Основы робототехники

Arduino управление частотным преобразователем

Содержание

Частотник на ардуино

Это небольшое электронное устройство, включающее в себя одну печатную плату, которая способна управлять различными приборами и оборудованием (в том числе электродвигателями), осуществлять приём и передачу данных.

Реальный старт в познании аппаратно-программных средств построения простых систем автоматики. Она очень проста в освоении и не требует почти никаких предварительных условий, кроме пытливого ума.

Имеет ценность в качестве учебного пособия для неофитов, и в качестве инструмента реализации проекта для любителей, и как инструмент прототипирования для профессионалов.

Для неофитов здесь все покажется новым. Для любителей Arduino – устройство применения своих знаний и возможность сосредоточиться на битах, которые являются новыми для них, или сложными для восприятия. Профессионалы используют устройство ради получения прототипа проекта с наименьшей стоимостью реализации заказного оборудования и прошивки.

В любом случае, пользователь получит хорошее представление о программировании на C. Это отличная отправная точка.

Что нужно знать прежде, чем начинать работать с Ардуино?

Особых знаний точно не потребуется, но необходимо уметь читать и следовать инструкциям. Они предназначены для того, чтобы познакомить начинающих с электроникой и программированием. Большинство молодых людей уже в возрасте от 12 лет и старше легко овладевают методику.

Рекомендуется покупать качественный комплект с хорошим выбором деталей в комплекте с учебным материалом, необходимымдля получения навыков.

Что нужно еще помнить? Светодиоды не загораются, если установлены с неправильной полярностью. Установленные диоды в обратном направлении могут привести к короткому замыканию. Статическое электричество рук может повредить или уничтожить интегральные схемы и транзисторы.

Никогда не работайте с оборудованием, подключенным к электросети из-за риска поражения электрическим током.

Как начать проектировать систему управления 3-х фазным асинхронным мотором?

Изначально посмотреть видео, где продемонстрирована реализация проекта. После просмотра видео вы будете в состоянии сделать маленький проект в Arduino.

Почему люди используют Arduino для управления трехфазным асинхронным мотором?

Трехфазный асинхронный двигатель является самым эффективным способом, когда необходимо преобразовать электроэнергию в крутящий момент. Крутящий момент преобразуется в давление, скорость движения влияет в свою очередь на расход.

Наиболее эффективно выполняется регулировка вращения электродвигателя методом изменения частоты сети питания. Самое простое, это сделать посредством частотного преобразователя на микроконтроллере.

Arduino — торговая марка аппаратно-программных средств построения простых систем автоматики и робототехники, ориентированная на непрофессиональных пользователей.

Понижение сетевого напряжения осуществляетсяпри помощи трансформатора, а выпрямление – диодного моста. Микроконтроллер работает в режиме генератора переменной частоты, коммутирует ключ на транзисторах. Переменное напряжение повышается при помощи второго трансформатора и подается на обмотки питания электродвигателя.

Частоту коммутации (а также скорость вращения вала мотора) задаёт переменный резистор в широком диапазоне. Если применить переключатель и постоянные резисторы, можно управлять частотой ступенчато. Подключив к одному из входов микроконтроллера Arduino датчик тока, можно использовать программу, которая автоматически будет снижать скорость вращения вала при нежелательном повышении нагрузки.

Программа посредством специальных кодов включает преобразователь, считывает величину напряжения и регулирует его. Далее отдаёт команду переходить к библиотеке передатчика для генерирования кода и его передачи. По мере роста нагрузки, рабочее напряжение компенсируется и регулируется. Для этого применяется два способа: установка большого конденсатора для запасной энергии либо повышающего преобразователя. Выход при этом необходимо контролировать стабилизатором.

В этом заключается основной принцип взаимодействия между электронными устройствами, движком и платой.

