Hướng dẫn này sẽ chi tiết về thiết kế, mô phỏng, xây dựng và thử nghiệm bộ chuyển đổi DC-DC và bộ điều khiển hệ thống điều khiển cho chế độ chuyển đổi động cơ DC.
Bộ chuyển đổi sau đó sẽ được sử dụng để điều khiển kỹ thuật số của động cơ DC shunt tải.
Mạch sẽ được phát triển và thử nghiệm ở các giai đoạn khác nhau.
Pha đầu tiên sẽ xây dựng một bộ chuyển đổi hoạt động ở mức 40 v.
Điều này được thực hiện để đảm bảo rằng chúng không có độ tự cảm ký sinh từ dây và các thành phần mạch khác làm hỏng trình điều khiển ở điện áp cao.
Trong giai đoạn thứ hai, bộ chuyển đổi sẽ chạy động cơ ở điện áp 400 V ở mức tải tối đa.
Giai đoạn cuối cùng là sử dụng Arduino để điều khiển sóng PWM để điều chỉnh điện áp và điều khiển tốc độ của động cơ với tải biến đổi.
Các thành phần không phải lúc nào cũng rẻ, vì vậy hãy cố gắng xây dựng hệ thống với giá rẻ nhất có thể.
Kết quả cuối cùng của tiện ích này sẽ là xây dựng
bộ điều khiển hệ thống điều khiển và bộ điều khiển DC, tốc độ động cơ được điều khiển trong phạm vi 1% tại điểm cài đặt trạng thái ổn định và tốc độ được đặt trong vòng 2 giây.
Động cơ hiện tại của tôi có các thông số kỹ thuật sau đây.
Đặc điểm kỹ thuật của động cơ: Phần ứng: 380 VDC, 3. 6 Aexcition (Shunt): 380 VDC, 0.
Tốc độ: 1500 R/MinPower: Khoảng
1
Diode bánh xe khô được đánh dấu là D1 trong sơ đồ mạch được sử dụng để cung cấp đường dẫn dòng chảy đến điện thế ngược của động cơ để ngăn dòng điện quay và làm hỏng lắp ráp khi công suất tắt-
động cơ vẫn đang quay (chế độ máy phát).
Điện áp đảo ngược tối đa được định mức là 600 V và dòng DC phía trước tối đa là 15.
Do đó, có thể giả định rằng diode bánh đà sẽ có thể hoạt động ở mức điện áp và dòng điện đủ cho nhiệm vụ này.
IGBT được sử dụng để chuyển nguồn điện sang động cơ bằng cách nhận tín hiệu 5 V PWM từ Arduino thông qua bộ ghép quang và trình điều khiển IGBT để chuyển điện áp cung cấp động cơ 380 V rất lớn.
Dòng thu liên tục tối đa của IGBT được sử dụng là 4.
5A ở nhiệt độ ngã ba 100 ° C
Điện áp bộ phát tối đa là 600 V.
Do đó, có thể giả định rằng diode bánh đà có thể hoạt động ở mức đủ điện áp và hiện tại cho ứng dụng thực tế.
Điều quan trọng là thêm bộ tản nhiệt vào IGBT, tốt nhất là một bộ tản nhiệt lớn.
MOSFET chuyển đổi nhanh có thể được sử dụng mà không cần IGBT.
Điện áp ngưỡng cổng của IGBT nằm trong khoảng từ 3. 75 V đến 5.
75 V và cần có ổ đĩa để cung cấp điện áp này.
Mạch hoạt động ở tần số 10 kHz, do đó thời gian chuyển đổi của IGBT cần nhanh hơn 100 US, nghĩa là thời gian của một làn sóng đầy đủ.
Thời gian chuyển đổi của IGBT là 15ns, là đủ.
Thời gian chuyển đổi của trình điều khiển TC4421 đã chọn ít nhất 3000 lần so với sóng PWM.
Điều này đảm bảo rằng trình điều khiển có thể chuyển đổi đủ nhanh để vận hành mạch.
Người lái xe được yêu cầu cung cấp nhiều dòng hơn so với Arduino có thể cung cấp.
Người lái xe có được dòng điện cần thiết để vận hành IGBT từ nguồn điện chứ không phải từ Arduino.
Điều này là để bảo vệ Arduino vì sự cố mất điện sẽ quá nóng Arduino, khói sẽ chảy ra và Arduino sẽ bị phá hủy (
đã thử và thử nghiệm).
Trình điều khiển sẽ được phân lập từ bộ điều khiển vi mô cung cấp sóng PWM bằng cách sử dụng bộ ghép quang.
