Accionament de velocitat del motor de CC: 4 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:16

Aquesta instrucció es detallarà en el disseny, simulació, construcció i proves d'un convertidor de manera de commutador de CC a CC i controlador del sistema de control per a un motor de CC. Aquest convertidor s'utilitzarà per al control digital d'un motor de derivació de corrent continu amb càrrega. El circuit es desenvoluparà i es provarà en diferents fases.

La primera fase serà construir un convertidor que funcioni a 40V. Això es fa per garantir que no hi hagi inductància parasitària dels cables i altres components del circuit que puguin danyar el conductor a altes tensions. En la segona etapa, el convertidor farà funcionar el motor a 400 V amb una càrrega màxima. La fase final consisteix a controlar la velocitat del motor amb una càrrega variable amb l'arduino controlant una ona pwm per ajustar la tensió.

Els components no sempre són barats i, per tant, es va intentar construir el sistema el més barat possible. El resultat final d’aquesta pràctica serà construir un convertidor de CC i CC i un controlador del sistema de control per controlar la velocitat del motor dins de l’1% en un punt de configuració en estat estacionari i configurar la velocitat en 2 segons amb una càrrega variable.

Pas 1: selecció de components i especificacions

El motor que tenia disponible tenia les següents especificacions.

Especificacions del motor: Armadura: 380 Vcc, 3,6 A.

Excitació (derivació): 380 Vdc, 0,23 A

Velocitat nominal: 1500 r / min

Potència: ≈ 1,1 kW

Alimentació del motor CC = 380V

Alimentació optoacoplador i controlador = 21V

Això implicaria que la potència màxima de corrent i tensió dels components que estiguin connectats o controlant el motor tinguin potències màximes o equivalents.

El díode de roda lliure, etiquetat com a D1 al diagrama del circuit, s’utilitza per donar a l’emf inversa del motor un recorregut que impedeix que el corrent inverti i danyi els components quan s’apaga l’alimentació i el motor continua girant (mode generador) Està assignat per a una tensió inversa màxima de 600V i un corrent continu continu màxim de 15 A. Per tant, es pot suposar que el díode del volant serà capaç de funcionar amb un nivell de corrent i voltatge suficient per a aquesta tasca.

El IGBT s’utilitza per canviar l’alimentació del motor mitjançant la recepció d’un senyal pwm de 5V de l’Arduino a través de l’optocoplador i el controlador IGBT per canviar la tensió d’alimentació del motor de 380V molt gran. L'IGBT que s'utilitza té un corrent de col·lector continu màxim de 4,5 A a una temperatura de connexió de 100 ° C. La tensió màxima de l’emissor del col·lector és de 600 V. Per tant, es pot suposar que el díode del volant serà capaç de funcionar a una tensió i un nivell de corrent suficients per a la pràctica. És important afegir un dissipador de calor a la IGBT preferiblement una de gran. Si els IGBT no estan disponibles, es pot utilitzar un MOSFET de commutació ràpida.

L'IGBT té un voltatge de llindar de porta d'entre 3,75 V i 5,75 V i es necessita un controlador per lliurar aquesta tensió. La freqüència a la qual s’operarà el circuit és de 10 kHz, per tant, els temps de commutació de l’IGBT han de ser ordres més ràpids que 100 us, el temps d’una ona completa. El temps de commutació de l'IGBT és de 15 ns, el que és suficient.

El controlador TC4421 que s'ha seleccionat té temps de commutació d'almenys 3000 vegades l'ona PWM. Això garanteix que el conductor pugui canviar prou ràpid per al funcionament del circuit. El controlador és necessari per proporcionar més corrent del que pot donar Arduino. El controlador obté el corrent necessari per fer funcionar l’IGBT de la font d’alimentació en lloc de treure’l de l’Arduino, per protegir l’Arduino, ja que si consumeix molta potència s’escalfarà l’Arduino i sortirà fum i l’Arduino serà destruït (provat) i provat).

