Obwód 3-fazowego regulatora prędkości silnika indukcyjnego

Obwód 3-fazowego regulatora prędkości silnika indukcyjnego

W tym poście omawiamy tworzenie prostego obwodu regulatora prędkości silnika trójfazowego, który może być również zastosowany do jednofazowego silnika indukcyjnego lub dosłownie do dowolnego typu silnika prądu przemiennego.



Jeśli chodzi o sterowanie prędkością silników indukcyjnych , zwykle stosuje się konwertery matrycowe, obejmujące wiele złożonych etapów, takich jak filtry LC, dwukierunkowe macierze przełączników (wykorzystujące IGBT) itp.

Wszystko to jest wykorzystywane do ostatecznego uzyskania przerywanego sygnału prądu przemiennego, którego cykl pracy można regulować za pomocą złożonego obwodu mikrokontrolera, ostatecznie zapewniając wymaganą kontrolę prędkości silnika.





Możemy jednak poeksperymentować i spróbować uzyskać sterowanie prędkością trójfazowego silnika indukcyjnego za pomocą znacznie prostszej koncepcji, wykorzystującej zaawansowane układy scalone łącznika optycznego detektora przejścia przez zero, triak mocy i obwód PWM.

Korzystanie z łącznika optycznego detektora przejścia przez zero

Dzięki serii transoptorów MOC, która sprawiła, że ​​obwody sterujące triaka są wyjątkowo bezpieczne i łatwe w konfiguracji oraz umożliwiają bezproblemową integrację PWM dla zamierzonych sterowników.



W jednym z moich wcześniejszych postów omówiłem prosty Obwód sterownika silnika łagodnego rozruchu PWM który zaimplementował układ scalony MOC3063 zapewniający efektywny miękki rozruch podłączonego silnika.

Tutaj również używamy identycznej metody wymuszania proponowanego obwodu regulatora prędkości silnika trójfazowego, poniższy obraz pokazuje, jak można to zrobić:

Na rysunku widzimy trzy identyczne stopnie łącznika optycznego MOC skonfigurowane w ich standardowym trybie regulatora triaka, a strona wejściowa zintegrowana z prosty obwód PWM IC 555 .

3 obwody MOC są skonfigurowane do obsługi 3-fazowego wejścia prądu przemiennego i dostarczania go do podłączonego silnika indukcyjnego.

Wejście PWM po stronie izolowanej kontrolki LED opto określa współczynnik przerywania 3-fazowego wejścia prądu przemiennego, które jest przetwarzane przez MOC ICS.

Korzystanie z kontrolera PWM IC 555 (przełączanie zerowego napięcia)

Oznacza to, że dostosowując Potencjometr PWM powiązany z układem 555 IC można skutecznie kontrolować prędkość silnika indukcyjnego.

Wyjście na styku nr 3 ma zmienny cykl pracy, który z kolei odpowiednio przełącza triaki wyjściowe, powodując albo zwiększenie wartości AC RMS, albo jej zmniejszenie.

Zwiększenie RMS poprzez szersze PWM pozwala na uzyskanie większej prędkości na silniku, natomiast zmniejszenie AC RMS poprzez węższe PWM daje efekt odwrotny, czyli powoduje proporcjonalne spowolnienie silnika.

Powyższe funkcje są realizowane z dużą precyzją i bezpieczeństwem, ponieważ układom scalonym przypisano wiele wewnętrznych zaawansowanych funkcji, specjalnie przeznaczonych dla triaki napędowe i duże obciążenia indukcyjne takie jak silniki indukcyjne, solenoidy, zawory, styczniki, przekaźniki półprzewodnikowe itp.

Układ scalony zapewnia również doskonale izolowaną pracę stopnia DC, co pozwala użytkownikowi na dokonywanie regulacji bez obawy o porażenie prądem.

Zasada ta może być również efektywnie wykorzystana do kontrolowania prędkości silnika jednofazowego poprzez zastosowanie pojedynczego MOC IC zamiast 3.

Projekt jest faktycznie oparty na proporcjonalny do czasu napęd triaka teoria. Górny obwód PWM IC555 może być regulowany w celu wytworzenia 50% cyklu roboczego przy znacznie wyższej częstotliwości, podczas gdy dolny obwód PWM może być użyty do realizacji operacji sterowania prędkością silnika indukcyjnego poprzez regulacje powiązanego potencjometru.

Zaleca się, aby ten układ scalony 555 miał stosunkowo niższą częstotliwość niż górny obwód IC 555. Można to zrobić zwiększając kondensator pinu # 6/2 do około 100nF.

obwód sterowania prędkością silnika indukcyjnego z wykorzystaniem sprzęgaczy optycznych detektora przejścia przez zero

UWAGA: DODANIE ODPOWIEDNICH INDUKTORÓW W SERII Z PRZEWODAMI FAZOWYMI MOŻE DRASTYCZNIE POPRAWIĆ SKUTECZNOŚĆ REGULACJI PRĘDKOŚCI SYSTEMU.

