محرك سرعة محرك DC: 4 خطوات (مع صور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:41

سوف يوضح هذا التوجيه بالتفصيل تصميم ومحاكاة وبناء واختبار وضع التبديل من العاصمة إلى محول التيار المستمر وجهاز التحكم في نظام التحكم لمحرك تيار مستمر. سيتم بعد ذلك استخدام هذا المحول للتحكم الرقمي لمحرك تحويل تيار مستمر مع حمولة. سيتم تطوير الدائرة واختبارها في مراحل مختلفة.

ستكون المرحلة الأولى هي بناء محول يعمل عند 40 فولت. يتم ذلك للتأكد من عدم وجود محاثة طفيلية من الأسلاك ومكونات الدائرة الأخرى التي يمكن أن تلحق الضرر بالسائق عند الفولتية العالية. في المرحلة الثانية ، سيقوم المحول بتشغيل المحرك عند 400 فولت بأقصى حمل. المرحلة النهائية هي التحكم في سرعة المحرك بحمل متغير مع تحكم اردوينو في موجة pwm لضبط الجهد.

المكونات ليست رخيصة دائمًا ، وبالتالي بُذلت محاولة لبناء النظام بأقل تكلفة ممكنة. ستكون النتيجة النهائية لهذه العملية هي بناء محول DC-dc وجهاز تحكم في نظام التحكم للتحكم في سرعة المحرك في حدود 1 ٪ عند نقطة محددة في حالة ثابتة ولضبط السرعة في غضون 2 ثانية مع حمل متغير.

الخطوة 1: اختيار المكونات والمواصفات

المحرك الذي أتيحت لي كان يحتوي على المواصفات التالية.

مواصفات المحرك: المحرك: 380 فولت تيار مستمر ، 3.6 أمبير

الإثارة (التحويلة): 380 فولت تيار مستمر ، 0.23 أمبير

السرعة المقدرة: 1500 ص / دقيقة

الطاقة: ≈ 1.1 كيلو واط

مصدر طاقة محرك DC = 380V

Optocoupler وإمدادات الطاقة للسائق = 21 فولت

قد يعني هذا أن الحد الأقصى لتصنيف التيار والجهد للمكونات المتصلة أو التي تتحكم في المحرك سيكون لها تصنيفات أعلى أو مكافئة.

يتم استخدام الصمام الثنائي للعجلة الحرة ، المسمى D1 في الرسم التخطيطي للدائرة ، لإعطاء emf العكسي للمحرك مسارًا للتدفق يمنع التيار من الانعكاس وإتلاف المكونات عند إيقاف تشغيل الطاقة ولا يزال المحرك يدور (وضع المولد تم تصنيفها لجهد عكسي أقصى يبلغ 600 فولت والحد الأقصى للتيار المستمر الأمامي 15 أ. لذلك يمكن افتراض أن الصمام الثنائي دولاب الموازنة سيكون قادرًا على العمل بجهد ومستوى تيار كافيين لهذه المهمة.

يتم استخدام IGBT لتحويل الطاقة إلى المحرك عن طريق تلقي إشارة 5V pwm من Arduino من خلال optocoupler و IGBT لتبديل جهد إمداد المحرك الكبير 380V. يبلغ الحد الأقصى لتيار المجمع المستمر IGBT المستخدم 4.5 أمبير عند درجة حرارة تقاطع 100 درجة مئوية. أقصى جهد باعث للمجمع هو 600 فولت. لذلك يمكن افتراض أن الصمام الثنائي دولاب الموازنة سيكون قادرًا على العمل بجهد كهربائي ومستوى تيار كافيين من أجل العملية. من المهم إضافة غرفة التبريد إلى IGBT ويفضل أن تكون كبيرة. إذا لم تكن IGBTs متوفرة ، فيمكن استخدام MOSFET للتبديل السريع.

يحتوي IGBT على جهد عتبة بوابة يتراوح بين 3.75 فولت و 5.75 فولت وهناك حاجة إلى سائق لتوصيل هذا الجهد. التردد الذي سيتم تشغيل الدائرة عنده هو 10 كيلو هرتز ، وبالتالي يجب أن تكون أوقات التبديل الخاصة بـ IGBT أسرع من 100 دولار أمريكي ، أي وقت موجة كاملة واحدة. وقت التبديل لـ IGBT هو 15ns وهو ما يكفي.

برنامج التشغيل TC4421 الذي تم تحديده لديه أوقات تبديل لا تقل عن 3000 مرة من موجة PWM. هذا يضمن أن السائق قادر على التبديل بسرعة كافية لتشغيل الدائرة. هناك حاجة إلى برنامج التشغيل لتوفير تيار أكثر مما يمكن أن يقدمه Arduino. يحصل السائق على التيار المطلوب لتشغيل IGBT من مصدر الطاقة بدلاً من سحبه من Arduino ، وذلك لحماية Arduino لأن السحب إلى قدر كبير من الطاقة سيؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة Arduino وسيخرج الدخان وسيتم تدمير Arduino (حاول واختبارها).

