डीसी मोटर स्पीड ड्राइव: 4 कदम (चित्रों के साथ)

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:23

यह निर्देश एक डीसी मोटर के लिए एक स्विच मोड डीसी से डीसी कनवर्टर और नियंत्रण प्रणाली नियंत्रक के डिजाइन, सिमुलेशन, भवन और परीक्षण पर विस्तृत होगा। इस कनवर्टर का उपयोग लोड के साथ शंट डीसी मोटर के लिए डिजिटल नियंत्रण के लिए किया जाएगा। सर्किट को विभिन्न चरणों में विकसित और परीक्षण किया जाएगा।

पहला चरण 40V पर संचालित करने के लिए कनवर्टर का निर्माण करना होगा। यह सुनिश्चित करने के लिए किया जाता है कि तारों और अन्य सर्किट घटकों से उनका कोई परजीवी अधिष्ठापन नहीं है जो उच्च वोल्टेज पर चालक को नुकसान पहुंचा सकता है। दूसरे चरण में कनवर्टर अधिकतम भार के साथ मोटर को 400 V पर संचालित करेगा। अंतिम चरण वोल्टेज को समायोजित करने के लिए एक pwm तरंग को नियंत्रित करने वाले arduino के साथ एक चर भार के साथ मोटर की गति को नियंत्रित करना है।

घटक हमेशा सस्ते नहीं होते हैं और इस प्रकार प्रणाली को यथासंभव सस्ते में बनाने का प्रयास किया गया था। इस प्रयोग का अंतिम परिणाम एक डीसी-डीसी कनवर्टर और एक नियंत्रण प्रणाली नियंत्रक का निर्माण करना होगा जो स्थिर स्थिति में एक निर्धारित बिंदु पर मोटर की गति को 1% के भीतर नियंत्रित करेगा और एक चर भार के साथ 2s के भीतर गति निर्धारित करेगा।

चरण 1: घटक चयन और विनिर्देश

मेरे पास जो मोटर उपलब्ध थी, उसमें निम्नलिखित विनिर्देश थे।

मोटर निर्दिष्टीकरण: आर्मेचर: ३८० वीडीसी, ३.६ ए

उत्तेजना (शंट): ३८० वीडीसी, ०.२३ ए

रेटेड गति: 1500 आर / मिनट

पावर: 1.1 किलोवाट

डीसी मोटर बिजली की आपूर्ति = 380V

ऑप्टोकॉप्लर और चालक बिजली की आपूर्ति = 21V

इसका मतलब यह होगा कि मोटर से जुड़े या नियंत्रित करने वाले घटकों की अधिकतम वर्तमान और वोल्टेज रेटिंग में उच्च या समकक्ष रेटिंग होगी।

फ़्रीव्हील डायोड, जिसे सर्किट आरेख में D1 के रूप में लेबल किया गया है, का उपयोग मोटर के रिवर्स ईएमएफ को प्रवाह के लिए एक मार्ग देने के लिए किया जाता है, जब बिजली बंद हो जाती है और मोटर अभी भी चालू हो रही है, तो करंट को उलटने और नुकसान पहुंचाने वाले घटकों को रोकने के लिए (जनरेटर मोड)).इसे 600V के अधिकतम रिवर्स वोल्टेज और 15 A के अधिकतम फॉरवर्ड डीसी करंट के लिए रेट किया गया है। इसलिए यह माना जा सकता है कि फ्लाईव्हील डायोड इस कार्य के लिए पर्याप्त वोल्टेज और करंट स्तर पर काम करने में सक्षम होगा।

