Brzina pogona istosmjernog motora: 4 koraka (sa slikama)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2025-01-23 14:37

Ovo uputstvo će detaljno obraditi dizajn, simulaciju, izgradnju i testiranje preklopnog načina rada pretvarača istosmjernog na jednosmjerni tok i kontrolera upravljačkog sistema 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 će biti 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 sistem što jeftinije. Krajnji rezultat ove prakse bit će izgradnja dc-dc 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: Izbor komponenti i specifikacije

Motor koji sam imao na raspolaganju imao je sljedeće specifikacije.

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

Ekscitacija (šant): 380 Vdc, 0,23 A

Nazivna brzina: 1500 o/min

Snaga: ≈ 1,1 kW

Napajanje istosmjernog motora = 380V

Optička sprega i napajanje upravljačkog programa = 21V

To bi značilo da bi maksimalna struja i napon komponenti koje su povezane ili upravljaju motorom imale veće ili ekvivalentne ocjene.

Dioda slobodnog hoda, označena kao D1 u dijagramu kruga, koristi se za davanje povratnog emf-a motora protok puta 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 od 15 A. Stoga se može pretpostaviti da će dioda zamašnjaka moći raditi na dovoljnom naponu i struji za ovaj zadatak.

IGBT se koristi za prebacivanje napajanja na motor primanjem 5V pwm signala od Arduina preko optokaplera i IGBT upravljačkog programa za prebacivanje vrlo velikog napajanja motora od 380V. 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 dovoljnom nivou napona i struje za praktičnu primjenu. IGBT -u je važno dodati hladnjak, po mogućnosti veliki. Ako IGBT -ovi nisu dostupni, može se koristiti MOSFET sa brzim prebacivanjem.

IGBT ima prag vrata između 3,75 V i 5,75 V i potreban je upravljački program za isporuku ovog napona. Učestalost 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 za IGBT je 15ns što je dovoljno.

Izabrani upravljački program TC4421 ima vrijeme uključivanja najmanje 3000 puta od PWM vala. Ovo osigurava da se vozač može prebaciti dovoljno brzo za rad kruga. Upravljački program je potreban 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 najvrijedniji dio vašeg kola.

Za motore s različitim parametrima samo se IGBT mora 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 naboje za stabilizaciju napajanja i što je najvažnije pomaže u uklanjanju induktivnosti iz kabela i konektora u sistemu

Korak 2: Izgradnja i raspored

Raspored kola je postavljen kako bi se smanjilo rastojanje između komponenti kako bi se uklonili nepotrebni induktiviteti. To je učinjeno posebno u petlji između IGBT upravljačkog programa i IGBT. Pokušano je 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 kola je nacrtati komponente dijagrama kruga na veroboard -u prije nego počnete lemiti. Lemiti u dobro provetrenom prostoru. Očistite provodljivu 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 zalemiti 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 nastaje uključivanjem Arduino PWM biblioteke (u prilogu ZIP datoteke). 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 taloženja i prekoračenja.

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

Implementacija PI kontrolera

dvostruka greška = ref - o / min;

Vrijeme = Vrijeme + 20e-6;

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

Implementacija PWM -a

dvostruki senzor = analogRead (A1);

pwmWrite (3, pwm-255);

Potpuni kod projekta možete vidjeti u datoteci ArduinoCode.rar. Kôd u datoteci je prilagođen invertirajućem upravljačkom programu. Invertirajući upravljački program imao je sljedeći učinak na radni ciklus kruga što znači new_dutycycle = 255 -dutycycle. Ovo se može promijeniti za neinvertirajuće upravljačke programe poništavanjem gornje jednadžbe.

Korak 4: Testiranje i zaključak

Kolo je konačno testirano i izvršena su mjerenja kako bi se utvrdilo je li postignut željeni rezultat. Kontroler je postavljen na dvije različite brzine i postavljen na arduino. Napajanja su uključena. Motor brzo ubrzava iznad željene brzine, a zatim se zaustavlja na odabranoj brzini.

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