Frekvensomriktare för induktionsmotor

Introduktion

Enfasinduktionsmotorer används i stor utsträckning i apparater och industriella kontroller. Permanent Split Capacitor (PSC) enfasinduktionsmotor är den enklaste och mest använda motorn av denna typ.

Enligt design är PSC-motorer enkelriktade, vilket innebär att de är utformade för att rotera i en riktning. Genom att lägga till antingen extra lindningar och externa reläer och omkopplare eller genom att använda växelmekanismer kan rotationsriktningen ändras. I denna idé kommer vi att diskutera i detalj hur man styr hastigheten på en PSC-motor i båda riktningarna med en PIC16F72 mikrokontroller och kraftelektronik.

PIC16F72 mikrokontroller valdes eftersom den är en av de enklaste och billigaste allmänna mikrokontrollerna som Microchip har i sin portfölj. Även om det inte har PWM i hårdvara för att driva kompletterande PWM-utgångar med dödband insatt, genereras alla PWM i firmware med hjälp av timers och utdata till allmänna utgångsstift.

Vad är variabel frekvens enhet?

Variabel frekvensomformare eller VFD är det sätt som möjliggör styrning av induktionsmotorns hastighet genom att applicera varierande frekvens av växelspänningen. Genom att styra utgångsfrekvensen är det möjligt att köra motorn med olika hastigheter baserat på kraven. Dessa är frekvensomriktare med justerbar hastighet som till stor del används i industriella applikationer som pumpar, ventilationssystem, hissar, verktygsmaskiner, etc. Det är i huvudsak ett energisparande system. Därför är det första kravet att generera en sinusvåg med olika frekvenser för VFD.

Vad är tekniken som används i VFD?

Det är systemet som ger växelströmsutgång med varierande frekvens för att styra motorns hastighet efter behov. Enfas variabla frekvensomformare är vanligare eftersom de flesta enheter arbetar i enfas växelströmförsörjning. Den består av en fullvågsbrolikriktare för att konvertera 230/110 Volt AC till cirka 300/150 volt DC. Utgången DC från brygglikriktaren slätas av en högvärdig utjämningskondensator för att avlägsna krusningar av växelström. Denna fasta spänning DC matas sedan till frekvensgenereringskretsen bildad av MOSFET (metalloxidfälteffekttransistor) / IGBT (isolerade porten bipolär transistor) transistorer. Denna MOSFET / IGBT-krets tar emot likströmmen och omvandlar den till växelström med variabel frekvens för att styra enhetens hastighet.

Frekvensändringen kan uppnås med hjälp av elektroniska kretsar eller mikrokontroller. Denna krets varierar spänningsfrekvensen (PWM) som appliceras på portdrivningen till MOSFET / IGBT-kretsen. Således uppträder växelspänning av varierande frekvens vid utgången. Microcontroller kan programmeras för att ändra frekvensen på utgången efter behov.

VFD-systemet:

Den variabla frekvensenheten har tre delar som en växelströmsmotor, en styrenhet och ett manövergränssnitt.

Växelströmsmotorn som används i VFD är i allmänhet en trefas induktionsmotor även om den är enfas motor används i vissa system. Motorer som är konstruerade för drift med fast varvtal används vanligtvis, men vissa motordesigner erbjuder bättre prestanda i VFD än standardkonstruktionen.

Controller-delen är den solida elektroniska kraftomvandlarkretsen för att omvandla växelström till likström och sedan till kvasi sinusvågström. Den första delen är växelströms- till likströmsomvandlaravsnittet med en fullvågslikriktarbrygga vanligtvis en trefaser / enfas fullvågsbro. Denna likströmsmellanprodukt omvandlas sedan till kvasi sinusvåg AC med hjälp av växelriktarkretsen. Här används MOSFET / IGBT-transistorer för att invertera DC till AC.

Växelriktarsektionen omvandlar likström till tre växelströmskanaler för att driva trefasmotorn. Controllersektionen kan också utformas för att ge förbättrad effektfaktor, mindre harmonisk distorsion och låg känslighet för ingångsströmstransienter.

Volts / Hz-styrning:

Kontrollkretsen reglerar frekvensen för den tillförda växelströmmen till motorn genom voltmetoden per hertz-styrmetod. Växelströmsmotor kräver variabel applicerad spänning när frekvensen ändras för att ge det angivna vridmomentet. Till exempel, om motorn är konstruerad för att arbeta i 440 volt vid 50Hz, måste den växelström som appliceras på motorn reduceras till hälften (220 volt) när frekvensen ändras till hälften (25Hz). Denna reglering är baserad på volt / Hz. I ovanstående fall är förhållandet 440/50 = 8,8 V / Hz.

Andra spänningsreglerande metoder:

Förutom Volts / Hz-styrning, mer avancerade metoder som Direct Torque Control eller DTC, Space Vector Pulse Width Modulation (SVPWM) etc används också för att kontrollera motorns hastighet. Genom att kontrollera spänningen i motorn kan magnetflödet och vridmomentet regleras exakt. I PWM-metoden producerar växelriktaromkopplarna en kvasi sinusvåg genom en serie smala pulser med Pseudo sinusformade varierande pulslängder.

Användargränssnitt:

Detta avsnitt tillåter användaren att starta / stoppa motorn och justera hastigheten. Andra faciliteter inkluderar backning av motor, växling mellan manuell och automatisk varvtalsreglering etc. Manövergränssnittet består av en panel med display eller indikatorer och mätare för att visa motorns hastighet, applicerad spänning etc. En uppsättning knappsatsbrytare tillhandahålls i allmänhet för att styra systemet.

Inbyggd -Soft Start:

I en vanlig induktionsmotor, påslagen med en växelströmställare, är strömmen som dras mycket högre än det nominella värdet och kan öka med ökad acceleration av lasten för att uppnå motorns fulla hastighet.

Å andra sidan i en VFD-styrd motor appliceras initialt låg spänning vid låg frekvens. Denna frekvens och spänning ökar med en kontrollerad hastighet för att påskynda belastningen. Detta utvecklar nästan mer vridmoment än motorns nominella värde.

VFD Motor Commutation :

Frekvensen och den applicerade spänningen reduceras först till en kontrollerad nivå och fortsätter sedan att minska tills den blir noll och motorn stängs av.

Applikationskrets för att styra hastigheten för enfasinduktionsmotor

Tillvägagångssättet är relativt enkelt när det gäller effektkretsen och styrkretsen. På ingångssidan används spänningsdubblare och på utgångssidan används en H-brygga, eller 2-fas växelriktare, som visas i figur 2. En ände av huvud- och startlindningarna är anslutna till varje halvbrygga och andra ändar är anslutna till växelströmsförsörjningens neutrala punkt.

Styrkretsen kräver fyra PWM med två komplementära par med tillräckligt dödband mellan de komplementära utgångarna. PWM-döda band är PWM0-PWM1 och PWM2-PWM3. PIC16F72 har inte PWM: er utformade i hårdvaran för att mata ut det vi behöver. När det gäller VF syntetiseras DC-bussen genom att variera frekvensen och amplituden. Detta ger två sinusspänningar ur fas.

Om spänningen som appliceras på huvudlindningen fördröjer startlindningen 90 grader, går motorn i en (dvs. framåt) riktning. Om vi ​​vill ändra rotationsriktningen är spänningen som appliceras på huvudlindningen att leda startlindningen.

Jag hoppas att du har en uppfattning om frekvensomriktaren för induktionsmotorn från artikeln ovan. så om du har några frågor om detta koncept eller det elektriska och elektroniskt projekt vänligen lämna kommentarsektionen nedan.