DC Motor Speed Drive: 4 Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:15

Ang itinuturo na ito ay magpapaliwanag sa disenyo, simulation, pagbuo at pagsubok ng isang switch mode dc sa dc converter at control system controller para sa isang DC motor. Ang converter na ito ay gagamitin para sa digital control para sa isang shunt dc motor na may karga. Ang circuit ay bubuo at masubukan sa iba't ibang mga phase.

Ang unang yugto ay upang bumuo ng isang converter upang mapatakbo sa 40V. Ginagawa ito upang matiyak na ang mga ito ay hindi inductance ng parasito mula sa mga wire at iba pang mga bahagi ng circuit na maaaring makapinsala sa driver sa mataas na voltages. Sa pangalawang yugto ang converter ay nagpapatakbo ng motor sa 400 V na may isang maximum na karga. Ang pangwakas na yugto ay upang makontrol ang bilis ng motor na may variable na pag-load gamit ang pagkontrol ng arduino ng pwm alon upang ayusin ang boltahe.

Ang mga bahagi ay hindi palaging mura at sa gayon isang pagtatangka ay ginawa upang maitayo ang system nang mura hangga't maaari. Ang huling resulta ng praktikal na ito ay upang bumuo ng isang dc-dc converter at isang control system control upang makontrol ang bilis ng motor sa loob ng 1% sa isang itinakdang punto sa matatag na estado at maitakda ang bilis sa loob ng 2s na may variable variable.

Hakbang 1: Pagpili ng Mga Bahagi at Mga Pagtukoy

Ang motor na magagamit ko ay may mga sumusunod na pagtutukoy.

Mga Pagtukoy sa Motor: Armature: 380 Vdc, 3.6 A

Pagkaganyak (Shunt): 380 Vdc, 0.23 A

Na-rate na bilis: 1500 r / min

Lakas: ≈ 1.1 kW

DC Motor supply ng kuryente = 380V

Optocoupler at power supply ng driver = 21V

Ito ay magpapahiwatig na ang maximum na kasalukuyang at boltahe na rating ng mga bahagi na konektado o pagkontrol sa motor ay may mas mataas o katumbas na mga rating.

Ang freewheel diode, na may label na D1 sa circuit diagram, ay ginagamit upang bigyan ang reverse emf ng motor ng isang landas na dumaloy na pumipigil sa kasalukuyang pagtalikod at makapinsala sa mga bahagi kapag ang kuryente ay nakasara at ang motor ay pa rin (ang mode ng generator). Ito ay na-rate para sa isang maximum na boltahe ng baligtad na 600V at isang maximum na kasalukuyang pasulong DC ng 15 A. Samakatuwid maaari itong ipalagay na ang flywheel diode ay maaaring gumana sa isang sapat na boltahe at kasalukuyang antas para sa gawaing ito.

Ginagamit ang IGBT upang ilipat ang lakas sa motor sa pamamagitan ng pagtanggap ng isang 5V pwm signal mula sa Arduino sa pamamagitan ng optocoupler at IGBT driver upang ilipat ang napakalaking boltahe ng suplay ng motor na 380V. Ang ginamit na IGBT ay may maximum na kasalukuyang kolektor ng 4.5A sa isang temperatura ng kantong ng 100 ° C. Ang maximum na boltahe ng emitor ng kolektor ay 600V. Samakatuwid maaari itong ipagpalagay na ang flywheel diode ay maaaring gumana sa isang sapat na boltahe at kasalukuyang antas para sa praktikal. Mahalagang magdagdag ng isang heatsink sa IGBT mas mabuti ang isang malaki. Kung ang mga IGBT ay hindi magagamit isang mabilis na paglipat ng MOSFET ay maaaring magamit.

Ang IGBT ay mayroong boltahe ng threshold ng gate na nasa pagitan ng 3.75 V at 5.75 V at kinakailangan ng isang driver upang maihatid ang boltahe na ito. Ang dalas kung saan ang pagpapatakbo ng circuit ay 10 kHz kaya ang mga oras ng paglipat ng IGBT ay kailangang maging mga order na mas mabilis kaysa sa 100 sa amin, ang oras ng isang buong alon. Ang oras ng paglipat para sa IGBT ay 15ns na sapat.

Ang driver ng TC4421 na napili ay may mga oras ng paglipat ng hindi bababa sa 3000 beses ang PWM alon. Tinitiyak nito na ang driver ay nakapaglipat ng sapat na mabilis para sa operasyon ng circuit. Kailangan ng driver upang makapagbigay ng mas maraming kasalukuyang kaysa sa maibigay ng Arduino. Nakukuha ng drayber ang kinakailangang kasalukuyang upang mapatakbo ang IGBT mula sa suplay ng kuryente sa halip na hilahin ito mula sa Arduino. Ito ay upang maprotektahan ang Arduino dahil ang pagguhit sa maraming lakas ay magpapainit sa Arduino at lalabas ang usok at ang Arduino ay mawawasak (sinubukan at nasubok).

