כונן מהירות מנוע DC: 4 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:17

מדריך זה יפרט על תכנון, סימולציה, בנייה ובדיקה של ממיר dc ל- dc של מצב מתג ובקר מערכת בקרה עבור מנוע DC. ממיר זה ישמש לאחר מכן לבקרה הדיגיטלית עבור מנוע DC shunt עם עומס. המעגל יפותח ונבדק בשלבים שונים.

השלב הראשון יהיה בניית ממיר להפעלה ב -40 וולט. זה נעשה על מנת להבטיח כי אין השראה טפילית מחוטים ומרכיבי מעגל אחרים שעלולים לפגוע בנהג במתח גבוה. בשלב השני הממיר יפעיל את המנוע בעוצמה של 400 וולט עם עומס מרבי. השלב האחרון הוא לשלוט על מהירות המנוע עם עומס משתנה כאשר הארדואינו שולט על גל pwm כדי להתאים את המתח.

רכיבים אינם תמיד זולים ולכן נעשה ניסיון לבנות את המערכת בזול ככל האפשר. התוצאה הסופית של פרקטיקה זו תהיה בניית ממיר dc-dc ובקר מערכת בקרה לשליטה על מהירות המנוע בתוך 1% בנקודה מוגדרת במצב יציב ולהגדיר את המהירות בתוך 2s עם עומס משתנה.

שלב 1: בחירת רכיבים ומפרטים

המנוע שהיה ברשותי היה בעל המפרט הבא.

מפרט מנוע: אבזור: 380 Vdc, 3.6 A.

עירור (Shunt): 380 Vdc, 0.23 A.

מהירות מדורג: 1500 סל ד

הספק: ≈ 1.1 כ ס

ספק כוח מנוע DC = 380V

מצמד אופטו ואספקת חשמל לנהג = 21V

זה מרמז שדירוג הזרם והמתח המרבי של רכיבים המחוברים או שולטים במנוע יהיו בעלי דירוג גבוה או שווה ערך.

דיודת הגלגל החופשי, המסומנת כ- D1 בתרשים המעגלים, משמשת כדי לתת ל- emf ההפוך של המנוע נתיב לזרימה המונע מהזרם להתהפך ולפגוע ברכיבים כאשר הכוח נכבה והמנוע עדיין מסתובב (מצב גנרטור.זה מדורג עבור מתח לאחור מרבי של 600V וזרם DC קדימה מרבי של 15 A. לכן ניתן להניח שדיודת גלגל תנופה תוכל לפעול במתח וזרם מספיקים למשימה זו.

ה- IGBT משמש להחלפת הכוח למנוע על ידי קבלת אות 5w pwm מהארדואינו דרך מצמד האופטי ומנהג ה- IGBT כדי לעבור את מתח אספקת המנוע 380V הגדול מאוד. ל- IGBT המשמש יש זרם אספן רציף מרבי של 4.5A בטמפרטורת צומת של 100 ° C. מתח פולט האספנים המרבי הוא 600V. לכן ניתן להניח שדיודת גלגל התנופה תוכל לפעול ברמת מתח וזרם מספיקים למעשי. חשוב להוסיף גוף קירור ל- IGBT עדיף אחד גדול. אם אין IGBT זמין ניתן להשתמש ב- MOSFET להחלפה מהירה.

ל- IGBT יש מתח סף שער בין 3.75 V ל- 5.75 V ויש צורך במנהג כדי לספק מתח זה. התדר שבו המעגל יופעל הוא 10 קילוהרץ ולכן זמני ההחלפה של ה- IGBT צריכים להיות הזמנות מהירות יותר מ -100 אותנו, הזמן של גל אחד מלא. זמן המעבר ל- IGBT הוא 15ns וזה מספיק.

למנהל ההתקן TC4421 שנבחר יש זמני מיתוג של לפחות 3000 פעמים גל PWM. זה מבטיח שהנהג יוכל לעבור מהר מספיק לפעולת המעגל. הנהג נחוץ כדי לספק יותר זרם ממה שהארדואינו יכול לתת. הנהג משיג את הזרם הדרוש להפעלת ה- IGBT ממקור החשמל במקום למשוך אותו מהארדואינו. זאת כדי להגן על הארדואינו מכיוון שהשיכה לעוצמה רבה תחמם יתר על המידה את העשוי והעשן ייצא והארדואינו יהרס (ניסה ונבדק).

