Задвижване с променлива честота за асинхронен двигател

Въведение

Еднофазните асинхронни двигатели се използват широко в уредите и промишленото управление. Монофазният асинхронен двигател с постоянен разделен кондензатор (PSC) е най-простият и най-широко използван двигател от този тип.

По дизайн PSC двигателите са еднопосочни, което означава, че са проектирани да се въртят в една посока. Чрез добавяне или на допълнителни намотки, и външни релета и превключватели, или чрез използване на зъбни механизми, посоката на въртене може да бъде променена. В тази идея ще обсъдим подробно как да управляваме скоростта на PSC мотор в двете посоки с помощта на микроконтролер PIC16F72 и силова електроника.

Микроконтролерът PIC16F72 е избран, тъй като е един от най-простите и евтини микроконтролери с общо предназначение, които Microchip има в своето портфолио. Въпреки че не разполага с ШИМ в хардуер за задвижване на допълнителни ШИМ изходи с вмъкната мъртва лента, всички ШИМ се генерират във фърмуер с помощта на таймери и изход към изходни щифтове с общо предназначение.

Какво представлява задвижването с променлива честота?

Задвижването с променлива честота или VFD е начинът, който позволява управление на скоростта на асинхронния двигател чрез прилагане на променлива честота на променливотоково захранващо напрежение. Чрез управление на изходната честота на променлив ток е възможно двигателят да се задвижва с различни скорости, в зависимост от изискванията. Това са задвижвания с регулируема скорост, широко използвани в промишлени приложения като помпи, вентилационни системи, асансьори, задвижвания на металообработващи машини и др. По същество това е енергоспестяваща система. Следователно първото изискване е да се генерира синусоида с различни честоти за VFD.

Каква е технологията, приета във VFD?

Системата е тази, която дава променлив ток с различна честота, за да контролира скоростта на двигателя според нуждите. Еднофазни инвертори с променлива честота са по-често срещани, тъй като повечето устройства работят в еднофазно захранване с променлив ток. Състои се от мостов изправител с пълна вълна за преобразуване на 230/110 волта променлив ток в приблизително 300/150 волта постоянен ток. Изходният DC от мостовия токоизправител се изглажда от изглаждащ кондензатор с висока стойност, за да се премахнат пулсациите на променлив ток. Това постояннотоково напрежение DC се подава към честотно генериращата верига, образувана от транзистори MOSFET (полеви транзистор с метален оксид) / IGBT (биполярен транзистор с изолирана порта). Тази MOSFET / IGBT верига приема постояннотока и го преобразува в променлив ток с променлива честота, за да контролира скоростта на устройството.

Промяната на честотата може да бъде постигната с помощта на електронни схеми или микроконтролер. Тази схема променя честотата на напрежението (ШИМ), приложена към задвижването на портата на веригата MOSFET / IGBT. Така на изхода се появява променливо напрежение с различна честота. Микроконтролерът може да бъде програмиран да променя честотата на изхода според нуждите.

VFD системата:

Устройството с променлива честота има три части като двигател с променлив ток, контролер и операционен интерфейс.

Двигателят с променлив ток, използван в VFD, обикновено е трифазен асинхронен двигател, въпреки че е еднофазен двигател се използва в някои системи. Обикновено се използват двигатели, които са проектирани за работа с фиксирана скорост, но някои конструкции на двигатели предлагат по-добри характеристики в VFD от стандартния дизайн.

Частта на контролера е твърдата верига на електронния преобразувател на мощност за преобразуване на променлив ток в постоянен ток и след това в квазисинусален променлив ток. Първата част е преобразувателната секция AC към DC, която има мост на изправител с пълна вълна, обикновено трифазен / еднофазен мост на пълна вълна. След това този междинен постоянен ток се преобразува в квазисинусоидален променлив ток с помощта на превключващата верига на инвертора. Тук транзисторите MOSFET / IGBT се използват за обръщане на постоянен ток към променлив ток.