Преимущества применения частного преобразователя на микроконтроллере Arduino

Регулировка оборотами однофазного асинхронного мотора с помощью микроконтроллера обеспечивает значительную экономию затрат на электроэнергию при частичной нагрузке. Поскольку потребление электричества и скорость вращения вала мотора прямо пропорциональные величины, экономия может быть значительной при правильном применении. Для примера рассмотрим систему, в которой используется насос в установке очистки сточных вод.

Небольшой частной фирме необходимо прокачивать яму лишь перед большим дождём или при увеличенном использовании канализации (праздничные выходные) и не нужны полные возможности насоса. Если насос будет постоянно работать, компания будет тратить значительное количество электроэнергии за работу насоса на полную мощность.Суть заключается ещё в том, чтобы в зависимости от давления в системе канализации и водоотведения, у насоса плавно набиралисьобороты и поддерживалось необходимое давление в системес регулированием частоты вращения движка.

Со школьной скамьи известно простое уравнение:

Мощность = крутящий момент х угловая скорость.

Для конкретной конфигурации мотора мощность – величина постоянная. Так как угловая скорость увеличивается, крутящий момент уменьшается. Таким образом, крутящий момент больше на низких оборотах, и наоборот.

За счет использования Arduino, таким образом, можно замедлить мотор насоса до 50%, и все равно прокачивать большой объем воды, и образом сэкономить более 50% от необходимого электричества. Экономия будет просто астрономической при частичном или регулярном использовании преобразователя.

Управление оборотами однофазного асинхронного двигателя с помощью Arduino

Для начала необходимо попытаться больше узнать про особенности двигателя. Они бывают разные и способы управления ими тоже разные.

Существует три способа регулирования частоты вращения асинхронного мотора:

  • изменением скольжения (только двигатели с фазным ротором);
  • изменением числа пар полюсов;
  • изменением частоты источника питания.

Частотник нужен для обеспечения нормального управления процессами, которые требуют регулирования. Пускатели (УПП, софт-стартеры) уменьшают ударные нагрузки от сетевого напряжения с помощью фазо-импульсного (ФИУ) способа подачи питания на электродвигатель. Словно диммер, они обеспечивают плавное нарастание тока потребления электродвигателя и препятствуют развитию КЗ в питающей сети при пуске.

После разгона двигателя от УПП, двигатель просто полностью переходит на питание от сети, так как УПП синхронизировано с сетью. Использовать ФИУ для полноценного управления электродвигателем не получится, лишь в отдельных случаях это может «прокатить».

Если ПЧ для вас дорогое удовольствие, то можно попробовать классический метод регулировки подачи воздуха – управление шиберной задвижкой от сервопривода. Здесь уже упор делается на механику. Собственно сам электродвигатель при таком способе всегда будет работать в номинале.

Инженерно-техническое творчество

Как сделать частотный преобразователь своими руками? Можно прошагать весь Интернет для того чтобы найти лучшие источники информации по теме поделок и не найти ни одного конкретного ответа на свой вопрос, так как каждый проект требует разных компонентов, но есть общий принцип проектирования. Вот он вам пригодится.

Начнем с определения того, что вы хотите по вашей схеме сделать. Разделите задачу на простые задачки по каждому электронному компоненту, которые можно завершить. В ходе исследования вы встретите целый ряд конструкций, это поможет увидеть достоинства и недостатки каждой из схем, которую вы считаете интересной и связанной с вашей проблемой.

Начинать лучше с моторов и работать в обратном направлении к созданию процессора управления электродвигателями. Вы должны выбрать двигатель, исходя из требуемого вращающего момента, скорости, требования к питанию.

Это электротехническая работа, которая требует интенсивного познания электричества. Во многом зависит от того, как глубоко вы хотите познать теорию.Совсем не достаточно знать компоненты. Проектирование схемы заключается в вычислениях напряжений и токов, выборе нужных деталей. Результатом проектирования является составление спецификации оборудования и материалов.Знания о точныхэлементах спецификации, которые вам необходимы, приходят лишь с опытом.

