napęd prędkości silnika prądu stałego

Niniejsza instrukcja szczegółowo opisuje projektowanie, symulację, budowę i testowanie przetwornicy DC-DC oraz sterownika systemu sterowania dla trybu przełączania silnika prądu stałego.
Konwerter zostanie następnie wykorzystany do cyfrowego sterowania silnikiem prądu stałego z bocznikiem obciążenia.
Obwód zostanie opracowany i przetestowany na różnych etapach.
W pierwszym etapie zbudowana zostanie przetwornica pracująca przy napięciu 40 V.
Ma to na celu zapewnienie, że nie mają one pasożytniczej indukcyjności od przewodów i innych elementów obwodu, które uszkadzają sterownik przy wysokich napięciach.
W drugiej fazie przetwornica uruchomi silnik przy napięciu 400 V przy maksymalnym obciążeniu.
Ostatnim etapem jest wykorzystanie Arduino do sterowania falą pwm w celu regulacji napięcia i sterowania prędkością silnika przy zmiennym obciążeniu.
Komponenty nie zawsze są tanie, dlatego staraj się zbudować system tak tanio, jak to możliwe.
Końcowym rezultatem tego narzędzia będzie zbudowanie
przetwornicy DC-DC i sterownika systemu sterowania, prędkość silnika jest kontrolowana w zakresie 1% w punkcie nastawy stanu ustalonego, a prędkość jest ustawiana w ciągu 2 sekund przy zmiennym obciążeniu.
Mój istniejący silnik ma następujące specyfikacje.
Specyfikacja silnika: Armatura: 380 V DC, 3,6 A Wzbudzenie (bocznik): 380 V DC, 0,
Prędkość: 1500 obr/min Moc: około 1,
1 kW Zasilanie silnika DC = 380 V Transoptor i zasilanie sterownika = 21 V Oznacza to, że maksymalne wartości znamionowe prądu i napięcia komponentów podłączonych do silnika lub sterowanych przez silnik będą miały wyższą lub równoważną wartość znamionową.
Dioda suchego koła oznaczona na schemacie jako D1 służy do zapewnienia ścieżki przepływu do potencjału wstecznego silnika, aby zapobiec odwróceniu prądu i uszkodzeniu zespołu po wyłączeniu zasilania.
Silnik nadal się obraca (tryb generatora).
Maksymalne znamionowe napięcie wsteczne wynosi 600 V, a maksymalny prąd stały w kierunku przewodzenia wynosi 15.
Można zatem założyć, że dioda zamachowa będzie w stanie pracować przy wystarczających do tego zadania poziomach napięcia i prądu.
IGBT służy do przełączania zasilania silnika poprzez otrzymanie sygnału pwm 5 V z Arduino przez sprzęgacz optyczny i sterownik IGBT w celu przełączenia bardzo dużego napięcia zasilania silnika 380 V.
Maksymalny ciągły prąd kolektora zastosowanego IGBT wynosi 4,5
A przy temperaturze złącza 100°C.
Maksymalne napięcie emitera wynosi 600 V.
Można zatem założyć, że dioda koła zamachowego może pracować przy wystarczających poziomach napięcia i prądu do praktycznego zastosowania.
Ważne jest, aby dodać radiator do IGBT, najlepiej duży radiator.
Szybki przełącznik MOSFET może być używany bez IGBT.
Napięcie progowe bramki IGBT wynosi od 3,75 V do
5,75 V, a przemiennik musi zapewnić to napięcie.
Obwód pracuje z częstotliwością 10 kHz, więc czas przełączania IGBT musi być szybszy niż 100 us, czyli czas jednej pełnej fali.
Czas przełączania IGBT wynosi 15 ns, co jest wystarczające.
Czas przełączania wybranego sterownika TC4421 jest co najmniej 3000 razy większy od fali PWM.
Dzięki temu sterownik może przełączać się wystarczająco szybko, aby móc pracować w obwodzie.
Sterownik musi dostarczać więcej prądu, niż może zapewnić Arduino.
Sterownik pobiera prąd potrzebny do działania IGBT z zasilacza, a nie z Arduino.
Ma to na celu ochronę Arduino, ponieważ awaria zasilania spowoduje przegrzanie Arduino, wydostanie się dym i Arduino zostanie zniszczone (
wypróbowane i przetestowane).
