Táto príručka podrobne popisuje návrh, simuláciu, konštrukciu a testovanie jednosmerného meniča a ovládača riadiaceho systému pre režim spínania jednosmerného motora.
Menič sa potom použije na digitálne riadenie záťažového bočníka jednosmerného motora.
Okruh sa bude vyvíjať a testovať v rôznych fázach.
V prvej fáze sa vybuduje konvertor, ktorý pracuje pri 40 V.
To sa robí, aby sa zabezpečilo, že nebudú mať parazitnú indukčnosť od vodičov a iných komponentov obvodu, ktoré poškodzujú ovládač pri vysokých napätiach.
V druhej fáze bude menič poháňať motor na napätie 400 V pri maximálnom zaťažení.
Poslednou fázou je použitie arduina na ovládanie vlny pwm na úpravu napätia a ovládanie rýchlosti motora s premenlivým zaťažením.
Komponenty nie sú vždy lacné, preto sa snažte zostaviť systém čo najlacnejšie.
Konečným výsledkom tohto nástroja bude vybudovanie jednosmerného
konvertora a ovládača riadiaceho systému, pričom otáčky motora sa regulujú v rozmedzí 1 % v bode nastavenia ustáleného stavu a rýchlosť sa nastaví do 2 s pri premenlivom zaťažení.
Môj existujúci motor má nasledujúce špecifikácie.
Špecifikácia motora: Kotva: 380 Vdc, 3. 6 ABudenie (shunt): 380 Vdc, 0.
Rýchlosť: 1500 ot./min. Výkon: približne 1.
1 kW DC napájanie motora = 380 VO napájanie optočlena a ovládača = 21 VTo znamená, že maximálny prúd alebo riadené komponenty budú mať vyšší menovitý prúd alebo napätie, ako je menovitý prúd alebo napätie motora
Dióda suchého kolesa označená ako D1 v schéme zapojenia sa používa na zabezpečenie dráhy toku k spätnému potenciálu motora, aby sa zabránilo reverzácii prúdu a poškodeniu zostavy pri vypnutí napájania-
Motor sa stále točí (režim generátora).
Menovité maximálne spätné napätie je 600 V a maximálny dopredný jednosmerný prúd je 15.
Preto sa dá predpokladať, že dióda zotrvačníka bude schopná pracovať pri dostatočnej úrovni napätia a prúdu pre túto úlohu.
IGBT sa používa na spínanie napájania motora prijímaním 5 V pwm signálu z Arduina cez optickú spojku a IGBT driver na spínanie veľmi veľkého 380 V napájacieho napätia motora.
Maximálny trvalý kolektorový prúd použitého IGBT je
4,5A pri teplote prechodu 100 °C.
Maximálne napätie emitora je 600 V.
Dá sa teda predpokladať, že dióda zotrvačníka môže pracovať pri dostatočnej úrovni napätia a prúdu pre praktickú aplikáciu.
K IGBT je dôležité pridať radiátor, najlepšie veľký radiátor.
Rýchly prepínač MOSFET je možné použiť bez IGBT.
Prahové napätie brány IGBT je medzi 3,75 V a 5,75
V a na zabezpečenie tohto napätia je potrebný pohon.
Obvod pracuje na frekvencii 10 kHz, takže spínací čas IGBT musí byť rýchlejší ako 100 us, teda čas jednej plnej vlny.
Spínací čas IGBT je 15ns, čo je dosť.
Čas spínania zvoleného ovládača TC4421 je najmenej 3000-krát dlhší ako čas PWM vlny.
To zaisťuje, že vodič je schopný prepínať dostatočne rýchlo na prevádzku okruhu.
Od ovládača sa vyžaduje, aby poskytoval viac prúdu, ako môže poskytnúť Arduino.
Ovládač získava prúd potrebný na prevádzku IGBT z napájacieho zdroja, nie z Arduina.
Ide o ochranu Arduina, pretože výpadok prúdu prehreje Arduino, vyjde dym a Arduino sa zničí (
vyskúšané).
Ovládač bude izolovaný od mikroovládača, ktorý poskytuje PWM vlny pomocou optického spojovacieho člena.
