Brzinski pogon istosmjernog motora: 4 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:37

Ovo uputstvo će detaljno obraditi projektiranje, simulaciju, izgradnju i ispitivanje prekidača za DC pretvarač i upravljački sustav za istosmjerni motor. Ovaj pretvarač će se tada koristiti za digitalno upravljanje za shunt DC motor s opterećenjem. Krug će se razvijati i testirati u različitim fazama.

Prva faza bit će izgradnja pretvarača za rad na 40V. To je učinjeno kako bi se osiguralo da nema parazitske induktivnosti od žica i drugih komponenata kruga koja može oštetiti upravljački program pri visokim naponima. U drugoj fazi pretvarač će pokretati motor na 400 V pri maksimalnom opterećenju. Posljednja faza je kontrola brzine motora s promjenjivim opterećenjem, a arduino kontrolira pwm val za podešavanje napona.

Komponente nisu uvijek jeftine pa se pokušalo izgraditi sustav što jeftinije. Krajnji rezultat ove prakse bit će izgradnja istosmjerno-istosmjernog pretvarača i kontrolera upravljačkog sustava za kontrolu brzine motora unutar 1% na zadanoj točki u stabilnom stanju i za podešavanje brzine unutar 2 s s promjenjivim opterećenjem.

Korak 1: Odabir komponenti i specifikacije

Motor koji sam imao na raspolaganju imao je sljedeće specifikacije.

Specifikacije motora: Armatura: 380 Vdc, 3,6 A

Uzbuđenje (šant): 380 Vdc, 0,23 A

Nazivna brzina: 1500 o/min

Snaga: ≈ 1,1 kW

Napajanje istosmjernog motora = 380V

Optospojnik i napajanje upravljačkog programa = 21V

To bi značilo da bi najveća strujna i naponska vrijednost komponenti koje su spojene na motor ili upravljale njim imale veće ili ekvivalentne ocjene.

Dioda slobodnog hoda, označena kao D1 u dijagramu kruga, koristi se za davanje obrnutog emf-a motora za protok koji sprječava struju da se obrne i ošteti komponente kada je napajanje isključeno, a motor se još okreće (način rada generatora Nominiran je za maksimalni povratni napon od 600 V i maksimalnu istosmjernu struju naprijed od 15 A. Stoga se može pretpostaviti da će dioda zamašnjaka moći raditi na dovoljnoj razini napona i struje za ovaj zadatak.

IGBT se koristi za prebacivanje napajanja na motor primanjem 5V pwm signala od Arduina preko optokaplera i IGBT pogonitelja za prebacivanje vrlo velikog 380V napajanja motora. IGBT koji se koristi ima maksimalnu kontinuiranu struju kolektora od 4,5A pri temperaturi spoja 100 ° C. Maksimalni napon odašiljača kolektora je 600V. Stoga se može pretpostaviti da će dioda zamašnjaka moći raditi na dovoljnoj razini napona i struje za praktičnu primjenu. IGBT -u je važno dodati hladnjak, po mogućnosti veliki. Ako IGBT -ovi nisu dostupni, može se koristiti MOSFET s brzim prebacivanjem.

IGBT ima prag vrata između 3,75 V i 5,75 V i potreban je upravljački program za isporuku ovog napona. Frekvencija na kojoj će krug raditi je 10 kHz, pa vrijeme uključivanja IGBT -a mora biti narudžbe brže od 100 us, vrijeme jednog punog vala. Vrijeme uključivanja IGBT -a je 15ns što je dovoljno.

Odabrani upravljački program TC4421 ima vrijeme uključivanja najmanje 3000 puta veće od PWM vala. To osigurava da se vozač može prebaciti dovoljno brzo za rad kruga. Upravljački program potreban je za osiguravanje veće struje nego što Arduino može dati. Vozač dobiva potrebnu struju za rad s IGBT -om iz izvora napajanja, a ne izvlačenjem iz Arduina. Ovo je radi zaštite Arduina jer će se velikom snagom pregrijati Arduino i dim će izaći, a Arduino će biti uništen (pokušano i testirano).

