Penggerak Kecepatan Motor DC: 4 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:58

Instruksi ini akan menguraikan desain, simulasi, pembuatan dan pengujian mode sakelar konverter dc ke dc dan pengontrol sistem kontrol untuk motor DC. Konverter ini kemudian akan digunakan untuk kontrol digital untuk motor dc shunt dengan beban. Sirkuit akan dikembangkan dan diuji dalam fase yang berbeda.

Tahap pertama adalah membangun konverter untuk beroperasi pada 40V. Hal ini dilakukan untuk memastikan bahwa tidak ada induktansi parasit dari kabel dan komponen sirkuit lainnya yang dapat merusak driver pada tegangan tinggi. Pada tahap kedua konverter akan mengoperasikan motor pada tegangan 400 V dengan beban maksimum. Tahap terakhir adalah mengontrol kecepatan motor dengan beban variabel dengan arduino mengendalikan gelombang pwm untuk mengatur tegangan.

Komponen tidak selalu murah dan oleh karena itu dilakukan upaya untuk membangun sistem semurah mungkin. Hasil akhir dari praktikum ini adalah membangun konverter dc-dc dan pengontrol sistem kontrol untuk mengontrol kecepatan motor dalam 1% pada set point dalam keadaan tunak dan untuk mengatur kecepatan dalam 2s dengan beban variabel.

Langkah 1: Pemilihan dan Spesifikasi Komponen

Motor yang saya miliki memiliki spesifikasi sebagai berikut.

Spesifikasi Motor: Armature: 380 Vdc, 3,6 A

Eksitasi (Shunt): 380 Vdc, 0,23 A

Kecepatan terukur: 1500 putaran/menit

Daya: 1,1 kW

Catu daya Motor DC = 380V

Optocoupler dan catu daya driver = 21V

Ini akan menyiratkan bahwa peringkat arus dan tegangan maksimum komponen yang terhubung ke atau mengendalikan motor akan memiliki peringkat yang lebih tinggi atau setara.

Dioda freewheel, diberi label sebagai D1 dalam diagram rangkaian, digunakan untuk memberikan ggl balik motor jalur untuk mengalir mencegah arus dari pembalikan dan merusak komponen ketika daya dimatikan dan motor masih berputar (mode generator) Dinilai untuk tegangan balik maksimum 600V dan arus DC maju maksimum 15 A. Oleh karena itu, dapat diasumsikan bahwa dioda roda gila akan dapat beroperasi pada tegangan dan tingkat arus yang cukup untuk tugas ini.

IGBT digunakan untuk mengalihkan daya ke motor dengan menerima sinyal 5V pwm dari Arduino melalui optocoupler dan driver IGBT untuk mengganti tegangan suplai motor 380V yang sangat besar. IGBT yang digunakan memiliki arus kolektor kontinu maksimum 4,5A pada suhu sambungan 100°C. Tegangan kolektor emitor maksimum adalah 600V. Oleh karena itu dapat diasumsikan bahwa dioda roda gila akan dapat beroperasi pada tingkat tegangan dan arus yang cukup untuk praktis. Penting untuk menambahkan heatsink ke IGBT lebih disukai yang besar. Jika IGBT tidak tersedia, MOSFET switching cepat dapat digunakan.

IGBT memiliki tegangan ambang gerbang antara 3,75 V dan 5,75 V dan driver diperlukan untuk mengirimkan tegangan ini. Frekuensi di mana rangkaian akan dioperasikan adalah 10 kHz sehingga waktu switching IGBT perlu dipesan lebih cepat dari 100 us, waktu satu gelombang penuh. Waktu switching untuk IGBT adalah 15ns yang cukup.

Driver TC4421 yang dipilih memiliki waktu switching minimal 3000 kali gelombang PWM. Ini memastikan bahwa pengemudi dapat beralih cukup cepat untuk operasi sirkuit. Pengemudi diperlukan untuk memberikan lebih banyak arus daripada yang dapat diberikan Arduino. Pengemudi memperoleh arus yang dibutuhkan untuk mengoperasikan IGBT dari catu daya daripada menariknya dari Arduino. Ini untuk melindungi Arduino karena menarik terlalu banyak daya akan membuat Arduino terlalu panas dan asap akan keluar dan Arduino akan dihancurkan (dicoba dan diuji).

