привод двигателя постоянного тока

В этом руководстве подробно описывается проектирование, моделирование, конструкция и тестирование преобразователя постоянного тока и контроллера системы управления для режима переключения двигателя постоянного тока.
Преобразователь затем будет использоваться для цифрового управления шунтирующим двигателем постоянного тока.
Схема будет разрабатываться и тестироваться на разных этапах.
На первом этапе будет построен преобразователь, работающий при напряжении 40 В.
Это сделано для того, чтобы в них не было паразитной индуктивности от проводов и других компонентов схемы, которые повреждают драйвер при высоких напряжениях.
На втором этапе преобразователь будет запускать двигатель при напряжении 400 В при максимальной нагрузке.
Последний этап — использовать Arduino для управления ШИМ-волной, чтобы регулировать напряжение и контролировать скорость двигателя с переменной нагрузкой.
Компоненты не всегда дешевы, поэтому постарайтесь построить систему как можно дешевле.
Конечным результатом этой утилиты будет создание
преобразователя постоянного тока и контроллера системы управления, скорость двигателя контролируется с точностью до 1% в установившейся точке настройки, а скорость устанавливается в течение 2 с при переменной нагрузке.
Мой существующий двигатель имеет следующие характеристики.
Спецификация двигателя: Якорь: 380 В постоянного тока, 3,6 А. Возбуждение (шунт): 380 В постоянного тока, 0.
Скорость: 1500 об/мин. Мощность: около 1,1
кВт. Питание двигателя постоянного тока = 380 В. Оптопара и питание драйвера = 21 В. Это означает, что максимальные номинальные токи и напряжения компонентов, подключенных к двигателю или управляемых им, будут иметь более высокий или эквивалентный номинал.
Диод с сухим колесом, обозначенный на принципиальной схеме как D1, используется для обеспечения пути потока к обратному обратному потенциалу двигателя, чтобы предотвратить реверсирование тока и повреждение узла при отключении питания.
Двигатель все еще вращается (режим генератора).
Номинальное максимальное обратное напряжение составляет 600 В, а максимальный прямой постоянный ток — 15 В.
Следовательно, можно предположить, что маховик-диод сможет работать при достаточном для этой задачи уровне напряжения и тока.
IGBT используется для переключения питания двигателя путем получения ШИМ-сигнала 5 В от Arduino через оптический соединитель и драйвер IGBT для переключения очень большого напряжения питания двигателя 380 В.
Максимальный непрерывный ток коллектора используемого IGBT составляет 4,5
А при температуре перехода 100 °С.
Максимальное напряжение эмиттера составляет 600 В.
Следовательно, можно предположить, что маховик-диод может работать при достаточном для практического применения уровне напряжения и тока.
Важно добавить к IGBT радиатор, желательно большой.
МОП-транзистор с быстрым переключением можно использовать без IGBT.
Пороговое напряжение затвора IGBT составляет от 3,75 В до 5,75
В, и для обеспечения этого напряжения требуется привод.
Схема работает на частоте 10 кГц, поэтому время переключения IGBT должно быть меньше 100 мкс, то есть времени одной полной волны.
Время переключения IGBT составляет 15 нс, чего вполне достаточно.
Время переключения выбранного драйвера TC4421 как минимум в 3000 раз превышает время переключения волны ШИМ.
Это гарантирует, что драйвер сможет переключаться достаточно быстро для работы схемы.
Драйвер должен обеспечивать больший ток, чем может обеспечить Arduino.
Драйвер получает ток, необходимый для работы IGBT, от источника питания, а не от Arduino.
Это необходимо для защиты Arduino, поскольку сбой в подаче электроэнергии приведет к перегреву Arduino, появлению дыма и разрушению Arduino (
проверено и проверено).
Драйвер будет изолирован от микроконтроллера, который обеспечивает ШИМ-волны, с помощью оптического соединителя.
Фотоэлектрическая муфта полностью изолирует Arduino, которая является самой важной и ценной частью схемы.
Для двигателей с другими параметрами необходимо только заменить IGBT на IGBT со свойствами, аналогичными двигателю, который может выдерживать требуемое обратное напряжение и непрерывный ток сбора.
Конденсатор WIMA используется вместе с электролитическим конденсатором в источнике питания двигателя.
Это сохраняет заряд стабильного источника питания, а главное помогает устранить индуктивность кабелей и разъемов в системе. Чтобы минимизировать расстояние между компонентами, в схеме указана ненужная индуктивность,
особенно в контуре между драйвером IGBT и IGBT.
Предпринимаются попытки устранить шум и звон от земли между Arduino, оптическим соединителем, драйвером и IGBT.
Сборка сварена на Veroboard.
Самый простой способ построить схему — перед началом сварки нарисовать компоненты принципиальной схемы на доске.
Сварочные работы в хорошо вентилируемых помещениях.
Используйте токопроводящий путь файла Scrath, чтобы создать зазор между компонентами, которые не следует соединять.
Благодаря упаковке DIP компоненты можно легко заменить.
Это помогает избежать необходимости сваривать компоненты и заменять детали в случае их выхода из строя.
Я использовал штекеры типа «банан» (
розетка черного и красного цвета).
Чтобы легко подключить блок питания к плате veroboard, можно пропустить это и приварить провод непосредственно к плате.
Включив библиотеку ШИМ Arduino (
прилагается в виде ZIP-файла).
Пи-регулятор пропорционально-интегрального регулятора.
Используется для управления скоростью ротора.
Коэффициент и интегральный коэффициент усиления можно рассчитать или оценить до того, как будет получено достаточное время установления и перерегулирования.
ПИ-регулятор реализован одновременно с циклом Arduino().
Тахометр измеряет скорость ротора.
Используйте AnalogRead для ввода измерений Arduino на один из аналоговых входов.
Ошибка рассчитывается путем вычитания текущей скорости ротора из заданной скорости ротора и устанавливается равной ошибке.
Интегрирование по времени осуществляется путем добавления времени выборки к каждому циклу и установки его равным времени, увеличиваясь таким образом с каждой итерацией цикла.
Диапазон рабочего цикла, который может выводить Arduino, составляет от 0 до 255.
Используйте pwmWrite в библиотеке PWM, чтобы вычислить рабочий цикл и вывести его на выбранный цифровой выходной вывод ШИМ.
Двойная ошибка реализации ПИ-регулятора = ref-rpm;
Время = время 20е-6;
Двойной ШИМ = начальный кп*ошибка ки*время*ошибка;
Реализация датчика PWMdouble = AnalogRead (A1); pwmWrite(3, ШИМ-255);
Вы можете увидеть полный код проекта в ArduinoCode. rar-файл.
Код в файле изменен для реверса драйвера.
Реверсивный привод оказывает следующее влияние на рабочий цикл схемы, что означает new_dutycycle = 255-dutycycle.
Для неинвертированных приводов это можно изменить, обратив приведенное выше уравнение.
Наконец, схема была протестирована и измерена, чтобы определить, были ли достигнуты желаемые результаты.
Контроллер настроен на две разные скорости и загружен в Arduino.
Питание включено.
Двигатель быстро разгоняется быстрее, чем ожидалось, а затем стабилизируется на выбранных скоростях.
Технология этого управляющего двигателя очень эффективна и может работать со всеми двигателями постоянного тока.