Frekvenčný menič pre indukčný motor

Úvod

Jednofázové indukčné motory sa vo veľkej miere používajú v zariadeniach a priemyselných riadiacich zariadeniach. Jednofázový indukčný motor s permanentným rozdelením kondenzátora (PSC) je najjednoduchší a najbežnejšie používaný motor tohto typu.

Konštrukčne sú motory PSC jednosmerné, čo znamená, že sú určené na otáčanie jedným smerom. Pridaním ďalších vinutí a externých relé a spínačov alebo použitím prevodových mechanizmov je možné zmeniť smer otáčania. V tejto myšlienke si podrobne povieme, ako riadiť rýchlosť motora PSC v oboch smeroch pomocou mikrokontroléra PIC16F72 a výkonovej elektroniky.

Mikrokontrolér PIC16F72 bol vybraný preto, že je jedným z najjednoduchších a lacných univerzálnych mikrokontrolérov, ktoré má Microchip vo svojom portfóliu. Aj keď nemá PWM v hardvéri na riadenie doplnkových PWM výstupov s vloženým mŕtvym pásmom, všetky PWM sa generujú vo firmvéri pomocou časovačov a na výstup na univerzálne výstupné piny.

Čo je to frekvenčný menič?

Frekvenčný menič alebo VFD je spôsob, ktorý umožňuje regulovať rýchlosť indukčného motora aplikáciou meniacej sa frekvencie striedavého napájacieho napätia. Reguláciou výstupnej frekvencie striedavého prúdu je možné na základe požiadaviek poháňať motor rôznymi rýchlosťami. Jedná sa o pohon s nastaviteľnou rýchlosťou, ktorý sa vo veľkej miere používa v priemyselných aplikáciách, ako sú čerpadlá, ventilačné systémy, výťahy, pohony obrábacích strojov atď. Je to v podstate systém šetriaci energiu. Prvou požiadavkou je preto generovanie sínusoidy s rôznymi frekvenciami pre VFD.

Aká je technológia prijatá vo VFD?

Je to systém, ktorý poskytuje striedavý výstup s meniacou sa frekvenciou na reguláciu rýchlosti motora podľa potreby. Jednofázové frekvenčné meniče sú bežnejšie, pretože väčšina zariadení pracuje v jednofázovom striedavom napájaní. Skladá sa z usmerňovača s plnou vlnou na premenu striedavého prúdu 230/110 V na približne 300/150 V DC. Výstup DC z mostíkového usmerňovača je vyhladený vysoko hodnotným vyhladzovacím kondenzátorom, aby sa odstránili vlnky striedavého prúdu. Toto pevné jednosmerné napätie sa potom vedie do obvodu generujúceho frekvenciu vytvoreného z tranzistorov MOSFET (tranzistor s efektom poľa oxidu kovu) / IGBT (izolovaný bipolárny tranzistor). Tento obvod MOSFET / IGBT prijíma jednosmerný prúd a prevádza ho na striedavý prúd s premenlivou frekvenciou na riadenie rýchlosti zariadenia.

Zmenu frekvencie je možné dosiahnuť pomocou elektronických obvodov alebo mikrokontroléra. Tento obvod mení frekvenciu napätia (PWM) privedeného na hradlový pohon obvodu MOSFET / IGBT. Na výstupe sa tak objaví striedavé napätie s rôznou frekvenciou. Mikrokontrolér je možné naprogramovať tak, aby podľa potreby menil frekvenciu výstupu.

Systém VFD:

Zariadenie s premennou frekvenciou má tri časti, ako je striedavý motor, ovládač a operačné rozhranie.

Striedavý motor používaný vo VFD je všeobecne trojfázový indukčný motor, aj keď je jednofázový motor sa používa v niektorých systémoch. Spravidla sa používajú motory, ktoré sú určené na prevádzku s pevnými otáčkami, ale niektoré konštrukcie motorov ponúkajú lepší výkon vo VFD ako štandardné prevedenie.

Regulátorová časť je obvod pevného elektronického meniča energie na premenu striedavého prúdu na jednosmerný prúd a potom na striedavý prúd s kvázinusovou vlnou. Prvou časťou je sekcia prevodníka AC na DC, ktorá má usmerňovací mostík s plnou vlnou, obvykle trojfázový / jednofázový mostík s plnou vlnou. Tento jednosmerný medziprodukt sa potom pomocou spínacieho obvodu invertora prevedie na striedavý prúd s kvázínusovou vlnou. Tu sa tranzistory MOSFET / IGBT používajú na invertovanie jednosmerného prúdu na striedavý prúd.

