Κύκλωμα VFD Μονάδας Μεταβλητής Συχνότητας Φάσης

Η ανάρτηση συζητά ένα μονοφασικό κύκλωμα κίνησης μεταβλητής συχνότητας ή ένα κύκλωμα VFD για τον έλεγχο της ταχύτητας του κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος χωρίς να επηρεάζει τις λειτουργικές προδιαγραφές τους.

Τι είναι το VFD

Οι κινητήρες και άλλα παρόμοια επαγωγικά φορτία ειδικά δεν «αρέσουν» να λειτουργούν με συχνότητες που ενδέχεται να μην είναι εντός των προδιαγραφών κατασκευής τους και τείνουν να γίνουν πολύ αναποτελεσματικοί εάν αναγκαστούν κάτω από τέτοιες ανώμαλες συνθήκες.

Για παράδειγμα, ένας κινητήρας που έχει καθοριστεί για λειτουργία με 60Hz ενδέχεται να μην συνιστάται να λειτουργεί με συχνότητες 50 Hz ή άλλες περιοχές.

Κάτι τέτοιο μπορεί να παράγει ανεπιθύμητα αποτελέσματα, όπως θέρμανση του κινητήρα, χαμηλότερη ή υψηλότερη από τις απαιτούμενες ταχύτητες και ασυνήθιστα υψηλή κατανάλωση καθιστώντας τα πράγματα πολύ αναποτελεσματικά και χαμηλότερη υποβάθμιση της ζωής της συνδεδεμένης συσκευής.

Ωστόσο, οι κινητήρες λειτουργίας υπό διαφορετικές συνθήκες συχνότητας εισόδου συχνά καθίστανται αναγκαστικοί και σε τέτοιες περιπτώσεις ένα κύκλωμα κίνησης VFD ή μεταβλητής συχνότητας μπορεί να γίνει πολύ βολικό.

Ένα VFD είναι μια συσκευή που επιτρέπει στο χρήστη να ελέγχει την ταχύτητα ενός κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος ρυθμίζοντας τη συχνότητα και την τάση της τροφοδοσίας εισόδου σύμφωνα με τις προδιαγραφές του κινητήρα.

Αυτό σημαίνει επίσης ότι ένα VFD μας επιτρέπει να λειτουργούμε οποιονδήποτε κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος μέσω οποιασδήποτε διαθέσιμης τροφοδοσίας εναλλασσόμενου δικτύου, ανεξάρτητα από τις προδιαγραφές τάσης και συχνότητας, προσαρμόζοντας κατάλληλα τη συχνότητα και την τάση VFD σύμφωνα με τις προδιαγραφές του κινητήρα.

Αυτό γίνεται συνήθως χρησιμοποιώντας το δεδομένο χειριστήριο με τη μορφή ενός μεταβλητού κοχλία κλιμακωτή με διαφορετική βαθμονόμηση συχνότητας.

Η κατασκευή ενός VFD στο σπίτι μπορεί να ακούγεται δύσκολη πρόταση, ωστόσο μια ματιά στο σχέδιο που προτείνεται παρακάτω δείχνει ότι τελικά δεν είναι τόσο δύσκολο να κατασκευαστεί αυτή η πολύ χρήσιμη συσκευή (σχεδιασμένη από εμένα).

Λειτουργία κυκλώματος

Το κύκλωμα μπορεί να χωριστεί θεμελιωδώς σε δύο στάδια: Το στάδιο του οδηγού half brige και το στάδιο της λογικής PWM.

Το στάδιο οδηγού μισής γέφυρας χρησιμοποιεί τον οδηγό μισής γέφυρας IC IR2110, ο οποίος μεμονωμένα φροντίζει για το στάδιο κίνησης κινητήρα υψηλής τάσης που ενσωματώνει δύο mosfets υψηλής και χαμηλής πλευράς αντίστοιχα.

Το IC οδηγού σχηματίζει έτσι την καρδιά του κυκλώματος, αλλά απαιτούν μόνο μερικά στοιχεία για την εφαρμογή αυτής της κρίσιμης λειτουργίας.

Το παραπάνω IC ωστόσο θα χρειαζόταν υψηλή λογική και χαμηλή λογική στις συχνότητες για την οδήγηση του συνδεδεμένου φορτίου στην επιθυμητή συγκεκριμένη συχνότητα.

Αυτά τα λογικά σήματα εισόδου hi and lo γίνονται δεδομένα λειτουργίας για το IC του προγράμματος οδήγησης και πρέπει να περιλαμβάνουν σήματα για τον προσδιορισμό της καθορισμένης συχνότητας καθώς και των PWM σε φάση με το δίκτυο AC.

Οι παραπάνω πληροφορίες δημιουργούνται από ένα άλλο στάδιο που περιλαμβάνει μερικά από 555 IC και έναν μετρητή δεκαετίας. IC 4017.

Τα δύο 555 ICs είναι υπεύθυνα για τη δημιουργία των τροποποιημένων PWMs ημιτονοειδούς κύματος που αντιστοιχούν στο δείγμα AC πλήρους κύματος που προέρχεται από μια έξοδο ανορθωτή γεφυρωμένης γέφυρας.

