DC variklio greičio pavara: 4 žingsniai (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:49

Šioje instrukcijoje bus išsamiai aprašytas perjungimo režimo nuolatinės srovės keitiklio ir nuolatinės srovės variklio valdymo sistemos valdiklio projektavimas, modeliavimas, konstravimas ir bandymas. Tada šis keitiklis bus naudojamas šunto nuolatinės srovės variklio su apkrova skaitmeniniam valdymui. Grandinė bus kuriama ir bandoma įvairiais etapais.

Pirmasis etapas bus pastatyti keitiklį, kuris veiktų esant 40 V įtampai. Tai daroma siekiant užtikrinti, kad jie nebūtų parazitiniai laidų ir kitų grandinės komponentų induktyvumai, galintys pakenkti vairuotojui esant aukštai įtampai. Antrame etape keitiklis valdys 400 V variklį esant maksimaliai apkrovai. Paskutinis etapas yra variklio greičio valdymas su kintama apkrova, o arduino valdo pwm bangą, kad sureguliuotų įtampą.

Komponentai ne visada yra pigūs, todėl sistema buvo bandoma sukurti kuo pigiau. Galutinis šios praktikos rezultatas bus pastatyti nuolatinės srovės keitiklį ir valdymo sistemos valdiklį, kad būtų galima valdyti variklio greitį 1% per nustatytą pastovios būsenos tašką ir nustatyti greitį per 2 s esant kintamai apkrovai.

1 žingsnis: komponentų pasirinkimas ir specifikacijos

Variklis, kurį turėjau, turėjo šias specifikacijas.

Variklio specifikacijos: Armatūra: 380 Vdc, 3,6 A

Žadinimas (šuntas): 380 Vdc, 0,23 A

Nominalus greitis: 1500 aps/min

Galia: ≈ 1,1 kW

DC variklio maitinimo šaltinis = 380V

Optronų ir vairuotojo maitinimo šaltinis = 21V

Tai reikštų, kad prie variklio prijungtų ar jį valdančių komponentų maksimali srovės ir įtampos vertė būtų didesnė arba lygiavertė.

Laisvos eigos diodas, grandinės schemoje pažymėtas kaip D1, naudojamas variklio atbuline eiga suteikti srautą, neleidžiantį srovei apsisukti ir sugadinti komponentus, kai maitinimas išjungiamas ir variklis vis dar sukasi (generatoriaus režimas)). Jis skirtas maksimaliai 600 V atvirkštinei įtampai ir didžiausiai 15 A priekinei nuolatinei srovei. Todėl galima daryti prielaidą, kad smagračio diodas galės veikti esant pakankamai įtampai ir srovei.

IGBT naudojamas varikliui perjungti, gaunant 5 V pwm signalą iš „Arduino“per optinį jungiklį ir IGBT tvarkyklę, kad būtų galima perjungti labai didelę 380 V variklio maitinimo įtampą. Naudojamo IGBT maksimali nuolatinė kolektoriaus srovė yra 4,5 A esant 100 ° C sandūros temperatūrai. Maksimali kolektoriaus emiterio įtampa yra 600 V. Todėl galima daryti prielaidą, kad smagračio diodas galės veikti esant pakankamai įtampai ir srovei. Svarbu į IGBT įtraukti radiatorių, pageidautina didelį. Jei IGBT nėra, galima naudoti greitai perjungiamą MOSFET.

IGBT vartų slenksčio įtampa yra nuo 3,75 V iki 5,75 V, o šiai įtampai tiekti reikia tvarkyklės. Dažnis, kuriuo grandinė bus eksploatuojama, yra 10 kHz, todėl IGBT perjungimo laikas turi būti greitesnis nei 100 musų, tai yra vienos bangos laikas. IGBT perjungimo laikas yra 15ns, to pakanka.

Pasirinktos TC4421 tvarkyklės perjungimo laikas yra bent 3000 kartų didesnis už PWM bangą. Tai užtikrina, kad vairuotojas galėtų pakankamai greitai perjungti grandinę. Vairuotojas reikalingas tiekti daugiau srovės, nei gali duoti „Arduino“. Vairuotojas gauna reikiamą srovę, kad veiktų IGBT iš maitinimo šaltinio, o ne ištrauktų jį iš „Arduino“. Taip siekiama apsaugoti „Arduino“, nes pritraukus daug galios „Arduino“perkaista, o dūmai išeis ir „Arduino“bus sunaikintas (bandoma) ir išbandytas).

