DC -moottorin nopeusasema: 4 vaihetta (kuvien kanssa)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:03

Tässä ohjeessa käsitellään DC -moottorin kytkentätilan DC -DC -muuntimen ja ohjausjärjestelmän ohjaimen suunnittelua, simulointia, rakentamista ja testausta. Tätä muunninta käytetään sitten kuormitetun tasavirtamoottorin digitaaliseen ohjaukseen. Piiriä kehitetään ja testataan eri vaiheissa.

Ensimmäinen vaihe on rakentaa muunnin toimimaan 40 V: n jännitteellä. Näin varmistetaan, että ne eivät johda loisia ja muita piirikomponentteja, jotka voivat vahingoittaa ohjainta suurjännitteellä. Toisessa vaiheessa muunnin käyttää moottoria 400 V: n maksimikuormalla. Viimeinen vaihe on ohjata moottorin nopeutta vaihtelevalla kuormituksella, kun arduino ohjaa pwm -aaltoa jännitteen säätämiseksi.

Komponentit eivät ole aina halpoja, joten järjestelmä on pyritty rakentamaan mahdollisimman halvalla. Tämän käytännön lopputuloksena on rakentaa DC-DC-muunnin ja ohjausjärjestelmän ohjain, joka ohjaa moottorin nopeutta 1%: n sisällä asetuspisteessä vakaan tilan tilassa ja asettaa nopeuden 2 sekunnissa vaihtelevalla kuormituksella.

Vaihe 1: Komponenttien valinta ja tekniset tiedot

Käytettävissä olevalla moottorilla oli seuraavat tiedot.

Moottorin tiedot: Ankkuri: 380 Vdc, 3,6 A

Viritys (shuntti): 380 Vdc, 0,23 A

Nimellisnopeus: 1500 r/min

Teho: ≈ 1,1 kW

DC -moottorin virtalähde = 380V

Optoerottimen ja ohjaimen virtalähde = 21V

Tämä tarkoittaisi, että moottoriin kytkettyjen tai sitä ohjaavien komponenttien enimmäisvirta- ja jännitearvot olisivat korkeammat tai vastaavat.

Vapaapyörädiodi, joka on merkitty kytkentäkaaviossa D1: ksi, antaa moottorin taaksepäin suuntautuvalle emf: lle virtausreitin, joka estää virran kääntämisen ja vahingoittaa komponentteja, kun virta katkaistaan ja moottori pyörii edelleen (generaattoritila) Se on mitoitettu 600 V: n enimmäiskäänteisjännitteelle ja enintään 15 A: n eteenpäin suuntautuvalle tasavirralle. Siksi voidaan olettaa, että vauhtipyörädiodi pystyy toimimaan riittävällä jännitteellä ja virralla tätä tehtävää varten.

IGBT: tä käytetään moottorin virran kytkemiseen vastaanottamalla 5 V pwm -signaali Arduinolta optoerottimen ja IGBT -ohjaimen kautta erittäin suuren 380 V: n moottorin syöttöjännitteen kytkemiseksi. Käytettävän IGBT: n suurin jatkuva keräysvirta on 4,5 A 100 ° C: n liitoslämpötilassa. Keräimen maksimilähtöjännite on 600 V. Siksi voidaan olettaa, että vauhtipyörädiodi pystyy toimimaan käytännössä riittävällä jännitteellä ja virralla. On tärkeää lisätä jäähdytyselementti IGBT: hen, mieluiten suuri. Jos IGBT -laitteita ei ole saatavilla, voidaan käyttää pikakytkentäistä MOSFETia.

IGBT: n portin kynnysjännite on 3,75 V - 5,75 V, ja tämän jännitteen toimittamiseen tarvitaan ohjain. Taajuus, jolla piiriä käytetään, on 10 kHz, joten IGBT: n kytkentäajan on oltava tilauksia nopeampi kuin 100 me, yhden täyden aallon aika. IGBT: n kytkentäaika on 15ns, mikä on riittävä.

Valitun TC4421 -ohjaimen kytkentäajat ovat vähintään 3000 kertaa PWM -aallot. Tämä varmistaa, että kuljettaja pystyy vaihtamaan riittävän nopeasti piiriä varten. Kuljettajaa tarvitaan tuottamaan enemmän virtaa kuin Arduino voi antaa. Kuljettaja saa IGBT: n käyttämiseen tarvittavan virran virtalähteestä eikä vedä sitä Arduinosta. Tämä suojaa Arduinoa, koska suurelle teholle vetäminen ylikuumentaa Arduinon ja savua tulee ulos ja Arduino tuhoutuu (yritetään ja testattu).

