DC motor sebességváltó: 4 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:43

Ez az utasítás részletesen bemutatja az egyenáramú motor váltóáramú egyenáramú konverterének és vezérlőrendszer -vezérlőjének tervezését, szimulációját, felépítését és tesztelését. Ezt az átalakítót ezután egy terheléses sönt egyenáramú motor digitális vezérlésére használják. Az áramkört különböző fázisokban fejlesztik és tesztelik.

Az első fázis egy átalakító építése lesz, amely 40 V feszültséggel működik. Ennek célja annak biztosítása, hogy ne legyenek parazita induktivitások a vezetékekből és más áramköri elemekből, amelyek nagy feszültség esetén károsíthatják a meghajtót. A második szakaszban a konverter 400 V -on működteti a motort maximális terhelés mellett. Az utolsó szakasz a motor fordulatszámának szabályozása változó terheléssel, az arduino pedig egy pwm hullámot szabályozza a feszültség beállításához.

Az alkatrészek nem mindig olcsók, ezért megpróbálták a rendszert a lehető legolcsóbban felépíteni. Ennek a gyakorlatnak a végeredménye egy egyenáramú egyenáramú átalakító és egy vezérlőrendszer-vezérlő felépítése lesz, amelyek a motor fordulatszámát 1% -on belül szabályozzák egy beállított ponton egyensúlyi állapotban, és 2 másodpercen belül állítják be a sebességet változó terheléssel.

1. lépés: Alkatrész kiválasztása és specifikációi

A rendelkezésemre álló motor az alábbi specifikációkkal rendelkezett.

Motor specifikációk: Armatúra: 380 Vdc, 3,6 A

Gerjesztés (shunt): 380 Vdc, 0,23 A

Névleges fordulatszám: 1500 ford/perc

Teljesítmény: ≈ 1,1 kW

DC motor tápegysége = 380V

Optocsatoló és meghajtó tápegysége = 21V

Ez azt jelentené, hogy a motorhoz csatlakoztatott vagy azt vezérlő alkatrészek maximális áram- és feszültség -besorolása magasabb vagy egyenértékű lesz.

A kapcsolási rajzon D1 jelöléssel ellátott szabadonfutó dióda arra szolgál, hogy a motor fordított emf-jének áramlási útvonalat biztosítson, megakadályozva az áram megfordítását és károsítja az alkatrészeket, amikor az áramellátás le van állítva és a motor még mindig forog (generátor üzemmód)). 600 V maximális fordított feszültségre és 15 A maximális egyenáramú áramra van méretezve. Ezért feltételezhető, hogy a lendkerék -dióda képes lesz ehhez a feladathoz elegendő feszültség- és áramszinten működni.

Az IGBT a motor áramellátására szolgál, ha 5V pwm jelet kap az Arduino -tól az optocsatolón és az IGBT meghajtón keresztül, hogy átkapcsolja a nagyon nagy 380 V -os motor tápfeszültségét. A használt IGBT maximális folyamatos kollektorárama 4,5A 100 ° C -os csatlakozás hőmérsékletén. A kollektor maximális feszültsége 600V. Ezért feltételezhető, hogy a lendkerék -dióda a gyakorlatban elegendő feszültség- és áramszinten képes működni. Fontos, hogy adjon hozzá egy hűtőbordát az IGBT -hez, lehetőleg egy nagyméretű. Ha nem állnak rendelkezésre IGBT -k, akkor gyorsan kapcsolható MOSFET használható.

Az IGBT kapu küszöbfeszültsége 3,75 V és 5,75 V között van, és a feszültség leadásához meghajtó szükséges. Az áramkör működési frekvenciája 10 kHz, így az IGBT kapcsolási idejét 100 -nál gyorsabban kell megrendelni, egy teljes hullám idejét. Az IGBT kapcsolási ideje 15ns, ami elegendő.

A kiválasztott TC4421 illesztőprogram kapcsolási ideje legalább 3000 -szerese a PWM hullámnak. Ez biztosítja, hogy a vezető elég gyorsan tud kapcsolni az áramkör működéséhez. A meghajtónak több áramot kell szolgáltatnia, mint amennyit az Arduino tud adni. A vezető a szükséges áramot kapja az IGBT működtetéséhez a tápegységből, ahelyett, hogy az Arduino -ból húzná. Ez az Arduino védelmét szolgálja, mivel a nagy teljesítményre való felvétel túlmelegíti az Arduino -t, és füst jön ki, és az Arduino megsemmisül (kipróbálva) és tesztelték).

