Shpejtësia e motorit DC: 4 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:28

Ky udhëzues do të përpunojë dizajnin, simulimin, ndërtimin dhe testimin e një modaliteti kalimi të konvertuesit DC në DC dhe kontrolluesin e sistemit të kontrollit për një motor DC. Ky konvertues do të përdoret më pas për kontrollin dixhital për një motor shunt dc me një ngarkesë. Qarku do të zhvillohet dhe testohet në faza të ndryshme.

Faza e parë do të jetë ndërtimi i një konverteri për të punuar në 40V. Kjo është bërë për të siguruar që nuk ka induktivitet parazitar nga telat dhe përbërësit e tjerë të qarkut të cilët mund të dëmtojnë drejtuesin në tensione të larta. Në fazën e dytë konvertuesi do të punojë me motorin në 400 V me një ngarkesë maksimale. Faza përfundimtare është të kontrolloni shpejtësinë e motorit me një ngarkesë të ndryshueshme me arduino që kontrollon një valë pwm për të rregulluar tensionin.

Komponentët nuk janë gjithmonë të lirë dhe kështu u bë një përpjekje për të ndërtuar sistemin sa më lirë. Rezultati përfundimtar i kësaj praktike do të jetë ndërtimi i një konvertuesi dc-dc dhe një kontrolluesi të sistemit të kontrollit për të kontrolluar shpejtësinë e motorit brenda 1% në një pikë të caktuar në gjendje të qëndrueshme dhe për të vendosur shpejtësinë brenda 2 sekondave me një ngarkesë të ndryshueshme.

Hapi 1: Përzgjedhja e Komponentit dhe Specifikimet

Motori që kisha në dispozicion kishte specifikimet e mëposhtme.

Specifikimet e motorit: Armaturë: 380 Vdc, 3.6 A

Ngacmim (Shunt): 380 Vdc, 0.23 A

Shpejtësia e vlerësuar: 1500 r/min

Fuqia: ≈ 1.1 kW

Furnizimi me energji DC DC = 380V

Furnizimi me energji optokoupler dhe drejtuesi = 21V

Kjo do të nënkuptonte që vlerësimi maksimal i rrymës dhe tensionit i komponentëve që janë të lidhur ose që kontrollojnë motorin do të kenë vlerësime më të larta ose ekuivalente.

Dioda e rrotës së lirë, e etiketuar si D1 në diagramin e qarkut, përdoret për t'i dhënë emf-së së kundërt të motorit një rrugë që të rrjedhë duke parandaluar që rryma të përmbyset dhe dëmtojë komponentët kur fuqia është e fikur dhe motori është ende duke u kthyer (modaliteti i gjeneratorit). Isshtë vlerësuar për një tension maksimal të kundërt prej 600V dhe një rrymë maksimale DC përpara 15 A. Prandaj, mund të supozohet se dioda e volantit do të jetë në gjendje të funksionojë në një tension të mjaftueshëm dhe nivel aktual për këtë detyrë.

IGBT përdoret për të kaluar fuqinë në motor duke marrë një sinjal 5V pwm nga Arduino përmes optokouplerit dhe shoferit IGBT për të ndërruar tensionin shumë të madh të furnizimit me motor 380V. IGBT që përdoret ka një rrymë kolektori maksimale të vazhdueshme prej 4.5A në një temperaturë kryqëzimi prej 100 ° C. Tensioni maksimal i emetuesit të kolektorit është 600V. Prandaj mund të supozohet se dioda e volantit do të jetë në gjendje të funksionojë në një nivel të mjaftueshëm tensioni dhe rryme për praktikën. Isshtë e rëndësishme të shtoni një heatsink në IGBT mundësisht një të madh. Nëse IGBT -të nuk janë të disponueshme, mund të përdoret një MOSFET me ndërrim të shpejtë.

IGBT ka një prag të tensionit të portës midis 3.75 V dhe 5.75 V dhe një shofer është i nevojshëm për të dhënë këtë tension. Frekuenca në të cilën qarku do të operohet është 10 kHz kështu që koha e ndërrimit të IGBT duhet të jetë porosi më e shpejtë se 100 us, koha e një vale të plotë. Koha e kalimit për IGBT është 15ns e cila është e mjaftueshme.

Shoferi TC4421 që u zgjodh ka kohë kalimi të paktën 3000 herë valën PWM. Kjo siguron që shoferi të jetë në gjendje të kalojë mjaft shpejt për funksionimin e qarkut. Shoferi është i nevojshëm për të siguruar më shumë rrymë sesa mund të japë Arduino. Shoferi merr rrymën e nevojshme për të operuar IGBT nga furnizimi me energji elektrike në vend që ta tërheqë atë nga Arduino. Kjo është për të mbrojtur Arduino sepse tërheqja në shumë fuqi do të mbinxehtë Arduino dhe tymi do të dalë dhe Arduino do të shkatërrohet (provuar dhe i testuar).