Arkusz danych dla MOC3061

Zakładana kontrola przebiegu i fazy przy użyciu powyższej koncepcji:

Wyżej wyjaśniona metoda sterowania trójfazowym silnikiem indukcyjnym jest w rzeczywistości dość prymitywna, ponieważ ma brak kontroli V / Hz .

Po prostu wykorzystuje przełączanie WŁĄCZANIA / WYŁĄCZANIA sieci zasilającej z różnymi szybkościami, aby wytworzyć średnią moc dla silnika i kontrolować prędkość poprzez zmianę tego średniego prądu zmiennego na silniku.

Wyobraź sobie, że ręcznie włączasz / wyłączasz silnik 40 lub 50 razy na minutę. To spowodowałoby spowolnienie silnika do pewnej względnej wartości średniej, ale poruszanie się w sposób ciągły. Powyższa zasada działa w ten sam sposób.

Bardziej technicznym podejściem jest zaprojektowanie obwodu, który zapewni odpowiednią kontrolę stosunku V / Hz i automatycznie dostosuje go w zależności od prędkości poślizgu lub jakichkolwiek wahań napięcia.

W tym celu stosujemy zasadniczo następujące etapy:

  1. Obwód sterownika H-Bridge lub Full Bridge IGBT
  2. 3-fazowy stopień generatora do zasilania obwodu pełnego mostka
  3. Procesor PWM V / Hz

Korzystanie z obwodu sterującego IGBT z pełnym mostkiem

Jeśli procedury konfiguracyjne powyższego projektu opartego na triaku wyglądają na zniechęcające, można wypróbować następujące sterowanie prędkością silnika indukcyjnego w trybie pełnego mostka PWM:

Sterowanie 3-fazowym silnikiem indukcyjnym z pełnym obwodem mostkowym

Obwód pokazany na powyższym rysunku wykorzystuje pojedynczy układ scalony z pełnym mostkiem IC IRS2330 (najnowsza wersja to 6EDL04I06NT), która ma wszystkie wbudowane funkcje zapewniające bezpieczną i idealną pracę silnika 3-fazowego.

Układ scalony potrzebuje tylko zsynchronizowanego 3-fazowego wejścia logicznego na swoich pinach HIN / LIN do generowania wymaganego 3-fazowego wyjścia oscylacyjnego, które ostatecznie jest używane do obsługi sieci IGBT z pełnym mostkiem i podłączonego silnika 3-fazowego.

Plik sterowanie prędkością wtrysku PWM jest realizowany za pomocą 3 oddzielnych półmostkowych stopni sterowników NPN / PNP, sterowanych za pomocą zasilania SPWM z generatora IC 555 PWM, jak widać w naszych poprzednich projektach. Ten poziom PWM można ostatecznie wykorzystać do sterowania prędkością silnika indukcyjnego.

Zanim nauczymy się rzeczywistej metody sterowania prędkością silnika indukcyjnego, najpierw zrozumiemy, jak działa automat Kontrola V / Hz można osiągnąć za pomocą kilku obwodów IC 555, jak omówiono poniżej

Obwód automatycznego procesora V / Hz PWM (pętla zamknięta)

W powyższych sekcjach poznaliśmy konstrukcje, które pomogą silnikowi indukcyjnemu poruszać się z prędkością określoną przez producenta, ale nie dostosuje się on do stałego stosunku V / Hz, chyba że następujący procesor PWM zostanie zintegrowany z H -Bridge wejście wejściowe PWM.

Automatyczny obwód procesora V / Hz PWM przy użyciu IC 555

Powyższy obwód jest prosty Generator PWM wykorzystujący kilka układów scalonych 555 . IC1 generuje częstotliwość PWM, która jest przekształcana na fale trójkątne na pinie # 6 IC2 za pomocą R4 / C3.

Te fale trójkątne są porównywane z falą sinusoidalną na pinie nr 5 układu IC2. Te tętnienia próbki są rejestrowane przez prostowanie trójfazowej sieci prądu przemiennego na tętnienie 12 V AC i są podawane do styku nr 5 układu IC2 w celu wymaganego przetwarzania.

Porównując dwa przebiegi, odpowiednio zwymiarowany Generowany jest SPWM na pinie # 3 układu IC2, który staje się sterującym PWM dla sieci mostka H.

