Jak vyrobit 3fázový obvod VFD

Představený 3fázový obvod VFD ( navržený mnou ) lze použít k řízení otáček libovolného třífázového kartáčovaného střídavého motoru nebo dokonce střídavého střídavého motoru. Nápad požadoval pan Tom

Pomocí VFD

Navrhovaný 3fázový obvod VFD lze univerzálně použít pro většinu 3fázových střídavých motorů, kde účinnost regulace není příliš kritická.

Může být konkrétně použit pro ovládání otáčky indukčního motoru veverky s režimem otevřené smyčky a případně také v režimu uzavřené smyčky, o kterém bude pojednáno v pozdější části článku.

Moduly potřebné pro 3fázový střídač

Pro návrh navrhovaného třífázového obvodu VFD nebo frekvenčního měniče jsou v zásadě nutné následující základní obvodové stupně:

1. Obvod regulátoru napětí PWM
2. 3fázový budicí obvod vysoké strany / nízké strany H můstku
3. 3 Fázový generátorový obvod
4. Obvod měniče napětí na frekvenci pro generování parametru V / Hz.

Naučme se funkční podrobnosti výše uvedených fází pomocí následujícího vysvětlení:

Jednoduchý obvod regulátoru napětí PWM lze vidět na níže uvedeném schématu:

Ovladač PWM

Už jsem začlenil a vysvětlil fungování výše uvedené fáze generátoru PWM, která je v podstatě navržena pro generování proměnlivého výstupu PWM přes pin3 IC2 v reakci na potenciál aplikovaný na pin5 stejného IC.

1K předvolba zobrazená na schématu je ovládací knoflík RMS, který lze vhodně upravit pro získání požadovaného proporcionálního množství výstupního napětí ve formě PWM na kolíku 3 IC2 pro další zpracování. Toto je nastaveno na produkci odpovídajícího výstupu, který může být ekvivalentní síťovému napětí 220 V nebo 120 V AC RMS.

Obvod řidiče H-Bridge

Následující diagram níže ukazuje jednofázový třífázový budicí obvod H můstku využívající IC IRS2330.

Design vypadá přímočaře, protože většinu složitostí řeší integrované sofistikované obvody čipů.

Dobře vypočítaný třífázový signál je aplikován na vstupy IC HIN1 / 2/3 a LIN1 / 2/3 přes třífázový generátor signálu.

Výstupy IC IRS2330 lze vidět integrovaný se 6 mosfety nebo mostní sítí IGBT, jejichž odtoky jsou vhodně konfigurovány s motorem, který je třeba ovládat.

Brány MOSFET / IGBT na nízké straně jsou integrovány s kolíkem IC2 č. 3 výše diskutovaného stupně obvodu PWM generátoru pro zahájení vstřikování PWM do stupně MOSFETu. Tato regulace v konečném důsledku pomáhá motoru získat požadovanou rychlost podle nastavení (prostřednictvím předvolby 1 k v prvním schématu).

V následujícím diagramu vizualizujeme požadovaný obvod generátoru 3fázového signálu.

Konfigurace obvodu třífázového generátoru

Třífázový generátor je konstruován kolem několika čipů CMOS CD4035 a CD4009, které generují přesně dimenzované třífázové signály napříč zobrazenými vývody.

Frekvence třífázových signálů závisí na napájených vstupních hodinách, které by měly být šestinásobkem zamýšleného třífázového signálu. To znamená, že pokud je požadovaná 3fázová frekvence 50 Hz, vstupní hodiny by měly být 50 x 6 = 300 Hz.

Rovněž z toho vyplývá, že výše uvedené hodiny lze měnit, aby se měnila efektivní frekvence budicího IC, což by zase odpovídalo za změnu pracovní frekvence motoru.

Vzhledem k tomu, že výše uvedená změna frekvence musí být automatická v reakci na měnící se napětí, stává se nezbytným převodník napětí na frekvenci. Další fáze pojednává o jednoduchém přesném obvodu měniče napětí na frekvenci pro požadovanou implementaci.

Jak vytvořit konstantní poměr V / F

Typicky v indukčních motorech, aby se udržela optimální účinnost otáček motoru a toque, je třeba řídit rychlost prokluzu nebo otáčky rotoru, což je zase možné udržováním konstantního poměru V / Hz. Jelikož je magnetický tok statoru vždy konstantní bez ohledu na vstupní napájecí frekvenci, rychlost rotoru se stává snadno ovladatelnou udržování konstantní poměr V / Hz .

V režimu otevřené smyčky to lze provést zhruba zachováním předem stanovených poměrů V / Hz a jejich implementací ručně. Například v prvním diagramu to lze provést vhodným nastavením předvolby R1 a 1K. R1 určuje frekvenci a 1K upravuje RMS výstupu, proto vhodným nastavením těchto dvou parametrů můžeme požadovanou hodnotu V / Hz vynutit ručně.

Abychom však získali relativně přesnou kontrolu točivého momentu a otáček indukčního motoru, musíme implementovat strategii uzavřené smyčky, kde je třeba údaje o rychlosti prokluzu přenést do zpracovatelského obvodu pro automatické nastavení poměru V / Hz, aby toto hodnota vždy zůstává téměř konstantní.

