Pemacu Kelajuan Motor DC: 4 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:12

Instruksional ini akan menghuraikan reka bentuk, simulasi, pembinaan dan pengujian mod penukar dc ke dc dan pengawal sistem kawalan untuk motor DC. Penukar ini kemudian akan digunakan untuk kawalan digital untuk motor shunt dc dengan beban. Litar akan dibangunkan dan diuji dalam fasa yang berbeza.

Fasa pertama ialah membina penukar untuk beroperasi pada 40V. Ini dilakukan untuk memastikan bahawa mereka tidak ada induktansi parasit dari wayar dan komponen litar lain yang boleh merosakkan pemandu pada voltan tinggi. Pada peringkat kedua penukar akan mengoperasikan motor pada 400 V dengan beban maksimum. Tahap terakhir adalah untuk mengawal kelajuan motor dengan beban berubah dengan arduino mengawal gelombang pwm untuk menyesuaikan voltan.

Komponen tidak selalu murah dan oleh itu usaha dibuat untuk membina sistem semurah mungkin. Hasil akhir dari praktik ini ialah membina penukar dc-dc dan pengawal sistem kawalan untuk mengawal kelajuan motor dalam lingkungan 1% pada titik yang ditetapkan dalam keadaan mantap dan mengatur kelajuan dalam 2an dengan beban yang berubah-ubah.

Langkah 1: Pemilihan dan Spesifikasi Komponen

Motor yang saya ada mempunyai spesifikasi berikut.

Spesifikasi Motor: Armature: 380 Vdc, 3.6 A

Pengujaan (Shunt): 380 Vdc, 0.23 A

Kelajuan dinilai: 1500 r / min

Kuasa: ≈ 1.1 kW

Bekalan kuasa Motor DC = 380V

Bekalan kuasa optocoupler dan pemacu = 21V

Ini bermaksud bahawa arus dan voltan maksimum komponen yang disambungkan ke atau mengawal motor akan mempunyai penilaian yang lebih tinggi atau setara.

Dioda freewheel, dilabel sebagai D1 dalam rajah litar, digunakan untuk memberikan jalan balik motor untuk mengalir arus agar tidak membalikkan dan merosakkan komponen ketika daya dimatikan dan motor masih berputar (mod generator). Ia dinilai untuk voltan terbalik maksimum 600V dan arus DC ke hadapan maksimum 15 A. Oleh itu, dapat diandaikan bahawa diod roda gila akan dapat beroperasi pada tahap voltan dan arus yang mencukupi untuk tugas ini.

IGBT digunakan untuk menukar kuasa ke motor dengan menerima isyarat pwm 5V dari Arduino melalui pemacu optocoupler dan IGBT untuk menukar voltan bekalan motor 380V yang sangat besar. IGBT yang digunakan mempunyai arus pemungut berterusan maksimum 4.5A pada suhu persimpangan 100 ° C. Voltan pemancar pengumpul maksimum ialah 600V. Oleh itu, dapat diandaikan bahawa diod roda roda dapat beroperasi pada tahap voltan dan arus yang mencukupi untuk praktik. Penting untuk menambahkan heatsink ke IGBT sebaiknya yang besar. Sekiranya IGBT tidak tersedia, MOSFET beralih cepat boleh digunakan.

IGBT mempunyai voltan ambang pintu antara 3,75 V dan 5,75 V dan pemandu diperlukan untuk memberikan voltan ini. Kekerapan litar akan dikendalikan adalah 10 kHz sehingga masa peralihan IGBT perlu pesanan lebih cepat daripada 100 kita, masa satu gelombang penuh. Masa beralih untuk IGBT adalah 15ns yang mencukupi.

Pemacu TC4421 yang dipilih mempunyai masa beralih sekurang-kurangnya 3000 kali gelombang PWM. Ini memastikan bahawa pemandu dapat beralih dengan cukup pantas untuk operasi litar. Pemandu diperlukan untuk memberikan arus lebih banyak daripada yang dapat diberikan oleh Arduino. Pemandu memperoleh arus yang diperlukan untuk mengoperasikan IGBT dari bekalan kuasa dan bukannya menariknya dari Arduino. Ini untuk melindungi Arduino kerana menarik banyak tenaga akan memanaskan Arduino dan asap akan keluar dan Arduino akan hancur (cuba dan diuji).

