Как да направите 3-фазна VFD схема

Представената 3-фазна VFD схема ( проектиран от мен ) може да се използва за управление на скоростта на всеки трифазен двигател с променлив ток или дори безчетков двигател с променлив ток. Идеята е поискана от г-н Том

Използване на VFD

Предложената 3-фазна VFD схема може да бъде универсално приложена за повечето 3-фазни двигатели с променлив ток, където ефективността на регулиране не е твърде критична.

Може да се използва специално за контролиране скорост на асинхронния двигател на катерица с режим на отворен цикъл, а вероятно и в режим на затворен цикъл, което ще бъде обсъдено в по-късната част на статията.

Модули, необходими за 3-фазен инвертор

За проектиране на предложената 3-фазна VFD или задвижваща верига с променлива честота по същество са необходими следните основни етапи на веригата:

1. ШИМ верига на контролера на напрежението
2. 3-фазна верига на водача на мост с висока страна / ниска страна
3. 3-фазна верига на генератора
4. Схема на преобразувател на напрежение към честота за генериране на параметър V / Hz.

Нека научим подробностите за функционирането на горните етапи с помощта на следното обяснение:

В схемата, дадена по-долу, може да се види проста схема на PWM контролер на напрежение:

ШИМ контролерът

Вече съм включил и обяснил функционирането на горния етап на PWM генератор, който в основата си е проектиран за генериране на различна PWM изходна мощност през pin3 на IC2 в отговор на потенциала, приложен в pin5 на същия IC.

Предварителната настройка 1K, показана на диаграмата, е копчето за управление на RMS, което може да бъде подходящо настроено за придобиване на желаното пропорционално количество изходно напрежение под формата на ШИМ при pin3 на IC2 за по-нататъшна обработка. Това е настроено да произвежда съответния изход, който може да бъде еквивалентен на мрежата 220V или 120V AC RMS.

Веригата H-Bridge Driver

Следващата схема по-долу показва едночипова H-мостова 3-фазна верига на драйвера, използваща IC IRS2330.

Дизайнът изглежда ясен, тъй като повечето от сложностите се обработват от вградените чипове в сложни схеми.

Добре изчислен 3-фазен сигнал се прилага през входовете HIN1 / 2/3 и LIN1 / 2/3 на IC чрез 3-фазен генератор на каскада.

Изходите на IC IRS2330 може да се види интегриран с 6 мостови мрежи или IGBT мостова мрежа, чиито канали са конфигурирани по подходящ начин с мотора, който трябва да се контролира.

Портовете с нисък страничен MOSFET / IGBT са интегрирани с IC2 щифт № 3 на обсъдения по-горе етап на веригата на PWM генератор за иницииране на PWM инжектиране в етапа на MOSFET на моста. Това регулиране в крайна сметка помага на двигателя да постигне желаната скорост според настройките (чрез предварително зададените 1 k в първата диаграма).

В следващата диаграма ние визуализираме необходимата схема на трифазен генератор на сигнали.

Конфигуриране на 3-фазната схема на генератора

Трифазният генератор е конструиран около няколко CMOS чипа CD4035 и CD4009, който генерира точно оразмерени 3-фазни сигнали през показаните пиноути.

Честотата на 3-фазните сигнали зависи от подаваните входни часовници, които трябва да бъдат 6 пъти по-голям от предвидения 3-фазен сигнал. Това означава, че ако необходимата трифазна честота е 50 Hz, входният часовник трябва да бъде 50 x 6 = 300 Hz.

Това също така предполага, че горните часовници могат да бъдат променяни, за да се променя ефективната честота на интегралната схема на драйвера, което от своя страна ще бъде отговорно за промяна на работната честота на двигателя.

Въпреки това, тъй като горната промяна на честотата трябва да бъде автоматична в отговор на променящото се напрежение, преобразувателят на напрежение в честота става от съществено значение. Следващият етап обсъжда проста точна схема на преобразувател на напрежение към честота за необходимото изпълнение.

Как да създадем постоянно V / F съотношение

Обикновено при асинхронните двигатели, за да се поддържа оптимална ефективност на скоростта и въртящия момент на двигателя, трябва да се контролира скоростта на приплъзване или скоростта на ротора, което от своя страна става възможно чрез поддържане на постоянно съотношение V / Hz. Тъй като магнитният поток на статора винаги е постоянен, независимо от входната честота на захранване, скоростта на ротора става лесно контролируема от поддържане на съотношението V / Hz константа .

В режим на отворен цикъл това може да се направи грубо, като се поддържат предварително определени съотношения V / Hz и се приложи ръчно. Например в първата диаграма това може да бъде направено чрез подходящо регулиране на R1 и 1K предварително зададена настройка. R1 определя честотата и 1K настройва RMS на изхода, следователно чрез подходящо регулиране на двата параметъра можем да принудим необходимото количество V / Hz ръчно.

За да получим обаче относително точен въртящ момент и скорост на асинхронен двигател, трябва да приложим стратегия със затворен цикъл, при която данните за скоростта на приплъзване трябва да се подават към обработващата верига за автоматично регулиране на съотношението V / Hz, така че това стойност винаги остава близо до константа.

