Den här handboken kommer att beskriva design, simulering, konstruktion och testning av DC-DC-omvandlare och styrsystemskontroller för DC-motoromkopplingsläge.
Omvandlaren kommer då att användas för digital styrning av lastshuntens DC-motor.
Kretsen kommer att utvecklas och testas i olika skeden.
Den första fasen kommer att bygga en omvandlare som arbetar på 40 v.
Detta görs för att säkerställa att de inte har parasitisk induktans från ledningar och andra kretskomponenter som skadar drivenheten vid höga spänningar.
I den andra fasen kommer omvandlaren att driva motorn med en spänning på 400 V vid maximal belastning.
Det sista steget är att använda arduino för att styra pwm-vågen för att justera spänningen och styra motorns hastighet med variabel belastning.
Komponenter är inte alltid billiga, så försök att bygga systemet så billigt som möjligt.
Det slutliga resultatet av detta verktyg blir att bygga en DC-
DC-omvandlare och styrsystemskontroller, motorhastigheten styrs inom 1 % vid inställningspunkten för stationärt tillstånd, och hastigheten ställs in inom 2 s under variabel belastning.
Min befintliga motor har följande specifikationer.
Motorspecifikation: Armatur: 380 Vdc, 3. 6 AExcitation (Shunt): 380 Vdc, 0.
Hastighet: 1500 r/minPower: ca 1.
1 kWDC motorströmförsörjning = 380 VOptokopplare och drivenhetsströmförsörjning = 21 VDetta betyder att den maximala strömmen och spänningen ansluten till motorns märkvärden eller motsvarande kommer att styra en högre motorstyrka eller motsvarande.
Torrhjulsdioden markerad som D1 i kretsschemat används för att ge en flödesväg till motorns bakåtriktade potential för att förhindra att strömmen backar och skadar enheten när strömmen stängs av-
Motorn går fortfarande (generatorläge).
Den märkta maximala backspänningen är 600 V och den maximala likströmmen framåt är 15.
Därför kan det antas att svänghjulsdioden kommer att kunna arbeta med tillräckliga spännings- och strömnivåer för denna uppgift.
IGBT används för att koppla om strömförsörjningen till motorn genom att ta emot en 5 v pwm-signal från Arduino via den optiska kopplaren och IGBT-drivrutinen för att koppla om en mycket stor 380 V motorspänning.
Den maximala kontinuerliga kollektorströmmen för den använda IGBT är 4,5A
vid en kopplingstemperatur på 100 °c.
Den maximala emitterspänningen är 600 V.
Därför kan det antas att svänghjulsdioden kan arbeta med tillräckliga spännings- och strömnivåer för praktisk tillämpning.
Det är viktigt att lägga till radiatorn till IGBT, helst en stor radiator.
Snabbomkopplaren MOSFET kan användas utan IGBT.
Grindtröskelspänningen för IGBT är mellan 3,75 V och 5,75
V och drivenhet krävs för att tillhandahålla denna spänning.
Kretsen arbetar med en frekvens på 10 kHz, så kopplingstiden för IGBT måste vara snabbare än 100 us, det vill säga tiden för en helvåg.
Växlingstiden för IGBT är 15ns, vilket är tillräckligt.
Omkopplingstiden för den valda TC4421-drivrutinen är minst 3000 gånger den för PWM-vågen.
Detta säkerställer att föraren kan växla tillräckligt snabbt för kretsdrift.
Drivrutinen måste ge mer ström än vad Arduino kan ge.
Föraren får den ström som behövs för att driva IGBT från strömförsörjningen, inte från Arduino.
Detta för att skydda Arduino eftersom strömavbrottet kommer att överhetta Arduino, röken kommer ut och Arduino kommer att förstöras (
beprövad och testad).
Drivrutinen kommer att isoleras från mikrokontrollern som tillhandahåller PWM-vågor genom att använda den optiska kopplaren.
Den fotoelektriska kopplaren isolerar helt Arduino, som är den viktigaste och mest värdefulla delen av kretsen.
För motorer med olika parametrar är det bara nödvändigt att ändra IGBT till en IGBT med liknande egenskaper som motorn, som kan hantera den erforderliga backspänningen och kontinuerliga uppsamlingsströmmen.
WIMA-kondensatorn används tillsammans med elektrolytkondensatorn på motorns strömförsörjning.
Detta lagrar laddningen av den stabila strömförsörjningen, och viktigast av allt hjälper till att eliminera induktansen hos kablarna och kontakterna i systemet. För att minimera avståndet mellan komponenterna listas onödig induktans för kretslayout,
speciellt i slingan mellan IGBT-drivrutinen och IGBT.
Försök görs för att eliminera brus och ringsignaler från marken mellan Arduino, optisk kopplare, drivrutin och IGBT.
Monteringen är svetsad på Veroboard.
Ett enkelt sätt att bygga en krets är att rita upp komponenterna i kretsschemat på veroboard innan man börjar svetsa.
Svetsning i väl ventilerade utrymmen.
Använd den ledande sökvägen för filen Scrath för att skapa ett gap mellan komponenter som inte ska anslutas.
Med DIP-förpackningar kan komponenter enkelt bytas ut.
Detta hjälper utan att behöva svetsa komponenter och lösa reservdelar när de misslyckas.
Jag använde bananpluggar (
Uttag i svart och rött)
För att enkelt koppla min strömförsörjning till veroboarden går det att hoppa över detta och tråden svetsas direkt till brädan.
Genom att inkludera Arduino pwm-biblioteket (
bifogat som en ZIP-fil).
En pi-kontroller av proportionell integrerad styrenhet
Används för att styra rotorns hastighet.
Förhållandet och integralförstärkningen kan beräknas eller uppskattas innan tillräcklig sättningstid och överskridande kan erhållas.
PI-regulatorn implementeras samtidigt med Arduino ()loop.
Varvräknaren mäter rotorns hastighet.
Använd analogRead för att mata in arduinos mätningar till en av de analoga ingångarna.
Felet beräknas genom att subtrahera det aktuella rotorvarvtalet från börvärdet för rotorhastigheten och ställas in så att det är lika med felet.
Tidsintegration görs genom att lägga till samplingstiden till varje slinga och ställa in den på samma tid, vilket ökar med varje iteration av slingan.
Arbetscykelintervallet som Arduino kan mata ut är från 0 till 255.
Använd pwmWrite i PWM-biblioteket för att beräkna arbetscykeln och mata ut den till den valda digitala utgången PWM-stift.
Implementering dubbelt fel för PI-regulator = ref-rpm;
Tid = tid 20e-6;
Dubbel pwm = initial kp * fel ki * tid * fel;
Implementering av PWMdouble sensor = analogRead (A1); pwmWrite(3, pwm-255);
Du kan se hela projektkoden i ArduinoCode. rar-fil.
Koden i filen justeras för att reversera drivrutinen.
Den omvända drivningen har följande effekt på kretsens driftcykel, vilket betyder new_dutycycle = 255-dutycycle.
För icke-inverterade frekvensomriktare kan detta ändras genom att vända på ovanstående ekvation.
Slutligen testades och mättes kretsen för att fastställa om de önskade resultaten uppnåddes.
Regulatorn är inställd på två olika hastigheter och laddas upp till arduino.
Strömmen är på.
Motorn accelererar snabbt snabbare än förväntat och stabiliseras sedan vid valda hastigheter.
Tekniken för denna styrmotor är mycket effektiv och kan fungera på alla DC-motorer.