Вам нужно будет сделать анализ цепи для определения необходимых компонентов вашей спецификации, включая мин./макс. расчетов по допускам и температуре. На основании исходных данных электродвигателя составляется блок-схема и подбираются электронные компоненты. В качестве примера представляем перечень основных элементов самодельного электропривода5-200Гц (10-400Гц):

п. п. Название элементов Количество, шт.
1 Силовой модуль IRAMS10UP60B со встроенным драйвером 1
2 BB-102 Макетная плата для монтажа без пайки 1
3 BBJ-65 Комплект цветных монтажных перемычек MM для макетных плат без пайки 1
4 Контроллер ATmega48 1
5 Трансформатор 220/12 В 300 Вт 1

Просмотрите для всех элементов технические характеристики, указанные производителем. Выполните тепловые расчеты и продумайте охлаждение и меры теплоотвода по мере необходимости. Разумеется, это требует многолетнего опыта, чтобы получить хороший результат. Вы также можете воспользоваться советами и рекомендациями более опытных электриков.

В итоге у вас получится макет-тренажёр.

Частотник на ардуино

Следует убедиться, что двигатель надежно установлен, дабы он не ринулся «гулять». Тестирование собранного макета покажет, насколько схема позволит вам набрать скорость электродвигателя, повернуть всё вспять или остановить систему. Вы можете использовать переключатели для этого тренажера. Будьте готовы к тому, что придётся переделывать систему. Только не стоит изобретать колесо. Мудрость– это правильно суметь воспользоваться тем, что другие освоили или даже усовершенствовать чужое изобретение.

Попробуйте разные компоненты в цепи. Используйте мультиметр, чтобы получить результаты. Через какое-то время вы сможете убежденно сказать, почему вы используете резистор 2 Вт вместо 0,25 Вт.

Большинство полупроводниковых компаний продают оценочные платы вместе со своей продукцией. Купите не одну, побольше для учёбы. Инженерное дело – это делать много ошибок, за исключением удара электрическим током или пожара.

Для каждого подэтапа сделайте схемку и получите результат. Соедините частитак, чтобы выходные параметры одной схемы служили входными данными для следующей. Далее работа для художественного гения. Кстати, это такая же процедура, как можно было бы использовать в написании программы или алгоритма.

Разработанный привод на деле отличается минимальной себестоимостью, наличием необходимых защит, эффективностью и гибкостью конструкции. Хорошим подсказчиком неисправностей служит светодиод. Он мигает в тех случаях, когда система находится в настройке, перегружена и т. д. В программе микроконтроллера учтены всевозможные ситуации. Полная автоматизация технологического процесса при экономном электропотреблении.

Но имейте в виду, что вы просто выполнили один шаг в процессе проектирования. В реальном мире проектирования, думается, никто из нас не станет в подробностях спецификацию, схему, анализ и все остальное. Что касается проектов, как правило, совершенствованию нет предела. Только некоторые работы можно повторно использовать.

Заключение

Когда частные преобразователи были введены в первые, возможно причины были иные, нежели теперь. В современных условиях, это:

    ;

  • энергосбережение;
  • гладкое течение процесса.

Давайте возьмем небольшой конвейер в качестве примера. Традиционный способ, когда необходимо ускорить процесс изменения, необходимо сначала остановить процесс. Если взять старый механизм и поставить новый, это легко может сократить время, затраты на электроэнергию.

В дополнение к вышеуказанным причинам, функции преобразователя теперь могут быть запрограммированы для специфического применения. При помощи системы можно просто регулировать скорость в базовом диапазоне. Причём контролировать более точно. Частотник может использоваться для преобразования постоянного тока в трехфазный переменный ток с лучшими показателями крутящего момента.

Если захотите получить уйму опыта то можете попробовать самому сделать схему управления двигателем, ГУГЛ в помощь. Тема очень непростая, тут и электроника и программирование, даже математика будет встречаться.Как правило, кто занимается этой темой серьёзно, схемой вряд ли поделятся. Одно можно сказать, освоив эту тему, вы уже не будете считать себя новичком в электронике и программировании микроконтроллеров.


Источник: chistotnik.ru