Αυτό το εγχειρίδιο θα περιγράφει λεπτομερώς τη σχεδίαση, την προσομοίωση, την κατασκευή και τη δοκιμή του μετατροπέα dc-dc και του ελεγκτή συστήματος ελέγχου για τη λειτουργία μεταγωγής κινητήρα συνεχούς ρεύματος.
Στη συνέχεια, ο μετατροπέας θα χρησιμοποιηθεί για ψηφιακό έλεγχο του κινητήρα DC διακλάδωσης φορτίου.
Το κύκλωμα θα αναπτυχθεί και θα δοκιμαστεί σε διαφορετικά στάδια.
Η πρώτη φάση θα δημιουργήσει έναν μετατροπέα που θα λειτουργεί στα 40 v.
Αυτό γίνεται για να διασφαλιστεί ότι δεν έχουν παρασιτική επαγωγή από καλώδια και άλλα εξαρτήματα κυκλώματος που βλάπτουν τον οδηγό σε υψηλές τάσεις.
Στη δεύτερη φάση, ο μετατροπέας θα λειτουργεί τον κινητήρα με τάση 400 V με μέγιστο φορτίο.
Το τελευταίο στάδιο είναι η χρήση του arduino για τον έλεγχο του κύματος pwm για τη ρύθμιση της τάσης και τον έλεγχο της ταχύτητας του κινητήρα με μεταβλητό φορτίο.
Τα εξαρτήματα δεν είναι πάντα φθηνά, επομένως προσπαθήστε να δημιουργήσετε το σύστημα όσο το δυνατόν φθηνότερα.
Το τελικό αποτέλεσμα αυτού του βοηθητικού προγράμματος θα είναι η κατασκευή ενός
μετατροπέα dc-DC και ενός ελεγκτή συστήματος ελέγχου, η ταχύτητα του κινητήρα ελέγχεται εντός 1% στο σημείο ρύθμισης σταθερής κατάστασης και η ταχύτητα ρυθμίζεται εντός 2 δευτερολέπτων υπό μεταβλητό φορτίο.
Το υπάρχον μοτέρ μου έχει τις παρακάτω προδιαγραφές.
Προδιαγραφές κινητήρα: Armature: 380 Vdc, 3. 6 AExcitation (Shunt): 380 Vdc, 0.
Ταχύτητα: 1500 r/min Ισχύς: περίπου 1.
Τροφοδοτικό κινητήρα 1 kWDC = 380 VOptocoupler και τροφοδοτικό οδηγού = 21 V Αυτό σημαίνει ότι η μέγιστη τιμή ρεύματος ή υψηλότερη τάση του κινητήρα θα ελέγχει το μέγιστο ρεύμα ή το volt του κινητήρα ισοδύναμη βαθμολογία.
Η δίοδος ξηρού τροχού που επισημαίνεται ως D1 στο διάγραμμα κυκλώματος χρησιμοποιείται για να παρέχει μια διαδρομή ροής προς το δυναμικό αντίστροφης κίνησης του κινητήρα για να αποτρέψει την αντιστροφή του ρεύματος και την καταστροφή του συγκροτήματος όταν η τροφοδοσία είναι απενεργοποιημένη.
Ο κινητήρας εξακολουθεί να γυρίζει (λειτουργία γεννήτριας).
Η ονομαστική μέγιστη αντίστροφη τάση είναι 600 V και το μέγιστο προς τα εμπρός ρεύμα συνεχούς ρεύματος είναι 15.
Επομένως, μπορεί να υποτεθεί ότι η δίοδος σφονδύλου θα μπορεί να λειτουργεί σε επαρκή επίπεδα τάσης και ρεύματος για αυτήν την εργασία.
Το IGBT χρησιμοποιείται για την εναλλαγή της τροφοδοσίας του κινητήρα λαμβάνοντας ένα σήμα 5 v pwm από το Arduino μέσω του οπτικού συζεύκτη και το πρόγραμμα οδήγησης IGBT για την εναλλαγή μιας πολύ μεγάλης τάσης τροφοδοσίας κινητήρα 380 V.
Το μέγιστο συνεχές ρεύμα συλλέκτη του IGBT που χρησιμοποιείται είναι 4.
