سرعت موتور DC: 4 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:57

این دستورالعمل طراحی ، شبیه سازی ، ساخت و آزمایش مبدل حالت DC به DC و کنترل کننده سیستم کنترل موتور DC را توضیح می دهد. این مبدل سپس برای کنترل دیجیتال برای موتور dc dunt با بار استفاده می شود. مدار در مراحل مختلف توسعه و آزمایش می شود.

فاز اول ساخت مبدل برای کار با ولتاژ 40 ولت خواهد بود. این کار به منظور اطمینان از عدم وجود القای انگلی از سیم ها و سایر اجزای مدار است که می تواند در ولتاژهای بالا به راننده آسیب برساند. در مرحله دوم مبدل موتور را در 400 ولت با حداکثر بار کار می کند. مرحله نهایی کنترل سرعت موتور با بار متغیر با آردوینو کنترل موج pwm برای تنظیم ولتاژ است.

اجزای سازنده همیشه ارزان نیستند و بنابراین سعی شد سیستم تا حد ممکن ارزان قیمت ساخته شود. نتیجه نهایی این روش ساخت یک مبدل dc-dc و یک کنترل کننده سیستم کنترل برای کنترل سرعت موتور در 1٪ در یک نقطه تنظیم شده در حالت پایدار و تنظیم سرعت در 2 ثانیه با بار متغیر خواهد بود.

مرحله 1: انتخاب قطعات و مشخصات

موتوری که در دسترس داشتم مشخصات زیر را داشت.

مشخصات موتور: آرمیچر: 380 Vdc ، 3.6 A

تحریک (شنت): 380 Vdc ، 0.23 A

سرعت مجاز: 1500 دور در دقیقه

قدرت: ≈ 1.1 کیلو وات

منبع تغذیه موتور DC = 380V

منبع تغذیه Optocoupler و درایور = 21V

این بدان معناست که حداکثر امتیاز جریان و ولتاژ قطعاتی که به موتور متصل شده یا کنترل می کنند دارای رتبه های بالاتر یا معادل است.

از دیود چرخ آزاد ، که در نمودار مدار با عنوان D1 برچسب گذاری شده است ، استفاده می شود تا به emf معکوس موتور مسیری برای عبور جریان معکوس و آسیب رساندن به قطعات هنگام خاموش شدن برق و در حال چرخش موتور (حالت ژنراتور) داده شود.). برای حداکثر ولتاژ معکوس 600V و حداکثر جریان DC 15 A. درجه بندی شده است. بنابراین می توان فرض کرد که دیود فلایویل قادر خواهد بود در این سطح در ولتاژ و جریان کافی کار کند.

IGBT برای دریافت برق به موتور با دریافت سیگنال 5 ولت pwm از آردوینو از طریق optocoupler و درایور IGBT برای تغییر ولتاژ بسیار بزرگ تغذیه موتور 380V استفاده می شود. IGBT مورد استفاده دارای حداکثر جریان جمع کننده مداوم 4.5A در دمای اتصال 100 درجه سانتی گراد است. حداکثر ولتاژ ساطع کننده کلکتور 600 ولت است. بنابراین می توان فرض کرد که دیود فلایویل می تواند در سطح ولتاژ و جریان کافی برای کارهای عملیاتی کار کند. مهم است که یک هیت سینک به IGBT ترجیحا یک بزرگ اضافه کنید. اگر IGBT ها در دسترس نیستند ، می توان از MOSFET سوئیچ سریع استفاده کرد.

IGBT دارای ولتاژ آستانه دروازه بین 3.75 ولت و 5.75 ولت است و برای ارائه این ولتاژ به درایور نیاز است. فرکانسی که در آن مدار کار می کند 10 کیلوهرتز است ، بنابراین زمانهای سوئیچینگ IGBT باید سریعتر از 100 برابر ما ، زمان یک موج کامل باشد. زمان تعویض برای IGBT 15n است که کافی است.

درایور TC4421 که انتخاب شده دارای حداقل 3000 بار تغییر موج PWM است. این اطمینان می دهد که راننده می تواند به اندازه کافی سریع برای عملکرد مدار سوئیچ کند. درایور مورد نیاز است تا جریان بیشتری را از آردوینو ارائه دهد. راننده جریان مورد نیاز برای کار IGBT را از منبع تغذیه به جای کشیدن آن از آردوینو دریافت می کند. این برای محافظت از آردوینو است زیرا کشیدن قدرت زیاد باعث گرم شدن بیش از حد آردوینو می شود و دود خارج می شود و آردوینو از بین می رود (امتحان کنید و آزمایش شده)

راننده از میکروکنترلر که موج PWM را ارائه می دهد با استفاده از یک optocoupler جدا می شود. اپتوکوپلر آردوینو را که مهمترین و ارزشمندترین بخش مدار شما است ، کاملاً جدا کرد.

