DC Motor Hız Sürücüsü: 4 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:21

Bu talimat, bir DC motor için bir anahtar modlu dc'den dc'ye dönüştürücünün ve kontrol sistemi denetleyicisinin tasarımı, simülasyonu, oluşturulması ve test edilmesi hakkında ayrıntılı bilgi verecektir. Bu dönüştürücü daha sonra yüklü bir şönt DC motorun dijital kontrolü için kullanılacaktır. Devre farklı fazlarda geliştirilip test edilecektir.

İlk aşama, 40V'da çalışacak bir dönüştürücü oluşturmak olacaktır. Bu, yüksek voltajlarda sürücüye zarar verebilecek kablolardan ve diğer devre bileşenlerinden parazitik endüktans olmamasını sağlamak için yapılır. İkinci aşamada dönüştürücü, motoru maksimum yükte 400 V'ta çalıştıracaktır. Son aşama, voltajı ayarlamak için bir pwm dalgasını kontrol eden arduino ile değişken bir yük ile motorun hızını kontrol etmektir.

Bileşenler her zaman ucuz değildir ve bu nedenle sistem mümkün olduğunca ucuza kurulmaya çalışılmıştır. Bu uygulamanın sonucu, sabit durumda bir ayar noktasında motorun hızını %1 içinde kontrol etmek ve değişken bir yük ile hızı 2 saniye içinde ayarlamak için bir dc-dc dönüştürücü ve bir kontrol sistemi denetleyicisi oluşturmak olacaktır.

Adım 1: Bileşen Seçimi ve Spesifikasyonları

Sahip olduğum motor aşağıdaki özelliklere sahipti.

Motor Özellikleri: Armatür: 380 Vdc, 3.6 A

Uyarma (Şönt): 380 Vdc, 0.23 A

Nominal hız: 1500 dev/dak

Güç: ≈ 1,1 kW

DC Motor güç kaynağı = 380V

Optokuplör ve sürücü güç kaynağı = 21V

Bu, motora bağlanan veya motora kumanda eden bileşenlerin maksimum akım ve voltaj değerlerinin daha yüksek veya eşdeğer değerlere sahip olacağı anlamına gelir.

Devre şemasında D1 olarak etiketlenen serbest tekerlek diyotu, güç kapatıldığında ve motor hala dönerken (jeneratör modu) akımın tersine dönmesini ve bileşenlere zarar vermesini önleyen motorun ters emf'sine bir akış yolu vermek için kullanılır.). Maksimum 600V ters voltaj ve maksimum 15 A ileri DC akım için derecelendirilmiştir. Bu nedenle volan diyotunun bu görev için yeterli voltaj ve akım seviyesinde çalışabileceği varsayılabilir.

IGBT, çok büyük 380V motor besleme voltajını değiştirmek için optokuplör ve IGBT sürücüsü aracılığıyla Arduino'dan 5V pwm sinyali alarak motora giden gücü değiştirmek için kullanılır. Kullanılan IGBT, 100°C bağlantı sıcaklığında maksimum 4.5A sürekli kolektör akımına sahiptir. Maksimum toplayıcı emitör voltajı 600V'dur. Bu nedenle volan diyotun pratikte yeterli voltaj ve akım seviyesinde çalışabileceği varsayılabilir. IGBT'ye tercihen büyük bir soğutucu eklemek önemlidir. IGBT'ler mevcut değilse, hızlı anahtarlamalı bir MOSFET kullanılabilir.

IGBT, 3,75 V ile 5,75 V arasında bir kapı eşik voltajına sahiptir ve bu voltajı iletmek için bir sürücüye ihtiyaç vardır. Devrenin çalıştırılacağı frekans 10 kHz'dir, bu nedenle IGBT'nin anahtarlama sürelerinin bir tam dalga süresi olan 100 us'den daha hızlı sipariş edilmesi gerekir. IGBT için anahtarlama süresi yeterli olan 15ns'dir.

Seçilen TC4421 sürücüsü, PWM dalgasının en az 3000 katı anahtarlama sürelerine sahip. Bu, sürücünün devre çalışması için yeterince hızlı geçiş yapabilmesini sağlar. Sürücünün Arduino'nun verebileceğinden daha fazla akım sağlaması gerekiyor. Sürücü, IGBT'yi çalıştırmak için gerekli akımı Arduino'dan çekmek yerine güç kaynağından alır. Bu Arduino'yu korumak içindir çünkü fazla güç çekmek Arduino'yu aşırı ısıtacak ve duman çıkacak ve Arduino yok olacaktır (denenmiş) ve test edildi).

