Unitate de viteză motor DC: 4 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:46

Această instrucțiune se va detalia asupra proiectării, simularii, construirii și testării unui convertor de mod DC la DC și a controlerului sistemului de control pentru un motor DC. Acest convertor va fi apoi utilizat pentru controlul digital pentru un motor de curent continuu cu sarcină. Circuitul va fi dezvoltat și testat în diferite faze.

Prima fază va fi construirea unui convertor care să funcționeze la 40V. Acest lucru se face pentru a se asigura că nu există inductanță parazită de la fire și alte componente ale circuitului care pot deteriora șoferul la tensiuni ridicate. În a doua etapă convertorul va acționa motorul la 400 V cu o sarcină maximă. Etapa finală este de a controla viteza motorului cu o sarcină variabilă, arduino controlând o undă pwm pentru a regla tensiunea.

Componentele nu sunt întotdeauna ieftine și, prin urmare, s-a încercat construirea sistemului cât mai ieftin posibil. Rezultatul final al acestei practici va fi construirea unui convertor cc-cc și un controler al sistemului de control pentru a controla viteza motorului în limita a 1% într-un punct setat în stare de echilibru și pentru a seta viteza în termen de 2 secunde cu o sarcină variabilă.

Pasul 1: Selectarea componentelor și specificațiile

Motorul pe care îl aveam disponibil avea următoarele specificații.

Specificații motor: Armătură: 380 Vcc, 3,6 A.

Excitație (șunt): 380 Vcc, 0,23 A

Viteza nominală: 1500 r / min

Putere: ≈ 1,1 kW

Alimentare motor DC = 380V

Alimentare optocuplor și driver = 21V

Acest lucru ar presupune că puterea maximă de curent și tensiune a componentelor care sunt conectate la sau care controlează motorul ar avea valori nominale mai mari sau echivalente.

Dioda roții libere, etichetată ca D1 în schema circuitului, este utilizată pentru a oferi emf inversă a motorului o cale de curgere, împiedicând curentul să se inverseze și să deterioreze componentele atunci când puterea este oprită și motorul este încă rotit (modul generator Este evaluat pentru o tensiune inversă maximă de 600V și un curent continuu DC maxim de 15 A. Prin urmare, se poate presupune că dioda volantului va putea funcționa la un nivel suficient de tensiune și curent pentru această sarcină.

IGBT este utilizat pentru a comuta puterea la motor primind un semnal de 5V pwm de la Arduino prin optocuplator și driverul IGBT pentru a comuta tensiunea de alimentare de motor foarte mare de 380V. IGBT-ul utilizat are un curent maxim de colector continuu de 4,5A la o temperatură de joncțiune de 100 ° C. Tensiunea maximă a emițătorului colector este de 600V. Prin urmare, se poate presupune că dioda volantului va putea funcționa la un nivel suficient de tensiune și curent pentru practic. Este important să adăugați un radiator la IGBT, de preferință unul mare. Dacă IGBT-urile nu sunt disponibile, se poate utiliza un MOSFET cu comutare rapidă.

IGBT are o tensiune de prag de poartă între 3,75 V și 5,75 V și este necesar un driver pentru a furniza această tensiune. Frecvența la care va funcționa circuitul este de 10 kHz, astfel încât timpii de comutare ai IGBT trebuie să fie comenzi mai rapide decât 100 noi, timpul unei unde complete. Timpul de comutare pentru IGBT este de 15ns, ceea ce este suficient.

Driverul TC4421 care a fost selectat are timpi de comutare de cel puțin 3000 de ori PWM wave. Acest lucru asigură faptul că șoferul poate comuta suficient de rapid pentru funcționarea circuitului. Driverul este necesar pentru a furniza mai mult curent decât poate oferi Arduino. Șoferul obține curentul necesar pentru a opera IGBT de la sursa de alimentare, mai degrabă decât să-l tragă de pe Arduino. Acesta este pentru a proteja Arduino, deoarece consumul de energie va supraîncălzi Arduino, iar fumul va ieși și Arduino va fi distrus (încercat și testat).

