DC Motor Speed Drive: 4 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:27

Hierdie instruksie sal uitgebrei word oor die ontwerp, simulasie, bou en toetsing van 'n skakelaarmodus DC na DC -omskakelaar en beheerstelselbeheerder vir 'n GS -motor. Hierdie omskakelaar sal dan gebruik word vir die digitale beheer vir 'n shunt DC -motor met 'n las. Die stroombaan sal in verskillende fases ontwikkel en getoets word.

Die eerste fase is om 'n omskakelaar te bou wat op 40V werk. Dit word gedoen om te verseker dat hulle geen parasitiese induktansie van drade en ander kringkomponente het nie, wat die bestuurder by hoë spanning kan beskadig. In die tweede fase werk die omskakelaar die motor op 400 V met 'n maksimum las. Die laaste fase is om die snelheid van die motor met 'n veranderlike las te beheer, terwyl die arduino 'n pwm -golf beheer om die spanning aan te pas.

Komponente is nie altyd goedkoop nie, en daarom is gepoog om die stelsel so goedkoop as moontlik te bou. Die eindresultaat van hierdie praktyk sal wees om 'n gelykstroom-omskakelaar en 'n beheerstelselbeheerder te bou om die motor se spoed binne 1% op 'n vasgestelde punt in bestendige toestand te beheer en die spoed binne 2s te stel met 'n veranderlike las.

Stap 1: Seleksie en spesifikasies van komponente

Die motor wat ek beskikbaar gehad het, het die volgende spesifikasies.

Motorspesifikasies: anker: 380 Vdc, 3,6 A

Opwinding (Shunt): 380 Vdc, 0,23 A

Nominale spoed: 1500 r/min

Krag: ≈ 1,1 kW

GS -kragvoorsiening = 380V

Optokoppelaar en dryfkragvoorsiening = 21V

Dit sou impliseer dat die maksimum stroom- en spanningsgradering van komponente wat aan die motor gekoppel is of die motor beheer, hoër of gelykwaardige graderings sou hê.

Die vrywiel-diode, gemerk as D1 in die stroombaan-diagram, word gebruik om die omgekeerde emk van die motor 'n vloei te gee om te voorkom dat die stroom omdraai en beskadig komponente wanneer die krag afgeskakel word en die motor steeds draai (kragopwekker) Dit word gegradeer vir 'n maksimum terugspanning van 600V en 'n maksimum voorwaartse gelykstroom van 15 A. Daarom kan aanvaar word dat die vliegwieldiode op 'n voldoende spanning en stroomvlak vir hierdie taak kan werk.

Die IGBT word gebruik om die krag na die motor oor te skakel deur 'n 5V pwm -sein van die Arduino deur die optokoppelaar en IGBT -bestuurder te ontvang om die baie groot 380V -motorspanning te skakel. Die IGBT wat gebruik word, het 'n maksimum deurlopende kollektorstroom van 4.5A by 'n aansluitingstemperatuur van 100 ° C. Die maksimum kollektor -emittorspanning is 600V. Daarom kan aanvaar word dat die vliegwiel -diode op 'n voldoende spanning en stroomvlak vir die praktiese kan werk. Dit is belangrik om 'n heatsink by die IGBT te voeg, verkieslik 'n groot. As daar nie IGBT's beskikbaar is nie, kan 'n snelskakelende MOSFET gebruik word.

Die IGBT het 'n hekdrempelspanning tussen 3,75 V en 5,75 V en 'n drywer is nodig om hierdie spanning te lewer. Die frekwensie waarop die stroombaan bedryf sal word, is 10 kHz, dus moet die skakelings tye van die IGBT vinniger as 100 us bestellings wees, die tyd van een volle golf. Die oorskakeltyd vir die IGBT is 15ns, wat voldoende is.

Die TC4421 -bestuurder wat gekies is, het skakeltye van minstens 3000 keer die PWM -golf. Dit verseker dat die bestuurder vinnig genoeg kan skakel vir die werking van die kring. Die bestuurder moet meer stroom verskaf as wat die Arduino kan gee. Die bestuurder kry die nodige stroom om die IGBT van die kragtoevoer af te skakel, eerder as om dit uit die Arduino te trek, om die Arduino te beskerm omdat die Arduino te veel krag oorverhit en rook sal uitkom en die Arduino vernietig sal word (probeer en getoets).

