Πώς να φτιάξετε ένα κύκλωμα VFD 3 φάσεων

Το παρουσιαζόμενο κύκλωμα VFD 3 φάσεων ( σχεδιάστηκε από εμένα ) μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον έλεγχο της ταχύτητας οποιουδήποτε τριφασικού κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος ή ακόμα και κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος χωρίς ψήκτρες. Η ιδέα ζητήθηκε από τον κ. Τομ

Χρησιμοποιώντας το VFD

Το προτεινόμενο τριφασικό κύκλωμα VFD μπορεί να εφαρμοστεί παγκοσμίως για τους περισσότερους τριφασικούς κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος όπου η απόδοση ρύθμισης δεν είναι πολύ κρίσιμη.

Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ειδικά για τον έλεγχο ταχύτητα κινητήρα επαγωγής κλουβιού σκίουρου με λειτουργία ανοικτού βρόχου, και πιθανώς επίσης με τη λειτουργία κλειστού βρόχου που θα συζητηθεί στο επόμενο μέρος του άρθρου.

Απαιτούνται μονάδες για μετατροπέα 3 φάσεων

Για το σχεδιασμό του προτεινόμενου τριφασικού κυκλώματος κίνησης VFD ή μεταβλητής συχνότητας απαιτούνται ουσιαστικά τα ακόλουθα βασικά στάδια κυκλώματος:

1. Κύκλωμα ελεγκτή τάσης PWM
2. Κύκλωμα οδηγού 3-φάσης υψηλής / χαμηλής πλευράς H-Bridge
3. Κύκλωμα γεννήτριας 3 φάσεων
4. Κύκλωμα μετατροπέα τάσης σε συχνότητα για παραγωγή παραμέτρου V / Hz.

Ας μάθουμε τις λειτουργικές λεπτομέρειες των παραπάνω σταδίων με τη βοήθεια της ακόλουθης εξήγησης:

Ένα απλό κύκλωμα ελεγκτή τάσης PWM φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα:

Ο ελεγκτής PWM

Έχω ήδη ενσωματώσει και εξηγήσει τη λειτουργία του παραπάνω σταδίου γεννήτριας PWM, το οποίο βασικά έχει σχεδιαστεί για τη δημιουργία ποικίλης εξόδου PWM σε ολόκληρο το pin3 του IC2 ως απόκριση στο δυναμικό που εφαρμόζεται στο pin5 του ίδιου IC.

Η προεπιλογή 1Κ που φαίνεται στο διάγραμμα είναι το κουμπί ελέγχου RMS, το οποίο μπορεί να ρυθμιστεί κατάλληλα για την απόκτηση της επιθυμητής αναλογικής ποσότητας τάσης εξόδου με τη μορφή PWMs στο pin3 του IC2 για περαιτέρω επεξεργασία. Αυτό έχει ρυθμιστεί ώστε να παράγει μια αντίστοιχη έξοδο που μπορεί να είναι ισοδύναμη με το δίκτυο 220V ή 120V AC RMS.

Το κύκλωμα οδήγησης H-Bridge

Το επόμενο διάγραμμα δείχνει ένα μονοφασικό κύκλωμα οδηγού 3-φάσεων H-Bridge χρησιμοποιώντας το IC IRS2330.

Ο σχεδιασμός φαίνεται απλός καθώς οι περισσότερες από τις πολυπλοκότητες αντιμετωπίζονται από τα ενσωματωμένα εξελιγμένα κυκλώματα των τσιπ.

Εφαρμόζεται ένα καλά υπολογισμένο σήμα 3 φάσεων στις εισόδους HIN1 / 2/3 και LIN1 / 2/3 του IC μέσω ενός σταδίου παραγωγής 3 φάσεων.

Οι έξοδοι του IC IRS2330 μπορεί να φανεί ενσωματωμένο με 6 mosfets ή δίκτυο γεφυρών IGBT, του οποίου οι αποχετεύσεις είναι κατάλληλα διαμορφωμένες με τον κινητήρα που πρέπει να ελεγχθεί.

Οι πύλες mosfet χαμηλής πλευράς / IGBT είναι ενσωματωμένες με τον πείρο IC2 # 3 του παραπάνω κύκλου γεννήτριας PWM για την έναρξη της έγχυσης PWM στο στάδιο mosfet γέφυρας. Αυτός ο κανονισμός βοηθά τελικά τον κινητήρα να αποκτήσει την επιθυμητή ταχύτητα σύμφωνα με τις ρυθμίσεις (μέσω του προκαθορισμένου 1 k στο πρώτο διάγραμμα).