Инверторната секция преобразува DC в три канала за променлив ток, за да задвижва трифазния двигател. Разделът Controller може също да бъде проектиран да осигури подобрен фактор на мощността, по-малко хармонично изкривяване и ниска чувствителност към входящите AC преходни процеси.

Волта / Hz управление:

Схемата на контролера регулира честотата на доставения променлив ток към двигателя чрез волта на метод за управление на херца. Променливотоковият двигател изисква променливо приложено напрежение, когато честотата се променя, за да даде зададения въртящ момент. Например, ако двигателят е проектиран да работи в 440 волта при 50Hz, тогава AC, приложена към двигателя, трябва да бъде намалена наполовина (220 волта), когато честотата се промени на половината (25Hz). Тази регулация се основава на волта / Hz. В горния случай съотношението е 440/50 = 8,8 V / Hz.

Други методи за контрол на напрежението:

Освен управлението на волтове / Hz, по-усъвършенствани методи като директно управление на въртящия момент или DTC, Модулация на широчината на импулса с космически вектор (SVPWM) , и т.н. също се използват за управление на скоростта на двигателя. Чрез контролиране на напрежението в двигателя, магнитният поток и въртящият момент могат да бъдат контролирани прецизно. При PWM метода инверторните превключватели произвеждат квазисинусова вълна през поредица от тесни импулси с псевдо синусоидално варираща продължителност на импулса.

Работен интерфейс:

Този раздел позволява на потребителя да стартира / спира двигателя и да регулира скоростта. Други съоръжения включват заден ход на двигателя, превключване между ръчен и автоматичен контрол на скоростта и др. Работният интерфейс се състои от панел с дисплей или индикатори и измервателни уреди за показване на скоростта на двигателя, приложеното напрежение и др. По принцип се предлагат ключове на клавиатурата за контрол на системата.

Вграден -мек старт:

В обикновен асинхронен двигател, включен с променлив ток, изтегленият ток е много по-висок от номиналната стойност и може да се увеличи с увеличеното ускорение на товара, за да постигне пълната скорост на двигателя.

От друга страна, в двигател с VFD, първоначално се прилага ниско напрежение при ниска честота. Тази честота и напрежение се увеличават с контролирана скорост, за да ускорят натоварването. Това развива почти повече въртящ момент от номиналната стойност на двигателя.

VFD комутация на двигателя :

Честотата и приложеното напрежение първо се намаляват до контролирано ниво и след това продължават да намаляват, докато станат нула и двигателят се изключи.

Приложна верига за управление на скоростта на еднофазен асинхронен двигател

Подходът е относително лесен, що се отнася до силовата верига и веригата за управление. На входната страна се използват удвоители на напрежение, а на изходната страна се използва H-мост или 2-фазен инвертор, както е показано на Фигура 2. Единият край на главната и началната намотки са свързани към всеки полумост и други краища са свързани към неутралната точка на променливотоковото захранване.

Контролната верига изисква четири ШИМ с две допълващи двойки с достатъчно мъртва лента между допълнителните изходи. Мъртвите ленти на PWM са PWM0-PWM1 и PWM2-PWM3. PIC16F72 няма ШИМ, проектирани в хардуера, за да извеждат нужния начин. Що се отнася до VF, постояннотоковата шина се синтезира чрез промяна на честотата и амплитудата. Това ще даде две синусоидни напрежения извън фазата.

Ако напрежението, приложено към основната намотка, изостава със стартовата намотка с 90 градуса, двигателят работи в една (т.е. напред) посока. Ако искаме да променим посоката на въртене, тогава напрежението, приложено към основната намотка, е да проведе стартовата намотка.

Надявам се, че имате представа за задвижването с променлива честота за асинхронния двигател от горната статия. така че ако имате някакви въпроси относно тази концепция или електрическите и електронен проект моля, оставете раздела за коментари по-долу.