Pamamahala ng Chopper sa Separately Excited DC Motor

Ang chopper ay isang aparato na nagsasalin ng isang naka-impluwensiyang direct current (DC) voltage sa isang variable DC voltage. Ang mga self-commutated device, tulad ng Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors (MOSFETs), Insulated-Gate Bipolar Transistors (IGBTs), power transistors, Gate-Turn-Off Thyristors (GTOs), at Integrated Gate-Commutated Thyristors (IGCTs), ay karaniwang ginagamit sa paggawa ng mga chopper. Ang mga aparato na ito ay maaaring buksan o isara nang direkta gamit ang gate control signal na may mababang lakas na input at hindi nangangailangan ng karagdagang commutation circuit, kaya sila ay napakataas ang efisiensiya at praktikal para sa mga aplikasyon ng chopper.

Karaniwang pinapatakbo ang mga chopper sa mataas na frequency. Ang operasyong ito sa mataas na frequency ay lubhang nagpapahusay ng performance ng motor sa pamamagitan ng pagbawas ng mga ripple ng voltage at current at pag-alis ng discontinuous conduction. Isa sa mga pinakamahalagang benepisyo ng chopper control ay ang kakayahang mag-enable ng regenerative braking kahit sa napakababang rotational speeds. Ang katangian na ito ay partikular na mahalaga kapag ang sistema ng drive ay inilapat ng fixed-to-low DC voltage source, na nagbibigay-daan para sa epektibong pag-recover ng enerhiya sa panahon ng operasyon ng pagsasa-break.

Motoring Control

Ang larawan sa ibaba ay nagpapakita ng separately-excited DC motor na naka-control ng transistor chopper. Ang transistor Tr ay periodic na binubuksan at isinasara sa may period Tr, nananatiling nasa kondisyong conducting para sa duration na Ton. Ang mga corresponding waveforms ng motor terminal voltage at armature current ay dinidisplay sa larawan. Kapag ang transistor ay naka-on, ang motor terminal voltage ay V, at ang operasyon ng motor ay maaaring ilarawan bilang sumusunod:

Sa loob ng tiyak na interval ng oras, ang armature current ay tumataas mula ia1 hanggang ia2. Ang phase na ito ay tinatawag na duty interval, dahil direktang konektado ang motor sa power source sa panahong ito. Ang direktang koneksyon ay nagbibigay-daan para sa paglipat ng electrical energy mula sa source patungo sa motor, na nagpapahintulot nito na bumuo ng mechanical torque at umikot.

Kapag t = ton, ang transistor Tr ay ina-deactivate. Pagkatapos, ang motor current ay nagsisimulang freewheel sa pamamagitan ng diode Df. Bilang resulta, ang voltage sa motor terminals ay bumababa hanggang zero sa loob ng time interval na ton≤t≤T. Ang interval na ito ay tinatawag na freewheeling interval. Sa loob ng freewheeling phase, ang enerhiyang nakaimbak sa magnetic field at inductance ng motor ay inililipat sa pamamagitan ng freewheeling diode, na nagpapanatili ng pagdaloy ng current sa closed loop. Ang operasyon ng motor sa panahong ito ay maaaring lalo pang unawain at ilarawan sa pamamagitan ng pagsusuri ng electrical at magnetic interactions sa mga component ng circuit.

Ang motor current ay bumababa mula ia2 hanggang ia1 sa loob ng interval na ito. Ang ratio ng duty interval ton sa chopper period T ay tinatawag na duty cycle.

Regenerative Braking

Ang larawan sa ibaba ay nagpapakita ng chopper na nakonfigure para sa regenerative braking operation. Ang transistor Tr ay cyclic na binubuksan at isinasara sa may period T at on-period ton. Dinidisplay din ang waveform ng motor terminal voltage va at armature current ia sa ilalim ng continuous conduction conditions. Upang palakasin ang inductance value La, isinasama ang external inductor sa circuit.

Kapag ang transistor Tr ay naka-on, ang armature current ia ay tumataas mula ia1 hanggang ia2. Ang pagtaas ng current na ito ay nangyayari habang ang electrical energy ay pansamantalang nakaimbak sa inductor at sa magnetic field ng motor, na nagpapahanda para sa susunod na proseso ng energy conversion na karakteristiko ng regenerative braking.

Kapag ang motor ay naka-operate sa regenerative braking mode, ito ay gumagana bilang generator, na nagsasalin ng mechanical energy sa electrical energy. Ang bahagi ng electrical energy na ito ay nagdudugong-dugong sa pagtaas ng magnetic energy na nakaimbak sa inductance ng armature circuit. Samantala, ang natitirang electrical energy ay inililipat bilang init sa loob ng armature windings at transistors, dahil sa inherent resistance ng mga component na ito.

Kapag ang transistor ay nai-switch off, ang armature current ay lumilipad sa pamamagitan ng diode D at power source V, bumababa mula ia2 hanggang ia1. Sa prosesong ito, ang electromagnetic energy na nakaimbak sa circuit at ang energy na gawa ng makina ay inililipat pabalik sa power source. Ang time interval mula 0 hanggang ton ay tinatawag na energy storage interval, kung saan ang enerhiya ay nakakalipas sa system. Kabaligtaran, ang interval mula ton hanggang T ay tinatawag na duty interval, kung saan ang energy transfer at operasyon ng system ay nangyayari.

Motoring and Braking Operation Control

Sa panahon ng motoring operation, ang transistor Tr1 ay niregulate upang magbigay ng power sa motor, na nagpapahintulot nito na umikot pababa. Sa kabaligtaran, para sa braking operation, ang transistor Tr2 ang nagsasagawa ng kontrol. Ang transition ng kontrol mula Tr1 hanggang Tr2 ay seamless na nagsaswitch ang operasyon ng system mula motoring hanggang braking, at ang pagbaliktang kontrol ay nagsaswitch naman ito pabalik sa motoring state. Ang eksaktong mekanismo ng kontrol na ito ay nag-aangkin ng epektibong at maasahang operasyon ng electrical drive system sa iba't ibang working conditions.

Dynamic Control

Ang dynamic braking circuit, kasama ang naka-corresponding waveform, ay ipinapakita sa larawan sa ibaba. Sa time interval mula 0 hanggang Ton, ang armature current ia ay patuloy na tumataas mula ia1 hanggang ia2. Sa phase na ito, ang bahagi ng electrical energy ay nakaimbak sa inductance, na gumagamit bilang reservoir para sa susunod na operasyon. Samantala, ang natitirang energy ay inililipat bilang init sa loob ng armature resistance Ra at transistor TR, isang kinakailangang resulta ng electrical resistance na naroroon sa mga component na ito.

Sa time interval na Ton ≤ t ≤ T, ang armature current ia ay bumababa mula ia2 hanggang ia1. Sa phase na ito, ang parehong enerhiyang gawa ng motor at ang enerhiyang nakaimbak sa inductances ay inililipat sa braking resistance RB, armature resistance Ra, at diode D. Ang transistor Tr ay naglalaro ng mahalagang papel sa pag-regulate ng halaga ng energy na inililipat sa RB. Sa pamamagitan ng eksaktong pagkontrol ng operasyon ng Tr, maaaring epektibong i-modulate ang power na inililipat sa RB, na nag-iimpluwensya sa overall braking performance at effective value ng inililipat na energy. Ang kontrol mechanism na ito ay nagbibigay-daan para sa fine-tuning ng dynamic braking process, na nag-aangkin ng optimal na energy management at system stability.