A meghajtót optocsatoló segítségével el kell különíteni a PWM hullámot szolgáltató mikrokontrollertől. Az optocsatoló teljesen elkülönítette az Arduino -t, amely az áramkör legfontosabb és legértékesebb része.

Különböző paraméterekkel rendelkező motoroknál csak az IGBT -t kell a motorhoz hasonló tulajdonságokkal rendelkezőre cserélni, amely képes kezelni a szükséges fordított feszültséget és folyamatos kollektoráramot.

A WIMA kondenzátort elektrolit kondenzátorral együtt használják a motor tápegységén keresztül. Ez töltést tárol a tápegység stabilizálása érdekében, és ami a legfontosabb, kiküszöböli az induktivitást a rendszer kábeleiből és csatlakozóiból

2. lépés: Építés és elrendezés

Az áramkör elrendezését úgy határozták meg, hogy minimálisra csökkentsék az alkatrészek közötti távolságot a felesleges induktivitások kiküszöbölése érdekében. Ez különösen az IGBT illesztőprogram és az IGBT közötti hurokban történt. Kísérletet tettek a zaj és a csengés kiküszöbölésére nagy ellenállásokkal, amelyek az Arduino, az Optocsatoló, a Driver és az IGBT között voltak földelve.

Az alkatrészeket Veroboardra forrasztják. Az áramkör felépítésének egyszerű módja az, hogy a forrasztás megkezdése előtt rajzolja fel a kapcsolási rajz összetevőit a veroboardra. Forrasztás jól szellőző helyen. Vágja le a vezetőképes útvonalat egy fájllal, hogy rés keletkezzen a nem csatlakoztatható komponensek között. Használjon DIP csomagokat, hogy az alkatrészek könnyen cserélhetők legyenek. Ez segít abban az esetben, ha az alkatrészek nem sikerülnek, akkor ki kell forrasztani őket és újra kell forrasztani a cserealkatrészt.

Banán dugókat (fekete és piros aljzatokat) használtam a tápegységeim egyszerű csatlakoztatásához a veroboardhoz, ez kihagyható, és a vezetékek közvetlenül az áramköri lapra forraszthatók.

3. lépés: Az Arduino programozása

A pwm hullám az Arduino PWM könyvtár (ZIP fájlként csatolt) hozzáadásával jön létre. Az arányos integrált vezérlő PI szabályozó) a rotor fordulatszámának szabályozására szolgál. Az arányos és integrált nyereséget addig lehet számítani vagy becsülni, amíg elegendő ülepedési időt és túllépést nem érnek el.

A PI vezérlő az Arduino while () ciklusában van megvalósítva. A fordulatszámmérő a forgórész sebességét méri. Ez a mérési bemenet az arduino -ba az analóg bemenetek egyikébe, az analogRead segítségével. A hiba kiszámítása úgy történik, hogy kivonják az aktuális rotor fordulatszámot a rotor alapjel fordulatszámából, és beállítják a hibával egyenlő értéket. Az időintegrációt úgy végeztük, hogy minden ciklushoz mintaidőt adtunk, és azt az idővel egyenlővé állítottuk, és ezáltal a ciklus minden iterációjával növekedett. Az arduino által kiadható működési ciklus 0 és 255 között mozog. A munkaciklus kiszámításra kerül, és a PWM könyvtárból a pwmWrite segítségével kerül kiválasztásra a kiválasztott digitális kimeneti PWM pin -re.

PI vezérlő megvalósítása

kettős hiba = ref - rpm;

Idő = Idő + 20e-6;

dupla pwm = kezdeti + kp * hiba + ki * idő * hiba;

A PWM megvalósítása

kettős érzékelő = analogRead (A1);

pwmWrite (3, pwm-255);

A teljes projektkód az ArduinoCode.rar fájlban látható. A fájlban lévő kódot fordított illesztőprogramhoz igazították. Az invertáló meghajtó a következő hatást gyakorolta az áramkör ciklusciklusára: new_dutycycle = 255 -dutycycle. Ez a nem invertáló meghajtók esetében megváltoztatható a fenti egyenlet megfordításával.

4. lépés: Tesztelés és következtetés

Az áramkört végül tesztelték, és méréseket végeztek annak megállapítására, hogy elérték -e a kívánt eredményt. A vezérlőt két különböző sebességre állították, és feltöltötték az arduino -ra. A tápegységek bekapcsoltak. A motor gyorsan felgyorsítja a kívánt sebességet, majd beáll a kiválasztott sebességre.

Ez a motorvezérlési technika nagyon hatékony, és minden egyenáramú motoron működik.