Bộ ghép quang điện hoàn toàn cô lập hoàn toàn Arduino, đây là phần quan trọng nhất và có giá trị của mạch.
Đối với các động cơ có các tham số khác nhau, chỉ cần thay đổi IGBT thành IGBT với các thuộc tính tương tự với động cơ, có thể xử lý điện áp ngược yêu cầu và dòng thu thập liên tục.
Tụ điện WIMA được sử dụng cùng với tụ điện điện phân trên nguồn điện động cơ.
Điều này lưu trữ điện tích của nguồn điện ổn định và quan trọng nhất là giúp loại bỏ độ tự cảm của cáp và đầu nối trong hệ thống. Để giảm thiểu khoảng cách giữa các thành phần, độ tự cảm không cần thiết cho bố cục mạch được liệt kê
đặc biệt là trong vòng lặp giữa trình điều khiển IGBT và IGBT.
Những nỗ lực được thực hiện để loại bỏ tiếng ồn và vang lên từ mặt đất giữa Arduino, bộ ghép quang, trình điều khiển và IGBT.
Việc lắp ráp được hàn trên veroboard.
Một cách dễ dàng để xây dựng một mạch là vẽ các thành phần của sơ đồ mạch trên veroboard trước khi bắt đầu hàn.
Hàn trong các khu vực thông gió tốt.
Sử dụng đường dẫn dẫn điện của scrath tệp để tạo khoảng cách giữa các thành phần không nên kết nối.
Với bao bì nhúng, các thành phần có thể được thay thế dễ dàng.
Điều này giúp mà không cần các thành phần hàn và giải quyết các bộ phận thay thế khi chúng bị lỗi.
Tôi đã sử dụng phích cắm chuối (
ổ cắm màu đen và đỏ)
để dễ dàng kết nối nguồn điện của mình với veroboard, có thể bỏ qua cái này và dây được hàn trực tiếp vào bảng.
Bằng cách bao gồm thư viện Arduino PWM (
được đính kèm dưới dạng tệp zip).
Một bộ điều khiển PI của bộ điều khiển tích phân tỷ lệ
được sử dụng để điều khiển tốc độ của rôto.
Tỷ lệ và mức tăng tích phân có thể được tính hoặc ước tính trước khi có đủ thời gian giải quyết và có thể thu được quá mức.
Bộ điều khiển PI được triển khai đồng thời với vòng lặp arduino ().
Máy đo tốc độ đo tốc độ của rôto.
Sử dụng analograd để nhập các phép đo của Arduino vào một trong các đầu vào tương tự.
Lỗi được tính toán bằng cách trừ tốc độ rôto hiện tại từ tốc độ rôto điểm đặt và được đặt thành bằng lỗi.
Tích hợp thời gian được thực hiện bằng cách thêm thời gian mẫu vào mỗi vòng và đặt nó thành thời gian bằng nhau, do đó tăng theo từng lần lặp của vòng lặp.
Phạm vi chu kỳ nhiệm vụ mà Arduino có thể xuất ra là từ 0 đến 255.
Sử dụng PWMWRITE trong thư viện PWM để tính toán chu kỳ nhiệm vụ và xuất nó vào chân PWM đầu ra kỹ thuật số được chọn.
Thực hiện lỗi kép của bộ điều khiển pi = ref-rpm;
Thời gian = Thời gian 20e-6;
Double pwm = Kp ban đầu * lỗi ki * thời gian * lỗi;
Thực hiện cảm biến pwmdouble = analogread (A1); PWMWRITE (3, PWM-255);
Bạn có thể thấy mã dự án hoàn chỉnh trong Arduinocode. Tệp rar.
Mã trong tệp được điều chỉnh để đảo ngược trình điều khiển.
Ổ đĩa ngược có tác dụng sau đối với chu kỳ nhiệm vụ mạch, có nghĩa là new_dutycycle = 255-dutycycle.
Đối với các ổ đĩa không đảo ngược, điều này có thể được thay đổi bằng cách đảo ngược phương trình trên.
Cuối cùng, mạch đã được kiểm tra và đo lường để xác định xem có đạt được kết quả mong muốn hay không.
Bộ điều khiển được đặt thành hai tốc độ khác nhau và được tải lên Arduino.
Sức mạnh là trên.
Động cơ nhanh chóng tăng tốc nhanh hơn dự kiến và sau đó ổn định ở tốc độ đã chọn.
Công nghệ của động cơ điều khiển này rất hiệu quả và có thể hoạt động trên tất cả các động cơ DC.
