Jednofazowy obwód VFD napędu o zmiennej częstotliwości

W poście omówiono jednofazowy obwód przemiennika częstotliwości lub obwód VFD do sterowania prędkością silnika prądu przemiennego bez wpływu na ich specyfikacje operacyjne.

Co to jest VFD

Silniki i inne podobne obciążenia indukcyjne w szczególności nie „lubią” pracy z częstotliwościami, które mogą nie mieszczą się w ich specyfikacjach produkcyjnych i mają tendencję do stania się bardzo nieefektywne, jeśli są zmuszane do pracy w takich nietypowych warunkach.

Na przykład silnik przeznaczony do pracy z częstotliwością 60 Hz może nie być zalecany do pracy z częstotliwościami 50 Hz lub innymi zakresami.

Może to spowodować niepożądane skutki, takie jak rozgrzanie się silnika, niższe lub wyższe niż wymagane prędkości i nienormalnie wysokie zużycie, co powoduje, że rzeczy są bardzo nieefektywne i zmniejszają żywotność podłączonego urządzenia.

Jednak praca silników w warunkach różnych częstotliwości wejściowych często staje się przymusem iw takich sytuacjach VFD lub obwód napędowy o zmiennej częstotliwości może być bardzo przydatny.

VFD to urządzenie, które umożliwia użytkownikowi sterowanie prędkością silnika prądu przemiennego poprzez regulację częstotliwości i napięcia zasilania wejściowego zgodnie ze specyfikacją silnika.

Oznacza to również, że VFD umożliwia nam obsługę dowolnego silnika prądu przemiennego za pośrednictwem dowolnego dostępnego źródła prądu przemiennego sieci, niezależnie od jego specyfikacji napięcia i częstotliwości, poprzez odpowiednie dostosowanie częstotliwości i napięcia VFD zgodnie ze specyfikacjami silnika.

Odbywa się to zwykle za pomocą danego elementu sterującego w postaci pokrętła o zmiennej wielkości, wyskalowanego z inną kalibracją częstotliwości.

Wykonanie VFD w domu może wydawać się trudną propozycją, jednak rzut oka na projekt sugerowany poniżej pokazuje, że w końcu nie jest tak trudno zbudować to bardzo przydatne urządzenie (zaprojektowane przeze mnie).

Działanie obwodu

Obwód można zasadniczo podzielić na dwa etapy: stopień sterownika półbrige i stopień generatora logicznego PWM.

Stopień sterownika półmostkowego wykorzystuje sterownik półmostkowy IC IR2110, który samodzielnie dba o stopień napędu silnika wysokiego napięcia, zawierający odpowiednio dwa mosfety po stronie wysokiego i niskiego.

Układ scalony sterownika stanowi zatem serce obwodu, ale wymaga tylko kilku elementów do realizacji tej kluczowej funkcji.

Powyższy układ scalony wymagałby jednak wysokiej logiki i niskiej logiki w częstotliwościach do napędzania podłączonego obciążenia na pożądanej określonej częstotliwości.

Te wejściowe sygnały logiczne hi i lo stają się danymi operacyjnymi dla układu scalonego sterownika i muszą zawierać sygnały do ​​określenia określonej częstotliwości, a także PWM w fazie z siecią prądu przemiennego.

Powyższe informacje są tworzone przez inny etap składający się z kilku 555 układów scalonych i licznika dekad. IC 4017.

Dwa układy scalone 555 są odpowiedzialne za generowanie zmodyfikowanych sygnałów PWM o przebiegu sinusoidalnym odpowiadających próbce pełnej fali prądu przemiennego pochodzącej z wyjściowego prostownika mostka obniżonego.

IC4017 działa jako generator logiki wyjściowej z biegunami totemu, którego częstotliwość przemienna staje się głównym parametrem określającym częstotliwość obwodu.

Ta określająca częstotliwość jest pobierana z pinu # 3 układu IC1, który również zasila pin wyzwalający IC2 i do tworzenia zmodyfikowanych PWM na pinie # 3 układu IC2.

Zmodyfikowane PWM z falą sinusoidalną są skanowane na wyjściach układu scalonego 4017 przed zasileniem IR2110 w celu nałożenia dokładnego „wydruku” zmodyfikowanych PWM na wyjściu sterownika półmostkowego, a ostatecznie na pracujący silnik.

Cx i wartości potencjometru 180k powinny być odpowiednio dobrane lub wyregulowane w celu zapewnienia prawidłowej określonej częstotliwości dla silnika.

Wysokie napięcie na odpływie mosfetu po stronie wysokiego należy również odpowiednio obliczyć i wyprowadzić poprzez prostowanie dostępnego napięcia sieciowego AC po odpowiednim podwyższeniu go lub obniżeniu zgodnie ze specyfikacją silnika.

Powyższe ustawienia określą prawidłowe napięcie na herc (V / Hz) dla konkretnego silnika.

Napięcie zasilania dla obu stopni można doprowadzić do wspólnej linii, tak samo jak dla połączenia z masą.

TR1 to transformator 0-12V / 100mA obniżający napięcie, który zapewnia obwodom wymagane robocze napięcie zasilania.

Obwód kontrolera PWM

Będziesz musiał odpowiednio zintegrować wyjścia z IC 4017 z powyższego schematu do wejść HIN i ​​LIN na poniższym schemacie. Połącz również wskazane diody 1N4148 na powyższym schemacie z bramkami MOSFET strony niskiej, jak pokazano na poniższym schemacie.

Sterownik silnika z pełnym mostkiem

Aktualizacja:

Omówiony powyżej prosty projekt pojedynczego VFD można dodatkowo uprościć i ulepszyć za pomocą samoscylacyjnego układu scalonego pełnego mostka IRS2453, jak pokazano poniżej:

Tutaj IC 4017 jest całkowicie wyeliminowany, ponieważ pełny sterownik mostkowy jest wyposażony we własny stopień oscylatora, a zatem nie jest wymagane zewnętrzne wyzwalanie dla tego układu scalonego.

Ponieważ jest to konstrukcja z pełnym mostkiem, sterowanie mocą wyjściową silnika ma pełny zakres regulacji prędkości od zera do maksymalnej.

Potencjometr na pinie nr 5 układu IC 2 może być używany do sterowania prędkością i momentem obrotowym silnika metodą PWM.

W przypadku sterowania prędkością V / Hz Rt / Ct skojarzone z IRS2453 i R1 związane z IC1 można odpowiednio dostosować (ręcznie), aby uzyskać odpowiednie wyniki.

Jeszcze bardziej upraszczając

Jeśli uznasz, że pełny odcinek mostka jest przytłaczający, możesz go zastąpić pełnym mostkiem opartym na P, N-MOSFET, jak pokazano poniżej. Ten przetwornik o zmiennej częstotliwości wykorzystuje tę samą koncepcję, z wyjątkiem sekcji przetwornika z pełnym mostkiem, w której zastosowano tranzystory MOSFET z kanałem P po stronie wysokiej i tranzystory MOSFET z kanałem N po stronie niskiej.

Chociaż konfiguracja może wyglądać na nieefektywną ze względu na zaangażowanie tranzystorów MOSFET z kanałem P (ze względu na ich wysoką ocenę RDSon), użycie wielu równoległych tranzystorów P-MOSFET może wyglądać na skuteczne podejście do rozwiązania problemu niskiego RDSon.

Tutaj 3 tranzystory MOSFET są używane równolegle w urządzeniach z kanałem P, aby zapewnić zminimalizowane nagrzewanie się urządzeń, na równi z odpowiednikami z kanałem N.