Die bestuurder word geïsoleer van die mikrobeheerder wat die PWM -golf verskaf deur 'n optokoppelaar te gebruik. Die optokoppelaar het die Arduino heeltemal geïsoleer, wat die belangrikste en waardevolste deel van u kring is.

Vir motors met verskillende parameters hoef slegs die IGBT verander te word na een met soortgelyke eienskappe as die motor wat die benodigde omgekeerde spanning en deurlopende kollektorstroom kan hanteer.

'N WIMA -kondensator word saam met 'n elektrolitiese kondensator oor die motor se kragtoevoer gebruik. Dit bespaar 'n lading om die kragtoevoer te stabiliseer en help veral om die induktansies van die kabels en verbindings in die stelsel uit te skakel

Stap 2: Bou en uitleg

Die uitleg van die stroombaan is uiteengesit om die afstand tussen komponente tot 'n minimum te beperk om onnodige induktans uit te skakel. Dit is veral gedoen in die verband tussen die IGBT -bestuurder en die IGBT. Daar is gepoog om geraas en lui uit te skakel met groot weerstande wat tussen die Arduino, Optocoupler, Driver en IGBT gegrond was.

Die komponente word op 'n Veroboard gesoldeer. 'N Maklike manier om die stroombaan te bou, is om die komponente van die stroombaandiagram op die verobord te teken voordat u begin soldeer. Soldeer in 'n goed geventileerde area. Skrap die geleidende pad van 'n lêer om 'n gaping te skep tussen komponente wat nie verbind moet word nie. Gebruik DIP -pakkette sodat komponente maklik vervang kan word. Dit help as die komponente dit nie hoef te soldeer en die vervangingsonderdeel op te los nie.

Ek het piesangproppe (swart en rooi voetstukke) gebruik om my kragtoevoer maklik aan die verobord te koppel; dit kan oorgeslaan word en die drade kan direk op die printplaat gesoldeer word.

Stap 3: Programmering van die Arduino

Die pwm -golf word gegenereer deur die Arduino PWM -biblioteek in te sluit (aangeheg as 'n zip -lêer). 'N Proporsionele integrale PI -beheerder) word gebruik om die snelheid van die rotor te beheer. Die proporsionele en integrale wins kan bereken of beraam word totdat voldoende vestigingstye en oorskot verkry is.

Die PI -beheerder is geïmplementeer in die Arduino's while () -lus. Die toerenteller meet die snelheid van die rotor. Hierdie meting invoer na die arduino in een van die analoog insette met behulp van analogRead. Die fout word bereken deur die huidige rotorsnelheid van die setpoint rotorsnelheid af te trek en gelyk aan fout te wees. Die tydsintegrasie is gedoen deur elke lus telkens monster te voeg en dit gelyk te stel aan die tyd en sodoende te vermeerder met elke herhaling van die lus. Die werksiklus wat die arduino kan lewer, wissel van 0 tot 255. Die dienssiklus word bereken en na die geselekteerde digitale uitvoer PWM -pen met pwmWrite uit die PWM -biblioteek gestuur.

Implementering van PI kontroleerder

dubbele fout = ref - rpm;

Tyd = Tyd + 20e-6;

dubbel pwm = aanvanklike + kp * fout + ki * Tyd * fout;

Implementering van PWM

dubbele sensor = analogRead (A1);

pwmWrite (3, pwm-255);

Die volledige projekkode kan in die ArduinoCode.rar -lêer gesien word. Die kode in die lêer is aangepas vir 'n omkerende bestuurder. Die omkerende bestuurder het die volgende uitwerking op die kringloop -siklus, wat beteken new_dutycycle = 255 -dutycycle. Dit kan verander word vir bestuurders wat nie omdraai nie, deur bogenoemde vergelyking om te keer.

Stap 4: Toetsing en gevolgtrekking

Die kring is uiteindelik getoets en metings is gedoen om te bepaal of die gewenste resultaat bereik is. Die beheerder was ingestel op twee verskillende snelhede en na die arduino opgelaai. Die kragtoevoer het aangeskakel. Die motor versnel vinnig verby die gewenste snelheid en vestig dan op die geselekteerde snelheid.

Hierdie tegniek om 'n motor te bestuur is baie effektief en werk op alle GS -motors.