Στο παρακάτω διάγραμμα απεικονίζουμε το απαιτούμενο κύκλωμα δημιουργίας σημάτων 3 φάσεων.

Διαμόρφωση του κυκλώματος γεννήτριας 3 φάσεων

Η γεννήτρια 3 φάσεων είναι κατασκευασμένη γύρω από μερικά τσιπ CMOS CD4035 και CD4009 τα οποία παράγουν ακρίβεια διαστάσεων 3 φάσεων σήματα κατά μήκος των απεικονιζόμενων pinouts.

Η συχνότητα των 3 φάσεων σημάτων εξαρτάται από τα τροφοδοτούμενα ρολόγια εισόδου τα οποία θα πρέπει να είναι 6 φορές το προβλεπόμενο σήμα 3 φάσεων. Δηλαδή, εάν η απαιτούμενη συχνότητα 3 φάσεων είναι 50 Hz, το ρολόι εισόδου πρέπει να είναι 50 x 6 = 300 Hz.

Αυτό συνεπάγεται επίσης ότι τα παραπάνω ρολόγια θα μπορούσαν να μεταβληθούν προκειμένου να μεταβληθεί η πραγματική συχνότητα του IC οδηγού που με τη σειρά του θα είναι υπεύθυνος για τη μεταβολή της συχνότητας λειτουργίας του κινητήρα.

Ωστόσο, δεδομένου ότι η παραπάνω αλλαγή συχνότητας πρέπει να είναι αυτόματη σε απόκριση της μεταβαλλόμενης τάσης, ένας μετατροπέας τάσης σε συχνότητα καθίσταται απαραίτητος. Το επόμενο στάδιο συζητά ένα απλό ακριβές κύκλωμα μετατροπέα τάσης σε συχνότητα για την απαιτούμενη υλοποίηση.

Πώς να δημιουργήσετε μια σταθερή αναλογία V / F

Συνήθως σε επαγωγικούς κινητήρες, προκειμένου να διατηρηθεί η βέλτιστη απόδοση της ταχύτητας και της ροπής του κινητήρα, πρέπει να ελέγχεται η ταχύτητα ολίσθησης ή η ταχύτητα του ρότορα, η οποία με τη σειρά της καθίσταται δυνατή διατηρώντας μια σταθερή αναλογία V / Hz. Δεδομένου ότι η μαγνητική ροή του στάτη είναι πάντα σταθερή ανεξάρτητα από τη συχνότητα τροφοδοσίας εισόδου, η ταχύτητα του ρότορα γίνεται εύκολα ελεγχόμενη από διατηρώντας σταθερή την αναλογία V / Hz .

Σε λειτουργία ανοιχτού βρόχου, αυτό μπορεί να γίνει χονδρικά διατηρώντας προκαθορισμένες αναλογίες V / Hz και εφαρμόζοντας χειροκίνητα. Για παράδειγμα, στο πρώτο διάγραμμα, αυτό μπορεί να γίνει προσαρμόζοντας κατάλληλα την προεπιλογή R1 και 1K. Το R1 καθορίζει τη συχνότητα και το 1K ρυθμίζει το RMS της εξόδου, επομένως προσαρμόζοντας κατάλληλα τις δύο παραμέτρους μπορούμε να επιβάλουμε το απαιτούμενο ποσό V / Hz χειροκίνητα.

Ωστόσο, για να έχουμε έναν σχετικά ακριβή έλεγχο της ροπής και της ταχύτητας του κινητήρα επαγωγής, πρέπει να εφαρμόσουμε μια στρατηγική κλειστού βρόχου, όπου τα δεδομένα ταχύτητας ολίσθησης πρέπει να τροφοδοτούνται στο κύκλωμα επεξεργασίας για αυτόματη ρύθμιση του λόγου V / Hz έτσι ώστε αυτό η τιμή παραμένει πάντα σχεδόν σταθερή.

