Variabel frekvensomformer for induksjonsmotor

Introduksjon

Enfasede induksjonsmotorer brukes mye i apparater og industrielle kontroller. Permanent Split Capacitor (PSC) enfaset induksjonsmotor er den enkleste og mest brukte motoren av denne typen.

Ved design er PSC-motorer ensrettet, noe som betyr at de er designet for å rotere i en retning. Ved å legge til enten ekstra viklinger og eksterne reléer og brytere, eller ved å bruke girmekanismer, kan rotasjonsretningen endres. I denne ideen vil vi diskutere i detalj hvordan du styrer hastigheten til en PSC-motor i begge retninger ved hjelp av en PIC16F72 mikrokontroller og kraftelektronikk.

PIC16F72-mikrokontrolleren ble valgt fordi den er en av de enkleste og rimelige generelle mikrokontrollere som Microchip har i sin portefølje. Selv om den ikke har PWM-er i maskinvare for å drive komplementære PWM-utganger med dødbånd satt inn, genereres alle PWM-er i firmware ved hjelp av tidtakere og utdata til generelle utgangspinner.

Hva er variabel frekvensstasjon?

Variabel frekvensomformer eller VFD er måten som muliggjør kontroll av hastigheten på induksjonsmotoren ved å bruke varierende frekvens av vekselstrømforsyningsspenning. Ved å kontrollere utgangsfrekvensen er det mulig å kjøre motoren med forskjellige hastigheter basert på kravene. Disse er justerbare hastighetsdrev som i stor grad brukes i industrielle applikasjoner som pumper, ventilasjonssystemer, heiser, maskinverktøystasjoner osv. Det er egentlig et energisparende system. Derfor er det første kravet å generere en sinusbølge med forskjellige frekvenser for VFD.

Hva er teknologien som ble brukt i VFD?

Det er systemet som gir vekselstrøm med varierende frekvens for å kontrollere motorens hastighet i henhold til behovene. Enfase variabel frekvensomformere er vanligere siden de fleste enheter arbeider med enfaset vekselstrømforsyning. Den består av en fullbølges bro likeretter for å konvertere 230/110 Volt AC til omtrent 300/150 volt DC. Utgangsstrømmen fra broensretteren jevnes ut av en høyverdig utjevningskondensator for å fjerne krusninger av AC. Denne faste spenningen blir deretter matet til frekvensgenererende krets dannet av MOSFET (metalloksydfelteffekttransistor) / IGBT (isolert gate bipolar transistor) transistorer. Denne MOSFET / IGBT-kretsen mottar DC og konverterer den til AC med variabel frekvens for å kontrollere hastigheten på enheten.

Frekvensendringen kan oppnås ved hjelp av elektroniske kretser eller mikrokontroller. Denne kretsen varierer frekvensen av spenning (PWM) som påføres gate-stasjonen til MOSFET / IGBT-kretsen. Dermed vises vekselstrøm av varierende frekvens ved utgangen. Microcontroller kan programmeres til å endre utgangsfrekvensen i henhold til behovene.

VFD-systemet:

Den variable frekvensenheten har tre deler som en vekselstrømsmotor, en kontroller og et driftsgrensesnitt.

AC-motoren som brukes i VFD er vanligvis en trefaset induksjonsmotor, selv om den er enfaset motor brukes i noen systemer. Motorer som er designet for drift med fast hastighet brukes vanligvis, men noen motordesign gir bedre ytelse i VFD enn standarddesignet.

Controller-delen er den solide elektroniske effektomformerkretsen for å konvertere AC til DC og deretter til kvasi sinusbølge AC. Den første delen er AC til DC-omformerseksjonen som har en fullbølge-likeretterbro, vanligvis en tre faser / enfaset fullbølgebro. Dette DC-mellomproduktet blir deretter konvertert til kvasi sinusbølge AC ved hjelp av omformerkoblingskretsen. Her brukes MOSFET / IGBT-transistorer for å invertere DC til AC.