برای موتورهای با پارامترهای مختلف ، فقط IGBT باید به یکی با ویژگی های مشابه موتور تغییر کند که بتواند ولتاژ معکوس و جریان پیوسته لازم برای جمع کننده را کنترل کند.

یک خازن WIMA همراه با یک خازن الکترولیتی در سراسر منبع تغذیه موتور استفاده می شود. این یک شارژ برای تثبیت منبع تغذیه ذخیره می کند و از همه مهمتر به حذف القاء کابل ها و اتصالات سیستم کمک می کند.

مرحله 2: ساختمان و چیدمان

طرح مدار به منظور به حداقل رساندن فاصله بین اجزا برای حذف القایی های غیر ضروری تنظیم شده است. این امر به ویژه در حلقه بین راننده IGBT و IGBT انجام شد. تلاش شد تا نویز و زنگ را با مقاومت های بزرگی که بین آردوینو ، Optocoupler ، Driver و IGBT متصل شده بودند ، از بین ببرد.

قطعات بر روی Veroboard لحیم می شوند. یک راه آسان برای ساختن مدار این است که قبل از شروع لحیم کاری ، اجزای نمودار مدار را روی تخته بردار بکشید. لحیم کاری در یک منطقه با تهویه خوب. مسیر رسانایی را با یک فایل خراش دهید تا بین اجزایی که نباید به هم متصل شوند فاصله ایجاد شود. از بسته های DIP استفاده کنید تا قطعات به راحتی تعویض شوند. این به زمانی کمک می کند که قطعات خراب نشوند و مجبور نباشند آنها را لحیم کرده و قسمت جایگزین را مجدداً بفروشند.

من از دوشاخه های موز (سوکت های مشکی و قرمز) برای اتصال آسان منبع تغذیه خود به روتخت استفاده کردم ، می توان از آن صرف نظر کرد و سیم ها مستقیماً روی برد مدار لحیم شدند.

مرحله 3: برنامه نویسی آردوینو

موج pwm با استفاده از کتابخانه Arduino PWM (پیوست شده به عنوان یک فایل ZIP) ایجاد می شود. یک کنترل کننده انتگرال متناسب PI) برای کنترل سرعت روتور استفاده می شود. سود نسبی و انتگرال را می توان محاسبه یا برآورد کرد تا زمانهای ته نشینی کافی و فراز و نشیب به دست آید.

کنترل کننده PI در حلقه while () Arduino پیاده سازی می شود. سرعت سنج سرعت روتور را اندازه گیری می کند. این ورودی اندازه گیری به آردوینو در یکی از ورودی های آنالوگ با استفاده از analogRead انجام می شود. خطا با کم کردن سرعت روتور فعلی از سرعت روتور نقطه تنظیم و برابر با خطا محاسبه می شود. ادغام زمان با افزودن نمونه زمان به زمان در هر حلقه و تنظیم آن برابر با زمان انجام می شود و بنابراین با هر تکرار حلقه افزایش می یابد. چرخه وظیفه ای که آردوینو می تواند از آن 0 تا 255 متغیر باشد. چرخه وظیفه محاسبه و به پین PWM خروجی دیجیتال انتخاب شده با pwmWrite از کتابخانه PWM محاسبه و خروجی می شود.

پیاده سازی کنترل کننده PI

خطای مضاعف = ref - rpm؛

زمان = زمان + 20e-6 ؛

دو برابر pwm = اولیه + kp * خطا + ki * زمان * خطا ؛

پیاده سازی PWM

سنسور دوگانه = analogRead (A1) ؛

pwmWrite (3 ، pwm-255) ؛

کد کامل پروژه را می توانید در فایل ArduinoCode.rar مشاهده کنید. کد موجود در فایل برای درایور معکوس تنظیم شده است. درایور معکوس تأثیر زیر را بر چرخه وظیفه مدار یعنی new_dutycycle = 255 -dutycycle داشت. با معکوس کردن معادله فوق می توان این مورد را برای رانندگان غیر وارونه تغییر داد.

مرحله 4: آزمایش و نتیجه گیری

در نهایت مدار مورد آزمایش قرار گرفت و اندازه گیری هایی انجام شد تا مشخص شود آیا نتیجه مطلوب به دست آمده است یا خیر. کنترلر روی دو سرعت مختلف تنظیم شده و در آردوینو بارگذاری شد. منبع تغذیه روشن شد. موتور سریعتر از سرعت مورد نظر شتاب می گیرد و سپس با سرعت انتخاب شده می نشیند.

این تکنیک کنترل موتور بسیار مثر است و بر روی تمام موتورهای DC کار می کند.