Εφαρμογή των σχολίων κλειστού βρόχου

Το πρώτο διάγραμμα σε αυτήν τη σελίδα μπορεί να τροποποιηθεί κατάλληλα για το σχεδιασμό του αυτόματου κανονισμού κλειστού βρόχου V / Hz όπως φαίνεται παρακάτω:

Στο παραπάνω σχήμα, το δυναμικό στον πείρο # 5 του IC2 καθορίζει το πλάτος του SPWM που δημιουργείται στον πείρο # 3 του ίδιου IC. Το SPWM δημιουργείται συγκρίνοντας το δείγμα κυματοειδούς ρεύματος 12V στον πείρο # 5 με το τριγωνικό κύμα στον πείρο # 7 του IC2, και αυτό τροφοδοτείται στα χαμηλά πλαϊνά mosfets για τον έλεγχο κινητήρα.

Αρχικά αυτό το SPWM έχει ρυθμιστεί σε κάποιο προσαρμοσμένο επίπεδο (χρησιμοποιώντας 1Κ perset) που ενεργοποιεί τις πύλες IGBT χαμηλής πλευράς της 3-φάσης γέφυρας για την έναρξη της κίνησης του ρότορα στο καθορισμένο ονομαστικό επίπεδο ταχύτητας.

Μόλις ο ρότορας του ρότορα αρχίσει να περιστρέφεται, το προσαρτημένο στροφόμετρο με το μηχανισμό του ρότορα προκαλεί την ανάπτυξη αναλογικής πρόσθετης τάσης στον ακροδέκτη # 5 του IC2, αυτό αναγκάζει τα SPWM να γίνουν ευρύτερα προκαλώντας περισσότερη τάση στα πηνία στάτορα του κινητήρα. Αυτό προκαλεί περαιτέρω αύξηση της ταχύτητας του ρότορα προκαλώντας περισσότερη τάση στον πείρο # 5 του IC2 και αυτό συνεχίζεται έως ότου η ισοδύναμη τάση SPWM δεν είναι πλέον ικανή να αυξηθεί και ο συγχρονισμός του ρότορα στάτορα επιτύχει σταθερή κατάσταση.

Η παραπάνω διαδικασία γίνεται αυτορυθμιζόμενη καθ 'όλη τη διάρκεια λειτουργίας του κινητήρα.

Πώς να φτιάξετε και να ενσωματώσετε το στροφόμετρο

Ένα απλό σχέδιο ταχομέτρου φαίνεται στο ακόλουθο διάγραμμα, αυτό θα μπορούσε να ενσωματωθεί με τον μηχανισμό του ρότορα, έτσι ώστε η συχνότητα περιστροφής να μπορεί να τροφοδοτήσει τη βάση του BC547.

Εδώ τα δεδομένα ταχύτητας του ρότορα συλλέγονται από έναν αισθητήρα εφέ αιθουσών ή από ένα δίκτυο IR LED / Sensor και τροφοδοτούνται στη βάση του Τ1.

Το Τ1 ταλαντεύεται σε αυτήν τη συχνότητα και ενεργοποιεί το κύκλωμα ταχύμετρου που κατασκευάζεται με κατάλληλη διαμόρφωση ενός μονοσταθούς κυκλώματος IC 555.

Η έξοδος από το παραπάνω στροφόμετρο ποικίλλει αναλογικά σε απόκριση της συχνότητας εισόδου στη βάση του Τ1.

Καθώς αυξάνεται η συχνότητα, η τάση στην ακραία δεξιά πλευρά, η έξοδος D3 αυξάνεται επίσης και το αντίστροφο, και βοηθά στη διατήρηση της αναλογίας V / Hz σε σχετικά σταθερό επίπεδο.

Πώς να ελέγξετε την ταχύτητα

Η ταχύτητα του κινητήρα που χρησιμοποιεί σταθερό V / F μπορεί να επιτευχθεί μεταβάλλοντας την είσοδο συχνότητας στην είσοδο ρολογιού του IC 4035. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί τροφοδοτώντας μια μεταβλητή συχνότητα από ένα κύκλωμα αστάθειας IC 555 ή οποιοδήποτε τυπικό κύκλωμα αστάθειας στην είσοδο ρολογιού του IC 4035.

Η αλλαγή της συχνότητας αλλάζει αποτελεσματικά τη συχνότητα λειτουργίας του κινητήρα που μειώνει αντίστοιχα την ταχύτητα ολίσθησης.

Αυτό ανιχνεύεται από το στροφόμετρο και το στροφόμετρο μειώνει αναλογικά το δυναμικό στον πείρο # 5 του IC2, ο οποίος με τη σειρά του μειώνει αναλογικά το περιεχόμενο SPWM στον κινητήρα, και κατά συνέπεια μειώνεται η τάση για τον κινητήρα, εξασφαλίζοντας διακύμανση της ταχύτητας του κινητήρα με το σωστό απαιτούμενη αναλογία V / F.