आईजीबीटी का उपयोग ऑप्टोकॉप्लर और आईजीबीटी ड्राइवर के माध्यम से बहुत बड़े 380V मोटर आपूर्ति वोल्टेज को स्विच करने के लिए Arduino से 5V pwm सिग्नल प्राप्त करके मोटर को बिजली स्विच करने के लिए किया जाता है। उपयोग किए जाने वाले आईजीबीटी में 100 डिग्री सेल्सियस के जंक्शन तापमान पर 4.5 ए का अधिकतम निरंतर कलेक्टर वर्तमान होता है। अधिकतम कलेक्टर एमिटर वोल्टेज 600V है। इसलिए यह माना जा सकता है कि फ्लाईव्हील डायोड व्यावहारिक के लिए पर्याप्त वोल्टेज और वर्तमान स्तर पर काम करने में सक्षम होगा। आईजीबीटी में एक हीटसिंक जोड़ना महत्वपूर्ण है, अधिमानतः एक बड़ा। यदि आईजीबीटी उपलब्ध नहीं हैं तो फास्ट स्विचिंग एमओएसएफईटी का उपयोग किया जा सकता है।

IGBT में 3.75 V और 5.75 V के बीच का गेट थ्रेशोल्ड वोल्टेज है और इस वोल्टेज को वितरित करने के लिए एक ड्राइवर की आवश्यकता होती है। जिस आवृत्ति पर सर्किट संचालित किया जाएगा वह 10 kHz है इस प्रकार IGBT के स्विचिंग समय को 100 us से अधिक तेजी से ऑर्डर करने की आवश्यकता है, एक पूर्ण तरंग का समय। IGBT के लिए स्विचिंग समय 15ns है जो पर्याप्त है।

चुने गए TC4421 ड्राइवर में PWM तरंग का स्विचिंग समय कम से कम 3000 गुना है। यह सुनिश्चित करता है कि चालक सर्किट संचालन के लिए पर्याप्त तेजी से स्विच करने में सक्षम है। Arduino जितना दे सकता है उससे अधिक करंट प्रदान करने के लिए ड्राइवर की आवश्यकता होती है। ड्राइवर को Arduino से खींचने के बजाय बिजली की आपूर्ति से IGBT को संचालित करने के लिए आवश्यक करंट प्राप्त होता है। यह Arduino की रक्षा करने के लिए है क्योंकि बहुत अधिक शक्ति खींचने से Arduino ज़्यादा गरम हो जाएगा और धुआं निकल जाएगा और Arduino नष्ट हो जाएगा (कोशिश की गई) और परीक्षण किया गया)।

ऑप्टोकॉप्लर का उपयोग करके पीडब्लूएम तरंग प्रदान करने वाले माइक्रोकंट्रोलर से ड्राइवर को अलग किया जाएगा। ऑप्टोकॉप्लर ने Arduino को पूरी तरह से अलग कर दिया है जो आपके सर्किट का सबसे महत्वपूर्ण और मूल्यवान हिस्सा है।

विभिन्न मापदंडों वाले मोटर्स के लिए केवल आईजीबीटी को मोटर के समान विशेषताओं के साथ एक में बदलने की आवश्यकता होती है जो रिवर्स वोल्टेज और निरंतर कलेक्टर वर्तमान की जरूरत को संभालने में सक्षम होगी।

एक WIMA संधारित्र का उपयोग मोटर बिजली की आपूर्ति में इलेक्ट्रोलाइटिक संधारित्र के साथ संयोजन में किया जाता है। यह बिजली की आपूर्ति को स्थिर करने के लिए एक चार्ज स्टोर करता है और सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि सिस्टम में केबल्स और कनेक्टर्स से इंडक्शन को खत्म करने में मदद करता है।

चरण 2: भवन और लेआउट

अनावश्यक अधिष्ठापन को समाप्त करने के लिए घटकों के बीच की दूरी को कम करने के लिए सर्किट का लेआउट निर्धारित किया गया था। यह विशेष रूप से IGBT ड्राइवर और IGBT के बीच लूप में किया गया था। Arduino, Optocoupler, Driver और IGBT के बीच बड़े प्रतिरोधों के साथ शोर और बजने को खत्म करने का प्रयास किया गया था।

