Variabelt frekvensomformer til induktionsmotor

Introduktion

Enfasede induktionsmotorer anvendes i vid udstrækning i apparater og industrielle kontroller. Den permanente splitkondensator (PSC) enfaset induktionsmotor er den enkleste og mest anvendte motor af denne type.

Ved design er PSC-motorer ensrettet, hvilket betyder, at de er designet til at rotere i en retning. Ved at tilføje enten ekstra viklinger og eksterne relæer og kontakter eller ved hjælp af gearmekanismer kan omdrejningsretningen ændres. I denne idé vil vi diskutere detaljeret, hvordan man styrer hastigheden på en PSC-motor i begge retninger ved hjælp af en PIC16F72 mikrokontroller og effektelektronik.

PIC16F72-mikrocontrolleren blev valgt, fordi den er en af ​​de mest enkle og billige mikrokontrollere til almindelige formål, som Microchip har i sin portefølje. Selvom det ikke har PWM'erne i hardware til at drive komplementære PWM-udgange med dødbånd indsat, genereres alle PWM'er i firmware ved hjælp af timere og output til almindelige outputstifter.

Hvad er variabel frekvensdrev?

Variabel frekvensdrev eller VFD er den måde, der muliggør styring af induktionsmotorens hastighed ved at anvende varierende frekvens af vekselstrømsforsyningsspænding. Ved at kontrollere udgangs-AC frekvensen er det muligt at køre motoren ved forskellige hastigheder baseret på kravene. Disse er justerbare hastighedsdrev, der i vid udstrækning anvendes i industrielle applikationer såsom pumper, ventilationssystemer, elevatorer, værktøjsmaskiner, osv. Det er i det væsentlige et energibesparende system. Derfor er det første krav at generere en sinusbølge med forskellige frekvenser for VFD.

Hvad er teknologien vedtaget i VFD?

Det er systemet, der giver vekselstrømsudgang med varierende frekvens for at kontrollere motorens hastighed i henhold til behovene. Enkeltfasefrekvensomformere er mere almindelige, da de fleste enheder arbejder i enfaset vekselstrømsforsyning. Den består af en fuldbølges bro-ensretter til at konvertere 230/110 Volt AC til ca. 300/150 volt DC. Outputtet DC fra broensretteren udjævnes af en høj-værdi udjævningskondensator for at fjerne krusninger af AC. Denne faste DC-spænding føres derefter til frekvensgenereringskredsløbet dannet af MOSFET (metaloxidfelteffekttransistor) / IGBT (isoleret port bipolær transistor) transistorer. Dette MOSFET / IGBT-kredsløb modtager DC og konverterer det til AC med variabel frekvens for at styre enhedens hastighed.

Frekvensændringen kan opnås ved hjælp af elektroniske kredsløb eller mikrocontroller. Dette kredsløb varierer spændingsfrekvensen (PWM), der påføres portdrevet i MOSFET / IGBT-kredsløbet. Således vises vekselstrøm af varierende frekvens ved udgangen. Microcontroller kan programmeres til at ændre outputfrekvensen i henhold til behovene.

VFD-systemet:

Den variable frekvensenhed har tre dele som en vekselstrømsmotor, en controller og en betjeningsgrænseflade.

AC-motoren, der anvendes i VFD, er generelt en trefaset induktionsmotor, selvom den er enfaset motor bruges i nogle systemer. Motorer, der er designet til drift med fast hastighed, anvendes generelt, men nogle motordesign tilbyder bedre ydelse i VFD end standarddesignet.

Controller-delen er det solide elektroniske effektomformerkredsløb til at konvertere AC til DC og derefter til kvasi sinusbølge AC. Den første del er vekselstrøms- til jævnstrømsomformersektionen, der har en fuldbølget ensretterbro, normalt en tre faser / enfaset fuldbølgebro. Dette jævnstrømsmellemprodukt konverteres derefter til kvasi sinusbølge AC ved hjælp af inverteromskifterkredsløbet. Her bruges MOSFET / IGBT-transistorer til invertering af DC til AC.