Fotoelektrická spojka úplne izoluje Arduino, čo je najdôležitejšia a najcennejšia časť obvodu.
Pri motoroch s inými parametrami je len potrebné zmeniť IGBT na IGBT s podobnými vlastnosťami ako motor, ktorý zvládne požadované spätné napätie a trvalý zberný prúd.
Kondenzátor WIMA sa používa spolu s elektrolytickým kondenzátorom na napájacom zdroji motora.
To ukladá náboj stabilného zdroja a hlavne pomáha eliminovať indukčnosť káblov a konektorov v systéme. Aby sa minimalizovala vzdialenosť medzi komponentmi, zbytočná indukčnosť pre usporiadanie obvodu je uvedená
najmä v slučke medzi IGBT driverom a IGBT.
Uskutočňujú sa pokusy eliminovať šum a zvonenie zo zeme medzi Arduinom, optickou spojkou, ovládačom a IGBT.
Zostava je privarená na Veroboard.
Jednoduchý spôsob, ako zostaviť obvod, je nakresliť komponenty schémy zapojenia na veroboard pred začatím zvárania.
Zváranie v dobre vetraných priestoroch.
Použite vodivú cestu súboru Scrath na vytvorenie medzery medzi komponentmi, ktoré by nemali byť spojené.
Pomocou DIP balenia je možné komponenty jednoducho vymeniť.
To pomáha bez potreby zvárania komponentov a riešenia náhradných dielov, keď zlyhajú.
Použil som banánky (
Zásuvka v čiernej a červenej farbe)
Pre jednoduché pripojenie môjho zdroja k veroboardu je možné toto preskočiť a drôt je privarený priamo k doske.
Zahrnutím knižnice Arduino pwm (
priložená ako súbor ZIP).
Pi regulátor proporcionálneho integrálneho regulátora
Používa sa na ovládanie rýchlosti rotora.
Pomer a integrálne zosilnenie je možné vypočítať alebo odhadnúť skôr, ako sa dosiahne dostatočný čas ustálenia a prekmitanie.
PI regulátor je implementovaný súčasne s Arduino ()slučkou.
Otáčkomer meria rýchlosť rotora.
Použite analogRead na vloženie meraní arduina do jedného z analógových vstupov.
Chyba sa vypočíta odpočítaním aktuálnej rýchlosti rotora od nastavenej rýchlosti rotora a nastaví sa tak, aby sa rovnala chybe.
Časová integrácia sa vykonáva pridaním vzorkovacieho času do každej slučky a jej nastavením na rovnaký čas, čím sa zvyšuje s každou iteráciou slučky.
Rozsah pracovného cyklu, ktorý môže Arduino vydávať, je od 0 do 255.
Použite pwmWrite v knižnici PWM na výpočet pracovného cyklu a jeho výstup na vybraný digitálny výstupný pin PWM.
Dvojitá chyba implementácie PI regulátora = ref-rpm;
čas = čas 20e-6;
Double pwm = počiatočné kp * chyba ki * čas * chyba;
Implementácia PWMdvojitého snímača = analogRead (A1); pwmWrite(3, pwm-255);
Kompletný kód projektu si môžete pozrieť v ArduinoCode. rar súbor.
Kód v súbore je upravený tak, aby sa ovládač obrátil.
Reverzný pohon má nasledujúci vplyv na pracovný cyklus obvodu, čo znamená new_dutycycle = 255-pracovný cyklus.
Pre neinvertované pohony to možno zmeniť obrátením vyššie uvedenej rovnice.
Nakoniec sa obvod otestoval a zmeral, aby sa zistilo, či boli dosiahnuté požadované výsledky.
Ovládač sa nastaví na dve rôzne rýchlosti a nahrá sa do arduina.
Napájanie je zapnuté.
Motor rýchlo zrýchľuje rýchlejšie, než sa očakávalo, a potom sa stabilizuje pri zvolených rýchlostiach.
Technológia tohto riadiaceho motora je veľmi efektívna a môže pracovať na všetkých jednosmerných motoroch.
