Līdzstrāvas motora ātruma piedziņa: 4 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:57

Šajā pamācībā tiks izstrādāta slēdža režīma līdzstrāvas pārveidotāja un līdzstrāvas motora vadības sistēmas kontroliera projektēšana, simulācija, izveide un pārbaude. Šis pārveidotājs tiks izmantots šunta līdzstrāvas motora ar slodzi digitālajai vadībai. Ķēde tiks izstrādāta un pārbaudīta dažādās fāzēs.

Pirmais posms būs pārveidotāja izveide darbam ar 40 V. Tas tiek darīts, lai nodrošinātu, ka tiem nav parazītu induktivitātes no vadiem un citām ķēdes sastāvdaļām, kas var sabojāt vadītāju pie augsta sprieguma. Otrajā posmā pārveidotājs darbinās motoru pie 400 V ar maksimālo slodzi. Pēdējais posms ir kontrolēt motora ātrumu ar mainīgu slodzi, arduino kontrolējot pwm viļņu, lai pielāgotu spriegumu.

Komponenti ne vienmēr ir lēti, un tāpēc tika mēģināts izveidot sistēmu pēc iespējas lētāk. Šīs praktiskās darbības rezultāts būs līdzstrāvas līdzstrāvas pārveidotāja un vadības sistēmas kontrollera izveide, lai kontrolētu motora apgriezienu skaitu 1% robežās noteiktā vietā līdzsvara stāvoklī un iestatītu ātrumu 2 sekunžu laikā ar mainīgu slodzi.

1. darbība: komponentu izvēle un specifikācijas

Manam motoram bija šādas specifikācijas.

Motora specifikācijas: Armatūra: 380 Vdc, 3,6 A

Uzbudinājums (šunta): 380 Vdc, 0,23 A

Nominālais ātrums: 1500 apgr./min

Jauda: ≈ 1,1 kW

Līdzstrāvas motora barošanas avots = 380V

Optoelementa un vadītāja barošanas avots = 21V

Tas nozīmētu, ka motoram pievienoto vai kontrolējošo komponentu maksimālajai strāvas un sprieguma nominālvērtībai ir augstāki vai līdzvērtīgi rādītāji.

Brīvgaitas diode, kas shēmas shēmā apzīmēta kā D1, tiek izmantota, lai motora reversajam emfam piešķirtu plūsmas ceļu, novēršot strāvas maiņu un bojājot komponentus, kad strāva tiek izslēgta un motors joprojām griežas (ģeneratora režīms)). Tas ir paredzēts maksimālajam reversajam spriegumam 600 V un maksimālajai līdzstrāvas strāvai 15 A. Tāpēc var pieņemt, ka spararata diode varēs darboties ar pietiekamu spriegumu un strāvas līmeni šim uzdevumam.

IGBT tiek izmantots, lai pārslēgtu motoru, saņemot 5 V pwm signālu no Arduino caur optometru un IGBT draiveri, lai pārslēgtu ļoti lielo 380 V motora barošanas spriegumu. Izmantotā IGBT maksimālā nepārtrauktā kolektora strāva ir 4,5A pie savienojuma temperatūras 100 ° C. Maksimālais kolektora emitētāja spriegums ir 600 V. Tāpēc var pieņemt, ka spararata diode spēs darboties ar pietiekamu sprieguma un strāvas līmeni praktiskai darbībai. IGBT ir svarīgi pievienot dzesētāju, vēlams lielu. Ja IGBT nav pieejami, var izmantot ātri pārslēdzamu MOSFET.

IGBT vārtu sliekšņa spriegums ir no 3,75 V līdz 5,75 V, un šī sprieguma piegādei ir nepieciešams draiveris. Frekvence, kādā ķēde darbosies, ir 10 kHz, tāpēc IGBT pārslēgšanās laikiem jābūt ātrākiem par 100 mums, viena pilna viļņa laiks. Pārslēgšanās laiks IGBT ir 15ns, kas ir pietiekami.

Atlasītā TC4421 draivera pārslēgšanās laiks ir vismaz 3000 reizes lielāks par PWM vilni. Tas nodrošina, ka vadītājs spēj pārslēgties pietiekami ātri ķēdes darbībai. Vadītājs ir nepieciešams, lai nodrošinātu vairāk strāvas, nekā Arduino var dot. Vadītājs iegūst nepieciešamo strāvu, lai darbinātu IGBT no barošanas avota, nevis izvilktu to no Arduino. Tas ir paredzēts, lai aizsargātu Arduino, jo, pievelkot lielu jaudu, Arduino pārkarsēs un izplūdīs dūmi, un Arduino tiks iznīcināts (izmēģināts) un pārbaudīts).