Ένας σπιτικός μετατροπέας V σε F

Στο παραπάνω κύκλωμα μετατροπέα τάσης σε συχνότητα χρησιμοποιείται ένα IC 4060 και η αντίσταση που εξαρτάται από τη συχνότητα επηρεάζεται μέσω ενός συγκροτήματος LED / LDR για τις προβλεπόμενες μετατροπές.

Το συγκρότημα LED / LDR είναι σφραγισμένο μέσα σε ένα κουτί απόδειξης φωτός και το LDR τοποθετείται σε μια αντίσταση 1Μ εξαρτώμενη από τη συχνότητα του IC.

Δεδομένου ότι η απόκριση LDR / LDR είναι αρκετά γραμμική, ο μεταβαλλόμενος φωτισμός του LED στο LDR δημιουργεί μια αναλογικά μεταβαλλόμενη (αύξηση ή μείωση) συχνότητα σε όλη την ακίδα 3 του IC.

Το FSD ή το εύρος V / Hz του σταδίου θα μπορούσε να ρυθμιστεί ρυθμίζοντας κατάλληλα την αντίσταση 1M ή ακόμα και την τιμή C1.

Η λυχνία LED παράγεται τάση και φωτίζεται μέσω των PWM από το πρώτο στάδιο κυκλώματος PWM. Αυτό συνεπάγεται ότι καθώς οι PWM ποικίλλουν, ο φωτισμός LED θα ποικίλλει, ο οποίος με τη σειρά του θα οδηγούσε σε αναλογική αύξηση ή μείωση της συχνότητας στον ακροδέκτη 3 του IC 4060 στο παραπάνω διάγραμμα.

Ενσωμάτωση του μετατροπέα με VFD

Αυτή η μεταβαλλόμενη συχνότητα από το IC 4060 πρέπει απλά να ενσωματωθεί στην είσοδο ρολογιού 3 φάσεων γεννήτριας IC CD4035.

Τα παραπάνω στάδια αποτελούν τα κύρια συστατικά για την κατασκευή ενός τριφασικού κυκλώματος VFD.

Τώρα, θα ήταν σημαντικό να συζητήσουμε σχετικά με το DC BUS που απαιτείται για την προμήθεια των ελεγκτών κινητήρα IGBT και τις διαδικασίες ρύθμισης για ολόκληρο το σχεδιασμό.

Το DC BUS που εφαρμόζεται στις ράγες H-Bridge IGBT μπορεί να ληφθεί διορθώνοντας τα διαθέσιμα τριφασικά καλώδια εισόδου χρησιμοποιώντας την ακόλουθη διαμόρφωση κυκλώματος. Οι ράγες IGBT DC BUS συνδέονται στα σημεία που υποδεικνύονται ως «φορτίο»

Για μια μονοφασική πηγή, η διόρθωση μπορεί να πραγματοποιηθεί χρησιμοποιώντας τυπική διαμόρφωση δικτύου γέφυρας 4 διόδων.

Πώς να ρυθμίσετε το προτεινόμενο τριφασικό κύκλωμα VFD

Μπορεί να γίνει σύμφωνα με τις ακόλουθες οδηγίες:

Αφού εφαρμόσετε την τάση διαύλου DC σε όλα τα IGBT (χωρίς τον κινητήρα συνδεδεμένο) ρυθμίστε την προεπιλογή PWM 1k έως ότου η τάση στις ράγες γίνει ίση με τις προδιαγραφόμενες προδιαγραφές τάσης κινητήρα.

Στη συνέχεια, προσαρμόστε την προεπιλογή IC 4060 1M για να ρυθμίσετε οποιαδήποτε από τις εισόδους IC IRS2330 στο απαιτούμενο σωστό επίπεδο συχνότητας σύμφωνα με τις δεδομένες προδιαγραφές κινητήρα.

Μετά την ολοκλήρωση των παραπάνω διαδικασιών, ο καθορισμένος κινητήρας μπορεί να συνδεθεί και να τροφοδοτηθεί με διαφορετικά επίπεδα τάσης, παράμετρο V / Hz και να επιβεβαιωθεί για αυτόματες λειτουργίες V / Hz μέσω του συνδεδεμένου κινητήρα.