Implementace zpětné vazby uzavřené smyčky

První schéma na této stránce lze vhodně upravit pro návrh automatické regulace uzavřené smyčky V / Hz, jak je uvedeno níže:

Na výše uvedeném obrázku potenciál na kolíku # 5 IC2 určuje šířku SPWM, která je generována na kolíku # 3 stejného IC. SPWM jsou generovány porovnáním síťového 12V zvlnění na pinu č. 5 s trojúhelníkovou vlnou na pinu č. 7 IC2, který je přiváděn do nízkofrekvenčních mosfetů pro řízení motoru.

Zpočátku je tento SPWM nastaven na určitou upravenou úroveň (pomocí persetu 1K), která spouští brány IGBT dolní strany 3fázového můstku pro zahájení pohybu rotoru při stanovené jmenovité rychlosti.

Jakmile se rotor rotoru začne otáčet, připojený tachometr s mechanismem rotoru způsobí proporcionální přídavné množství napětí na pinu č. 5 IC2, což proporcionálně způsobí, že SPWM se rozšíří a způsobí větší napětí statorovým cívkám motoru. To způsobí další zvýšení otáček rotoru, které způsobí větší napětí na pinu č. 5 IC2, a to pokračuje, dokud se ekvivalentní napětí SPWM již nedokáže zvýšit a synchronizace rotoru statoru dosáhne ustáleného stavu.

Výše uvedený postup pokračuje v samočinném nastavování po celou dobu provozu motoru.

Jak vyrobit a integrovat tachometr

Jednoduchý design otáčkoměru lze vidět na následujícím schématu, který by mohl být integrován do mechanismu rotoru, takže rotační frekvence je schopná napájet základnu BC547.

Zde jsou data o rychlosti rotoru shromažďována ze snímače Hallova jevu nebo ze sítě IR LED / senzorů a jsou přiváděna na základnu T1.

T1 osciluje na této frekvenci a aktivuje obvod tachometru vytvořený vhodnou konfigurací monostabilního obvodu IC 555.

Výstup z výše uvedeného tachometru se úměrně mění v reakci na vstupní frekvenci na základně T1.

Jak frekvence stoupá, stoupá také napětí na krajní pravé straně a výstup D3 a naopak, a pomáhá udržovat poměr V / Hz na relativně konstantní úrovni.

Jak ovládat rychlost

Rychlost motoru používající konstantní V / F lze dosáhnout změnou frekvenčního vstupu na hodinovém vstupu IC 4035. Toho lze dosáhnout napájením proměnné frekvence z astabilního obvodu IC 555 nebo jakéhokoli standardního astabilního obvodu na hodinový vstup IC 4035.

Účinná změna frekvence mění pracovní frekvenci motoru, což odpovídajícím způsobem snižuje rychlost prokluzu.

To je detekováno otáčkoměrem a otáčkoměr úměrně snižuje potenciál na pinu č. 5 IC2, což zase úměrně snižuje obsah SPWM v motoru, a následně se snižuje napětí pro motor, což zajišťuje správnou změnu rychlosti motoru požadovaný poměr V / F.

Domácí převodník V na F

Ve výše uvedeném obvodu měniče napětí na kmitočet se používá IC 4060 a jeho frekvenčně závislý odpor je ovlivněn prostřednictvím sestavy LED / LDR pro zamýšlené převody.

Sestava LED / LDR je utěsněna uvnitř světelně odolné skříně a LDR je umístěna přes 1M frekvenčně závislý rezistor IC.

Vzhledem k tomu, že odezva LDR / LDR je poměrně lineární, generuje měnící se osvětlení LED na LDR proporcionálně proměnlivou (rostoucí nebo klesající) frekvenci napříč pin3 IC.

Rozsah FSD nebo V / Hz stupně lze nastavit vhodným nastavením odporu 1M nebo dokonce hodnoty C1.

LED je napětí je odvozeno a osvětleno PWM z prvního stupně obvodu PWM. Znamená to, že jak se PWM mění, mění se také osvětlení LED, což by vedlo k proporcionálně rostoucímu nebo snižujícímu se kmitočtu na kolíku 3 IC 4060 ve výše uvedeném diagramu.

Integrace převaděče s VFD

Tuto proměnlivou frekvenci od IC 4060 je nyní třeba jednoduše integrovat do třífázového generátoru hodin IC IC4040.

Výše uvedené fáze tvoří hlavní ingredience pro výrobu 3fázového obvodu VFD.

Nyní by bylo důležité diskutovat o stejnosměrné sběrnici potřebné pro napájení motorových řadičů IGBT a postupech nastavení celé konstrukce.

Stejnosměrnou sběrnici použitou na kolejnicích H-můstku IGBT lze získat opravou dostupného 3fázového síťového vstupu pomocí následující konfigurace obvodu. Lišty IGBT DC BUS jsou připojeny přes body označené jako „zatížení“

U jednofázového zdroje lze opravu provést pomocí standardní konfigurace sítě se 4 diodovými můstky.

Jak nastavit navrhovaný 3fázový obvod VFD

To lze provést podle následujících pokynů:

Po přivedení napětí DC sběrnice na IGBT (bez připojeného motoru) upravte předvolbu PWM 1k, dokud se napětí na kolejích nestane rovné předpokládaným specifikacím napětí motoru.

Dále upravte předvolbu IC 4060 1M, abyste mohli upravit kterýkoli ze vstupů IC IRS2330 na požadovanou správnou úroveň frekvence podle daných specifikací motoru.

Po dokončení výše uvedených postupů může být specifikovaný motor připojen a napájen různými úrovněmi napětí, parametrem V / Hz a potvrzen pro automatické operace V / Hz přes připojený motor.