lightanddesign.ru
You might also like
Привет всем. Во время учебы в университете я построил небольшой электромобиль или кард. Дело в том, что все управление электроприводом, включая тормоза, было передано импровизированному контроллеру. Как именно я собирал этот маленький автомобиль и какие ловушки встретил во время строительства — об этом я хочу рассказать в этой статье. Материал не является уникальным, но для меня это был замечательный и интересный опыт.
Предмет истории лежит на пересечении аппаратного и программного обеспечения. Кроме того, прошивка контроллера имела дело не с абстрактными понятиями и данными, а с вполне реалистичными "естественными" устройствами, реле, электродвигателями, транзисторами и т.д. Я бы порекомендовал коротко рассказать об этой программе. Поэтому я дам краткое описание технической части композиции, которая заключалась в том, что все танцоры танцевали с бубном.
Основные узлы
Аттракционный двигатель — это двигатель общего назначения с коллектором. Он может работать как с постоянным, так и с переменным током. Рабочее напряжение составляет 220 вольт.
Аккумуляторная батарея — 25 кусил 6 вольт авторитетный звонок. Подключенные в ряд, батареи имеют напряжение 150-160 вольт. Поместил в заднюю часть и обмотал синей изоляционной лентой, все было в порядке:)
Двигатель приводил в движение колеса через спиральный понижающий редуктор с передаточным отношением I = 10. Двигатель крепится к деректору с помощью небольшого вала и вращается целенаправленно.
Тормозной системы не было. То есть, тормозные диски с суппортами. В то время не было возможности поставить естественный тормоз. Поэтому именно контроллер управлял торможением автомобиля, так как торможение двигателем было единственным реальным вариантом.
Контроллер для блока управления
В принципе, простые контроллеры для электромобилей могут быть изготовлены на основе необработанных систем. Однако мне хотелось бы иметь возможность красиво все настроить с помощью программного обеспечения. На дворе 21 век. После долгих научных размышлений за ужином я решил, что в качестве основы для контроллера мне нужно взять микрочип — PIC16F877A, вот его краткие характеристики:.
В то время я не очень хорошо разбирался в электронике, поэтому сначала хотел собрать очень глупую схему — не ставить транзисторный выключатель вместо реле, чтобы двигатель включался или выключался, но не горел без щелчка. Однако я решил, что риск оправдан, мне нечего терять, и я просто хотел сделать что-то стоящее. Поэтому я решил использовать микроконтроллер + силовой транзистор в качестве переключателя. Установите рычаг дроссельной заслонки и заднюю кнопку у руля.
Особенности схемы
В качестве N-канального транзистора (открывается положительным импульсом) был выбран IRFP4227PBF с напряжением 200 вольт и максимальным током 130 ампер. Упаковка — TO-247AC. Однако я могу и сжечь его.
PWM — что это такое и с чем её едят
Было обидно не использовать ШИМ/ШИМ в схеме, так как я использовал микроконтроллер в сочетании с полевым транзистором. Что такое шим? Широта импульсов (ШИМ) — процесс управления мощностью путем пульсации активации и деактивации устройства. — Благодаря Википедии.
Преимущества такого управления транзистором: во время работы он находится в двух ситуациях — либо полностью закрыт, нет электричества и ничего не греется, либо полностью открыт и его сопротивление составляет несколько миллисекунд, и каждый является частью транзистора самого ватта, т.е. тепловая диффузия к блоку ватта, таким образом схема немного горячее. И этот процесс открытия/закрытия происходит тысячи раз в секунду. Это называется частотой мембраны. Существует также так называемый "операционный цикл". В переводе на человеческий язык это число показывает, как долго открыт транзистор. Пойдем немного глубже — допустим, есть частота сигнала ШИМ 1000 HERTZ. Это означает, что транзистор открывается и закрывается 1000 раз в секунду, то есть время переключения между активацией и деактивацией составляет 1/1000 секунды. Значение 1/1000 — это период частоты. А с помощью рабочего цикла он показывает, какую часть времени из периода транзистор открыт и протекает ток. Для примера, в программе рабочий цикл составляет 255 — максимальная мощность, 127 — 50%, 0 — транзистор закрыт.
Для генерации этой частоты использовался "естественный" контроллер, встроенный в микросхему, хотя возможна и программная реализация, в этом случае контроллер генерирует частоту за определенный период времени, а рабочий цикл с заданным периодом. В качестве альтернативы, контроллеры счетчиков MC Region могут использоваться для создания сигналов и программирования других вещей.
