Kontrola rezača razdvojeno uzbuđenog DC motora

Chopper je uređaj koji pretvara fiksni napon jednosmernog struja (DC) u promenljivi DC napon. U konstrukciji choppera često se koriste samokomutirajući uređaji, kao što su poluprovodnički tranzistori sa polju efekta (MOSFET), izolovani dvopolni tranzistori (IGBT), moćni tranzistori, tiristori sa komutacijom preko vrata (GTO) i integrirani tiristori sa komutacijom preko vrata (IGCT). Ovi uređaji mogu biti upravljivi direktno preko signala za kontrolu vrata pomoću niskosnago ulaza i ne zahtevaju dodatnu komutacionu šemu, što ih čini visoko efikasnim i praktičnim za primenu u chopperima.

Chopperi obično rade na visokim frekvencijama. Ova operacija na visokoj frekvenci značajno poboljšava performanse motora smanjenjem fluktuacija napona i struje i eliminacijom diskontinuirane provodnosti. Jedna od najznačajnijih prednosti kontrole chopperom jeste sposobnost omogućavanja regenerativnog kočenja čak i na veoma niskim rotacionim brzinama. Ova osobina je posebno vredna kada sistem pogona dobija fiksni ili niski DC napon, omogućavajući efikasnu rekovery energije tokom operacija kočenja.

Kontrola pogona

Sledeća slika ilustruje separatno uzbuđeni DC motor kontrolisan chopperom sa tranzistorom. Tranzistor Tr periodično preklapa sa periodom Tr, ostajući u stanju provodnosti duž trajanja Ton. Odgovarajuće talase napona na terminalima motora i struje armature takođe su prikazani na slici. Kada je tranzistor uključen, napon na terminalima motora je V, a rad motora može se opisati ovako:

Tokom ovog specifičnog vremenskog intervala, struja armature poraste od ia1 do ia2. Ovaj faza se naziva interval ispunjavanja, jer je motor direktno povezan sa izvorom struje tokom ovog perioda. Direktna veza dozvoljava prenos električne energije iz izvora u motor, omogućavajući mu da generiše mehanički moment i vrati se.

Kada je t = ton, tranzistor Tr isključuje. Zatim, struja motora počinje da se proplavlja kroz diodu Df. Rezultat je pad napona na terminalima motora na nulu unutar vremenskog intervala ton≤t≤T. Ovaj interval se naziva interval proplavljanja. Tokom ovog intervala proplavljanja, energija sačuvana u magnetnom polju i induktivnosti motora rasipa se kroz diodu proplavljanja, održavajući tok struje u zatvorenoj petlji. Rad motora tokom ovog intervala može se dalje analizirati i opisati proučavanjem električnih i magnetskih interakcija unutar komponenti šeme.

Struja motora pada od ia2 do ia1 tokom ovog intervala. Odnos intervala ispunjavanja ton na period choppera T naziva se faktor ispunjenja.

Regenerativno kočenje

Sledeća slika ilustruje chopper podešen za regenerativno kočenje. Tranzistor Tr ciklično preklapa sa periodom T i vremenom uključenja ton. Prikazani su talasi napona va na terminalima motora i struje armature ia pod uslovima neprekidne provodnosti. Da bi se povećao vrednost induktivnosti La, unutrašnji induktor je ugrađen u šemu.

Kada se tranzistor Tr uključi, struja armature ia raste od ia1 do ia2. Ovo povećanje struje dolazi do toga što se električna energija privremeno skladišti u induktor i magnetskom polju motora, postavlja se scena za naredni proces konverzije energije karakterističan za regenerativno kočenje.

Kada motor radi u modu regenerativnog kočenja, funkcioniše kao generator, pretvarajući mehaničku energiju u električnu energiju. Deo ove električne energije doprinosi povećanju magnetske energije sačuvane unutar induktivnosti armature. Istovremeno, ostatak električne energije rasipa se kao toplota unutar vitica armature i tranzistora, zbog intrinzične otpornosti ovih komponenti.

Kada se tranzistor isključi, struja armature prolazi kroz diodu D i izvor struje V, pada od ia2 do ia1. U ovom procesu, i elektromagnetska energija sačuvana u šemi i energija generisana mašinom vraća se izvoru struje. Vremenski interval od 0 do ton se definiše kao interval skladištenja energije, tokom koga se energija akumulira u sistemu. S druge strane, interval od ton do T se naziva interval ispunjavanja, kada se dešavaju prenos energije i rad sistema.

Kontrola rada motora i kočenja

Tokom rada motora, tranzistor Tr1 regulise snabdevanje motora strujom, omogućavajući mu da se okreće unapred. S druge strane, za operaciju kočenja, kontrolu preuzima tranzistor Tr2. Prebacivanje kontrole od Tr1 na Tr2 bezprekidno menja rad sistema sa pogona na kočenje, a obrnut prenos kontrole vraća ga u stanje pogona. Ovaj precizan mehanizam kontrole osigurava efikasan i pouzdan rad električnog pogonskog sistema pod različitim radnim uslovima.

Dinamička kontrola

Šema dinamičkog kočenja, zajedno sa odgovarajućim talasima, prikazana je na sledećoj slici. U vremenskom intervalu od 0 do Ton, struja armature ia postepeno raste od ia1 do ia2. Tokom ove faze, deo električne energije skladišten je u induktivnosti, služeći kao rezervoar za naredne operacije. Istovremeno, preostali deo energije rasipa se kao toplota unutar otpornosti armature Ra i tranzistora TR, kao posledica prisutne električne otpornosti ovih komponenti.

U vremenskom intervalu Ton ≤ t ≤ T, struja armature ia pada od ia2 do ia1. U ovoj fazi, i energija generisana motorom i energija sačuvana u induktivnostima rasipa se kroz otpornost kočenja RB, otpornost armature Ra i diodu D. Tranzistor Tr igra ključnu ulogu u regulaciji količine energije rasipane u RB. Preciznom kontrolom rada Tr, može se efektivno modulirati snaga rasipana u RB, utičući na ukupnu performansu kočenja i efektivnu vrednost rasipane energije. Ovaj mehanizam kontrole omogućava fino podešavanje procesa dinamičkog kočenja, osiguravajući optimalno upravljanje energijom i stabilnost sistema.