Внедряване на обратна връзка със затворен цикъл

Първата диаграма на тази страница може да бъде подходящо модифицирана за проектиране на автоматично регулиране на V / Hz със затворен контур, както е показано по-долу:

На горната фигура потенциалът на пин # 5 на IC2 определя ширината на SPWM, който се генерира на пин # 3 на същия IC. SPWM се генерират чрез сравняване на пробата от пулсации на мрежата 12V на щифт # 5 с триъгълна вълна на щифт # 7 на IC2 и тя се подава към ниските странични MOSFET-та за управление на двигателя.

Първоначално този SPWM е настроен на някакво коригирано ниво (използвайки 1K персет), което задейства ниските странични IGBT порти на 3-фазния мост за иницииране на движението на ротора при определеното ниво на номинална скорост.

Веднага след като роторът на ротора започне да се върти, прикрепеният оборотомер с роторния механизъм предизвиква да се развие пропорционално допълнително количество напрежение в щифт № 5 на IC2, това пропорционално кара SPWM да се разширяват, причинявайки повече напрежение на статорните намотки на двигателя. Това води до допълнително увеличаване на скоростта на ротора, причинявайки повече напрежение на щифт № 5 на IC2 и това продължава, докато еквивалентното напрежение на SPWM вече не е в състояние да се увеличи и синхронизацията на ротора на статора достигне стабилно състояние.

Горната процедура продължава да се саморегулира през периодите на работа на двигателя.

Как да направите и интегрирате тахометъра

Прост дизайн на тахометър може да се види на следващата схема, това може да бъде интегрирано с роторния механизъм, така че честотата на въртене да е в състояние да захранва основата на BC547.

Тук данните за скоростта на ротора се събират от сензор за ефект на Хол или IR LED / сензорна мрежа и се подават към основата на T1.

T1 се колебае при тази честота и активира схемата на оборотомера, направена чрез подходящо конфигуриране на IC 555 моностабилна схема.

Изходът от горния тахометър варира пропорционално в отговор на входната честота в основата на T1.

Тъй като честотата се повишава, напрежението в крайната дясна страна на изхода D3 също се повишава и обратно и помага да се поддържа съотношението V / Hz на относително постоянно ниво.

Как да контролираме скоростта

Скоростта на двигателя, използвайки постоянна V / F, може да се постигне чрез промяна на честотния вход на тактовия вход на IC 4035. Това може да се постигне чрез подаване на променлива честота от стабилна схема IC 555 или всяка стандартна нестабилна верига към входа на часовника на IC 4035.

Промяната на честотата ефективно променя работната честота на двигателя, което съответно намалява скоростта на приплъзване.

Това се открива от оборотомера и оборотомерът пропорционално намалява потенциала на щифт # 5 на IC2, което от своя страна пропорционално намалява съдържанието на SPWM в двигателя и следователно напрежението за двигателя се намалява, осигурявайки вариране на скоростта на двигателя с правилното необходимо съотношение V / F.

Домашен конвертор V към F

В горната схема на преобразувател на напрежение към честота се използва IC 4060 и неговото честотно зависимо съпротивление се влияе чрез LED / LDR модул за предвидените преобразувания.

Сглобката LED / LDR е запечатана в светлоустойчива кутия, а LDR е разположен в 1M зависим от честотата резистор на IC.

Тъй като реакцията на LDR / LDR е доста линейна, променящото се осветяване на светодиода на LDR генерира пропорционално варираща (увеличаваща се или намаляваща) честота през pin3 на IC.

FSD или обхватът V / Hz на каскада може да се настрои чрез подходяща настройка на 1M резистор или дори стойността C1.

Светодиодът е, че напрежението се извежда и осветява чрез ШИМ от първия етап на ШИМ веригата. Това предполага, че тъй като ШИМ варират, LED осветлението също ще варира, което от своя страна би довело до пропорционално увеличаване или намаляване на честотата при pin3 на IC 4060 в горната диаграма.

Интегриране на конвертора с VFD

Тази различна честота от IC 4060 сега просто трябва да бъде интегрирана с входа на трифазния генератор IC CD4035.

Горните етапи формират основните съставки за създаване на 3-фазна VFD верига.

Сега би било важно да обсъдим по отношение на DC шината, необходима за снабдяване на IGBT контролерите на двигателя, и процедурите за настройка на целия дизайн.

DC шината, приложена през IGBT H-мостовите релси, може да бъде получена чрез коригиране на наличния 3-фазен мрежов вход, използвайки следната конфигурация на веригата. Релсите на IGBT DC BUS са свързани през точките, посочени като „товар“

За еднофазен източник коригирането може да се осъществи, като се използва стандартна конфигурация на 4-диодна мостова мрежа.

Как да настроите предложената 3-фазна VFD верига

Това може да се направи съгласно следните инструкции:

След прилагане на напрежението на шината за постоянен ток през IGBT (без свързан двигател) регулирайте предварително зададената PWM 1k, докато напрежението в релсите стане равно на предвидените спецификации на напрежението на двигателя.

След това настройте предварително зададената IC 4060 1M, за да регулирате всеки от входовете на IC IRS2330 до необходимото правилно ниво на честотата според дадените спецификации на двигателя.

След приключване на горните процедури, посоченият двигател може да бъде свързан и снабден с различни нива на напрежение, параметър V / Hz и потвърден за автоматични операции V / Hz над свързания двигател.