ไดรฟ์ความเร็วมอเตอร์กระแสตรง

คู่มือนี้จะให้รายละเอียดเกี่ยวกับการออกแบบ การจำลอง การสร้าง และการทดสอบตัวแปลง dc-dc และตัวควบคุมระบบควบคุมสำหรับโหมดสวิตช์มอเตอร์กระแสตรง
จากนั้นตัวแปลงจะถูกใช้สำหรับการควบคุมแบบดิจิทัลของมอเตอร์กระแสตรงแบบแบ่งโหลด
วงจรจะได้รับการพัฒนาและทดสอบในขั้นตอนต่างๆ
ระยะแรกจะสร้างตัวแปลงที่ทำงานที่ 40 โวลต์
ซึ่งทำเพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีการเหนี่ยวนำปรสิตจากสายไฟและส่วนประกอบวงจรอื่นๆ ที่สร้างความเสียหายให้กับไดรเวอร์ที่แรงดันไฟฟ้าสูง
ในเฟสที่สอง คอนเวอร์เตอร์จะทำงานมอเตอร์ที่แรงดันไฟฟ้า 400 V ที่โหลดสูงสุด
ขั้นตอนสุดท้ายคือการใช้ Arduino ควบคุมคลื่น pwm เพื่อปรับแรงดันไฟฟ้าและควบคุมความเร็วของมอเตอร์ด้วยโหลดแบบแปรผัน
ส่วนประกอบไม่ได้ราคาถูกเสมอไป ดังนั้นพยายามสร้างระบบให้ถูกที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้
ผลลัพธ์สุดท้ายของยูทิลิตี้นี้คือการสร้าง
ตัวแปลง dc-DC และตัวควบคุมระบบควบคุม ความเร็วของมอเตอร์จะถูกควบคุมภายใน 1% ที่จุดการตั้งค่าสถานะคงที่ และความเร็วจะถูกตั้งค่าภายใน 2 วินาทีภายใต้โหลดที่แปรผัน
มอเตอร์ที่มีอยู่ของฉันมีข้อกำหนดดังต่อไปนี้
ข้อมูลจำเพาะของมอเตอร์: กระดอง: 380 Vdc, 3. 6 A การกระตุ้น (สับเปลี่ยน): 380 Vdc, 0.
ความเร็ว: 1500 รอบ/นาที กำลัง: ประมาณ 1
แหล่งจ่ายไฟมอเตอร์ 1 kWDC = 380 V ออปโตคัปเปลอร์และแหล่งจ่ายไฟตัวขับ = 21 V ซึ่งหมายความว่าพิกัดกระแสและแรงดันไฟฟ้าสูงสุดของส่วนประกอบที่เชื่อมต่อหรือควบคุมกับมอเตอร์จะมีพิกัดที่สูงกว่าหรือเทียบเท่า
ไดโอดล้อแห้งที่มีเครื่องหมาย D1 ในแผนภาพวงจรใช้เพื่อจัดเตรียมเส้นทางการไหลไปยังศักย์ไฟฟ้าย้อนกลับของมอเตอร์ เพื่อป้องกันไม่ให้กระแสไฟฟ้าย้อนกลับและสร้างความเสียหายให้กับชุดประกอบเมื่อปิดเครื่อง
มอเตอร์ยังคงหมุนอยู่ (โหมดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า)
แรงดันย้อนกลับสูงสุดที่กำหนดคือ 600 V และกระแส DC ไปข้างหน้าสูงสุดคือ 15
ดังนั้นจึงสันนิษฐานได้ว่าไดโอดมู่เล่จะสามารถทำงานที่ระดับแรงดันและกระแสที่เพียงพอสำหรับงานนี้
IGBT ใช้เพื่อสลับแหล่งจ่ายไฟไปยังมอเตอร์โดยรับสัญญาณ pwm 5 v จาก Arduino ผ่านตัวเชื่อมต่อแบบออปติคอลและไดรเวอร์ IGBT เพื่อเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าของมอเตอร์ขนาดใหญ่มาก 380 V
กระแสสะสมต่อเนื่องสูงสุดของ IGBT ที่ใช้คือ 4
5A ที่อุณหภูมิจุดเชื่อมต่อ 100 °c
แรงดันไฟฟ้าของตัวปล่อยสูงสุดคือ 600 V
ดังนั้นจึงสันนิษฐานได้ว่าไดโอดมู่เล่สามารถทำงานได้ที่ระดับแรงดันและกระแสที่เพียงพอสำหรับการใช้งานจริง
สิ่งสำคัญคือต้องเพิ่มหม้อน้ำลงใน IGBT โดยเฉพาะอย่างยิ่งหม้อน้ำขนาดใหญ่
MOSFET สวิตช์แบบเร็วสามารถใช้งานได้โดยไม่ต้องใช้ IGBT
แรงดันไฟฟ้าเกณฑ์เกตของ IGBT อยู่ระหว่าง 3. 75 V ถึง 5.
