DC-motorsnelheidsaandrijving

Deze handleiding beschrijft het ontwerp, de simulatie, de constructie en het testen van de dc-dc-omzetter en de besturingssysteemcontroller voor de schakelmodus van de dc-motor.
De converter wordt vervolgens gebruikt voor digitale besturing van de DC-motor met belastingshunt.
Het circuit zal in verschillende fasen worden ontwikkeld en getest.
In de eerste fase wordt een omvormer gebouwd die werkt op 40 V.
Dit wordt gedaan om ervoor te zorgen dat ze geen parasitaire inductie hebben van draden en andere circuitcomponenten die de driver bij hoge spanningen beschadigen.
In de tweede fase laat de omvormer de motor draaien op een spanning van 400 V bij maximale belasting.
De laatste fase is het gebruik van Arduino om de pwm-golf te besturen om de spanning aan te passen en de snelheid van de motor met variabele belasting te regelen.
Componenten zijn niet altijd goedkoop, dus probeer het systeem zo goedkoop mogelijk te bouwen.
Het uiteindelijke resultaat van dit hulpprogramma is het bouwen van een DC-
DC-omzetter en een regelsysteemcontroller, waarbij het motortoerental binnen 1% wordt geregeld op het stabiele instelpunt, en het toerental wordt ingesteld binnen 2 seconden onder variabele belasting.
Mijn bestaande motor heeft de volgende specificaties.
Motorspecificatie: Anker: 380 Vdc, 3,6 AExcitatie (Shunt): 380 Vdc, 0.
Snelheid: 1500 tpmVermogen: ongeveer
1,1 kWDC motorvoeding = 380 VOtokoppeling en drivervoeding = 21 VDit betekent dat de maximale stroom- en spanningswaarden van de componenten die zijn aangesloten op of worden bestuurd door de motor een hoger of gelijkwaardig vermogen zullen hebben.
De droge wieldiode, gemarkeerd als D1 in het schakelschema, wordt gebruikt om een ​​stroompad te verschaffen naar de omgekeerde terugpotentiaal van de motor om te voorkomen dat de stroom omkeert en het geheel beschadigt wanneer de stroom wordt uitgeschakeld.
De motor draait nog steeds (generatormodus).
De nominale maximale sperspanning is 600 V en de maximale voorwaartse gelijkstroom is 15.
Daarom kan worden aangenomen dat de vliegwieldiode voor deze taak op voldoende spannings- en stroomniveaus zal kunnen werken.
De IGBT wordt gebruikt om de voeding naar de motor te schakelen door een 5 V pwm-signaal van de Arduino te ontvangen via de optische koppeling en de IGBT-driver om een ​​zeer grote motorvoedingsspanning van 380 V te schakelen.
De maximale continue collectorstroom van de gebruikte IGBT is 4,5A
bij een junctietemperatuur van 100 °C.
De maximale emitterspanning is 600 V.
Daarom kan worden aangenomen dat de vliegwieldiode op voldoende spannings- en stroomniveaus kan werken voor praktische toepassing.
Het is belangrijk om de radiator aan de IGBT toe te voegen, bij voorkeur een grote radiator.
De snelschakelaar-MOSFET kan zonder IGBT's worden gebruikt.
De poortdrempelspanning van de IGBT ligt tussen 3,75 V en
5,75 V en er zijn drives nodig om deze spanning te leveren.
Het circuit werkt op een frequentie van 10 kHz, dus de schakeltijd van de IGBT moet sneller zijn dan 100 us, dat wil zeggen de tijd van één volledige golf.
De schakeltijd van de IGBT bedraagt ​​15ns, wat voldoende is.
De schakeltijd van de geselecteerde TC4421-driver is minstens 3000 keer zo groot als die van de PWM-golf.
Dit zorgt ervoor dat de bestuurder snel genoeg kan schakelen voor circuitgebruik.
De driver moet meer stroom leveren dan de Arduino kan leveren.
De driver krijgt de stroom die nodig is om de IGBT te laten werken van de voeding, niet van de Arduino.
Dit is om de Arduino te beschermen, omdat bij stroomuitval de Arduino oververhit raakt, de rook naar buiten komt en de Arduino wordt vernietigd (
geprobeerd en getest).