Sürücü, bir optokuplör kullanılarak PWM dalgasını sağlayan mikrodenetleyiciden izole edilecektir. Optokuplör, devrenizin en önemli ve değerli parçası olan Arduino'yu tamamen izole etmiştir.

Farklı parametrelere sahip motorlar için sadece IGBT'nin, ihtiyaç duyulan ters voltajı ve sürekli kollektör akımını kaldırabilecek motora benzer özelliklere sahip bir motorla değiştirilmesi gerekir.

Motor güç kaynağında bir elektrolitik kapasitör ile birlikte bir WIMA kondansatörü kullanılır. Bu, güç kaynağını stabilize etmek için bir yük depolar ve en önemlisi sistemdeki kablolardan ve konektörlerden gelen endüktansları ortadan kaldırmaya yardımcı olur.

2. Adım: İnşa Etme ve Yerleşim

Devrenin düzeni, gereksiz endüktansları ortadan kaldırmak için bileşenler arasındaki mesafeyi en aza indirecek şekilde düzenlenmiştir. Bu, özellikle IGBT sürücüsü ve IGBT arasındaki döngüde yapıldı. Arduino, Optocoupler, Driver ve IGBT arasında topraklanmış büyük dirençlerle gürültü ve çınlama ortadan kaldırılmaya çalışıldı.

Bileşenler bir Veroboard üzerine lehimlenmiştir. Devreyi kurmanın kolay bir yolu, lehimlemeye başlamadan önce devre şemasının bileşenlerini veroboard üzerine çizmektir. İyi havalandırılmış bir alanda lehimleyin. Bağlanmaması gereken bileşenler arasında bir boşluk oluşturmak için iletken yolunu bir dosya ile kazıyın. Bileşenlerin kolayca değiştirilebilmesi için DIP paketlerini kullanın. Bu, bileşenler başarısız olduğunda, onları lehimlemek ve yedek parçayı yeniden lehimlemek zorunda kalmadığında yardımcı olur.

Güç kaynaklarımı veroboard'a kolayca bağlamak için muz fişleri (siyah ve kırmızı soketler) kullandım, bu atlanabilir ve teller doğrudan devre kartına lehimlenebilir.

Adım 3: Arduino'yu Programlama

Pwm dalgası, Arduino PWM kütüphanesi (bir ZIP dosyası olarak eklenir) dahil edilerek oluşturulur. Rotorun hızını kontrol etmek için orantılı bir integral denetleyici PI denetleyicisi) kullanılır. Orantılı ve integral kazanç, yeterli oturma süreleri ve aşımlar elde edilene kadar hesaplanabilir veya tahmin edilebilir.

PI denetleyici, Arduino'nun while() döngüsünde uygulanır. Takometre rotorun hızını ölçer. Bu ölçüm girişi arduinoya analogRead kullanılarak analog girişlerden birine girer. Hata, mevcut rotor hızının ayar noktası rotor hızından çıkarılmasıyla hesaplanır ve hataya eşit olarak ayarlanır. Zaman entegrasyonu, her döngüde zamana örnek zaman eklenerek ve zamana eşit olarak ayarlanarak ve böylece döngünün her yinelemesinde artırılarak yapıldı. Arduino'nun çıkış yapabileceği görev döngüsü 0 ile 255 arasında değişmektedir. Görev döngüsü hesaplanır ve PWM kütüphanesinden pwmWrite ile seçilen dijital çıkış PWM pinine çıkış verilir.

PI denetleyicisinin uygulanması

çift hata = ref - rpm;

Zaman = Zaman + 20e-6;

double pwm = ilk + kp * hata + ki * Zaman * hata;

PWM'nin Uygulanması

çift sensör = analogRead(A1);

pwmWrite(3, pwm-255);

Tam proje kodu ArduinoCode.rar dosyasında görülebilir. Dosyadaki kod, tersine çeviren bir sürücü için ayarlandı. Tersine çeviren sürücü, yeni_görev döngüsü = 255 - görev döngüsü anlamına gelen devre görev döngüsü üzerinde aşağıdaki etkiye sahipti. Bu, yukarıdaki denklemi tersine çevirerek ters çevirmeyen sürücüler için değiştirilebilir.

Adım 4: Test Etme ve Sonuç

Devre nihayet test edildi ve istenen sonuca ulaşılıp ulaşılmadığını belirlemek için ölçümler alındı. Kontrolör iki farklı hıza ayarlandı ve arduinoya yüklendi. Güç kaynakları açıldı. Motor, istenen hızı aşarak hızla hızlanır ve ardından seçilen hıza yerleşir.

Bu motor kontrol tekniği çok etkilidir ve tüm DC motorlarda çalışır.