Hitrostni pogon enosmernega motorja: 4 koraki (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:08

Ta navodila bodo obravnavala načrtovanje, simulacijo, gradnjo in preskušanje stikalnega načina pretvornika dc v dc in krmilnika krmilnega sistema za enosmerni motor. Ta pretvornik se bo nato uporabljal za digitalno krmiljenje preklopnega enosmernega motorja z obremenitvijo. Vezje se bo razvijalo in preizkušalo v različnih fazah.

Prva faza bo izdelava pretvornika za delovanje pri 40V. To se naredi, da se prepreči parazitska induktivnost žic in drugih komponent vezja, ki bi lahko poškodovala gonilnik pri visokih napetostih. V drugi fazi bo pretvornik upravljal motor pri 400 V pri največji obremenitvi. Zadnja faza je nadzor hitrosti motorja s spremenljivo obremenitvijo, arduino pa krmili pwm val za prilagoditev napetosti.

Sestavni deli niso vedno poceni, zato smo poskušali sistem izdelati čim ceneje. Končni rezultat te prakse bo izdelava dc-dc pretvornika in krmilnika krmilnega sistema za nadzor hitrosti motorja znotraj 1% pri nastavljeni točki v stanju dinamičnega ravnovesja in nastavitev hitrosti znotraj 2s s spremenljivo obremenitvijo.

1. korak: Izbira komponent in specifikacije

Motor, ki sem ga imel na voljo, je imel naslednje specifikacije.

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

Vzbujanje (šant): 380 Vdc, 0,23 A

Nazivna hitrost: 1500 vrt/min

Moč: ≈ 1,1 kW

Napajanje enosmernega motorja = 380V

Optični sklopnik in napajanje gonilnika = 21V

To bi pomenilo, da bi imeli največji nazivni tok in napetost komponent, ki so priključene na motor ali ga upravljajo, višje ali enakovredne.

Dioda prostega teka, označena kot D1 v diagramu vezja, se uporablja za povratno emf motorja, da teče pot, ki preprečuje, da bi tok obračal in poškodoval komponente, ko je napajanje izklopljeno in se motor še obrača (način generatorja Ocenjena je za največjo povratno napetost 600 V in največji tok DC 15 A naprej. Zato lahko domnevamo, da bo dioda vztrajnika za to nalogo delovala pri zadostni napetosti in tokovni ravni.

IGBT se uporablja za preklapljanje napajanja motorja s sprejemom 5V pwm signala od Arduina preko optičnega sklopnika in gonilnika IGBT za preklop zelo velike napajalne napetosti motorja 380V. Uporabljeni IGBT ima največji neprekinjeni kolektorski tok 4,5A pri temperaturi stika 100 ° C. Največja napetost oddajnika kolektorja je 600V. Zato lahko domnevamo, da bo dioda vztrajnika delovala pri zadostni napetosti in tokovni ravni za praktično uporabo. Pomembno je, da v IGBT dodate hladilnik, po možnosti velik. Če IGBT -ji niso na voljo, lahko uporabite hitro preklopni MOSFET.

IGBT ima prag vratne napetosti med 3,75 V in 5,75 V in za to napetost je potreben gonilnik. Frekvenca, pri kateri bo tokokrog deloval, je 10 kHz, zato je treba preklopne čase IGBT naročiti hitreje od 100 us, čas enega polnega vala. Čas preklopa za IGBT je 15ns, kar zadostuje.

Izbrani gonilnik TC4421 ima preklopne čase najmanj 3000 -kratnik vala PWM. To zagotavlja, da lahko voznik preklopi dovolj hitro za delovanje vezja. Gonilnik je potreben, da zagotovi večji tok, kot ga lahko da Arduino. Voznik pridobi potreben tok za delovanje IGBT iz napajalnika, namesto da bi ga potegnil iz Arduina. To je zato, da zaščiti Arduino, ker se bo zaradi velike moči Arduino pregrel, dim pa bo prišel ven in Arduino bo uničen (poskusil in preizkušeno).