Shoferi do të izolohet nga mikrokontrolluesi që siguron valën PWM duke përdorur një optokoupler. Optocoupler izoloi plotësisht Arduino, i cili është pjesa më e rëndësishme dhe më e vlefshme e qarkut tuaj.

Për motorët me parametra të ndryshëm vetëm IGBT duhet të ndryshohet në një me karakteristika të ngjashme me motorin që do të jetë në gjendje të trajtojë tensionin e kundërt dhe rrymën e vazhdueshme të kolektorit të nevojshëm.

Një kondensator WIMA përdoret në lidhje me një kondensator elektrolitik në të gjithë furnizimin me energji motorike. Kjo ruan një ngarkesë për të stabilizuar furnizimin me energji dhe më e rëndësishmja ndihmon në eliminimin e induktancave nga kabllot dhe lidhësit në sistem

Hapi 2: Ndërtimi dhe paraqitja

Paraqitja e qarkut u përcaktua për të minimizuar distancën midis përbërësve për të eleminuar induktancat e panevojshme. Kjo u bë veçanërisht në lakun midis shoferit IGBT dhe IGBT. U bë një përpjekje për të eleminuar zhurmën dhe zhurmën me rezistenca të mëdha që u bazuan midis Arduino, Optocoupler, Driver dhe IGBT.

Komponentët janë ngjitur në një Veroboard. Një mënyrë e thjeshtë për të ndërtuar qarkun është të vizatoni përbërësit e diagramit të qarkut në veroboard para se të filloni të bashkoni. Lidhës në një zonë të ajrosur mirë. Hidhni rrugën përçuese të një skedari për të krijuar një hendek midis përbërësve që nuk duhet të lidhen. Përdorni paketat DIP në mënyrë që komponentët të mund të zëvendësohen lehtësisht. Kjo ndihmon kur komponentët dështojnë që të mos i bashkojnë dhe rishitin pjesën zëvendësuese.

Kam përdorur priza banane (priza të zeza dhe të kuqe) për të lidhur me lehtësi furnizimet e mia të energjisë me veroboard, kjo mund të anashkalohet dhe telat të ngjiten drejtpërdrejt në tabelën e qarkut.

Hapi 3: Programimi i Arduino

Vala pwm gjenerohet duke përfshirë bibliotekën Arduino PWM (bashkangjitur si një skedar ZIP). Një kontrollues proporcional integral PI) përdoret për të kontrolluar shpejtësinë e rotorit. Fitimi proporcional dhe integral mund të llogaritet ose vlerësohet derisa të fitohen kohë të mjaftueshme shlyerjeje dhe tejkalime.

Kontrolluesi PI zbatohet në lakun Arduino while (). Takometri mat shpejtësinë e rotorit. Ky hyrje matëse në arduino në një nga hyrjet analoge duke përdorur analogRead. Gabimi llogaritet duke zbritur shpejtësinë aktuale të rotorit nga shpejtësia e rotorit të pikës së caktuar dhe e vendosur të barabartë me gabimin. Integrimi i kohës u bë duke shtuar kohë për shembull çdo lak dhe duke e vendosur atë të barabartë me kohën dhe kështu duke u rritur me çdo përsëritje të lakut. Cikli i punës që arduino mund të nxjerrë varion nga 0 në 255. Cikli i punës llogaritet dhe del në daljen dixhitale të zgjedhur pin PWM me pwmWrite nga biblioteka PWM.

Zbatimi i kontrolluesit të IP

gabim i dyfishtë = ref - rpm;

Koha = Koha + 20e-6;

dyfishtë pwm = fillestare + kp * gabim + ki * Koha * gabim;

Zbatimi i PWM

sensor i dyfishtë = analogRead (A1);

pwmWrite (3, pwm-255);

Kodi i plotë i projektit mund të shihet në skedarin ArduinoCode.rar. Kodi në skedar është rregulluar për një drejtues përmbysës. Drejtuesi përmbysës kishte efektin e mëposhtëm në ciklin e qarkut të punës që do të thotë new_dutycycle = 255 -dutycycle. Kjo mund të ndryshohet për drejtuesit jo përmbysës duke përmbysur ekuacionin e mësipërm.

Hapi 4: Testimi dhe Përfundimi

Qarku u testua më në fund dhe u morën matje për të përcaktuar nëse rezultati i dëshiruar është arritur. Kontrolluesi u vendos në dy shpejtësi të ndryshme dhe u ngarkua në arduino. Furnizimi me energji elektrike u ndez. Motori përshpejton shpejt shpejtësinë e dëshiruar dhe më pas vendoset me shpejtësinë e zgjedhur.

Kjo teknikë e kontrollit të një motori është shumë efektive dhe do të funksiononte në të gjithë motorët DC.