75 V และต้องใช้ชุดขับเพื่อจ่ายแรงดันไฟฟ้านี้
วงจรทำงานที่ความถี่ 10 kHz ดังนั้นเวลาในการเปลี่ยน IGBT จะต้องเร็วกว่า 100 us นั่นคือเวลาของคลื่นเต็มหนึ่งคลื่น
เวลาในการเปลี่ยนของ IGBT คือ 15ns ซึ่งก็เพียงพอแล้ว
เวลาในการสลับของไดรเวอร์ TC4421 ที่เลือกคืออย่างน้อย 3000 เท่าของคลื่น PWM
เพื่อให้แน่ใจว่าไดรเวอร์สามารถสลับได้เร็วเพียงพอสำหรับการทำงานของวงจร
ไดรเวอร์จำเป็นต้องจ่ายกระแสไฟมากกว่าที่ Arduino สามารถให้ได้
ไดรเวอร์ได้รับกระแสไฟฟ้าที่จำเป็นในการใช้งาน IGBT จากแหล่งจ่ายไฟ ไม่ใช่จาก Arduino
นี่เป็นการปกป้อง Arduino เนื่องจากไฟฟ้าขัดข้องจะทำให้ Arduino ร้อนเกินไป ควันจะออกมา และ Arduino จะถูกทำลาย (
ทดลองและทดสอบแล้ว)
ไดรเวอร์จะถูกแยกออกจากไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ให้คลื่น PWM โดยใช้ตัวเชื่อมต่อแบบออปติคัล
โฟโตอิเล็กทริคคัปปลิ้งจะแยก Arduino ซึ่งเป็นส่วนสำคัญและมีค่าที่สุดของวงจรออกจากกันโดยสิ้นเชิง
สำหรับมอเตอร์ที่มีพารามิเตอร์ต่างกัน จำเป็นต้องเปลี่ยน IGBT เป็น IGBT ที่มีคุณสมบัติคล้ายกับมอเตอร์เท่านั้น ซึ่งสามารถรองรับแรงดันย้อนกลับที่ต้องการและกระแสสะสมต่อเนื่องได้
ตัวเก็บประจุ WIMA ใช้ร่วมกับตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าบนแหล่งจ่ายไฟของมอเตอร์
ซึ่งจะเก็บประจุของแหล่งจ่ายไฟที่เสถียร และที่สำคัญที่สุดคือช่วยขจัดความเหนี่ยวนำของสายเคเบิลและขั้วต่อในระบบ เพื่อลดระยะห่างระหว่างส่วนประกอบต่างๆ ให้เหลือน้อยที่สุด มีการแสดงรายการตัวเหนี่ยวนำที่ไม่จำเป็นสำหรับโครงร่างวงจร
โดยเฉพาะในการวนซ้ำระหว่างไดรเวอร์ IGBT และ IGBT
มีการพยายามกำจัดเสียงรบกวนและเสียงกริ่งจากกราวด์ระหว่าง Arduino, ตัวเชื่อมต่อแบบออปติคัล, ไดรเวอร์ และ IGBT
การประกอบถูกเชื่อมบน Veroboard
วิธีง่ายๆ ในการสร้างวงจรคือการวาดส่วนประกอบของแผนภาพวงจรบนเวโรบอร์ดก่อนเริ่มการเชื่อม
เชื่อมในบริเวณที่มีการระบายอากาศได้ดี
ใช้เส้นทางนำไฟฟ้าของไฟล์ Scrath เพื่อสร้างช่องว่างระหว่างส่วนประกอบที่ไม่ควรเชื่อมต่อ
ด้วยบรรจุภัณฑ์ DIP สามารถเปลี่ยนส่วนประกอบได้อย่างง่ายดาย