سيتم عزل السائق عن الميكروكونترولر الذي يوفر موجة PWM باستخدام optocoupler. يقوم optocoupler بعزل Arduino تمامًا وهو الجزء الأكثر أهمية وقيمة في دائرتك.

بالنسبة للمحركات ذات المعلمات المختلفة ، يحتاج IGBT فقط إلى التغيير إلى واحد له خصائص مماثلة للمحرك الذي سيكون قادرًا على التعامل مع الجهد العكسي وتيار المجمع المستمر المطلوب.

يستخدم مكثف WIMA بالاقتران مع مكثف إلكتروليتي عبر مزود طاقة المحرك. يخزن هذا شحنة لتثبيت مصدر الطاقة والأهم من ذلك أنه يساعد على التخلص من المحاثات من الكابلات والموصلات في النظام

الخطوة 2: البناء والتخطيط

تم وضع مخطط الدائرة لتقليل المسافة بين المكونات للتخلص من المحاثات غير الضرورية. تم ذلك بشكل خاص في الحلقة بين برنامج تشغيل IGBT و IGBT. جرت محاولة للتخلص من الضوضاء والرنين بمقاومات كبيرة تم تأريضها بين Arduino و Optocoupler و Driver و IGBT.

المكونات ملحومة على Veroboard. تتمثل إحدى الطرق السهلة لبناء الدائرة في رسم مكونات مخطط الدائرة على لوحة verobboard قبل بدء اللحام. جندى في منطقة جيدة التهوية. خدش مسار الموصل بملف لخلق فجوة بين المكونات التي لا ينبغي توصيلها. استخدم حزم DIP بحيث يمكن استبدال المكونات بسهولة. يساعد هذا عندما تفشل المكونات في عدم الاضطرار بعد ذلك إلى لحامها وإعادة لحام الجزء البديل.

لقد استخدمت مقابس الموز (مآخذ سوداء وحمراء) لتوصيل مصادر الطاقة الخاصة بي بسهولة باللوحة التي يمكن تخطيها ولحام الأسلاك مباشرة على لوحة الدائرة.

الخطوة 3: برمجة Arduino

يتم إنشاء موجة pwm من خلال تضمين مكتبة Arduino PWM (المرفقة كملف ZIP). وحدة تحكم متكاملة تناسبية تحكم PI) تستخدم للتحكم في سرعة الدوار. يمكن حساب أو تقدير الكسب النسبي والمتكامل حتى يتم الحصول على أوقات استقرار كافية وتجاوزات.

يتم تنفيذ وحدة تحكم PI في حلقة while () الخاصة بـ Arduino. يقيس مقياس سرعة الدوران سرعة الدوار. إدخال القياس إلى اردوينو في أحد المدخلات التناظرية باستخدام analogRead. يتم حساب الخطأ عن طريق طرح سرعة الدوار الحالية من سرعة الدوار المحددة وضبطها على خطأ. تم إجراء تكامل الوقت عن طريق إضافة عينة من الوقت إلى مرة كل حلقة وتعيينها مساوية للوقت وبالتالي زيادة مع كل تكرار للحلقة. تتراوح دورة العمل التي يمكن أن يخرجها اردوينو من 0 إلى 255. يتم حساب دورة العمل وإخراجها إلى منفذ PWM للإخراج الرقمي المحدد باستخدام pwmWrite من مكتبة PWM.

تنفيذ مراقب PI

خطأ مزدوج = المرجع - دورة في الدقيقة ؛

الوقت = الوقت + 20e-6 ؛

مزدوج pwm = أولي + kp * خطأ + ki * وقت * خطأ ؛

تنفيذ PWM

مستشعر مزدوج = قراءة تناظرية (A1) ؛

pwmWrite (3 ، pwm-255) ؛

يمكن رؤية كود المشروع الكامل في ملف ArduinoCode.rar. تم تعديل الكود الموجود في الملف لسائق مقلوب. كان للسائق المقلوب التأثير التالي على دورة عمل الدائرة التي تعني new_dutycycle = 255 -dutycycle. يمكن تغيير هذا للسائقين غير المقلوبين عن طريق عكس المعادلة أعلاه.

الخطوة 4: الاختبار والاستنتاج

تم اختبار الدائرة أخيرًا وأخذت القياسات لتحديد ما إذا كانت النتيجة المرجوة قد تحققت. تم ضبط وحدة التحكم على سرعتين مختلفتين وتم تحميلها على اردوينو. تم تشغيل إمدادات الطاقة. يتسارع المحرك بسرعة متجاوزة السرعة المطلوبة ثم يستقر على السرعة المحددة.

تعتبر تقنية التحكم في المحرك فعالة للغاية وستعمل على جميع محركات التيار المستمر.