Alalisvoolumootori pöörlemissagedus: 4 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:50

Selles juhendis käsitletakse alalisvoolumootori lülitusrežiimi alalisvoolu muunduri ja juhtimissüsteemi kontrolleri projekteerimist, simulatsiooni, ehitamist ja katsetamist. Seda muundurit kasutatakse seejärel koormusega šundi alalisvoolumootori digitaalseks juhtimiseks. Vooluahelat arendatakse ja katsetatakse erinevates etappides.

Esimene etapp on ehitada muundur, mis töötab 40 V pingel. Seda tehakse selleks, et tagada juhtmete ja muude vooluahela komponentide parasiitne induktiivsus, mis võib kõrgepinge korral juhti kahjustada. Teises etapis töötab muundur mootoril 400 V maksimaalse koormusega. Viimane etapp on mootori kiiruse reguleerimine muutuva koormusega, kusjuures arduino juhib pinge reguleerimiseks pwm -lainet.

Komponendid ei ole alati odavad ja seega püüti süsteem ehitada võimalikult odavalt. Selle praktilise töö lõpptulemuseks on alalis-alalisvoolu muunduri ja juhtimissüsteemi kontrolleri ehitamine, et reguleerida mootori pöörlemiskiirust 1% piires, püsiasendis ja seada kiirus 2 sekundi jooksul muutuva koormusega.

Samm: komponentide valik ja spetsifikatsioonid

Minu käsutuses olnud mootoril olid järgmised spetsifikatsioonid.

Mootori spetsifikatsioonid: Armatuur: 380 Vdc, 3,6 A

Ergastus (šunt): 380 Vdc, 0,23 A

Hinnatud kiirus: 1500 p/min

Võimsus: ≈ 1,1 kW

Alalisvoolumootori toide = 380V

Optroni ja juhi toide = 21V

See tähendaks, et mootoriga ühendatud või seda juhtivate komponentide maksimaalse voolu ja pinge nimiväärtus on kõrgem või samaväärne.

Vabakäigul töötavat dioodi, mis on skeemil tähistatud kui D1, kasutatakse mootori tagurpidi emf-ile voolutee andmiseks, takistades voolu tagasikäiku ja kahjustades komponente, kui toide on välja lülitatud ja mootor veel pöörleb (generaatori režiim)). Selle maksimaalne pöördpinge on 600 V ja maksimaalne DC alalisvool on 15 A. Seetõttu võib eeldada, et hooratta diood suudab selle ülesande jaoks töötada piisava pinge ja voolu tasemel.

IGBT -d kasutatakse mootori toite lülitamiseks, võttes vastu Arduino 5V pwm signaali läbi optroni ja IGBT draiveri, et lülitada väga suur 380 V mootori toitepinge. Kasutatava IGBT maksimaalne pidev kollektorivool on 4,5 A ristmikul 100 ° C. Kollektori emitteri maksimaalne pinge on 600 V. Seetõttu võib eeldada, et hooratta diood on võimeline töötama piisava pinge ja voolu tasemel. Oluline on lisada IGBT -le radiaator, eelistatavalt suur. Kui IGBT -sid pole saadaval, saab kasutada kiirelt vahetatavat MOSFET -i.

IGBT värava lävepinge on vahemikus 3,75 V kuni 5,75 V ja selle pinge edastamiseks on vaja draiverit. Vooluahela töötamise sagedus on 10 kHz, seega peavad IGBT lülitusajad olema kiiremad kui 100 us, ühe täislaine aeg. IGBT lülitusaeg on 15ns, mis on piisav.

Valitud TC4421 draiveri lülitusajad on vähemalt 3000 korda pikemad kui PWM laine. See tagab, et juht saab lülituse jaoks piisavalt kiiresti ümber lülituda. Draiverit on vaja rohkem voolu pakkuda, kui Arduino suudab anda. Juht saab IGBT juhtimiseks vajaliku voolu toiteallikast, mitte ei võta seda Arduino juurest. See on mõeldud Arduino kaitsmiseks, sest suure võimsuse saavutamine kuumutab Arduino üle ja suitsu tuleb välja ning Arduino hävitatakse (proovitakse) ja testitud).