Jak działa obwód V / Hz

Po włączeniu zasilania kondensator na pinie nr 5 zaczyna generować napięcie zerowe na pinie nr 5, co powoduje najniższą wartość SPWM do Obwód mostka H. , co z kolei umożliwia uruchomienie silnika indukcyjnego z powolnym stopniowym łagodnym startem.

Gdy ten kondensator ładuje się, potencjał na pinie # 5 rośnie, co proporcjonalnie podnosi SPWM i umożliwia silnikowi stopniowe zwiększanie prędkości.

Widzimy również obwód sprzężenia zwrotnego obrotomierza, który jest również zintegrowany z pinem # 5 układu IC2.

To tachometr monitoruje prędkość wirnika lub prędkość poślizgu i generuje dodatkowe napięcie na pinie # 5 IC2.

Teraz, gdy prędkość silnika wzrasta, prędkość poślizgu próbuje zsynchronizować się z częstotliwością stojana i w trakcie tego procesu zaczyna nabierać prędkości.

Ten wzrost poślizgu indukcyjnego zwiększa proporcjonalnie napięcie obrotomierza, co z kolei powoduje wzrost IC2 Wyjście SPWM a to z kolei dodatkowo zwiększa prędkość silnika.

Powyższa regulacja próbuje utrzymać stosunek V / Hz na dość stałym poziomie, aż w końcu, gdy SPWM z IC2 nie będzie w stanie dalej rosnąć.

W tym momencie prędkość poślizgu i prędkość stojana osiągają stan ustalony i jest on utrzymywany do momentu, gdy napięcie wejściowe lub prędkość poślizgu (z powodu obciążenia) nie ulegną zmianie. W przypadku ich zmiany obwód procesora V / Hz ponownie zaczyna działać i zaczyna regulować przełożenie w celu utrzymania optymalnej odpowiedzi prędkości silnika indukcyjnego.

Obrotomierz

Plik Obwód obrotomierza można również tanio zbudować przy użyciu następującego prostego obwodu i zintegrować z opisanymi powyżej etapami obwodu:

Jak wdrożyć kontrolę prędkości

W powyższych akapitach zrozumieliśmy proces automatycznej regulacji, który można osiągnąć poprzez integrację a informacja zwrotna z obrotomierza do autoregulującego obwodu sterownika SPWM.

Teraz nauczmy się, jak można kontrolować prędkość silnika indukcyjnego poprzez zmianę częstotliwości, co ostatecznie zmusi SPWM do spadku i utrzymania prawidłowego stosunku V / Hz.

Poniższy diagram wyjaśnia etap kontroli prędkości:

Tutaj widzimy trójfazowy obwód generatora wykorzystujący układ scalony IC 4035, którego częstotliwość przesunięcia fazowego można zmieniać, zmieniając wejście zegara na jego pinie # 6.

Sygnały 3-fazowe są podawane przez bramki 4049 IC w celu wytworzenia wymaganych kanałów HIN, LIN dla sieci sterownika z pełnym mostkiem.

Oznacza to, że odpowiednio zmieniając częstotliwość taktowania układu IC 4035, możemy skutecznie zmieniać działającą 3-fazową częstotliwość silnika indukcyjnego.

Jest to realizowane przez prosty, stabilny obwód IC 555, który dostarcza regulowaną częstotliwość na pin # 6 IC 4035 i umożliwia regulację częstotliwości przez dołączony potencjometr 100K. Kondensator C należy obliczyć w taki sposób, aby regulowany zakres częstotliwości mieścił się w prawidłowej specyfikacji podłączonego silnika indukcyjnego.

Gdy zmienia się potencjometr częstotliwości, zmienia się również efektywna częstotliwość silnika indukcyjnego, co odpowiednio zmienia prędkość silnika.

Na przykład, gdy częstotliwość jest zmniejszona, powoduje zmniejszenie prędkości silnika, co z kolei powoduje, że wyjście obrotomierza proporcjonalnie zmniejsza napięcie.

To proporcjonalne zmniejszenie wartości wyjściowej obrotomierza zmusza SPWM do zawężenia, a tym samym do proporcjonalnego obniżenia napięcia wyjściowego do silnika.

To działanie z kolei zapewnia utrzymanie stosunku V / Hz podczas sterowania prędkością silnika indukcyjnego poprzez sterowanie częstotliwością.

Ostrzeżenie: powyższa koncepcja opiera się wyłącznie na założeniach teoretycznych, należy postępować ostrożnie.

Jeśli masz dalsze wątpliwości dotyczące tego 3-fazowego regulatora prędkości silnika indukcyjnego, zachęcamy do publikowania tego samego w komentarzach.




Poprzedni: Jak zaprojektować obwód zasilacza bezprzerwowego (UPS) Dalej: Włączanie / wyłączanie dwóch alternatywnych obciążeń za pomocą IC 555