घटकों को वेरोबार्ड पर मिलाप किया जाता है। सर्किट बनाने का एक आसान तरीका है कि आप सोल्डरिंग शुरू करने से पहले वर्बार्ड पर सर्किट आरेख के घटकों को आकर्षित करें। एक अच्छी तरह हवादार क्षेत्र में मिलाप। उन घटकों के बीच एक अंतर बनाने के लिए फ़ाइल के साथ प्रवाहकीय पथ को स्क्रैच करें जिन्हें कनेक्ट नहीं किया जाना चाहिए। डीआईपी पैकेज का उपयोग करें ताकि घटकों को आसानी से बदला जा सके। यह मदद करता है जब घटक विफल नहीं होते हैं तो उन्हें बाहर निकालना पड़ता है और प्रतिस्थापन भाग को फिर से मिलाना पड़ता है।

मैंने केले के प्लग (काले और लाल सॉकेट) का उपयोग अपनी बिजली की आपूर्ति को आसानी से वर्बार्ड से जोड़ने के लिए किया था, इसे छोड़ दिया जा सकता है और तारों को सीधे सर्किट बोर्ड पर मिलाया जाता है।

चरण 3: Arduino की प्रोग्रामिंग

pwm तरंग Arduino PWM लाइब्रेरी (ज़िप फ़ाइल के रूप में संलग्न) को शामिल करके उत्पन्न होती है। एक आनुपातिक अभिन्न नियंत्रक PI नियंत्रक) रोटर की गति को नियंत्रित करने के लिए प्रयोग किया जाता है। आनुपातिक और अभिन्न लाभ की गणना या अनुमान तब तक किया जा सकता है जब तक कि पर्याप्त निपटान समय और ओवरशूट प्राप्त नहीं हो जाते।

PI नियंत्रक को Arduino के समय () लूप में लागू किया गया है। टैकोमीटर रोटर की गति को मापता है। एनालॉग रीड का उपयोग करके एनालॉग इनपुट में से एक में आर्डिनो को यह माप इनपुट। त्रुटि की गणना वर्तमान रोटर गति को सेटपॉइंट रोटर गति से घटाकर और त्रुटि के बराबर सेट करके की जाती है। समय एकीकरण प्रत्येक लूप में समय-समय पर नमूना जोड़कर और इसे समय के बराबर सेट करके किया गया था और इस प्रकार लूप के प्रत्येक पुनरावृत्ति के साथ बढ़ता जा रहा था। कर्तव्य चक्र जिसे arduino 0 से 255 तक आउटपुट कर सकता है। कर्तव्य चक्र की गणना की जाती है और PWM लाइब्रेरी से pwmWrite के साथ चयनित डिजिटल आउटपुट PWM पिन को आउटपुट किया जाता है।

पीआई नियंत्रक का कार्यान्वयन

दोहरी त्रुटि = रेफरी - आरपीएम;

समय = समय + 20e-6;

डबल पीडब्लूएम = प्रारंभिक + केपी * त्रुटि + की * समय * त्रुटि;

पीडब्लूएम का कार्यान्वयन

डबल सेंसर = एनालॉगरेड (ए 1);

pwmWrite(3, pwm-255);

पूरा प्रोजेक्ट कोड ArduinoCode.rar फ़ाइल में देखा जा सकता है। फ़ाइल में कोड एक इनवर्टिंग ड्राइवर के लिए समायोजित किया गया था। इनवर्टिंग ड्राइवर का सर्किट कर्तव्य चक्र पर निम्नलिखित प्रभाव पड़ा जिसका अर्थ है new_dutycycle = 255 -dutycycle। उपरोक्त समीकरण को उलट कर गैर इनवर्टिंग ड्राइवरों के लिए इसे बदला जा सकता है।

चरण 4: परीक्षण और निष्कर्ष

अंत में सर्किट का परीक्षण किया गया और यह निर्धारित करने के लिए माप लिया गया कि क्या वांछित परिणाम प्राप्त किया गया है। नियंत्रक को दो अलग-अलग गति पर सेट किया गया था और arduino पर अपलोड किया गया था। बिजली आपूर्ति चालू हो गई। मोटर वांछित गति से तेजी से आगे बढ़ती है और फिर चयनित गति पर स्थिर हो जाती है।

मोटर को नियंत्रित करने की यह तकनीक बहुत प्रभावी है और सभी डीसी मोटरों पर काम करेगी।