Gleichstrommotor-Geschwindigkeitsantrieb

In diesem Handbuch werden Entwurf, Simulation, Konstruktion und Prüfung des Gleichstromwandlers und der Steuersystemsteuerung für den Gleichstrommotor-Schaltmodus detailliert beschrieben.
Der Umrichter wird dann zur digitalen Steuerung des Lastnebenschluss-Gleichstrommotors verwendet.
Die Schaltung wird in verschiedenen Phasen entwickelt und getestet.
In der ersten Phase wird ein Wandler gebaut, der bei 40 V arbeitet.
Dies geschieht, um sicherzustellen, dass sie keine parasitäre Induktivität durch Drähte und andere Schaltungskomponenten aufweisen, die den Treiber bei hohen Spannungen beschädigen.
In der zweiten Phase betreibt der Umrichter den Motor mit einer Spannung von 400 V bei maximaler Belastung.
Der letzte Schritt besteht darin, Arduino zur Steuerung der PWM-Welle zu verwenden, um die Spannung anzupassen und die Drehzahl des Motors bei variabler Last zu steuern.
Komponenten sind nicht immer billig. Versuchen Sie daher, das System so kostengünstig wie möglich zu bauen.
Das Endergebnis dieses Dienstprogramms wird der Aufbau eines Gleichstrom-
Gleichstrom-Wandlers und einer Steuersystemsteuerung sein, wobei die Motorgeschwindigkeit innerhalb von 1 % am stationären Einstellpunkt geregelt wird und die Geschwindigkeit innerhalb von 2 s unter variabler Last eingestellt wird.
Mein vorhandener Motor hat die folgenden Spezifikationen.
Motorspezifikation: Anker: 380 Vdc, 3,6 A, Erregung (Shunt): 380 Vdc, 0,
Drehzahl: 1500 U/min, Leistung: etwa 1,1
kW, DC-Motorstromversorgung = 380 V, Optokoppler- und Treiberstromversorgung = 21 V. Dies bedeutet, dass die maximalen Strom- und Spannungswerte der an den Motor angeschlossenen oder von ihm gesteuerten Komponenten einen höheren oder gleichwertigen Wert haben.
Die im Schaltplan mit D1 gekennzeichnete Trockenraddiode wird verwendet, um einen Flusspfad zum Rückwärtspotential des Motors bereitzustellen, um zu verhindern, dass sich der Strom umkehrt und die Baugruppe beschädigt, wenn der Strom abgeschaltet wird.
Der Motor dreht sich noch (Generatormodus).
Die maximale Nenn-Sperrspannung beträgt 600 V und der maximale Vorwärts-Gleichstrom beträgt 15 V.
Daher kann davon ausgegangen werden, dass die Freilaufdiode bei ausreichenden Spannungs- und Stromstärken für diese Aufgabe arbeiten kann.
Der IGBT wird verwendet, um die Stromversorgung des Motors umzuschalten, indem er über den Optokoppler ein 5-V-PWM-Signal vom Arduino empfängt, und der IGBT-Treiber dient zum Schalten einer sehr großen Motorversorgungsspannung von 380 V.
Der maximale Dauerkollektorstrom des verwendeten IGBT beträgt 4,5
A bei einer Sperrschichttemperatur von 100 °C.
Die maximale Emitterspannung beträgt 600 V.
Daher kann davon ausgegangen werden, dass die Freilaufdiode bei ausreichenden Spannungs- und Stromstärken für den praktischen Einsatz arbeiten kann.
Es ist wichtig, den Kühler zum IGBT hinzuzufügen, vorzugsweise einen großen Kühler.
Der schnell schaltende MOSFET kann ohne IGBTs verwendet werden.
Die Gate-Schwellenspannung des IGBT liegt zwischen 3,75 V und 5,75
V und ein Antrieb ist erforderlich, um diese Spannung bereitzustellen.
Die Schaltung arbeitet mit einer Frequenz von 10 kHz, daher muss die Schaltzeit des IGBT schneller als 100 µs sein, also die Zeit einer Vollwelle.
Die Schaltzeit des IGBT beträgt 15 ns, was ausreichend ist.
Die Schaltzeit des ausgewählten TC4421-Treibers beträgt mindestens das 3000-fache der PWM-Welle.
Dadurch wird sichergestellt, dass der Fahrer schnell genug für den Schaltungsbetrieb schalten kann.
Der Treiber muss mehr Strom liefern, als der Arduino liefern kann.
Der Treiber erhält den zum Betrieb des IGBT benötigten Strom von der Stromversorgung, nicht vom Arduino.
Dies dient dem Schutz des Arduino, da der Stromausfall dazu führt, dass der Arduino überhitzt, Rauch austritt und der Arduino zerstört wird (
bewährt).