Το IC4017 λειτουργεί ως γεννήτρια λογικής εξόδου τοτέμ πόλου της οποίας ο εναλλασσόμενος ρυθμός συχνότητας γίνεται η κύρια παράμετρος καθορισμού του κυκλώματος.

Αυτή η καθοριστική συχνότητα αποσπάται από τον πείρο # 3 του IC1 που τροφοδοτεί επίσης τον πείρο ενεργοποίησης IC2 και για τη δημιουργία των τροποποιημένων PWM στον ακροδέκτη # 3 του IC2.

Τα τροποποιημένα PWM ημιτονοειδούς κύματος σαρώνονται στις εξόδους του IC 4017 πριν από την τροφοδοσία του IR2110 προκειμένου να επιβληθεί ακριβής «εκτύπωση» των τροποποιημένων PWM στην έξοδο του οδηγού μισής γέφυρας και τελικά για τον κινητήρα που λειτουργεί.

Οι τιμές Cx και 180k pot πρέπει να επιλέγονται κατάλληλα ή να ρυθμίζονται ώστε να παρέχουν τη σωστή καθορισμένη συχνότητα για τον κινητήρα.

Η υψηλή τάση στην αποστράγγιση του mosfet υψηλής πλευράς πρέπει επίσης να υπολογίζεται κατάλληλα και να προέρχεται από τη διόρθωση της διαθέσιμης τάσης εναλλασσόμενου ρεύματος AC μετά την κατάλληλη αναβάθμιση ή την πτώση της σύμφωνα με τις προδιαγραφές του κινητήρα.

Οι παραπάνω ρυθμίσεις θα καθορίσουν τα σωστά βολτ ανά Hertz (V / Hz) για τον συγκεκριμένο κινητήρα.

Η τάση τροφοδοσίας και για τα δύο στάδια μπορεί να μετατραπεί σε κοινή γραμμή, ίδια για τη σύνδεση γείωσης.

Το TR1 είναι ένας μετασχηματιστής 0-12V / 100mA που παρέχει στα κυκλώματα τις απαιτούμενες τάσεις τροφοδοσίας.

Το κύκλωμα ελεγκτή PWM

Θα πρέπει να ενσωματώσετε κατάλληλα τις εξόδους από το IC 4017 από το παραπάνω διάγραμμα στις εισόδους HIN και LIN του ακόλουθου διαγράμματος. Επίσης, συνδέστε τις υποδεικνυόμενες διόδους 1N4148 στο παραπάνω διάγραμμα με τις πύλες MOSFET χαμηλής πλευράς όπως φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα.

Ο οδηγός Full Bridge Motor

Εκσυγχρονίζω:

Ο παραπάνω απλός απλός σχεδιασμός VFD μπορεί να απλουστευθεί και να βελτιωθεί περαιτέρω με τη χρήση μιας αυτοσυγκρουόμενης πλήρους γέφυρας IC IRS2453, όπως φαίνεται παρακάτω:

Εδώ το IC 4017 εξαλείφεται πλήρως, καθώς ο οδηγός ful Bridge είναι εξοπλισμένος με το δικό του στάδιο ταλαντωτή, και επομένως δεν απαιτείται εξωτερική ενεργοποίηση για αυτό το IC.

Όντας σχεδιασμός πλήρους γέφυρας, ο έλεγχος εξόδου στον κινητήρα έχει πλήρες εύρος ρύθμισης ταχύτητας από μηδέν έως μέγιστη.

Το δοχείο στον πείρο # 5 του IC 2 μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον έλεγχο της ταχύτητας και της ροπής του κινητήρα μέσω της μεθόδου PWM.

Για έλεγχο ταχύτητας V / Hz, το Rt / Ct που σχετίζεται με το IRS2453 και το R1 που σχετίζονται με το IC1 μπορούν αντίστοιχα να τροποποιηθούν (χειροκίνητα) για να ληφθούν τα κατάλληλα αποτελέσματα.

Απλούστευση ακόμη περισσότερο

Εάν βρείτε το τμήμα γεμάτης γέφυρας συντριπτικό, μπορείτε να το αντικαταστήσετε με κύκλωμα πλήρους γέφυρας με βάση P, N-MOSFET, όπως φαίνεται παρακάτω. Αυτό το πρόγραμμα οδήγησης μεταβλητής συχνότητας χρησιμοποιεί την ίδια ιδέα εκτός από το τμήμα προγράμματος οδήγησης πλήρους γέφυρας που χρησιμοποιεί MOSFET καναλιών P στην υψηλή πλευρά και MOSFETS καναλιού N στην χαμηλή πλευρά.

Παρόλο που η διαμόρφωση μπορεί να φαίνεται αναποτελεσματική λόγω της εμπλοκής των καναλιών P-MOSFET (λόγω της υψηλής βαθμολογίας RDSon), η χρήση πολλών παράλληλων P-MOSFET μπορεί να μοιάζει με μια αποτελεσματική προσέγγιση για την επίλυση του προβλήματος χαμηλού RDSon.

Εδώ 3 MOSFET χρησιμοποιούνται παράλληλα για τις συσκευές καναλιού P για την εξασφάλιση ελαχιστοποιημένης θέρμανσης των συσκευών, σε σύγκριση με τα αντίστοιχα κανάλια Ν.