5A σε θερμοκρασία διασταύρωσης 100 °c
Η μέγιστη τάση εκπομπού είναι 600 V.
Επομένως, μπορεί να υποτεθεί ότι η δίοδος σφονδύλου μπορεί να λειτουργήσει σε επαρκή επίπεδα τάσης και ρεύματος για πρακτική εφαρμογή.
Είναι σημαντικό να προσθέσετε το ψυγείο στο IGBT, κατά προτίμηση ένα μεγάλο ψυγείο.
Ο γρήγορος διακόπτης MOSFET μπορεί να χρησιμοποιηθεί χωρίς IGBT.
Η τάση κατωφλίου πύλης του IGBT είναι μεταξύ 3, 75 V και 5,
75 V και απαιτείται μονάδα δίσκου για την παροχή αυτής της τάσης.
Το κύκλωμα λειτουργεί σε συχνότητα 10 kHz, επομένως ο χρόνος μεταγωγής του IGBT πρέπει να είναι ταχύτερος από 100 us, δηλαδή ο χρόνος ενός πλήρους κύματος.
Ο χρόνος μεταγωγής του IGBT είναι 15 ns, που είναι αρκετός.
Ο χρόνος μεταγωγής του επιλεγμένου προγράμματος οδήγησης TC4421 είναι τουλάχιστον 3000 φορές μεγαλύτερος από αυτόν του κύματος PWM.
Αυτό διασφαλίζει ότι ο οδηγός μπορεί να αλλάζει αρκετά γρήγορα για λειτουργία κυκλώματος.
Ο οδηγός πρέπει να παρέχει περισσότερο ρεύμα από αυτό που μπορεί να παρέχει το Arduino.
Ο οδηγός λαμβάνει το ρεύμα που απαιτείται για τη λειτουργία του IGBT από το τροφοδοτικό και όχι από το Arduino.
Αυτό γίνεται για την προστασία του Arduino επειδή η διακοπή ρεύματος θα υπερθερμάνει το Arduino, ο καπνός θα βγει και το Arduino θα καταστραφεί (
Δοκιμασμένο και δοκιμασμένο).
Το πρόγραμμα οδήγησης θα απομονωθεί από τον μικροελεγκτή που παρέχει κύματα PWM χρησιμοποιώντας τον οπτικό συζεύκτη.
Ο φωτοηλεκτρικός ζεύκτης απομονώνει πλήρως το Arduino, που είναι το πιο σημαντικό και πολύτιμο μέρος του κυκλώματος.
Για κινητήρες με διαφορετικές παραμέτρους, είναι απαραίτητο μόνο να αλλάξετε το IGBT σε IGBT με παρόμοιες ιδιότητες με τον κινητήρα, ο οποίος μπορεί να χειριστεί την απαιτούμενη αντίστροφη τάση και συνεχές ρεύμα συλλογής.
Ο πυκνωτής WIMA χρησιμοποιείται μαζί με τον ηλεκτρολυτικό πυκνωτή στο τροφοδοτικό του κινητήρα.
Αυτό αποθηκεύει τη φόρτιση της σταθερής παροχής ρεύματος και, το πιο σημαντικό, βοηθά στην εξάλειψη της επαγωγής των καλωδίων και των συνδέσμων στο σύστημα. Προκειμένου να ελαχιστοποιηθεί η απόσταση μεταξύ των εξαρτημάτων, παρατίθεται η περιττή αυτεπαγωγή για τη διάταξη του κυκλώματος,
Ειδικά στον βρόχο μεταξύ του προγράμματος οδήγησης IGBT και του IGBT.
Γίνονται προσπάθειες για την εξάλειψη του θορύβου και του κουδουνίσματος από το έδαφος μεταξύ του Arduino, του οπτικού συζεύκτη, του προγράμματος οδήγησης και του IGBT.
Το συγκρότημα είναι συγκολλημένο στο Veroboard.
Ένας εύκολος τρόπος για να φτιάξετε ένα κύκλωμα είναι να σχεδιάσετε τα στοιχεία του διαγράμματος κυκλώματος στον πίνακα οροφής πριν ξεκινήσετε τη συγκόλληση.
Συγκόλληση σε καλά αεριζόμενους χώρους.
