tempoh interval dari 0 hingga Ton, arus armatur ia naik secara berterusan dari ia1 ke ia2. Selama fase ini, sebahagian energi elektrik disimpan dalam induktansi, bertindak sebagai tangki untuk operasi berikutnya. Secara serentak, energi sisanya dilepaskan sebagai haba dalam rintangan armatur Ra dan transistor TR, akibat rintangan elektrik yang ada dalam komponen-komponen tersebut.

Dalam tempoh interval Ton ≤ t ≤ T, arus armatur ia turun dari ia2 ke ia1. Dalam fase ini, kedua-dua energi yang dihasilkan oleh motor dan energi yang tersimpan dalam induktansi dilepaskan melalui rintangan pemelan RB, rintangan armatur Ra, dan dioda D. Transistor Tr memainkan peranan penting dalam mengatur jumlah energi yang dilepaskan di RB. Dengan mengawal operasi Tr secara tepat, seseorang dapat mengubah daya yang dilepaskan di RB, mempengaruhi prestasi pemelan secara keseluruhan dan nilai efektif energi yang dilepaskan. Mekanisme kawalan ini membolehkan penyetelan halus proses pemelan dinamik, memastikan pengurusan energi optimal dan stabilitas sistem.