Nasekanje nadzora nad ločno vzdušenim gornjim tokom DC motorja

Presekač je naprava, ki fiksen enosmeren tok (DC) pretvori v spremenljiv enosmeren tok. Za izgradnjo presekačev se pogosto uporabljajo samokomutirane naprave, kot so polprevodniški tranzistorji s polprevodniškim oksidno-polprevodniškim polprevodnikom (MOSFET), izolirani dvopolarni tranzistorji (IGBT), močni tranzistorji, tranzistorji z nadzorno vrata za izklop (GTO) in integrirani tranzistorji z nadzorno vrata za komutacijo (IGCT). Te naprave lahko neposredno vklopijo ali izklopijo preko signala nadzornih vrat z nizkonapetostnimi vhodi in ne zahtevajo dodatne komutacijskega obročja, kar jih čini zelo učinkovitimi in praktičnimi za uporabo v presekačih.

Presekače običajno delujejo na visokih frekvencah. Ta delovanje na visokih frekvencah znatno izboljša delovanje motorja z zmanjševanjem valovnic napetosti in toka ter z odstranitvijo neraztegljivega prenašanja. Eden najbolj opaznih prednosti kontrole presekačem je njihova sposobnost omogočanja regenerativnega brezčasenja celo pri zelo nizkih obrtnih hitrostih. Ta značilnost je zlasti dragocena, ko sistem pogona dobiva fiksen do nizek vir DC napetosti, kar omogoča učinkovito obnovitev energije med operacijami brezčasenja.

Kontrola motorja

Slika spodaj prikazuje ločeno navdajeni enosmerni motor, ki ga kontrolira tranzistorjev presekač. Tranzistor Tr je cikelno vklopljen z obdobjem Tr in ostane v stanju prevajanja za trajanje Ton. Odgovarjajoče talasi napetosti na terminalih motorja in armaturenega toka so tudi prikazani na sliki. Ko je tranzistor vklopljen, je napetost na terminalih motorja V, in delovanje motorja se lahko opiše naslednje:

V tem specifičnem časovnem intervalu armatureni tok narašča od ia1 do ia2. Ta fazo imenujemo dolžinski interval, ker je motor neposredno povezan z virom energije v tem času. Neposredna povezava omogoča prenos električne energije iz vira na motor, s čimer omogoča ustvarjanje mehanskega torza in vrtenje.

Ko je t = ton, je tranzistor Tr deaktiviran. Nato armatureni tok začne prosto teči skozi diodo Df. Tako napetost na terminalih motorja pada na nič v časovnem intervalu ton≤t≤T. Ta interval se imenuje interval prostega tekstu. V tem intervalu prostega tekstu energija, shranjena v magnetnem polju in induktanci motorja, se razprši skozi diodo za prosti tek, kar omogoča nadaljnjo pretok toka v zaprti zanki. Delovanje motorja v tem intervalu se lahko nadalje analizira in opiše z raziskovanjem električnih in magnetnih interakcij v komponentah kruga.

Armatureni tok pada od ia2 do ia1 v tem intervalu. Razmerje med dolžinskim intervalom ton in obdobjem presekača T se imenuje dolžina cikla.

Regenerativno brezčasenje

Slika spodaj prikazuje presekač, nastavljen za delovanje z regenerativnim brezčasenjem. Tranzistor Tr je cikelno vklopljen z obdobjem T in obdobjem vklopa ton. Prikazan je tudi talas napetosti na terminalih motorja va in armaturenega toka ia pod pogoji zveznega prenašanja. Za izboljšanje vrednosti indukcije La je v krog vključen zunanji induktor.

Ko je tranzistor Tr vklopljen, armatureni tok ia narašča od ia1 do ia2. To povečanje toka se zgodi, ko je električna energija začasno shranjena v induktorju in magnetnem polju motorja, pripravljena za nadaljnji proces pretvorbe energije, ki je značilen za regenerativno brezčasenje.

Ko motor deluje v načinu regenerativnega brezčasenja, deluje kot generator, pretvarja mehansko energijo v električno energijo. Del te električne energije prispeva k povečanju magnetne energije, shranjene v indukciji armaturenega kruga. Medtem pa se preostali del električne energije razprši kot toplota v navojih armature in tranzistorjih zaradi notranjega upora teh komponent.

Ko je tranzistor izklopljen, armatureni tok poteka skozi diodo D in vir napetosti V, padajoč od ia2 do ia1. V tem procesu se elektromagnetna energija, shranjena v krugu, in energija, generirana z napravo, vrača nazaj na vir napetosti. Časovni interval od 0 do ton se imenuje interval shranjevanja energije, v katerem se energija nagromada v sistemu. Nasprotno, interval od ton do T se imenuje dolžinski interval, ko se pojavlja prenos energije in delovanje sistema.

Kontrola delovanja motorja in brezčasenja

Med delovanjem motorja je tranzistor Tr1 reguliran za oskrbovanje motorja z energijo, da lahko vrte v smeri naprej. Obratno, za delovanje brezčasenja prevzame nadzor tranzistor Tr2. Prehod nadzora od Tr1 na Tr2 gladko preklopi delovanje sistema iz delovanja motorja v delovanje brezčasenja, in obratni prenos nadzora ga preklopi nazaj v delovanje motorja. Ta natančen mehanizem nadzora zagotavlja učinkovito in zanesljivo delovanje električnega pogonskega sistema v različnih delovnih pogojih.

Dinamični nadzor

Krug za dinamično brezčasenje skupaj s svojim talasom je prikazan na sliki spodaj. V časovnem intervalu od 0 do Ton armatureni tok ia postopoma narašča od ia1 do ia2. V tej fazi je del električne energije shranjen v indukciji, ki služi kot rezervoar za nadaljnje operacije. Hkrati se preostali del energije razprši kot toplota v uporu armature Ra in tranzistorju TR, kar je posledica električnega upora teh komponent.

V časovnem intervalu Ton ≤ t ≤ T armatureni tok ia pada od ia2 do ia1. V tej fazi se hkrati razprši energija, generirana z motorjem, in energija, shranjena v indukcijah, preko upora brezčasenja RB, upora armature Ra in diode D. Tranzistor Tr igra ključno vlogo pri regulaciji količine razpršene energije v RB. S točno kontrolo delovanja Tr lahko učinkovito prilagodite moci, razpršene v RB, kar vpliva na skupno učinkovitost brezčasenja in učinkovito vrednost razpršene energije. Ta mehanizem nadzora omogoča natančno prilagajanje procesa dinamičnega brezčasenja, kar zagotavlja optimalno upravljanje energije in stabilnost sistema.