Χρησιμοποιήστε την αγώγιμη διαδρομή του αρχείου Scrath για να δημιουργήσετε ένα κενό μεταξύ των στοιχείων που δεν πρέπει να συνδεθούν.
Με τη συσκευασία DIP, τα εξαρτήματα μπορούν να αντικατασταθούν εύκολα.
Αυτό βοηθά χωρίς να χρειάζεται να συγκολληθούν εξαρτήματα και να επιλυθούν ανταλλακτικά όταν αστοχούν.
Χρησιμοποίησα μπανάνα βύσματα (
Πρίζα σε μαύρο και κόκκινο)
Για να συνδέσω εύκολα το τροφοδοτικό μου στην πλακέτα, μπορείτε να το παραλείψετε και το καλώδιο να συγκολληθεί απευθείας στην πλακέτα.
Συμπεριλαμβάνοντας τη Βιβλιοθήκη Arduino pwm (
Επισυνάπτεται ως αρχείο ZIP).
Ένας ελεγκτής pi του Proportional Integral ελεγκτή
Χρησιμοποιείται για τον έλεγχο της ταχύτητας του ρότορα.
Ο λόγος και το ακέραιο κέρδος μπορούν να υπολογιστούν ή να εκτιμηθούν πριν επιτευχθεί επαρκής χρόνος καθίζησης και υπέρβαση.
Ο ελεγκτής PI υλοποιείται ταυτόχρονα με τον βρόχο () Arduino.
Το ταχύμετρο μετρά την ταχύτητα του ρότορα.
Χρησιμοποιήστε το analogRead για να εισαγάγετε τις μετρήσεις του arduino σε μία από τις αναλογικές εισόδους.
Το σφάλμα υπολογίζεται αφαιρώντας την τρέχουσα ταχύτητα του ρότορα από την καθορισμένη ταχύτητα του ρότορα και ρυθμίζεται ώστε να ισούται με το σφάλμα.
Η ολοκλήρωση χρόνου γίνεται προσθέτοντας το δείγμα χρόνου σε κάθε βρόχο και ρυθμίζοντας τον σε ίσο χρόνο, αυξάνοντας έτσι με κάθε επανάληψη του βρόχου.
Το εύρος κύκλου λειτουργίας που μπορεί να εξάγει το Arduino είναι από 0 έως 255.
Χρησιμοποιήστε το pwmWrite στη βιβλιοθήκη PWM για να υπολογίσετε τον κύκλο λειτουργίας και να τον εξάγετε στον επιλεγμένο ακροδέκτη PWM ψηφιακής εξόδου.
Διπλό σφάλμα υλοποίησης ελεγκτή PI = ref-rpm;
Χρόνος = χρόνος 20e-6;
Διπλό pwm = αρχικό kp * error ki * time * error;
Υλοποίηση PWMdouble sensor = analogRead (A1); pwmWrite(3, pwm-255);
Μπορείτε να δείτε τον πλήρη κώδικα του έργου στο ArduinoCode. αρχείο rar.
Ο κωδικός στο αρχείο προσαρμόζεται για να αντιστρέφει το πρόγραμμα οδήγησης.
Η αντίστροφη κίνηση έχει την ακόλουθη επίδραση στον κύκλο λειτουργίας του κυκλώματος, που σημαίνει new_dutycycle = 255-dutycycle.
Για μη ανεστραμμένους δίσκους, αυτό μπορεί να αλλάξει αντιστρέφοντας την παραπάνω εξίσωση.
Τέλος, το κύκλωμα δοκιμάστηκε και μετρήθηκε για να διαπιστωθεί εάν επιτεύχθηκαν τα επιθυμητά αποτελέσματα.
Το χειριστήριο έχει ρυθμιστεί σε δύο διαφορετικές ταχύτητες και μεταφορτώνεται στο arduino.
Το ρεύμα είναι ανοιχτό.
Ο κινητήρας επιταχύνει γρήγορα πιο γρήγορα από το αναμενόμενο και στη συνέχεια σταθεροποιείται σε επιλεγμένες ταχύτητες.
Η τεχνολογία αυτού του κινητήρα ελέγχου είναι πολύ αποτελεσματική και μπορεί να λειτουργήσει σε όλους τους κινητήρες DC.