Ang driver ay ihiwalay mula sa microcontroller na nagbibigay ng PWM alon sa pamamagitan ng paggamit ng isang optocoupler. Ang optocoupler ay ganap na Isolated ang Arduino na kung saan ay ang pinakamahalaga at mahalagang bahagi ng iyong circuit.

Para sa mga motor na may iba't ibang mga parameter ang IGBT lamang ang kailangang mapalitan ng isa na may katulad na mga katangian sa motor na makakayanan ang reverse boltahe at tuloy-tuloy na kasalukuyang kolektor na kinakailangan.

Ang isang capacitor ng WIMA ay ginagamit kasabay ng isang electrolytic capacitor sa kabila ng power supply ng motor. Nag-iimbak ito ng singil upang patatagin ang suplay ng kuryente at ang pinakamahalaga ay nakakatulong na alisin ang mga inductance mula sa mga kable at konektor sa system

Hakbang 2: Pagbuo at Layout

Ang layout ng circuit ay itinakda upang mabawasan ang distansya sa pagitan ng mga bahagi upang matanggal ang mga hindi kinakailangang inductance. Ginawa ito lalo na sa loop sa pagitan ng driver ng IGBT at ng IGBT. Isang pagtatangka ay ginawa upang maalis ang ingay at tugtog na may malalaking resistensya na pinagbatayan sa pagitan ng Arduino, Optocoupler, Driver at IGBT.

Ang mga bahagi ay solder papunta sa isang Veroboard. Ang isang madaling paraan upang mabuo ang circuit ay upang iguhit ang mga bahagi ng diagram ng circuit sa veroboard bago ka magsimula sa paghihinang. Maghinang sa isang mahusay na maaliwalas na lugar. Scrath ang kondaktibong landas ng isang file upang lumikha ng isang puwang sa pagitan ng mga bahagi na hindi dapat na konektado. Gumamit ng mga pakete ng DIP upang madaling mapalitan ang mga sangkap. Nakakatulong ito kapag nabigo ang mga sangkap na hindi pagkatapos ay kailangang maghinang ito at lutasin ang bahagi ng kapalit.

Gumamit ako ng mga plugs ng saging (itim at pula na mga socket) upang madaling ikonekta ang aking mga supply ng kuryente sa veroboard maaari itong laktawan at direktang na-solder ang mga wire sa circuit board.

Hakbang 3: Programming ang Arduino

Ang alon ng pwm ay nabuo sa pamamagitan ng pagsasama ng Arduino PWM library (nakakabit bilang isang ZIP file). Ang isang proporsyonal na integral controller na PI controller) ay ginagamit upang makontrol ang bilis ng rotor. Ang proporsyonal at integral na pakinabang ay maaaring kalkulahin o tantyahin hanggang sa sapat na mga oras ng pag-aayos at makuha ang mga overshoot.

Ang PI control ay ipinatupad sa Arduino's habang () loop. Sinusukat ng Tachometer ang bilis ng rotor. Ang input ng pagsukat na ito sa arduino sa isa sa mga analog na input na gumagamit ng analogRead. Ang error ay kinakalkula sa pamamagitan ng pagbawas sa kasalukuyang bilis ng rotor mula sa bilis ng setpoint rotor at itinakda na katumbas ng error. Ang pagsasama ng oras ay ginawa sa pamamagitan ng pagdaragdag ng sample na oras sa oras bawat loop at pagtatakda nito katumbas ng oras at sa gayon ay nagdaragdag sa bawat pag-ulit ng loop. Ang cycle ng tungkulin na maaaring ma-output ng arduino ay saklaw mula 0 hanggang 255. Ang cycle ng tungkulin ay kinakalkula at output sa napiling digital output PWM pin na may pwmWrite mula sa PWM library.

Pagpapatupad ng PI controller

double error = ref - rpm;

Oras = Oras + 20e-6;

doble pwm = paunang + kp * error + ki * Oras * na error;

Pagpapatupad ng PWM

double sensor = analogRead (A1);

pwmWrite (3, pwm-255);

Ang buong code ng proyekto ay maaaring makita sa ArduinoCode.rar file. Ang code sa file ay naayos para sa isang inverting driver. Ang inverting driver ay may sumusunod na epekto sa circuit duty cycle na nangangahulugang new_dutycycle = 255 -dutycycle. Maaari itong mabago para sa mga hindi pag-invertong driver sa pamamagitan ng pag-reverse sa equation sa itaas.

Hakbang 4: Pagsubok at Konklusyon

Sa wakas ay nasubukan ang circuit at kinuha ang mga pagsukat upang matukoy kung ang nais na resulta ay nakamit. Ang controller ay nakatakda sa dalawang magkakaibang bilis at na-upload sa arduino. Ang mga power supply ay nakabukas. Mabilis na pinabilis ng motor ang nais na bilis at pagkatapos ay tumira sa napiling bilis.

Ang pamamaraan na ito ng pagkontrol sa isang motor ay napaka epektibo at gagana sa lahat ng DC motor.