Gonilnik bo izoliran od mikrokrmilnika, ki zagotavlja PWM val z uporabo optičnega sklopnika. Optoelement je popolnoma izoliral Arduino, ki je najpomembnejši in najbolj dragocen del vašega vezja.

Pri motorjih z različnimi parametri je treba le IGBT spremeniti v eno s podobnimi lastnostmi kot motor, ki bo zmogel potrebno reverzno napetost in stalni tok kolektorja.

Kondenzator WIMA se uporablja skupaj z elektrolitskim kondenzatorjem po celotnem napajanju motorja. Ta shranjuje naboj za stabilizacijo napajanja in najpomembneje pomaga pri odpravljanju induktivnosti s kablov in priključkov v sistemu

2. korak: Gradnja in postavitev

Postavitev vezja je bila določena tako, da je razdalja med komponentami čim manjša, da se odpravijo nepotrebne induktivnosti. To je bilo storjeno zlasti v zanki med gonilnikom IGBT in IGBT. Poskušali smo odpraviti hrup in zvonjenje z velikimi upori, ki so bili ozemljeni med Arduino, Optocouplerjem, Driverjem in IGBT.

Sestavni deli so spajkani na Veroboard. Enostaven način za izdelavo vezja je, da sestavite diagram vezja na plošči veroboard, preden začnete spajkati. Spajkajte v dobro prezračevanem prostoru. Očistite prevodno pot z datoteko, da ustvarite vrzel med komponentami, ki jih ne bi smeli povezati. Uporabite pakete DIP, da lahko komponente enostavno zamenjate. To pomaga, če komponent ne uspe, zato jih ni treba spajkati in nadomestni del ponovno spajkati.

Uporabil sem bananine vtiče (črne in rdeče vtičnice) za enostavno priključitev napajalnikov na ploščo veroboard. To je mogoče preskočiti in žice neposredno spajkati na vezje.

3. korak: Programiranje Arduina

Pwm val nastane z vključitvijo knjižnice PWM Arduino (priložena kot datoteka ZIP). Za nadzor hitrosti rotorja se uporablja proporcionalni integralni krmilnik PI regulator). Sorazmerni in integralni dobiček je mogoče izračunati ali oceniti, dokler ne dosežemo zadostnih časov poravnave in prekoračitev.

Krmilnik PI je implementiran v zanki while () Arduina. Tahometer meri hitrost rotorja. Ta merilni vhod na arduino v enega od analognih vhodov s pomočjo analogRead. Napaka se izračuna tako, da se od nastavljene hitrosti rotorja odšteje trenutna hitrost rotorja in se nastavi na napako. Časovno integracijo smo izvedli tako, da smo vsaki zanki dodali vzorec časa v čas in ga nastavili na enak čas ter tako povečali z vsako ponovitvijo zanke. Delovni cikel, ki ga lahko arduino odda, se giblje od 0 do 255. Delovni cikel se izračuna in odda na izbrani digitalni izhod PWM pin s pwmWrite iz knjižnice PWM.

Izvedba PI krmilnika

dvojna napaka = ref - vrt / min;

Čas = Čas + 20e-6;

dvojni pwm = začetni + kp * napaka + ki * Čas * napaka;

Izvajanje PWM

dvojni senzor = analogRead (A1);

pwmWrite (3, pwm-255);

Celotno kodo projekta si lahko ogledate v datoteki ArduinoCode.rar. Koda v datoteki je bila prilagojena za obratni gonilnik. Invertirni gonilnik je imel naslednji učinek na delovni cikel tokokroga, kar pomeni new_dutycycle = 255 -dutycycle. To lahko spremenite za gonilnike, ki ne obračajo, z obračanjem zgornje enačbe.

4. korak: Preizkus in zaključek

Končno je bilo vezje preizkušeno in izvedene so bile meritve, da bi ugotovili, ali je bil dosežen želeni rezultat. Krmilnik je bil nastavljen na dve različni hitrosti in naložen v arduino. Napajalniki so se vklopili. Motor hitro pospeši mimo želene hitrosti, nato pa se nastavi pri izbrani hitrosti.

Ta tehnika krmiljenja motorja je zelo učinkovita in bi delovala na vseh enosmernih motorjih.