ซึ่งช่วยได้โดยไม่จำเป็นต้องเชื่อมส่วนประกอบและแก้ไขชิ้นส่วนทดแทนเมื่อล้มเหลว
ฉันใช้ปลั๊กกล้วย (
ช่องเสียบเป็นสีดำและสีแดง)
เพื่อให้เชื่อมต่อแหล่งจ่ายไฟเข้ากับ veroboard ได้อย่างง่ายดาย คุณสามารถข้ามขั้นตอนนี้ไปได้ และสายไฟก็เชื่อมเข้ากับบอร์ดโดยตรง
โดยรวม Arduino pwm Library (
แนบเป็นไฟล์ ZIP)
ตัวควบคุม pi ของตัวควบคุม Proportional Integral
ใช้เพื่อควบคุมความเร็วของโรเตอร์
สามารถคำนวณหรือประมาณอัตราส่วนและกำไรรวมได้ก่อนที่จะมีเวลาเพียงพอในการตกตะกอนและการถ่ายภาพเกินขนาด
ตัวควบคุม PI ถูกใช้งานพร้อมกันกับ Arduino ()loop
เครื่องวัดวามเร็วจะวัดความเร็วของโรเตอร์
ใช้ analogRead เพื่อป้อนการวัดของ Arduino ลงในอินพุตแบบอะนาล็อกตัวใดตัวหนึ่ง
ข้อผิดพลาดคำนวณโดยการลบความเร็วโรเตอร์ปัจจุบันออกจากความเร็วโรเตอร์ที่ตั้งไว้ และตั้งค่าให้เท่ากับข้อผิดพลาด
การรวมเวลาทำได้โดยการเพิ่มเวลาตัวอย่างลงในแต่ละลูปและตั้งค่าให้มีเวลาเท่ากัน ซึ่งจะเพิ่มขึ้นตามการวนซ้ำแต่ละครั้ง
ช่วงรอบการทำงานที่ Arduino สามารถส่งออกได้คือตั้งแต่ 0 ถึง 255
ใช้ pwmWrite ในไลบรารี PWM เพื่อคำนวณรอบการทำงานและส่งออกไปยังพิน PWM เอาต์พุตดิจิทัลที่เลือก
ข้อผิดพลาดในการใช้งานสองครั้งของตัวควบคุม PI = ref-rpm;
เวลา = เวลา 20e-6;
pwm สองเท่า = kp เริ่มต้น * ข้อผิดพลาด ki * เวลา * ข้อผิดพลาด;
การใช้งานเซ็นเซอร์คู่ PWM = analogRead (A1); pwmWrite(3,pwm-255);
คุณสามารถดูรหัสโครงการทั้งหมดได้ใน ArduinoCode ไฟล์ rar
รหัสในไฟล์ได้รับการปรับให้ย้อนกลับไดรเวอร์
การขับเคลื่อนถอยหลังมีผลกระทบต่อรอบการทำงานของวงจรดังต่อไปนี้ ซึ่งหมายถึง new_dutycycle = 255-dutycycle
สำหรับไดรฟ์ที่ไม่กลับหัว สามารถเปลี่ยนได้โดยการกลับสมการข้างต้น
ในที่สุด วงจรก็ได้รับการทดสอบและวัดผลเพื่อดูว่าได้ผลลัพธ์ตามที่ต้องการหรือไม่
คอนโทรลเลอร์ถูกตั้งค่าเป็นความเร็วที่แตกต่างกันสองระดับและอัปโหลดไปยัง Arduino
เปิดเครื่องอยู่
มอเตอร์เร่งความเร็วเร็วกว่าที่คาดไว้ จากนั้นจึงทรงตัวที่ความเร็วที่เลือก
เทคโนโลยีของมอเตอร์ควบคุมนี้มีประสิทธิภาพมากและสามารถทำงานกับมอเตอร์กระแสตรงทั้งหมดได้