Vadītājs tiks izolēts no mikrokontrollera, kas nodrošina PWM viļņu, izmantojot optronu. Optrona savienotājs pilnībā izolēja Arduino, kas ir vissvarīgākā un vērtīgākā jūsu ķēdes daļa.

Motoriem ar dažādiem parametriem tikai IGBT ir jāmaina uz tādu, kuram ir līdzīgas motora īpašības, kas spēs apstrādāt vajadzīgo reverso spriegumu un nepārtraukto kolektora strāvu.

WIMA kondensators tiek izmantots kopā ar elektrolītisko kondensatoru visā motora barošanas avotā. Tas saglabā uzlādi, lai stabilizētu barošanas avotu, un pats galvenais palīdz novērst induktivitāti no sistēmas kabeļiem un savienotājiem

2. darbība: izveide un izkārtojums

Ķēdes izkārtojums tika noteikts, lai samazinātu attālumu starp komponentiem, lai novērstu nevajadzīgas induktivitātes. Tas tika darīts īpaši cilpā starp IGBT draiveri un IGBT. Tika mēģināts novērst troksni un zvana signālus ar lielām pretestībām, kas tika iezemētas starp Arduino, Optocoupler, Driver un IGBT.

Sastāvdaļas ir pielodētas Veroboard. Vienkāršs veids, kā izveidot ķēdi, ir pirms lodēšanas uzsākšanas uzzīmēt shēmas shēmas komponentus veroboardā. Lodēt labi vēdināmā vietā. Noslaukiet vadošo ceļu ar failu, lai izveidotu plaisu starp komponentiem, kurus nevajadzētu savienot. Izmantojiet DIP paketes, lai komponentus varētu viegli nomainīt. Tas palīdz, ja komponenti neizdodas, tad tie ir jāizlodē un jāmaisa rezerves daļa.

Es izmantoju banānu kontaktdakšas (melnas un sarkanas kontaktligzdas), lai viegli savienotu savus barošanas avotus ar skapīti, to var izlaist un vadus tieši pielodēt pie shēmas plates.

3. solis: Arduino programmēšana

Pwm vilnis tiek ģenerēts, iekļaujot Arduino PWM bibliotēku (pievienota kā ZIP fails). Lai kontrolētu rotora ātrumu, tiek izmantots proporcionāls integrēts kontrolieris PI regulators). Proporcionālo un neatņemamo ieguvumu var aprēķināt vai novērtēt, līdz tiek sasniegts pietiekams nostādināšanas laiks un pārsniegums.

PI kontrolieris ir ieviests Arduino ciklā while (). Tahometrs mēra rotora ātrumu. Šī mērījumu ievade arduino vienā no analogām ieejām, izmantojot analogRead. Kļūda tiek aprēķināta, no noteiktā rotora ātruma atņemot pašreizējo rotora ātrumu un iestatot vienādu ar kļūdu. Laika integrācija tika veikta, katrai cilpai laiku pa laikam pievienojot parauga laiku un iestatot to vienādu ar laiku un tādējādi palielinot ar katru cilpas atkārtojumu. Darba cikls, ko arduino var izvadīt, svārstās no 0 līdz 255. Darba cikls tiek aprēķināts un izvadīts uz izvēlēto digitālās izejas PWM tapu ar pwmWrite no PWM bibliotēkas.

PI kontroliera ieviešana

dubultā kļūda = ref - rpm;

Laiks = laiks + 20e-6;

dubultā pwm = sākotnējā + kp * kļūda + ki * laika * kļūda;

PWM ieviešana

dubults sensors = analogRead (A1);

pwmWrite (3, pwm-255);

Pilnu projekta kodu var redzēt failā ArduinoCode.rar. Failā esošais kods tika pielāgots apgrieztam draiverim. Apgrieztais vadītājs ietekmēja ķēdes darba ciklu šādi: new_dutycycle = 255 -dutycycle. To var mainīt vadītājiem, kas neapgriež, apgriežot iepriekš minēto vienādojumu.

4. solis: pārbaude un secinājumi

Ķēde beidzot tika pārbaudīta un tika veikti mērījumi, lai noteiktu, vai ir sasniegts vēlamais rezultāts. Kontrolieris tika iestatīts uz diviem dažādiem ātrumiem un augšupielādēts arduino. Barošanas avoti tika ieslēgti. Motors ātri paātrinās, pārsniedzot vēlamo ātrumu, un pēc tam noregulē ar izvēlēto ātrumu.

Šī motora vadības metode ir ļoti efektīva un derētu visiem līdzstrāvas motoriem.