הנהג יבודד מהמיקרו -בקר המספק את גל ה- PWM באמצעות מצמד אופטי. המצמד האופטואלי בידוד לחלוטין את הארדואינו שהוא החלק החשוב והיקר ביותר במעגל שלך.

עבור מנועים עם פרמטרים שונים צריך לשנות רק את ה- IGBT לאחד בעל מאפיינים דומים למנוע שיוכל להתמודד עם המתח ההפוך וזרם הקולט הרציף הדרוש.

קבל WIMA משמש יחד עם קבל אלקטרוליטי על פני ספק הכוח המנוע. זה מאחסן תשלום לייצוב אספקת החשמל והכי חשוב עוזר לחסל את השראות מהכבלים והמחברים במערכת

שלב 2: בנייה ופריסה

פריסת המעגל נקבעה על מנת למזער את המרחק בין רכיבים כדי לחסל השראות מיותרות. זה נעשה במיוחד בלולאה בין מנהל ההתקן IGBT ל- IGBT. נעשה ניסיון לסלק רעש וצלצולים בהתנגדויות גדולות שהיו מקורקעות בין הארדואינו, אופטוקופלר, דרייבר ו- IGBT.

הרכיבים מולחמים על גבי Veroboard. דרך קלה לבנות את המעגל היא לצייר את מרכיבי תרשים המעגל על הבורד לפני שתתחיל בהלחמה. הלחמה באזור מאוורר היטב. גרד את הנתיב המוליך של קובץ כדי ליצור פער בין רכיבים שאסור לחבר. השתמש בחבילות DIP כך שניתן להחליף רכיבים בקלות. זה עוזר כאשר רכיבים לא מצליחים ואז צריך להלחם אותם ולפתור את החלק החלופי.

השתמשתי בתקעי בננה (שקעים שחורים ואדומים) כדי לחבר בקלות את ספקי הכוח שלי אל ה- veroboard וניתן לדלג על זה ולחבר את החוטים ישירות על הלוח.

שלב 3: תכנות הארדואינו

גל ה- pwm נוצר על ידי הכללת ספריית ה- PWM של Arduino (מצורפת כקובץ ZIP). בקר PI בקר אינטגרלי פרופורציונלי) משמש לשליטה על מהירות הרוטור. ניתן לחשב או להעריך את הרווח הפרופורציוני והאינטגרלי עד לקבלת זמני יישוב מספקים וצלחות יתר.

בקר ה- PI מיושם בלולאת while () של Arduino. טכומטר מודד את מהירות הרוטור. קלט מדידה זה לארדואינו לאחת הכניסות האנלוגיות באמצעות analogRead השגיאה מחושבת על ידי הפחתת מהירות הרוטור הנוכחית ממהירות הרוטור נקודת ההגדרה והגדרה שווה לשגיאה. שילוב הזמן נעשה על ידי הוספת מדגם מדי פעם לכל לולאה והגדרתו שווה לזמן ובכך גדל עם כל איטרציה של הלולאה. מחזור ההפעלה שהארדואינו יכול להוציא נע בין 0 ל -255. מחזור ההפעלה מחושב ומוצא לפין PWM הפלט הדיגיטלי שנבחר עם pwmWrite מספריית PWM.

יישום בקר ה- PI

שגיאה כפולה = ref - סל ד;

זמן = זמן + 20e-6;

pwm כפול = שגיאה ראשונית + kp * שגיאה * זמן * שגיאה;

יישום PWM

חיישן כפול = analogRead (A1);

pwmWrite (3, pwm-255);

קוד הפרויקט המלא ניתן לראות בקובץ ArduinoCode.rar. הקוד בקובץ הותאם לנהג הפוך. הנהג ההפוך השפיע על מחזור העבודה במעגל, כלומר new_dutycycle = 255 -dutycycle. ניתן לשנות זאת עבור נהגים שאינם מהפכים על ידי הפיכת המשוואה לעיל.

שלב 4: בדיקה ומסקנה

המעגל נבדק לבסוף ונערכו מדידות כדי לקבוע אם התוצאה הרצויה הושגה. הבקר הוגדר לשתי מהירויות שונות והועלה לארדואינו. ספקי הכוח נדלקו. המנוע מאיץ במהירות מעבר למהירות הרצויה ואז מתיישב במהירות שנבחרה.

טכניקה זו של שליטה במנוע היא יעילה מאוד ותתאים לכל מנועי DC.