Juht eraldatakse PWM -laine pakkuvast mikrokontrollerist, kasutades optronit. Optopaneel isoleeris täielikult Arduino, mis on teie ahela kõige olulisem ja väärtuslikum osa.

Erinevate parameetritega mootorite puhul tuleb ainult IGBT muuta mootoriga sarnaste omadustega mootoriks, mis suudab hakkama saada vastupidise pinge ja pideva kogujavooluga.

WIMA kondensaatorit kasutatakse koos elektrolüütkondensaatoriga mootori toiteallikas. See salvestab laengu toiteallika stabiliseerimiseks ja mis kõige tähtsam aitab kõrvaldada süsteemi kaablite ja pistikute induktiivsused

2. samm: ehitamine ja paigutus

Vooluahela skeem sätestati, et minimeerida komponentide vahelist kaugust, et kõrvaldada tarbetud induktiivsused. Seda tehti eriti IGBT draiveri ja IGBT vahel. Üritati kõrvaldada müra ja helisemine suurte takistustega, mis olid maandatud Arduino, Optocoupler, Driver ja IGBT vahel.

Komponendid on joodetud Veroboardile. Lihtne viis vooluahela ehitamiseks on joonistada vooluahela komponendid veroboardile enne jootmise alustamist. Jootke hästi ventileeritavas kohas. Kraapige juhtiv tee failiga, et tekitada tühimik komponentide vahel, mida ei tohiks ühendada. Kasutage DIP -pakette, et komponente oleks lihtne asendada. See aitab, kui komponendid ei suuda, siis ei pea neid välja jootma ja asendusosa uuesti vormima.

Ma kasutasin banaanipistikuid (mustad ja punased pistikupesad), et hõlpsasti ühendada oma toiteallikad veroboardiga, selle saab vahele jätta ja juhtmed otse trükkplaadile joota.

Samm: Arduino programmeerimine

Pwm -laine genereeritakse Arduino PWM -i kogu lisamisega (lisatud ZIP -failina). Rootori kiiruse reguleerimiseks kasutatakse proportsionaalset integreeritud kontrollerit PI -kontrollerit). Proportsionaalset ja lahutamatut kasu saab arvutada või hinnata seni, kuni saavutatakse piisavad settimisajad ja ületamised.

PI -kontroller on rakendatud Arduino while () ahelas. Tahhomeeter mõõdab rootori kiirust. See mõõtmine sisestab arduino ühte analoogsisendisse, kasutades analogRead. Viga arvutatakse, lahutades rootori kiiruse seadeväärtusest ja seades vea. Aja integreerimine viidi läbi, lisades igale ringile aeg -ajalt prooviaega ja seades selle ajaga võrdseks ning suurendades seega silmuse iga iteratsiooni. Töötsükkel, mida arduino suudab väljastada, on vahemikus 0 kuni 255. Töötsükkel arvutatakse välja ja väljastatakse PWM teegist valitud digitaalse väljundi PWM tihvtiga, kasutades pwmWrite.

PI kontrolleri rakendamine

topeltviga = ref - p / min;

Aeg = aeg + 20e-6;

topelt pwm = esialgne + kp * viga + ki * aeg * viga;

PWM rakendamine

topeltandur = analogRead (A1);

pwmWrite (3, pwm-255);

Projekti täielikku koodi saab vaadata failist ArduinoCode.rar. Faili koodi kohandati tagurpidi draiveri jaoks. Ümberpööratud draiveril oli ahela töötsüklile järgmine mõju, mis tähendab new_dutycycle = 255 -dutycycle. Seda saab inverteerimata juhtide puhul muuta ülaltoodud võrrandi ümberpööramisega.

4. samm: testimine ja järeldused

Lõpuks testiti vooluringi ja tehti mõõtmised, et teha kindlaks, kas soovitud tulemus on saavutatud. Kontroller seati kahele erinevale kiirusele ja laaditi üles arduino. Toiteallikad lülitati sisse. Mootor kiirendab kiiresti soovitud kiirust ja seejärel reguleerib valitud kiirust.

See mootori juhtimise tehnika on väga tõhus ja töötab kõigi alalisvoolumootorite puhul.