Pemacu akan diasingkan dari mikrokontroler yang menyediakan gelombang PWM dengan menggunakan optocoupler. Optocoupler Mengasingkan sepenuhnya Arduino yang merupakan bahagian terpenting dan berharga dalam rangkaian anda.

Untuk motor dengan parameter yang berbeza, hanya IGBT yang perlu ditukar menjadi satu dengan ciri yang serupa dengan motor yang dapat menangani voltan terbalik dan arus arus pemungut berterusan yang diperlukan.

Kapasitor WIMA digunakan bersama dengan kapasitor elektrolitik melintasi bekalan kuasa motor. Ini menyimpan caj untuk menstabilkan bekalan kuasa dan yang paling penting membantu menghilangkan induktansi dari kabel dan penyambung dalam sistem

Langkah 2: Bangunan dan Susun atur

Susun atur rangkaian disusun untuk meminimumkan jarak antara komponen untuk menghilangkan induktansi yang tidak perlu. Ini dilakukan terutamanya dalam hubungan antara pemacu IGBT dan IGBT. Percubaan dilakukan untuk menghilangkan kebisingan dan deringan dengan ketahanan besar yang dibumikan antara Arduino, Optocoupler, Driver dan IGBT.

Komponennya disolder ke papan kenyataan. Kaedah mudah untuk membina litar adalah dengan menarik komponen rajah litar di papan kenyataan sebelum anda mula menyolder. Pateri di kawasan yang berventilasi baik. Gores jalur konduktif dengan fail untuk membuat jurang antara komponen yang tidak boleh dihubungkan. Gunakan pakej DIP supaya komponen dapat diganti dengan mudah. Ini membantu apabila komponen tidak perlu kemudian menyoldernya dan menyelesaikan bahagian penggantinya.

Saya menggunakan palam pisang (soket hitam dan merah) untuk menyambungkan bekalan kuasa saya dengan mudah ke papan kenyataan, ini boleh dilangkau dan wayar disolder terus ke papan litar.

Langkah 3: Memprogram Arduino

Gelombang pwm dihasilkan dengan memasukkan perpustakaan Arduino PWM (dilampirkan sebagai fail ZIP). Pengawal integral berkadar PI pengawal) digunakan untuk mengawal kelajuan pemutar. Keuntungan proporsional dan tidak dapat dikira atau dianggarkan sehingga masa penyelesaian dan overhoot mencukupi.

Pengawal PI dilaksanakan dalam gelung sementara () Arduino. Tachometer mengukur kelajuan pemutar. Input pengukuran ini ke arduino menjadi salah satu input analog menggunakan analogRead. Kesalahan dikira dengan mengurangkan kelajuan pemutar semasa dari kelajuan pemutar setpoint dan tetapkan sama dengan ralat. Penggabungan waktu dilakukan dengan menambahkan sampel waktu ke masa setiap gelung dan menetapkannya sama dengan waktu dan dengan itu meningkat dengan setiap lelaran gelung. Kitaran tugas yang dapat dihasilkan oleh arduino antara 0 hingga 255. Kitaran tugas dikira dan output ke pin PWM output digital yang dipilih dengan pwmWrite dari perpustakaan PWM.

Pelaksanaan pengawal selia PI

ralat berganda = ref - rpm;

Masa = Masa + 20e-6;

double pwm = awal + kp * ralat + ki * Kesalahan masa *;

Pelaksanaan PWM

sensor berganda = analogRead (A1);

pwmWrite (3, pwm-255);

Kod projek penuh dapat dilihat dalam fail ArduinoCode.rar. Kod dalam fail disesuaikan untuk pemacu terbalik. Pemandu terbalik mempunyai kesan berikut pada kitaran tugas litar yang bermaksud new_dutycycle = 255 -dutycycle. Ini boleh diubah untuk pemacu yang tidak membalikkan dengan membalikkan persamaan di atas.

Langkah 4: Ujian dan Kesimpulan

Litar akhirnya diuji dan pengukuran dilakukan untuk menentukan apakah hasil yang diinginkan telah dicapai. Pengawal ditetapkan pada dua kelajuan yang berbeza dan dimuat naik ke arduino. Bekalan kuasa dihidupkan. Motor memecut dengan cepat melepasi kelajuan yang diinginkan kemudian bergerak pada kelajuan yang dipilih.

Teknik mengendalikan motor ini sangat berkesan dan akan berfungsi pada semua motor DC.