Чем глубже в лес, тем волк волком — частота ШИМ определяет, насколько эффективно будет работать устройство. Я пробовал разные частоты от 2 до 15 килогерц и каждый раз менял программу. Честно говоря, я не заметил никакой существенной разницы, но я убежден, что она есть. К сожалению, мне не удалось собрать достаточно данных по этому вопросу. Единственное, что я заметил, это то, что во время работы аппарат звучал на разных частотах. Кстати, если вы заметили, что метро, электробусы и поезда начинают гудеть, трещать и завывать, то это всего лишь обмотка двигателя атакует частоту контроллера. Это очень заметно на поезде "Ласточка", который является пусковым и работает на МЦК.
Подводные камни в алгоритме работы
Следующей проблемой была инверсия двигателя. Двигатель является коллекторным и имеет две обмотки. Неподвижный статор, корпус и вращающийся бегунок. Чтобы изменить направление вращения, необходимо было изменить направление тока на одну обмотку без изменения направления на другую. Для этого использовались две электро — активированные силы, которые можно было "бросить" в обратную сторону при применении цепи. Однако в первой версии прошивки была ошибка — при нагрузке активировался e -ryay. В результате два реле сгорели под нагрузкой, потому что двигатель был индуктивной нагрузкой, а контакты реле имели плохой бантик. Во время переключения контакты расплавились и сгорели.
Вне ситуации в программу вводится условие. Снимите нагрузку перед передачей, увеличьте рабочий цикл шкалы ШИМ до 0, активируйте реле и снова подайте питание до заданного уровня. Именно так работают автомобильные тормоза — в обратном направлении. Только жесткое ядро — никаких сенсоров или кодеров, ничего. А вот фотография реле, они похожи на реле стартера на старых автомобилях. Если не менять их под нагрузкой, они прекрасно работают с высоким напряжением 160 вольт при 15 амперах, но признайте, что контакты греются из-за малого сечения перехода.
Следующим шагом стало обновление прошивки, которое плавно увеличило мощность до заданных уровней. А это уже исключает вибрации коробки передач и нагрузку на компоненты. Таким образом, одна строка программного обеспечения может продлить срок службы устройства.
Соединяем контроллер с транзистором правильно
Оставалось только правильно подключить транзисторы к контроллеру. Я сделал это немного неправильно и сделал это напрямую через оптическую пару. Однако этот метод работает в низковольтных приложениях. При более высоких рабочих напряжениях я всегда сжигал затвор транзистора и нуждался в push-pull драйвере для управления им. Типичная схема показана ниже. Тем не менее, схема с оптической парой каким-то чудом заработала во время тест-драйва, но лишь на время, так как вскоре после этого она начала перегорать. Вот схема "правильного" драйвера. Однако в моем варианте также имело место отсоединение оптики от контроллера. Изображение взято с сайта Drive 2:.
Несколько интересных моментов
- Во время запуска электродвигатель потребляет во много раз больше энергии, чем без нагрузки. И когда щетки тонера начали дымиться, когда ротор перестал двигаться при запуске.
- В тот момент, когда в автомобиле перегорает транзистор, он начинает работать сам по себе, потому что только транзистор отделяет аккумулятор от двигателя. Поэтому, если вы едете за автомобилем и молитесь, чтобы в вас никто не врезался, установка схемы защиты оправдана.
- Двигатель я использовал от стиральной машины. Заявлено, что обороты холостого хода составляют 14 000 — я в это не верю, но такова цифра на шильдике. Тем не менее, он хорошо стреляет снизу.
- Напряжение батареи действительно падает, оно составляло около 150 вольт без нагрузки, но легко опускается до 140 с нагрузкой. Однако, если аккумулятор погружен в воду и находится при температуре 130, автомобиль может работать очень хорошо в течение первых нескольких минут благодаря новому аккумулятору. Как только аккумулятор израсходовал около 20-30% энергии, включился режим пониженного функционирования, и автомобиль медленно разогнался, но не очень заметно. Когда аккумулятор израсходовал около 70 % заряда, езда перешла на скорость улитки.
- Перенапряжение затвора даже смогло сжечь довольно мощный транзистор. Чтобы предотвратить это, затвор транзистора должен быть зашунтирован диодом на питании+ драйвера транзистора.
- Реле было подключено к МК с помощью маломощного транзисторного переключателя с малым полюсом.
В конце концов получилось то, что на видео
Вообще, эксперименты с электрическими приводами начались еще в школе, были опробованы различные конструкции, но на данный момент эта конструкция является наиболее удачной. Если вам понравился материал, напишите еще один вклад во всю эту сагу.