Vairuotojas bus izoliuotas nuo PWM bangą skleidžiančio mikrovaldiklio naudojant optroną. Optronas visiškai izoliavo „Arduino“, kuri yra svarbiausia ir vertingiausia jūsų grandinės dalis.

Varikliams su skirtingais parametrais reikia pakeisti tik IGBT į tokį, kurio charakteristikos yra panašios į variklio, kuris galės valdyti reikiamą atvirkštinę įtampą ir nuolatinę kolektoriaus srovę.

WIMA kondensatorius naudojamas kartu su elektrolitiniu kondensatoriumi per variklio maitinimo šaltinį. Tai kaupia įkrovą, kad stabilizuotų maitinimą, o svarbiausia padeda pašalinti sistemos kabelių ir jungčių induktyvumą

2 žingsnis: statymas ir išdėstymas

Grandinės išdėstymas buvo nustatytas siekiant sumažinti atstumą tarp komponentų, kad būtų išvengta nereikalingų induktyvumų. Tai buvo padaryta ypač tarp IGBT tvarkyklės ir IGBT. Buvo bandoma pašalinti triukšmą ir skambėjimą didelėmis varžomis, kurios buvo įžemintos tarp „Arduino“, „Optocoupler“, „Driver“ir „IGBT“.

Komponentai yra lituojami ant „Veroboard“. Paprastas būdas sukurti grandinę yra nupiešti grandinės schemos komponentus ant lentos prieš pradedant litavimą. Lituokite gerai vėdinamoje vietoje. Nubraukite laidų kelią su failu, kad sukurtumėte tarpą tarp komponentų, kurie neturėtų būti prijungti. Naudokite DIP paketus, kad komponentus būtų galima lengvai pakeisti. Tai padeda, kai sudedamosios dalys nepavyksta, tada jas reikia lituoti ir perkaitinti pakaitinę dalį.

Naudojau bananų kištukus (juodos ir raudonos spalvos kištukinius lizdus), kad galėčiau lengvai prijungti maitinimo šaltinius prie plokštės, kurią galima praleisti ir laidus tiesiogiai lituoti prie plokštės.

3 žingsnis: „Arduino“programavimas

Pwm banga sukuriama įtraukiant „Arduino PWM“biblioteką (pridėta kaip ZIP failas). Rotoriaus greičiui valdyti naudojamas proporcingas integruotas valdiklis PI valdiklis). Proporcinį ir vientisą pelną galima apskaičiuoti arba įvertinti, kol bus pasiektas pakankamas nusistovėjimo laikas ir perviršiai.

PI valdiklis yra įdiegtas „Arduino“ciklo () cikle. Tachometras matuoja rotoriaus greitį. Šis matavimo įvestis į arduino į vieną iš analoginių įėjimų, naudojant analogRead. Klaida apskaičiuojama atimant dabartinį rotoriaus greitį iš nustatyto rotoriaus greičio ir nustatant lygią klaidai. Laiko integracija buvo atlikta pridedant laiko mėginį prie kiekvienos kilpos ir nustatant jį lygų laikui ir taip didėjant kiekvienai ciklo iteracijai. Veikimo ciklas, kurį arduino gali išvesti, yra nuo 0 iki 255. Darbo ciklas apskaičiuojamas ir išvedamas į pasirinktą skaitmeninės išvesties PWM kaištį su pwmWrite iš PWM bibliotekos.

PI valdiklio diegimas

dviguba klaida = ref - aps / min;

Laikas = laikas + 20e-6;

dviguba pwm = pradinė + kp * klaida + ki * laiko * klaida;

PWM įgyvendinimas

dvigubas jutiklis = analogRead (A1);

pwmWrite (3, pwm-255);

Visą projekto kodą galima pamatyti ArduinoCode.rar faile. Failo kodas buvo pakoreguotas apverčiant tvarkyklę. Apverstas vairuotojas turėjo tokį poveikį grandinės darbo ciklui, kuris reiškia new_dutycycle = 255 -duty ciklas. Tai galima pakeisti nekeičiamoms tvarkyklėms, pakeičiant aukščiau pateiktą lygtį.

4 žingsnis: bandymai ir išvados

Pagaliau grandinė buvo išbandyta ir atlikti matavimai, siekiant nustatyti, ar pasiektas norimas rezultatas. Valdiklis buvo nustatytas dviem skirtingais greičiais ir įkeltas į arduino. Maitinimo šaltiniai buvo įjungti. Variklis greitai įsibėgėja, viršydamas norimą greitį, tada nusistovi pasirinktu greičiu.

Ši variklio valdymo technika yra labai efektyvi ir tinka visiems nuolatinės srovės varikliams.