điều khiển tốc độ động cơ dc

Sách hướng dẫn này sẽ trình bày 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 mạch động cơ dc.
Sau đó, bộ chuyển đổi sẽ được sử dụng để điều khiển kỹ thuật số động cơ DC Shunt tải.
Mạch sẽ được phát triển và thử nghiệm ở các giai đoạn khác nhau.
Giai đoạn đầu tiên sẽ xây dựng một bộ chuyển đổi hoạt động ở điện áp 40 v.
Điều này được thực hiện để đảm bảo rằng chúng không có điện cảm ký sinh từ dây dẫn và các thành phần mạch khác làm hỏng trình điều khiển ở điện áp cao.
Ở 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 thay đổi.
Các thành phần không phải lúc nào cũng rẻ, vì vậy hãy cố gắng xây dựng hệ thống càng rẻ càng tốt.
Kết quả cuối cùng của tiện ích này sẽ là xây dựng
bộ điều khiển hệ thống điều khiển và bộ chuyển đổi dc-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 dưới tải thay đổi.
Động cơ hiện tại của tôi có các thông số kỹ thuật sau.
Thông số kỹ thuật của động cơ: Phần ứng: 380 Vdc, 3.6 AExcite (Shunt): 380 Vdc, 0.
Tốc độ: 1500 r/min Công suất: khoảng 1.
1 kWDC Nguồn điện cho động cơ = 380 Bộ ghép nối quang và nguồn điện cho bộ điều khiển = 21 VĐiều này có nghĩa là định mức dòng điện và điện áp tối đa của các bộ phận được kết nối hoặc điều khiển với động cơ sẽ có định mức cao hơn hoặc tương đương.
Diode bánh xe khô được đánh dấu là D1 trong sơ đồ mạch được sử dụng để cung cấp đường dẫn đến điện thế ngược của động cơ nhằm ngăn dòng điện đảo ngược và làm hỏng cụm khi tắt nguồn -
Động cơ vẫn quay (chế độ máy phát điện).
Điện áp ngược tối đa định mức là 600 V và dòng điện một chiều chuyển tiếp 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 đổi nguồn điện cho động cơ bằng cách nhận tín hiệu 5 v pwm từ Arduino thông qua bộ ghép quang và trình điều khiển IGBT để chuyển đổi 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 tiếp giáp 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 điện áp và dòng điện đủ cho ứng dụng thực tế.
Điều quan trọng là phải thêm bộ tản nhiệt vào IGBT, tốt nhất là bộ tản nhiệt lớn.
MOSFET chuyển mạch 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 nên thời gian chuyển mạch của IGBT cần phải nhanh hơn 100 us, tức là thời gian của một 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 gấp 3000 lần thời gian chuyển đổi của sóng xung lực.
Điều này đảm bảo rằng người lái xe có thể chuyển đổi đủ nhanh để vận hành mạch.
Trình điều khiển được yêu cầu cung cấp nhiều dòng điện hơn mức Arduino có thể cung cấp.
Trình điều khiển nhận dòng điện cần thiết để vận hành IGBT từ nguồn điện chứ không phải từ Arduino.
Việc này nhằm bảo vệ Arduino vì khi mất điện sẽ làm Arduino quá nóng, khói sẽ bay ra và Arduino sẽ bị phá hủy (
Đã thử và kiểm tra).
Trình điều khiển sẽ được cách ly khỏi bộ điều khiển vi mô cung cấp sóng xung điều khiển bằng cách sử dụng bộ ghép quang.
Bộ ghép quang điện cách ly hoàn toàn Arduino, đây là phần quan trọng và có giá trị nhất của mạch điện.
Đối với các động cơ có thông số khác nhau, chỉ cần thay đổi IGBT thành IGBT có đặc tính tương tự động cơ, có thể xử lý điện áp ngược và dòng thu liên tục cần thiết.
Tụ WIMA được sử dụng cùng với tụ điện 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 trí mạch được liệt kê.
Đặc biệt là trong vòng lặp giữa trình điều khiển IGBT và IGBT.
Các nỗ lực được thực hiện để loại bỏ tiếng ồn và tiếng chuông 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 điện là vẽ các thành phần của sơ đồ mạch điện lên veroboard trước khi bắt đầu hàn.
Hàn ở nơi thông thoáng.
Sử dụng đường dẫn của file Scrath để tạo khoảng cách giữa các thành phần không nên kết nối.
Với bao bì DIP, các bộ phận có thể được thay thế dễ dàng.
Điều này giúp không cần phải hàn các bộ phận và giải quyết các bộ phận thay thế khi chúng bị hỏng.
Tôi đã sử dụng phích cắm chuối (
Ổ cắm màu đen và đỏ)
Để dễ dàng kết nối nguồn điện của tôi với veroboard, bạn có thể bỏ qua bước này và dây được hàn trực tiếp vào bảng.
Bằng cách bao gồm Thư viện Arduino pwm (
Được đính kèm dưới dạng tệp ZIP).
Bộ điều khiển pi của bộ điều khiển tích phân tỷ lệ
Dùng để điều khiển tốc độ của rôto.
Tỷ lệ và độ lợi tích phân có thể được tính toán hoặc ước tính trước khi có đủ thời gian ổn định và độ vọt lố.
Bộ điều khiển PI được triển khai đồng thời với vòng lặp Arduino().
Máy đo tốc độ đo tốc độ của rôto.
Sử dụng analogRead để nhập số đo của arduino vào một trong các đầu vào analog.
Sai số được tính bằng cách lấy tốc độ điểm đặt của rôto trừ đi tốc độ rôto hiện tại và đặt bằng sai số.
Việc tích hợp thời gian được thực hiện bằng cách thêm thời gian mẫu vào mỗi vòng lặp và đặt thời gian bằng nhau, do đó tăng lên sau mỗi 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 việnPWM để tính toán chu kỳ nhiệm vụ và xuất nó tới chânPWM đầu ra kỹ thuật số đã chọn.
Lỗi kép thực hiện của bộ điều khiển PI = ref-rpm;
Thời gian = thời gian 20e-6;
pwm đôi = kp ban đầu * lỗi ki * thời gian * lỗi;
Triển khai cảm biến đôiPWM=analogRead(A1); pwmWrite(3, pwm-255);
Bạn có thể xem mã dự án hoàn chỉnh trong ArduinoCode. tập tin rar.
Mã trong file được điều chỉnh để đảo ngược trình điều khiển.
Bộ truyền động lùi có tác dụng như sau đối với chu kỳ làm việc của mạch, có nghĩa là new_dutycycle = 255-dutycycle.
Đối với các bộ truyền động không đảo, điều này có thể được thay đổi bằng cách đảo ngược phương trình trên.
Cuối cùng, mạch được kiểm tra và đo lường để xác định xem có đạt được kết quả mong muốn hay không.
Bộ điều khiển được đặt ở hai tốc độ khác nhau và được tải lên arduino.
Nguồn đang bật.
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.