Sterownik zostanie odizolowany od mikrokontrolera dostarczającego fale PWM za pomocą sprzęgacza optycznego.
Łącznik fotoelektryczny całkowicie izoluje Arduino, które jest najważniejszą i najcenniejszą częścią obwodu.
W przypadku silników o innych parametrach konieczna jest jedynie wymiana IGBT na IGBT o właściwościach podobnych do silnika, który jest w stanie wytrzymać wymagane napięcie wsteczne i ciągły prąd zbierający.
Kondensator WIMA jest używany razem z kondensatorem elektrolitycznym w zasilaniu silnika.
Gromadzi to ładunek stabilnego źródła zasilania, a co najważniejsze pomaga wyeliminować indukcyjność kabli i złączy w systemie. Aby zminimalizować odległość między komponentami, wymieniono niepotrzebną indukcyjność dla układu obwodu,
szczególnie w pętli pomiędzy sterownikiem IGBT a IGBT.
Podejmowane są próby wyeliminowania szumów i dzwonienia z masy pomiędzy Arduino, łącznikiem optycznym, sterownikiem i IGBT.
Całość jest przyspawana do płyty Veroboard.
Łatwym sposobem zbudowania obwodu jest narysowanie elementów schematu obwodu na płycie veroboard przed rozpoczęciem spawania.
Spawanie w dobrze wentylowanych pomieszczeniach.
Użyj ścieżki przewodzącej pliku Scrath, aby utworzyć przerwę pomiędzy elementami, które nie powinny być łączone.
Dzięki opakowaniu DIP komponenty można łatwo wymienić.
Pomaga to bez konieczności spawania komponentów i naprawy części zamiennych w przypadku ich awarii.
Użyłem wtyczek bananowych (
gniazdo w kolorze czarnym i czerwonym)
Aby łatwo podłączyć mój zasilacz do veroboardu, można to pominąć i przewód jest przyspawany bezpośrednio do płytki.
Dołączając bibliotekę Arduino pwm (
w załączeniu jako plik ZIP).
Sterownik pi proporcjonalnego sterownika całkującego.
Służy do sterowania prędkością wirnika.
Stosunek i wzmocnienie całkujące można obliczyć lub oszacować, zanim będzie można uzyskać wystarczający czas ustalania i przeregulowanie.
Kontroler PI jest realizowany jednocześnie z pętlą Arduino ().
Obrotomierz mierzy prędkość wirnika.
Użyj analogRead, aby wprowadzić pomiary Arduino do jednego z wejść analogowych.
Błąd oblicza się odejmując aktualną prędkość wirnika od zadanej prędkości wirnika i ustawiając go na wartość równą błędowi.
Integracja czasu odbywa się poprzez dodanie czasu próbki do każdej pętli i ustawienie go na równy czas, zwiększając się w ten sposób z każdą iteracją pętli.
Zakres cyklu pracy, który Arduino może wyprowadzać, wynosi od 0 do 255.
Użyj pwmWrite w bibliotece PWM, aby obliczyć cykl pracy i wyprowadzić go na wybrany pin wyjścia cyfrowego PWM.
Podwójny błąd implementacji regulatora PI = ref-rpm;
Czas = czas 20e-6;
Podwójne pwm = początkowe kp * błąd ki * czas * błąd;
Implementacja PWMpodwójny czujnik = analogRead (A1); pwmWrite(3, pwm-255);
Możesz zobaczyć pełny kod projektu w ArduinoCode. plik rar.
Kod w pliku jest przystosowany do odwrócenia sterownika.
Napęd odwrotny ma następujący wpływ na cykl pracy obwodu, co oznacza new_dutycycle = 255-dutycycle.
W przypadku napędów nieodwróconych można to zmienić, odwracając powyższe równanie.
Na koniec obwód został przetestowany i zmierzony w celu ustalenia, czy osiągnięto pożądane wyniki.
Kontroler jest ustawiony na dwie różne prędkości i przesłany do arduino.
Zasilanie jest włączone.
Silnik szybko przyspiesza szybciej niż oczekiwano, a następnie stabilizuje się na wybranych prędkościach.
Technologia tego silnika sterującego jest bardzo skuteczna i może pracować ze wszystkimi silnikami prądu stałego.