Driverul va fi izolat de microcontrolerul care furnizează unda PWM utilizând un optocuplator. Optocuplorul a izolat complet Arduino, care este cea mai importantă și valoroasă parte a circuitului tău.

Pentru motoarele cu parametri diferiți, numai IGBT trebuie schimbat cu unul cu caracteristici similare cu motorul, care va putea gestiona tensiunea inversă și curentul continuu de curent al colectorului necesar.

Un condensator WIMA este utilizat împreună cu un condensator electrolitic pe sursa de alimentare a motorului. Aceasta stochează o încărcare pentru stabilizarea sursei de alimentare și, cel mai important, ajută la eliminarea inductanțelor din cabluri și conectori din sistem

Pasul 2: Clădire și aspect

Structura circuitului a fost stabilită pentru a minimiza distanța dintre componente pentru a elimina inductanțele inutile. Acest lucru a fost făcut în special în bucla dintre driverul IGBT și IGBT. S-a încercat eliminarea zgomotului și a sunetului cu rezistențe mari, care au fost împământate între Arduino, Optocuplor, Driver și IGBT.

Componentele sunt lipite pe un Veroboard. O modalitate ușoară de a construi circuitul este de a desena componentele schemei circuitului pe veroboard înainte de a începe să lipiți. Lipiți într-o zonă bine ventilată. Scrath calea conductivă a cu un fișier pentru a crea un decalaj între componentele care nu ar trebui conectate. Utilizați pachete DIP, astfel încât componentele să poată fi înlocuite cu ușurință. Acest lucru ajută atunci când componentele nu reușesc să le lipească și să revândă piesa de schimb.

Am folosit prize banane (prize negre și roșii) pentru a conecta cu ușurință sursele de alimentare la veroboard, acesta putând fi omis și firele lipite direct pe placa de circuit.

Pasul 3: Programarea Arduino

Unda pwm este generată prin includerea bibliotecii Arduino PWM (atașată ca fișier ZIP). Un controler PI proporțional integral) este utilizat pentru a controla viteza rotorului. Câștigul proporțional și integral poate fi calculat sau estimat până la obținerea unor timpi de decantare și depășiri suficiente.

Controlerul PI este implementat în bucla Arduino while (). Tahometrul măsoară viteza rotorului. Această măsurare intră în arduino într-una din intrările analogice folosind analogRead. Eroarea este calculată prin scăderea vitezei curente a rotorului din viteza rotorului setpoint și setată egală cu eroarea. Integrarea timpului a fost făcută prin adăugarea timpului de eșantionare la fiecare buclă și setarea ei egală cu timpul și astfel creșterea cu fiecare iterație a buclei. Ciclul de funcționare pe care arduino îl poate produce variază de la 0 la 255. Ciclul de funcționare este calculat și se transmite la pinul PWM de ieșire digitală selectat cu pwmWrite din biblioteca PWM.

Implementarea controlerului PI

eroare dublă = ref - rpm;

Timp = Timp + 20e-6;

pwm dublu = eroare inițială + kp * + eroare ki * Time *;

Implementarea PWM

senzor dublu = analogRead (A1);

pwmWrite (3, pwm-255);

Codul complet al proiectului poate fi văzut în fișierul ArduinoCode.rar. Codul din fișier a fost ajustat pentru un driver de inversare. Driverul inversor a avut următorul efect asupra ciclului de funcționare a circuitului, adică new_dutycycle = 255 -dutycycle. Acest lucru poate fi modificat pentru driverele care nu inversează inversând ecuația de mai sus.

Pasul 4: Testare și concluzie

Circuitul a fost testat în cele din urmă și au fost luate măsurători pentru a determina dacă a fost atins rezultatul dorit. Controlerul a fost setat la două viteze diferite și încărcat pe arduino. Sursele de alimentare au fost pornite. Motorul accelerează rapid după viteza dorită, apoi se instalează la viteza selectată.

Această tehnică de control al unui motor este foarte eficientă și ar funcționa pe toate motoarele de curent continuu.