Керування рубільником окремо збудованого ДПМ

Шинкуючий пристрій — це пристрій, який перетворює стале напругу постійного струму (DC) на змінну напругу DC. У побудові шинкувальних пристроїв часто використовуються самокомутовані пристрої, такі як кремніє-оксидні-полупровідникові транзистори з полем ефекту (MOSFETs), ізольовано-гатальні біполярні транзистори (IGBTs), силові транзистори, гатальні тирістрори (GTOs) та інтегровані гатальні комутовані тирістрори (IGCTs). Ці пристрої можна управляти безпосередньо через сигнал управління затвором за допомогою низьковаттажних входів і не потребують додаткового комутаційного контуру, що робить їх дуже ефективними і практичними для шинкувальних застосувань.

Шинкуючі пристрої зазвичай працюють на високих частотах. Така високочастотна робота значно підвищує продуктивність двигуна, зменшуючи хвилі напруги та струму та усунення розривів провідності. Однією з найбільш відомих переваг управління шинкувальним пристроєм є його здатність забезпечити регенеративне гальмування навіть при дуже низьких обертах. Ця функція особливо цінна, коли систему приводу живлять зі сталого до низького джерела DC, що дозволяє ефективно відновлювати енергію під час операцій гальмування.

Управління мотором

Нижче показано окремо збуджений DC двигун, контролюваний транзисторним шинкувальним пристроєм. Транзистор Tr періодично комутується з періодом Tr, залишаючись у провідному стані протягом тривалості Ton. Відповідні форми хвиль напруги на клемах двигуна та струму якоря також зображені на малюнку. Коли транзистор увімкнений, напруга на клемах двигуна становить V, і роботу двигуна можна описати наступним чином:

Протягом цього конкретного інтервалу часу струм якоря зростає від ia1 до ia2. Цей етап називається інтервалом обов'язку, оскільки двигун прямо з'єднаний з джерелом живлення протягом цього періоду. Пряме з'єднання дозволяє передавати електричну енергію з джерела до двигуна, що дозволяє йому генерувати механічний момент і обертатися.

Коли t = ton, транзистор Tr деактивується. Наступно, струм двигуна починає вільно коліяти через діод Df. В результаті напруга на клемах двигуна падає до нуля протягом інтервалу часу ton≤t≤T. Цей інтервал називається інтервалом вільного коліяння. Протягом цього інтервалу вільного коліяння енергія, збережена в магнітному полі та індуктивності двигуна, розсіюється через діод вільного коліяння, підтримуючи потік струму в замкнутому контурі. Роботу двигуна протягом цього інтервалу можна подальше аналізувати, вивчаючи електричні та магнітні взаємодії компонентів контуру.

Струм двигуна зменшується від ia2 до ia1 протягом цього інтервалу. Співвідношення інтервалу обов'язку ton до періоду шинкувального пристрою T називається коефіцієнтом заповнення.

Регенеративне гальмування

Нижче показано шинкувальний пристрій, налаштований для операцій регенеративного гальмування. Транзистор Tr циклічно комутується з періодом T і періодом увімкнення ton. Окрім того, зображено форму хвилі напруги на клемах двигуна va та струму якоря ia при неперервній провідності. Для підвищення значення індуктивності La до контуру додається зовнішній індуктор.

Коли транзистор Tr увімкнений, струм якоря ia зростає від ia1 до ia2. Цей зростання струму відбувається, коли електрична енергія тимчасово зберігається в індукторі та магнітному полі двигуна, створюючи основу для наступного процесу конвертації енергії, що характерний для регенеративного гальмування.

При роботі двигуна в режимі регенеративного гальмування, він функціонує як генератор, перетворюючи механічну енергію на електричну. Частина цієї електричної енергії сприяє збільшенню магнітної енергії, збереженої в індуктивності контуру якоря. Однак, решта електричної енергії розсіюється як тепло в обмотках якоря та транзисторах, через внутрішню опір цих компонентів.

Коли транзистор вимкнений, струм якоря проходить через діод D та джерело живлення V, зменшуючись з ia2 до ia1. У цьому процесі, як електромагнітна енергія, збережена в контурі, так і енергія, генерована машиной, повертаються до джерела живлення. Інтервал часу від 0 до ton визначається як інтервал зберігання енергії, під час якого енергія накопичується в системі. Навпаки, інтервал від ton до T називається інтервалом обов'язку, коли відбувається передача енергії та робота системи.

Управління роботою двигуна та гальмування

Під час роботи двигуна, транзистор Tr1 регулюється для живлення двигуна, що дозволяє йому обертатися вперед. Навпаки, для гальмування, контроль береться транзистором Tr2. Перехід управління від Tr1 до Tr2 безперервно змінює роботу системи з роботи двигуна на гальмування, і зворотній перехід управління повертає систему назад до роботи двигуна. Цей точний механізм управління забезпечує ефективну та надійну роботу електроприводу в різних умовах роботи.

Динамічне управління

Нижче показано схему динамічного гальмування разом з відповідною формою хвилі. Протягом інтервалу часу від 0 до Ton, струм якоря ia поступово зростає від ia1 до ia2. Під час цього етапу частина електричної енергії зберігається в індуктивності, служачи резервуаром для наступних операцій. Одночасно, решта енергії розсіюється як тепло в опорі якоря Ra та транзисторі TR, що є необхідним наслідком електричного опору цих компонентів.

Протягом інтервалу часу Ton ≤ t ≤ T струм якоря ia зменшується з ia2 до ia1. На цьому етапі, як енергія, генерована двигуном, так і енергія, збережена в індуктивностях, розсіюється на опорі гальмування RB, опорі якоря Ra та діоді D. Транзистор Tr відіграє ключову роль у регулюванні кількості розсіяної енергії в RB. Точне управління роботою Tr дозволяє ефективно модулювати потужність, розсіяну в RB, впливаючи на загальну продуктивність гальмування та ефективну величину розсіяної енергії. Цей механізм управління дозволяє точно налаштувати процес динамічного гальмування, забезпечуючи оптимальне управління енергією та стабільність системи.