Задвижване с постоянен ток на двигателя: 4 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:54

Тази инструкция ще разгледа подробно проектирането, симулацията, изграждането и тестването на превключвател DC към DC преобразувател и контролер на системата за управление за DC двигател. След това този преобразувател ще се използва за цифрово управление за шунтиращ DC двигател с товар. Веригата ще бъде разработена и тествана на различни фази.

Първата фаза ще бъде изграждането на преобразувател, който да работи при 40V. Това се прави, за да се гарантира, че няма паразитна индуктивност от проводници и други компоненти на веригата, които могат да повредят драйвера при високи напрежения. Във втория етап преобразувателят ще работи на двигателя при 400 V с максимално натоварване. Последният етап е да се контролира скоростта на двигателя с променлив товар, като arduino контролира pwm вълна, за да регулира напрежението.

Компонентите не винаги са евтини и затова беше направен опит да се изгради системата възможно най -евтино. Крайният резултат от тази практика ще бъде изграждането на DC-DC преобразувател и контролер на система за управление, за да се контролира скоростта на двигателя в рамките на 1% при зададена точка в стабилно състояние и да се настрои скоростта в рамките на 2 секунди с променлив товар.

Стъпка 1: Избор на компоненти и спецификации

Моторът, който имах на разположение, имаше следните спецификации.

Спецификации на двигателя: Арматура: 380 Vdc, 3.6 A

Възбуждане (шунт): 380 Vdc, 0,23 A

Номинална скорост: 1500 об/мин

Мощност: ≈ 1,1 kW

Захранване на DC мотор = 380V

Захранване на оптрон и драйвер = 21V

Това би означавало, че максималният ток и напрежение на компонентите, които са свързани или управляват двигателя, ще имат по -високи или еквивалентни стойности.

Диодът на свободния ход, обозначен като D1 в електрическата схема, се използва, за да даде на обратната ЕРС на двигателя път за протичане, предотвратявайки обръщането на тока и повреждане на компонентите, когато захранването е изключено и двигателят все още се върти (режим на генератор Той е номинален за максимално обратно напрежение от 600 V и максимален постоянен постоянен ток от 15 А. Следователно може да се предположи, че диодът на маховика ще може да работи при достатъчно напрежение и ниво на ток за тази задача.

IGBT се използва за превключване на захранването към двигателя чрез получаване на 5V pwm сигнал от Arduino през оптрон и IGBT драйвер за превключване на много голямото 380V захранващо напрежение на двигателя. Използваният IGBT има максимален непрекъснат ток на колектора 4.5A при температура на кръстовището 100 ° C. Максималното напрежение на излъчвателя на колектора е 600V. Следователно може да се предположи, че диодът на маховика ще може да работи при достатъчно ниво на напрежение и ток за практиката. Важно е да добавите радиатор към IGBT, за предпочитане голям. Ако IGBT не са налични, може да се използва бързо превключващ MOSFET.

IGBT има прагово напрежение на порта между 3,75 V и 5,75 V и е необходим драйвер за подаване на това напрежение. Честотата, на която ще работи веригата, е 10 kHz, поради което времената на превключване на IGBT трябва да бъдат поръчки по -бързи от 100 us, времето на една пълна вълна. Времето за превключване на IGBT е 15ns, което е достатъчно.

Избраният драйвер TC4421 има времена на превключване най -малко 3000 пъти по -голяма от вълната на ШИМ. Това гарантира, че водачът може да превключва достатъчно бързо за работа на веригата. Драйверът е необходим, за да осигури повече ток, отколкото може да даде Arduino. Шофьорът получава необходимия ток, за да управлява IGBT от захранването, а не да го издърпва от Arduino. Това е за защита на Arduino, тъй като увеличаването на мощността ще прегрее Arduino и димът ще излезе и Arduino ще бъде унищожен (опитано и тестван).

Драйверът ще бъде изолиран от микроконтролера, осигуряващ ШИМ вълна, с помощта на оптрон. Оптронът напълно изолира Arduino, който е най -важната и ценна част от вашата верига.

За двигатели с различни параметри само IGBT трябва да бъде променен на такъв със сходни характеристики с двигателя, който ще може да се справи с необходимото обратно напрежение и непрекъснат ток на колектора.

Кондензатор WIMA се използва заедно с електролитен кондензатор през захранването на двигателя. Това съхранява заряд за стабилизиране на захранването и най -важното помага за премахване на индуктивността от кабелите и конекторите в системата

Стъпка 2: Изграждане и оформление

Оформлението на веригата е определено, за да се сведе до минимум разстоянието между компонентите, за да се елиминират ненужните индуктивности. Това беше направено особено в цикъла между IGBT драйвера и IGBT. Направен е опит за премахване на шума и звъненето с големи съпротивления, заземени между Arduino, Optocoupler, Driver и IGBT.

Компонентите са запоени върху Veroboard. Лесен начин за изграждане на веригата е да начертаете компонентите на схемата на веригата преди да започнете запояване. Запоявайте в добре проветриво помещение. Изчистете проводящия път на с файл, за да създадете празнина между компонентите, които не трябва да бъдат свързани. Използвайте DIP пакети, така че компонентите да могат лесно да бъдат заменени. Това помага, когато компонентите не успеят, след това не се налага да ги запояват и да се запоят отново резервната част.

Използвах щепсели за банани (черни и червени контакти), за да свържа лесно захранванията си към veroboard, което може да бъде пропуснато и проводниците директно запоени върху платката.

Стъпка 3: Програмиране на Arduino

Pwm вълната се генерира чрез включване на библиотеката Arduino PWM (прикачена като ZIP файл). Пропорционален интегрален контролер PI контролер) се използва за управление на скоростта на ротора. Пропорционалната и интегралната печалба могат да бъдат изчислени или оценени, докато се получат достатъчни времена за утаяване и превишаване.

PI контролерът е реализиран в цикъла while () на Arduino. Тахометърът измерва скоростта на ротора. Този измервателен вход към arduino в един от аналоговите входове, използвайки analogRead. Грешката се изчислява чрез изваждане на текущата скорост на ротора от зададената скорост на ротора и се задава равно на грешка. Интеграцията на времето беше извършена чрез добавяне на време за извадка към всеки цикъл и задаване на равно на времето и по този начин се увеличава с всяка итерация на цикъла. Работният цикъл, който arduino може да изведе, варира от 0 до 255. Работният цикъл се изчислява и извежда към избрания цифров изход PWM щифт с pwmWrite от PWM библиотека.

Внедряване на PI контролер

двойна грешка = ref - rpm;

Време = Време + 20е-6;

двоен pwm = начален + kp * грешка + ki * Време * грешка;

Внедряване на ШИМ

двоен сензор = analogRead (A1);

pwmWrite (3, pwm-255);

Пълният код на проекта може да се види във файла ArduinoCode.rar. Кодът във файла беше коригиран за инвертиращ драйвер. Инвертиращият драйвер имаше следния ефект върху работния цикъл на веригата, което означава new_dutycycle = 255 -dutycycle. Това може да се промени за неинвертиращите драйвери чрез обръщане на горното уравнение.

Стъпка 4: Тестване и заключение

Накрая веригата беше тествана и бяха направени измервания, за да се определи дали е постигнат желаният резултат. Контролерът беше настроен на две различни скорости и качени в arduino. Захранванията се включиха. Двигателят ускорява бързо над желаната скорост, след което се утаява с избраната скорост.

Тази техника за управление на двигател е много ефективна и би работила на всички DC двигатели.