Rychlost motoru DC: 4 kroky (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:24

Tento instruktážní program se bude zabývat návrhem, simulací, stavbou a testováním převodníku stejnosměrného proudu na stejnosměrný proud a řadiče řídicího systému pro stejnosměrný motor. Tento převodník bude poté použit pro digitální řízení zkratového stejnosměrného motoru se zátěží. Obvod bude vyvíjen a testován v různých fázích.

První fází bude vybudování převodníku, který bude pracovat na 40V. To se provádí, aby se zajistilo, že nepůsobí parazitně na indukčnost vodičů a dalších součástí obvodu, které mohou poškodit ovladač při vysokém napětí. Ve druhé fázi bude měnič provozovat motor na 400 V s maximálním zatížením. Poslední fází je řízení rychlosti motoru s proměnným zatížením arduino ovládající vlnu pwm pro nastavení napětí.

Komponenty nejsou vždy levné, a proto byl učiněn pokus vybudovat systém co nejlevněji. Konečným výsledkem této praktiky bude vybudování měniče stejnosměrného proudu a řídicího systému řízení, který bude řídit otáčky motoru do 1% v nastaveném bodě v ustáleném stavu a nastavit rychlost do 2 s s proměnným zatížením.

Krok 1: Výběr součásti a specifikace

Motor, který jsem měl k dispozici, měl následující specifikace.

Specifikace motoru: Kotva: 380 V DC, 3,6 A

Vzrušení (zkrat): 380 Vdc, 0,23 A.

Jmenovité otáčky: 1500 ot/min

Výkon: ≈ 1,1 kW

Napájení stejnosměrného motoru = 380V

Napájení optočlenu a ovladače = 21V

To by znamenalo, že maximální jmenovitý proud a napětí komponent, které jsou připojeny k motoru nebo jej ovládají, by měl vyšší nebo ekvivalentní jmenovité hodnoty.

Volnoběžná dioda, označená ve schématu zapojení jako D1, slouží k tomu, aby zpětný emf motoru protékal proudem, který brání proudu v reverzaci a poškození součástí, když je napájení vypnuto a motor se stále otáčí (režim generátoru) Je dimenzováno na maximální zpětné napětí 600 V a maximální dopředný stejnosměrný proud 15 A. Proto lze předpokládat, že dioda setrvačníku bude pro tento úkol schopna pracovat na dostatečné úrovni napětí a proudu.

IGBT se používá k přepnutí napájení motoru přijetím signálu 5V pwm z Arduina přes optočlen a ovladač IGBT k přepnutí velmi vysokého napájecího napětí 380V motoru. Použitý IGBT má maximální trvalý kolektorový proud 4,5 A při teplotě spoje 100 ° C. Maximální napětí emitoru kolektoru je 600V. Lze tedy předpokládat, že dioda setrvačníku bude pro praxi schopna pracovat na dostatečné úrovni napětí a proudu. Je důležité přidat k IGBT chladič, nejlépe velký. Pokud IGBT nejsou k dispozici, lze použít rychle přepínatelný MOSFET.

IGBT má prahové napětí brány mezi 3,75 V a 5,75 V a k dodání tohoto napětí je zapotřebí ovladač. Frekvence, na které bude obvod provozován, je 10 kHz, takže spínací časy IGBT musí být řádově rychlejší než 100 us, čas jedné plné vlny. Přepínací čas pro IGBT je 15ns, což je dostačující.

Vybraný ovladač TC4421 má spínací časy nejméně 3000krát větší než PWM vlna. Tím je zajištěno, že řidič je schopen přepnout dostatečně rychle pro provoz obvodu. Ovladač je potřebný k zajištění většího proudu, než může poskytnout Arduino. Ovladač získává potřebný proud pro provozování IGBT z napájecího zdroje, nikoli jeho vytahování z Arduina. To má chránit Arduino, protože čerpání velkého množství energie přehřívá Arduino a vychází kouř a Arduino bude zničeno (vyzkoušeno) a vyzkoušeno).