Driver akan diisolasi dari mikrokontroler yang menyediakan gelombang PWM dengan menggunakan optocoupler. Optocoupler sepenuhnya mengisolasi Arduino yang merupakan bagian terpenting dan berharga dari sirkuit Anda.

Untuk motor dengan parameter yang berbeda hanya IGBT yang perlu diubah menjadi satu dengan karakteristik yang mirip dengan motor yang akan mampu menangani tegangan balik dan arus kolektor kontinu yang dibutuhkan.

Kapasitor WIMA digunakan bersama dengan kapasitor elektrolitik di seluruh catu daya motor. Ini menyimpan muatan untuk menstabilkan catu daya dan yang paling penting membantu menghilangkan induktansi dari kabel dan konektor dalam sistem

Langkah 2: Membangun dan Tata Letak

Tata letak sirkuit ditetapkan untuk meminimalkan jarak antar komponen untuk menghilangkan induktansi yang tidak perlu. Hal ini dilakukan terutama dalam loop antara driver IGBT dan IGBT. Upaya telah dilakukan untuk menghilangkan kebisingan dan dering dengan resistensi besar yang didasarkan antara Arduino, Optocoupler, Driver dan IGBT.

Komponen disolder ke Veroboard. Cara mudah untuk membangun sirkuit adalah dengan menggambar komponen diagram sirkuit pada veroboard sebelum Anda mulai menyolder. Solder di area yang berventilasi baik. Gosok jalur konduktif dengan file untuk membuat celah antara komponen yang tidak boleh terhubung. Gunakan paket DIP sehingga komponen dapat dengan mudah diganti. Ini membantu ketika komponen gagal untuk tidak harus menyoldernya dan memasang kembali suku cadang pengganti.

Saya menggunakan colokan pisang (soket hitam dan merah) untuk dengan mudah menghubungkan catu daya saya ke veroboard, ini dapat dilewati dan kabel langsung disolder ke papan sirkuit.

Langkah 3: Memprogram Arduino

Gelombang pwm dihasilkan dengan menyertakan perpustakaan Arduino PWM (terlampir sebagai file ZIP). Kontroler PI kontroler integral proporsional) digunakan untuk mengontrol kecepatan rotor. Gain proporsional dan integral dapat dihitung atau diestimasi sampai diperoleh waktu pengendapan dan overshoot yang cukup.

Kontroler PI diimplementasikan dalam loop while() Arduino. Tachometer mengukur kecepatan rotor. Input pengukuran ini ke arduino menjadi salah satu input analog menggunakan analogRead. Error dihitung dengan mengurangi kecepatan rotor saat ini dari kecepatan rotor setpoint dan disetel sama dengan error. Integrasi waktu dilakukan dengan menambahkan waktu sampel ke waktu setiap loop dan mengaturnya sama dengan waktu dan dengan demikian meningkat dengan setiap iterasi loop. Siklus tugas yang dapat dihasilkan arduino berkisar dari 0 hingga 255. Siklus tugas dihitung dan dikeluarkan ke pin PWM keluaran digital yang dipilih dengan pwmWrite dari perpustakaan PWM.

Implementasi pengontrol PI

kesalahan ganda = ref - rpm;

Waktu = Waktu + 20e-6;

double pwm = awal + kp * error + ki * Waktu * error;

Implementasi PWM

sensor ganda = analogRead(A1);

pwmWrite(3, pwm-255);

Kode proyek lengkap dapat dilihat di file ArduinoCode.rar. Kode dalam file telah disesuaikan untuk pengandar pembalik. Driver pembalik memiliki efek berikut pada siklus tugas sirkuit yang berarti new_dutycycle = 255 -dutycycle. Ini dapat diubah untuk driver non-pembalik dengan membalikkan persamaan di atas.

Langkah 4: Pengujian dan Kesimpulan

Sirkuit akhirnya diuji dan pengukuran dilakukan untuk menentukan apakah hasil yang diinginkan telah tercapai. Pengontrol diatur ke dua kecepatan berbeda dan diunggah ke arduino. Catu daya dihidupkan. Motor berakselerasi dengan cepat melewati kecepatan yang diinginkan kemudian menetap pada kecepatan yang dipilih.

Teknik pengendalian motor ini sangat efektif dan akan bekerja pada semua motor DC.