El controlador s’aïllarà del microcontrolador que proporciona l’ona PWM mitjançant un optoacoplador. L'optocoplador va aïllar completament l'Arduino, que és la part més important i valuosa del vostre circuit.

Per als motors amb paràmetres diferents, només s’ha de canviar l’IGBT per un de característiques similars al motor que sigui capaç de manejar la tensió inversa i el corrent de corrent continu del col·lector necessari.

Un condensador WIMA s'utilitza juntament amb un condensador electrolític a través de la font d'alimentació del motor. Emmagatzema una càrrega per estabilitzar la font d'alimentació i, sobretot, ajuda a eliminar les inductàncies dels cables i connectors del sistema.

Pas 2: construcció i disseny

La disposició del circuit es va establir per tal de minimitzar la distància entre components i eliminar inductàncies innecessàries. Això es va fer especialment en el bucle entre el controlador IGBT i l'IGBT. Es va intentar eliminar el soroll i el so amb grans resistències que es posaven a la terra entre l’Arduino, l’optocoplador, el Driver i l’IGBT.

Els components es solden a un Veroboard. Una manera fàcil de construir el circuit és dibuixar els components del diagrama del circuit a la placa base abans de començar a soldar. Soldar en una zona ben ventilada. Scrath el camí conductor de amb un fitxer per crear un buit entre els components que no s'haurien de connectar. Utilitzeu paquets DIP perquè els components es puguin substituir fàcilment. Això ajuda quan els components no han de soldar-los i tornar a soldar la peça de recanvi.

Vaig utilitzar endolls de plàtan (endolls negres i vermells) per connectar fàcilment les fonts d’alimentació a la placa base, que es poden ometre i soldar els cables directament a la placa de circuit.

Pas 3: Programació de l'Arduino

L’ona pwm es genera incloent la biblioteca Arduino PWM (adjunta com a fitxer ZIP). Un controlador PI proporcional de controlador integral) s’utilitza per controlar la velocitat del rotor. El guany proporcional i integral es pot calcular o estimar fins a obtenir suficients temps de resolució i superacions.

El controlador PI s’implementa al bucle while () d’Arduino. El tacòmetre mesura la velocitat del rotor. Aquesta mesura entra a l’arduino en una de les entrades analògiques mitjançant analogRead. L’error es calcula restant la velocitat actual del rotor de la velocitat del rotor del punt de consigna i s’estableix igual a l’error. La integració del temps es va fer afegint temps de mostra a temps cada bucle i establint-la igual al temps i augmentant així amb cada iteració del bucle. El cicle de treball que pot generar l’arduino oscil·la entre 0 i 255. El cicle de treball es calcula i es genera al pin PWM de sortida digital seleccionat amb pwmWrite de la biblioteca PWM.

Implementació del controlador PI

error doble = ref - rpm;

Temps = Temps + 20e-6;

doble pwm = error inicial + kp * + error * ki * Temps *;

Implementació de PWM

doble sensor = analogRead (A1);

pwmWrite (3, pwm-255);

El codi del projecte complet es pot veure al fitxer ArduinoCode.rar. El codi del fitxer s'ha ajustat per a un controlador d'inversió. El controlador inversor va tenir el següent efecte en el cicle de treball del circuit, que significa new_dutycycle = 255 -dutycycle. Això es pot canviar per als controladors que no inverteixen invertint l'equació anterior.

Pas 4: proves i conclusions

Finalment es va provar el circuit i es van prendre mesures per determinar si s’ha aconseguit el resultat desitjat. El controlador es va configurar a dues velocitats diferents i es va carregar a l’arduino. Les fonts d’alimentació s’han encès. El motor accelera ràpidament passant la velocitat desitjada i, a continuació, es col·loca a la velocitat seleccionada.

Aquesta tècnica de control d’un motor és molt eficaç i funcionaria en tots els motors de corrent continu.