De driver wordt geïsoleerd van de microcontroller die PWM-golven levert door gebruik te maken van de optische koppeling.
De foto-elektrische koppeling isoleert de Arduino volledig, het belangrijkste en meest waardevolle onderdeel van het circuit.
Voor motoren met andere parameters is het alleen nodig om de IGBT te veranderen in een IGBT met vergelijkbare eigenschappen als de motor, die de vereiste sperspanning en continue verzamelstroom aankan.
De WIMA-condensator wordt samen met de elektrolytische condensator op de motorvoeding gebruikt.
Hierdoor wordt de lading van de stabiele voeding opgeslagen en, belangrijker nog, de inductie van de kabels en connectoren in het systeem geëlimineerd. Om de afstand tussen componenten te minimaliseren, wordt onnodige inductie voor de circuitlay-out vermeld,
vooral in de lus tussen de IGBT-driver en de IGBT.
Er worden pogingen ondernomen om ruis en gerinkel uit de grond tussen Arduino, optische koppeling, driver en IGBT te elimineren.
Het geheel wordt op het Veroboard gelast.
Een eenvoudige manier om een ​​circuit te bouwen is door de componenten van het schakelschema op het veroboard te tekenen voordat u met lassen begint.
Lassen in goed geventileerde ruimtes.
Gebruik het geleidende pad van de vijl Scrath om een ​​opening te creëren tussen componenten die niet met elkaar verbonden mogen worden.
Met DIP-verpakkingen kunnen componenten eenvoudig worden vervangen.
Dit helpt zonder de noodzaak om componenten te lassen en vervangende onderdelen op te lossen als deze defect raken.
Ik heb bananenstekkers gebruikt (
aansluiting in zwart en rood).
Om mijn voeding eenvoudig op het veroboard aan te sluiten, is het mogelijk om dit over te slaan en wordt de draad rechtstreeks op het bord gelast.
Door de Arduino pwm-bibliotheek op te nemen (
bijgevoegd als ZIP-bestand).
Een pi-controller of proportionele integrale controller
Wordt gebruikt om de snelheid van de rotor te regelen.
De verhouding en de integrale versterking kunnen worden berekend of geschat voordat voldoende bezinkingstijd en overschrijding kunnen worden verkregen.
De PI-controller wordt gelijktijdig met Arduino ()loop geïmplementeerd.
De toerenteller meet de snelheid van de rotor.
Gebruik analogRead om de metingen van de Arduino in een van de analoge ingangen in te voeren.
De fout wordt berekend door het huidige rotortoerental af te trekken van het ingestelde rotortoerental en gelijk te stellen aan de fout.
Tijdintegratie wordt gedaan door de bemonsteringstijd aan elke lus toe te voegen en deze op gelijke tijd in te stellen, waardoor deze bij elke iteratie van de lus toeneemt.
Het duty-cycle-bereik dat Arduino kan uitvoeren is van 0 tot 255.
Gebruik pwmWrite in de PWM-bibliotheek om de duty-cycle te berekenen en uit te voeren naar de geselecteerde PWM-pin met digitale uitgang.
Implementatie dubbele fout van PI-controller = ref-rpm;
Tijd = tijd 20e-6;
Dubbele pwm = initiële kp * fout ki * tijd * fout;
Implementatie van PWMdubbele sensor = analogRead (A1); pwmWrite(3, pwm-255);
De volledige projectcode kunt u bekijken in ArduinoCode. rar-bestand.
De code in het bestand wordt aangepast om de driver om te keren.
De omgekeerde aandrijving heeft het volgende effect op de werkcyclus van het circuit, wat betekent new_dutycycle = 255-dutycycle.
Voor niet-geïnverteerde aandrijvingen kan dit worden gewijzigd door de bovenstaande vergelijking om te draaien.
Tenslotte werd de schakeling getest en doorgemeten om te bepalen of de gewenste resultaten werden behaald.
De controller wordt ingesteld op twee verschillende snelheden en geüpload naar de Arduino.
De stroom is ingeschakeld.
De motor accelereert snel sneller dan verwacht en stabiliseert vervolgens op geselecteerde snelheden.
De technologie van deze regelmotor is zeer effectief en kan op alle DC-motoren werken.