Invertersektionen konverterer jævnstrøm til tre kanaler med vekselstrøm til at drive trefasemotoren. Controllersektionen kan også være designet til at give forbedret effektfaktor, mindre harmonisk forvrængning og lav følsomhed over for input AC-transienter.

Volt / Hz-styring:

Reguleringskredsløbet regulerer frekvensen af ​​den leverede vekselstrøm til motoren gennem volt per hertz-kontrolmetode. AC-motor kræver variabel påført spænding, når frekvensen ændres for at give det specificerede drejningsmoment. For eksempel, hvis motoren er designet til at arbejde i 440 volt ved 50Hz, skal vekselstrømmen, der påføres motoren, reduceres til halvdelen (220 volt), når frekvensen ændres til halvdelen (25Hz). Denne regulering er baseret på volt / Hz. I ovenstående tilfælde er forholdet 440/50 = 8,8 V / Hz.

Andre spændingsstyrende metoder:

Udover styring af volt / Hz er mere avancerede metoder som Direct Torque Control eller DTC, Rumvektorimpulsbreddemodulation (SVPWM) osv bruges også til at kontrollere motorens hastighed. Ved at kontrollere spændingen i motoren kan magnetisk flux og drejningsmoment styres nøjagtigt. I PWM-metoden producerer inverteromskifterne en kvasi sinusbølge gennem en række smalle impulser med Pseudo sinusformet varierende pulsvarighed.

Betjeningsgrænseflade:

Dette afsnit giver brugeren mulighed for at starte / stoppe motoren og justere hastigheden. Andre faciliteter inkluderer bakning af motor, skift mellem manuel og automatisk hastighedskontrol osv. Betjeningsgrænsefladen består af et panel med display eller indikatorer og målere til visning af motorens hastighed, anvendt spænding osv. Et sæt tastaturafbrydere findes generelt til styring af systemet.

Indbygget -Soft Start:

I en almindelig induktionsmotor, der er tændt ved hjælp af en vekselstrømsafbryder, er strømmen trukket meget højere end den nominelle værdi og kan stige med den øgede acceleration af belastningen for at nå motorens fulde hastighed.

På den anden side anvendes i en VFD-styret motor oprindeligt lav spænding ved lav frekvens. Denne frekvens og spænding stiger med en kontrolleret hastighed for at accelerere belastningen. Dette udvikler næsten mere drejningsmoment end motorens nominelle værdi.

VFD Motor Commutation :

Frekvensen og den anvendte spænding reduceres først til et kontrolleret niveau og holdes derefter faldende, indtil den bliver nul, og motoren slukker.

Applikationskredsløb til styring af hastigheden på enfaset induktionsmotor

Fremgangsmåden er relativt let for så vidt angår effektkredsløbet og kontrolkredsløbet. På indgangssiden anvendes spændingsdublere og på udgangssiden anvendes en H-bro eller 2-faset inverter som vist i figur 2. Den ene ende af hoved- og startviklingerne er forbundet til hver halvbro og andre ender er forbundet til vekselstrømsforsyningens neutrale punkt.

Kontrolkredsløbet kræver fire PWM'er med to komplementære par med et tilstrækkeligt dødbånd mellem de komplementære udgange. PWM-døde bånd er PWM0-PWM1 og PWM2-PWM3. PIC16F72 har ikke PWM'er designet i hardwaren til at levere den måde, vi har brug for. Med hensyn til VF syntetiseres DC-bussen ved at variere frekvensen og amplituden. Dette giver to sinusspændinger ude af fase.

Hvis spændingen, der påføres hovedviklingen, halter startviklingen 90 grader, kører motoren i en (dvs. fremad) retning. Hvis vi vil ændre omdrejningsretningen, så er spændingen, der påføres til hovedviklingen, at lede startviklingen.

Jeg håber, du har fået en idé om frekvensomformeren til induktionsmotoren fra ovenstående artikel. så hvis du har spørgsmål til dette koncept eller det elektriske og elektronisk projekt vær venlig at efterlade kommentarfeltet nedenfor.