Inverter-delen konverterer DC til tre AC-kanaler for å drive trefasemotoren. Controllerseksjonen kan også utformes for å gi forbedret effektfaktor, mindre harmonisk forvrengning og lav følsomhet for inngangsstrømstransienter.

Volt / Hz kontrollerende:

Kontrollerkretsen regulerer frekvensen til den tilførte vekselstrømmen til motoren gjennom voltmetoden per hertz-kontrollmetode. AC-motor krever variabel påført spenning når frekvensen endres for å gi det spesifiserte dreiemomentet. For eksempel, hvis motoren er designet for å fungere i 440 volt ved 50Hz, må vekselstrømmen som påføres motoren reduseres til halvparten (220 volt) når frekvensen endres til halvparten (25Hz). Denne forskriften er basert på volt / Hz. I ovennevnte tilfelle er forholdet 440/50 = 8,8 V / Hz.

Andre spenningsstyrende metoder:

Foruten Volts / Hz-kontroll, mer avanserte metoder som Direct Torque Control eller DTC, Space Vector Pulse Width Modulation (SVPWM) osv brukes også til å kontrollere motorens hastighet. Ved å kontrollere spenningen i motoren, kan magnetisk strømning og dreiemoment styres nøyaktig. I PWM-metoden produserer omformerbryterne en kvasi sinusbølge gjennom en serie smale pulser med Pseudo sinusformet varierende pulsvarighet.

Betjeningsgrensesnitt:

Dette avsnittet lar brukeren starte / stoppe motoren og justere hastigheten. Andre fasiliteter inkluderer reversering av motor, veksling mellom manuell og automatisk hastighetskontroll, etc. Betjeningsgrensesnittet består av et panel med display eller indikatorer og målere for å vise motorens hastighet, spenning osv. Et sett med tastaturbrytere er generelt gitt for å kontrollere systemet.

Innebygd -Soft Start:

I en vanlig induksjonsmotor, slått på med en vekselstrømbryter, er strømmen som er trukket mye høyere enn nominell verdi, og kan øke med økt akselerasjon av lasten for å oppnå full hastighet på motoren.

På den annen side i en VFD-kontrollert motor, blir initialt lav spenning ved lav frekvens brukt. Denne frekvensen og spenningen øker med en kontrollert hastighet for å akselerere belastningen. Dette utvikler nesten mer dreiemoment enn motorens nominelle verdi.

VFD Motor Commutation :

Frekvensen og den påførte spenningen reduseres først til et kontrollert nivå og fortsetter deretter å synke til den blir null og motoren slås av.

Søknadskrets for å kontrollere hastigheten til enfaset induksjonsmotor

Tilnærmingen er relativt enkel når det gjelder strømkretsen og kontrollkretsen. På inngangssiden brukes spenningsdublere og på utgangssiden brukes en H-bro, eller 2-fase inverter, som vist i figur 2. Den ene enden av hoved- og startviklingene er koblet til hver halvbro og andre ender er koblet til nøytralpunktet til vekselstrømforsyningen.

Kontrollkretsen krever fire PWMer med to komplementære par med tilstrekkelig dødbånd mellom de komplementære utgangene. PWM-døde bånd er PWM0-PWM1 og PWM2-PWM3. PIC16F72 har ikke PWM-er designet i maskinvaren for å levere den måten vi trenger. Når det gjelder VF, syntetiseres DC-bussen ved å variere frekvensen og amplituden. Dette vil gi to sinusspenninger utenfor fasen.

Hvis spenningen som brukes på hovedviklingen, halter startviklingen 90 grader, går motoren i en (dvs. fremover) retning. Hvis vi vil endre rotasjonsretningen, er spenningen som brukes på hovedviklingen å lede startviklingen.

Jeg håper du har fått en ide om frekvensomformeren for induksjonsmotoren fra artikkelen ovenfor. så hvis du har spørsmål om dette konseptet eller det elektriske og elektronisk prosjekt vær så snill å la kommentarfeltet nedenfor.