Sekcia invertora prevádza jednosmerný prúd na tri kanály striedavého prúdu na pohon trojfázového motora. Sekcia radiča môže byť tiež navrhnutá tak, aby poskytovala vylepšený účinník, menšie harmonické skreslenie a nízku citlivosť na vstupné prechodové striedavé napätia.

Ovládanie Volt / Hz:

Regulačný obvod reguluje frekvenciu dodávaného striedavého prúdu do motora prostredníctvom metódy ovládania voltov na hertz. Striedavý motor vyžaduje pri zmene frekvencie premenlivé aplikované napätie, aby poskytol určený krútiaci moment. Napríklad, ak je motor navrhnutý na prácu pri 440 voltoch pri 50 Hz, potom sa musí striedavý prúd privádzaný k motoru znížiť na polovicu (220 voltov), ​​keď sa frekvencia zmení na polovicu (25 Hz). Táto regulácia je založená na voltoch / Hz. V uvedenom prípade je pomer 440/50 = 8,8 V / Hz.

Ďalšie metódy riadenia napätia:

Okrem riadenia voltov / Hz sú k dispozícii aj pokročilejšie metódy, ako napríklad priame riadenie krútiaceho momentu alebo DTC, Šírka modulácie šírky impulzu vektora priestoru (SVPWM) , atď. sa tiež používajú na riadenie rýchlosti motora. Reguláciou napätia v motore je možné presne riadiť magnetický tok a krútiaci moment. V metóde PWM produkujú invertorové prepínače kvázi sínusovú vlnu cez sériu úzkych impulzov s rôznymi trvaniami pseudosínusových impulzov.

Prevádzkové rozhranie:

Táto časť umožňuje užívateľovi spustiť / zastaviť motor a upraviť rýchlosť. Medzi ďalšie vybavenie patrí cúvanie motora, prepínanie medzi manuálnym a automatickým riadením otáčok atď. Prevádzkové rozhranie sa skladá z panelu s displejom alebo indikátormi a meračmi na zobrazovanie rýchlosti motora, použitého napätia atď. Všeobecne sa dodáva sada klávesnicových spínačov na riadenie systému.

Zabudovaný - mäkký štart:

V bežnom indukčnom motore zapnutom pomocou striedavého spínača je odoberaný prúd oveľa vyšší ako menovitá hodnota a môže sa zvyšovať so zvýšeným zrýchlením záťaže, aby sa dosiahli plné otáčky motora.

Na druhej strane v motore riadenom VFD je pôvodne použité nízke napätie pri nízkej frekvencii. Táto frekvencia a napätie sa zvyšuje regulovanou rýchlosťou, aby sa zaťaženie urýchlilo. To vytvára takmer väčší krútiaci moment ako menovitá hodnota motora.

Komutácia motora VFD :

Frekvencia a aplikované napätie sa najskôr znížia na riadenú úroveň a potom sa stále znižujú, až kým sa nestane nulou a motor sa nevypne.

Aplikačný obvod na riadenie rýchlosti jednofázového indukčného motora

Prístup je pomerne jednoduchý, pokiaľ ide o výkonový obvod a riadiaci obvod. Na vstupnej strane sa používajú zdvojovače napätia a na výstupnej strane sa používa H-most alebo 2-fázový invertor, ako je to znázornené na obrázku 2. Jeden koniec hlavného a štartovacieho vinutia je pripojený ku každému polovičnému mostíku a ďalšie konce sú pripojené k neutrálnemu bodu napájacieho zdroja striedavého prúdu.

Riadiaci obvod vyžaduje štyri PWM s dvoma komplementárnymi pármi s dostatočným mŕtvym pásmom medzi komplementárnymi výstupmi. Mŕtve pásma PWM sú PWM0-PWM1 a PWM2-PWM3. PIC16F72 nemá PWM navrhnuté v hardvéri na výstup tak, ako potrebujeme. Pokiaľ ide o VF, dc zbernica sa syntetizuje zmenou frekvencie a amplitúdy. To spôsobí, že dve sínusové napätia budú mimo fázy.

Ak napätie privádzané do hlavného vinutia zaostáva za začiatočným vinutím o 90 stupňov, motor beží v jednom (t.j. vpred) smere. Ak chceme zmeniť smer otáčania, potom napätie privádzané do hlavného vinutia vedie počiatočné vinutie.

Dúfam, že ste mali predstavu o frekvenčnom meniči pre indukčný motor z vyššie uvedeného článku. takže ak máte akékoľvek otázky týkajúce sa tohto konceptu alebo elektrických a elektronický projekt zanechajte prosím komentár nižšie.