Der Treiber wird mithilfe des Optokopplers vom Mikrocontroller isoliert, der PWM-Wellen bereitstellt.
Der photoelektrische Koppler isoliert den Arduino, den wichtigsten und wertvollsten Teil der Schaltung, vollständig.
Bei Motoren mit unterschiedlichen Parametern muss lediglich der IGBT gegen einen IGBT mit ähnlichen Eigenschaften wie der Motor ausgetauscht werden, der die erforderliche Sperrspannung und den kontinuierlichen Sammelstrom bewältigen kann.
Der WIMA-Kondensator wird zusammen mit dem Elektrolytkondensator an der Motorstromversorgung verwendet.
Dies speichert die Ladung der stabilen Stromversorgung und trägt vor allem dazu bei, die Induktivität der Kabel und Anschlüsse im System zu beseitigen. Um den Abstand zwischen Komponenten zu minimieren, wird unnötige Induktivität für das Schaltungslayout aufgeführt,
insbesondere in der Schleife zwischen dem IGBT-Treiber und dem IGBT.
Es wird versucht, Rauschen und Klingeln von der Masse zwischen Arduino, Optokoppler, Treiber und IGBT zu eliminieren.
Die Baugruppe wird auf das Veroboard geschweißt.
Eine einfache Möglichkeit, einen Schaltkreis aufzubauen, besteht darin, die Komponenten des Schaltplans vor dem Schweißen auf das Veroboard zu zeichnen.
Schweißen in gut belüfteten Bereichen.
Verwenden Sie den leitenden Pfad der Feile Scrath, um eine Lücke zwischen Komponenten zu schaffen, die nicht verbunden werden sollen.
Mit der DIP-Verpackung können Komponenten einfach ausgetauscht werden.
Dies hilft, ohne dass Komponenten geschweißt und Ersatzteile ausgetauscht werden müssen, wenn sie ausfallen.
Ich habe Bananenstecker verwendet (
Buchse in Schwarz und Rot).
Um mein Netzteil einfach an das Veroboard anzuschließen, kann man darauf verzichten und den Draht direkt mit dem Board verschweißen.
Durch Einbinden der Arduino pwm-Bibliothek (
im Anhang als ZIP-Datei).
Ein Pi-Regler oder Proportional-Integral-Regler,
der zur Steuerung der Rotorgeschwindigkeit verwendet wird.
Das Verhältnis und die Integralverstärkung können berechnet oder geschätzt werden, bevor eine ausreichende Einschwingzeit und ein Überschwingen erreicht werden können.
Der PI-Regler wird gleichzeitig mit der Arduino()-Schleife implementiert.
Der Drehzahlmesser misst die Drehzahl des Rotors.
Verwenden Sie analogRead, um die Messungen des Arduino in einen der analogen Eingänge einzugeben.
Der Fehler wird berechnet, indem die aktuelle Rotorgeschwindigkeit von der Soll-Rotorgeschwindigkeit subtrahiert und auf den Fehler gesetzt wird.
Die Zeitintegration erfolgt, indem die Abtastzeit zu jeder Schleife hinzugefügt und auf die gleiche Zeit gesetzt wird, sodass sie mit jeder Iteration der Schleife zunimmt.
Der Arbeitszyklusbereich, den Arduino ausgeben kann, liegt zwischen 0 und 255.
Verwenden Sie pwmWrite in der PWM-Bibliothek, um den Arbeitszyklus zu berechnen und ihn an den ausgewählten digitalen Ausgangs-PWM-Pin auszugeben.
Implementierungsdoppelfehler des PI-Reglers = ref-rpm;
Zeit = Zeit 20e-6;
Double pwm = initial kp * error ki * time * error;
Implementierung von PWMdouble sensor = analogRead (A1); pwmWrite(3, pwm-255);
Den vollständigen Projektcode finden Sie in ArduinoCode. rar-Datei.
Der Code in der Datei wird angepasst, um den Treiber umzukehren.
Der Rückwärtsgang hat die folgende Auswirkung auf das Schaltverhältnis des Schaltkreises, was bedeutet, dass neues_Schaltverhältnis = 255-Schaltverhältnis ist.
Bei nicht invertierten Antrieben kann dies durch Umkehren der obigen Gleichung geändert werden.
Abschließend wurde die Schaltung getestet und vermessen, um festzustellen, ob die gewünschten Ergebnisse erzielt wurden.
Der Controller wird auf zwei verschiedene Geschwindigkeiten eingestellt und auf das Arduino hochgeladen.
Der Strom ist eingeschaltet.
Der Motor beschleunigt schneller als erwartet und stabilisiert sich dann bei ausgewählten Geschwindigkeiten.
Die Technologie dieses Steuermotors ist sehr effektiv und kann bei allen Gleichstrommotoren eingesetzt werden.