Upravljački program bit će izoliran od mikrokontrolera koji daje PWM val pomoću optokaplera. Optoelement je u potpunosti izolirao Arduino koji je najvažniji i najvrjedniji dio vašeg kruga.

Za motore s različitim parametrima samo IGBT treba promijeniti u onaj sa sličnim karakteristikama kao motor koji će moći podnijeti potreban obrnuti napon i stalnu struju kolektora.

WIMA kondenzator koristi se zajedno s elektrolitičkim kondenzatorom preko napajanja motora. Ovo pohranjuje naboj za stabilizaciju napajanja i što je najvažnije pomaže u uklanjanju induktiviteta iz kabela i konektora u sustavu

Korak 2: Izgradnja i raspored

Raspored kruga postavljen je kako bi se smanjila udaljenost između komponenti kako bi se uklonili nepotrebni induktiviteti. To je učinjeno posebno u petlji između IGBT upravljačkog programa i IGBT. Pokušalo se ukloniti buku i zvonjenje s velikim otporima koji su uzemljeni između Arduina, Optocouplera, Driver -a i IGBT -a.

Komponente su lemljene na Veroboard. Jednostavan način izgradnje sklopa je iscrtavanje komponenata dijagrama kruga na ploči prije početka lemljenja. Lemiti u dobro prozračenom prostoru. Očistite vodljivu putanju datoteke datotekom kako biste stvorili jaz između komponenti koje ne bi trebale biti povezane. Koristite DIP pakete kako bi se komponente lako zamijenile. To pomaže kada komponente ne uspiju, a zatim ih morate lemiti i ponovno lemiti zamjenski dio.

Koristio sam utikače od banane (crne i crvene utičnice) za jednostavno spajanje napajanja na veroboard, to se može preskočiti i žice izravno lemiti na ploču.

Korak 3: Programiranje Arduina

Pwm val generira se uključivanjem Arduino PWM knjižnice (u privitku kao ZIP datoteka). Za kontrolu brzine rotora koristi se proporcionalni integralni regulator PI regulator). Proporcionalni i integralni dobitak može se izračunati ili procijeniti dok se ne postignu dovoljna vremena sleganja i prekoračenja.

PI kontroler implementiran je u Arduino while () petlju. Tahometar mjeri brzinu rotora. Ovaj mjerni ulaz na arduino ulazi u jedan od analognih ulaza pomoću analognog čitanja. Pogreška se izračunava oduzimanjem trenutne brzine rotora od zadane vrijednosti brzine rotora i postavljanjem jednakim pogrešci. Vremenska integracija izvršena je dodavanjem uzorka vremenu u vrijeme svake petlje i postavljanjem istog kao vrijeme te se na taj način povećava sa svakom iteracijom petlje. Radni ciklus koji arduino može ispisati kreće se od 0 do 255. Radni ciklus se izračunava i šalje na odabrani PWM pin digitalnog izlaza s pwmWrite iz PWM knjižnice.

Implementacija PI kontrolera

dvostruka pogreška = ref - o / min;

Vrijeme = Vrijeme + 20e-6;

dvostruki pwm = početni + kp * pogreška + ki * Vremenska * pogreška;

Implementacija PWM -a

dvostruki senzor = analogRead (A1);

pwmWrite (3, pwm-255);

Cijeli kôd projekta možete vidjeti u datoteci ArduinoCode.rar. Kôd u datoteci prilagođen je za invertirajući upravljački program. Invertirajući upravljački program imao je sljedeći učinak na radni ciklus kruga što znači new_dutycycle = 255 -dutycycle. To se može promijeniti za neinvertirajuće upravljačke programe poništavanjem gornje jednadžbe.

Korak 4: Testiranje i zaključak

Kolo je konačno testirano i poduzeta su mjerenja kako bi se utvrdilo je li postignut željeni rezultat. Kontroler je postavljen na dvije različite brzine i učitan u arduino. Napajanja su uključena. Motor brzo ubrzava iznad željene brzine, a zatim se smiruje odabranom brzinom.

Ova tehnika upravljanja motorom vrlo je učinkovita i radila bi na svim istosmjernim motorima.