Ovladač bude izolován od mikrokontroléru poskytujícího vlnu PWM pomocí optočlenu. Optočlen zcela izoloval Arduino, které je nejdůležitější a nejcennější součástí vašeho obvodu.

U motorů s různými parametry je třeba změnit pouze IGBT na motor s podobnými vlastnostmi jako motor, který bude schopen zvládnout potřebné reverzní napětí a proud sběratelského proudu.

Kondenzátor WIMA se používá ve spojení s elektrolytickým kondenzátorem napříč napájecím zdrojem motoru. To ukládá poplatek za stabilizaci napájecího zdroje a hlavně pomáhá eliminovat indukčnosti z kabelů a konektorů v systému

Krok 2: Budování a rozložení

Rozvržení obvodu bylo stanoveno s cílem minimalizovat vzdálenost mezi součástmi a eliminovat zbytečné indukčnosti. To bylo provedeno zejména ve smyčce mezi ovladačem IGBT a IGBT. Byl proveden pokus o odstranění šumu a vyzvánění s velkými odpory, které byly uzemněny mezi Arduino, Optocoupler, Driver a IGBT.

Komponenty jsou připájeny na Veroboard. Jednoduchý způsob, jak vytvořit obvod, je nakreslit součásti schématu zapojení na veroboard, než začnete pájet. Pájejte v dobře větraném prostoru. Poškrábejte vodivou cestu souboru a vytvořte mezeru mezi součástmi, které by neměly být spojeny. Abyste mohli součásti snadno vyměnit, použijte balíčky DIP. To pomáhá v případě, že součásti selhávají, a pak je nemusí pájet a překládat náhradní díl.

Použil jsem banánkové zástrčky (černé a červené zásuvky) pro snadné připojení napájecích zdrojů k veroboardu, což lze přeskočit a vodiče přímo připájet na desku s obvody.

Krok 3: Programování Arduina

Pwm vlna je generována zahrnutím knihovny Arduino PWM (připojeno jako soubor ZIP). Pro řízení rychlosti rotoru se používá proporcionální integrovaný regulátor PI). Proporcionální a integrální zisk lze vypočítat nebo odhadnout, dokud nejsou získány dostatečné doby ustálení a překročení.

PI řadič je implementován do smyčky while () Arduina. Otáčkoměr měří rychlost rotoru. Toto měření vstupuje do arduina do jednoho z analogových vstupů pomocí analogRead. Chyba se vypočítá odečtením aktuální rychlosti rotoru od požadované rychlosti rotoru a nastavením rovným chybě. Integrace času proběhla tak, že do každé smyčky přidáte čas vzorku a nastavíte jej na stejnou dobu, a tím se zvýší s každou iterací smyčky. Pracovní cyklus, který může arduino produkovat, se pohybuje od 0 do 255. Pracovní cyklus se vypočítá a přenese na vybraný digitální výstup PWM pin pomocí pwmWrite z knihovny PWM.

Implementace PI regulátoru

dvojitá chyba = ref - otáčky za minutu;

Čas = Čas + 20e-6;

double pwm = initial + kp * error + ki * Time * error;

Implementace PWM

dvojitý snímač = analogový Číst (A1);

pwmWrite (3, pwm-255);

Úplný kód projektu je k dispozici v souboru ArduinoCode.rar. Kód v souboru byl upraven pro invertující ovladač. Invertující ovladač měl následující účinek na pracovní cyklus obvodu, což znamená new_dutycycle = 255 -dutycycle. To lze změnit u neinvertujících ovladačů obrácením výše uvedené rovnice.

Krok 4: Testování a závěr

Obvod byl nakonec testován a byla provedena měření k určení, zda bylo dosaženo požadovaného výsledku. Ovladač byl nastaven na dvě různé rychlosti a nahrán do arduina. Napájení bylo zapnuto. Motor rychle zrychlí na požadovanou rychlost a poté se ustálí na zvolené rychlosti.

Tato technika ovládání motoru je velmi účinná a bude fungovat na všech stejnosměrných motorech.