Kuljettaja eristetään PWM -aaltoa tarjoavasta mikrokontrollerista käyttämällä optoerotinta. Optoerotin eristi täysin Arduinon, joka on piirisi tärkein ja arvokkain osa.

Moottoreissa, joilla on eri parametrit, vain IGBT on vaihdettava sellaiseksi, jonka ominaisuudet ovat samanlaiset kuin moottorilla, joka pystyy käsittelemään tarvittavaa käänteistä jännitettä ja jatkuvaa keräysvirtaa.

WIMA -kondensaattoria käytetään yhdessä elektrolyyttikondensaattorin kanssa moottorin virtalähteen poikki. Tämä säästää varausta virtalähteen vakauttamiseen ja mikä tärkeintä auttaa poistamaan induktanssit järjestelmän kaapeleista ja liittimistä

Vaihe 2: Rakentaminen ja asettelu

Piirin asettelu esitettiin komponenttien välisen etäisyyden minimoimiseksi tarpeettomien induktanssien poistamiseksi. Tämä tehtiin erityisesti IGBT -ohjaimen ja IGBT: n välisessä silmukassa. Yritettiin poistaa melua ja soittoa suurilla vastuksilla, jotka maadoitettiin Arduinon, Optoerotimen, Kuljettajan ja IGBT: n välillä.

Komponentit on juotettu Veroboardille. Helppo tapa rakentaa piiri on piirtää piirikaavion komponentit verotaululle ennen juottamisen aloittamista. Juotos hyvin tuuletetussa tilassa. Raaputa johtava polku tiedostolla, jotta voit luoda aukon komponenttien välille, joita ei pitäisi kytkeä. Käytä DIP -paketteja, jotta komponentit voidaan vaihtaa helposti. Tämä auttaa, kun osat eivät onnistu, joten niiden on sitten juotettava ne ulos ja juotettava varaosa uudelleen.

Käytin banaaniliittimiä (mustat ja punaiset pistorasiat) kytkeäkseni virtalähteet helposti veroboardiin, tämä voidaan ohittaa ja johdot juottaa suoraan piirilevylle.

Vaihe 3: Arduinon ohjelmointi

Pwm -aalto luodaan sisällyttämällä Arduino PWM -kirjasto (liitteenä ZIP -tiedostona). Suhteellista integroitua ohjainta PI -ohjainta) käytetään roottorin nopeuden säätämiseen. Suhteellinen ja kiinteä voitto voidaan laskea tai arvioida, kunnes riittävät asettumisajat ja ylitykset ovat saavutettu.

PI -ohjain on toteutettu Arduinon while () -silmukassa. Kierroslukumittari mittaa roottorin nopeuden. Tämä mittaustulo syötetään arduinoon johonkin analogituloista analogRead -ohjelmaa käyttäen. Aikaintegraatio tehtiin lisäämällä näyteaikaa jokaiseen silmukkaan ja asettamalla se samaan aikaan ja lisäämällä siten silmukan jokaista iterointia. Toimintasykli, jonka arduino voi lähettää, vaihtelee välillä 0 - 255. Käyttöjakso lasketaan ja lähetetään valittuun digitaalilähtöiseen PWM -nastaan, jossa on pwmWrite PWM -kirjastosta.

PI -säätimen toteutus

kaksinkertainen virhe = ref - rpm;

Aika = aika + 20e-6;

double pwm = alkuperäinen + kp * virhe + ki * aika * virhe;

PWM: n käyttöönotto

kaksoisanturi = analoginen (A1);

pwmWrite (3, pwm-255);

Koko projektikoodi näkyy ArduinoCode.rar -tiedostossa. Tiedoston koodi on säädetty käänteiselle ohjaimelle. Käänteisellä ohjaimella oli seuraava vaikutus piirin käyttöjaksoon, mikä tarkoittaa new_dutycycle = 255 -dutycycle. Tätä voidaan muuttaa ei -invertoiville ohjaimille kääntämällä yllä oleva yhtälö.

Vaihe 4: Testaus ja johtopäätös

Piiri testattiin lopulta ja tehtiin mittauksia sen määrittämiseksi, onko haluttu tulos saavutettu. Ohjain asetettiin kahteen eri nopeuteen ja ladattiin arduinoon. Virtalähteet kytkeytyivät päälle. Moottori kiihtyy nopeasti halutun nopeuden ohi ja asettuu sitten valitulle nopeudelle.

Tämä moottorin ohjaustekniikka on erittäin tehokas ja toimisi kaikissa tasavirtamoottoreissa.