So erstellen Sie eine 3-Phasen-VFD-Schaltung

So erstellen Sie eine 3-Phasen-VFD-Schaltung

Die vorgestellte 3-Phasen-VFD-Schaltung ( von mir entworfen ) kann zur Steuerung der Drehzahl eines dreiphasigen bürstenbehafteten Wechselstrommotors oder sogar eines bürstenlosen Wechselstrommotors verwendet werden. Die Idee wurde von Herrn Tom angefordert

Verwenden des VFD

Die vorgeschlagene 3-Phasen-VFD-Schaltung kann universell für die meisten 3-Phasen-Wechselstrommotoren angewendet werden, bei denen der Regelungswirkungsgrad nicht zu kritisch ist.



Es kann speziell zur Steuerung verwendet werden Drehzahl des Käfigläufer-Induktionsmotors mit einem Open-Loop-Modus und möglicherweise auch im Closed-Loop-Modus, der im späteren Teil des Artikels erläutert wird.



Erforderliche Module für 3-Phasen-Wechselrichter

Für den Entwurf der vorgeschlagenen 3-Phasen-VFD- oder Frequenzumrichterschaltung sind im Wesentlichen die folgenden grundlegenden Schaltungsstufen erforderlich:

  1. PWM-Spannungsreglerschaltung
  2. 3-phasige High-Side- / Low-Side-H-Brückentreiberschaltung
  3. 3-Phasen-Generatorschaltung
  4. Spannungs-Frequenz-Wandlerschaltung zur Erzeugung von V / Hz-Parametern.

Lassen Sie uns die Funktionsdetails der oben genannten Stufen anhand der folgenden Erklärung lernen:



Eine einfache PWM-Spannungsreglerschaltung ist in dem folgenden Diagramm zu sehen:

Der PWM-Controller

Ich habe bereits die Funktionsweise der obigen PWM-Generatorstufe integriert und erklärt, die im Wesentlichen zum Erzeugen eines variierenden PWM-Ausgangs über Pin3 von IC2 als Reaktion auf das an Pin5 desselben IC angelegte Potential ausgelegt ist.

Die in dem Diagramm gezeigte 1K-Voreinstellung ist der RMS-Steuerknopf, der geeignet eingestellt werden kann, um die gewünschte proportionale Menge an Ausgangsspannung in Form von PWMs an Pin3 von IC2 zur weiteren Verarbeitung zu erfassen. Dies ist so eingestellt, dass ein entsprechender Ausgang erzeugt wird, der dem 220-V- oder 120-V-Wechselstrom-Effektivwert des Netzes entsprechen kann.



Die H-Bridge-Treiberschaltung

Das folgende Diagramm zeigt eine Einzelchip-H-Brücken-3-Phasentreiberschaltung unter Verwendung des IC IRS2330.

Das Design sieht unkompliziert aus, da die meisten Komplexitäten von den in Chips integrierten, hoch entwickelten Schaltkreisen bewältigt werden.

Ein gut berechnetes 3-Phasen-Signal wird über eine 3-Phasen-Signalgeneratorstufe an die Eingänge HIN1 / 2/3 und LIN1 / 2/3 des IC angelegt.

Die Ausgänge der IC IRS2330 Es ist in 6 Mosfets oder IGBTs-Brückennetzwerke integriert zu sehen, deren Abflüsse entsprechend dem Motor konfiguriert sind, der gesteuert werden muss.

Die Low-Side-Mosfet / IGBT-Gates sind in den IC2-Pin Nr. 3 der oben diskutierten PWM-Generatorschaltungsstufe integriert, um die PWM-Injektion in die Brücken-Mosfet-Stufe einzuleiten. Diese Regelung hilft dem Motor letztendlich, die gewünschte Drehzahl gemäß den Einstellungen zu erreichen (über die 1 k-Voreinstellung im ersten Diagramm).

3-Phasen-VFD-Handbuch

Im folgenden Diagramm visualisieren wir die erforderliche 3-Phasen-Signalgeneratorschaltung.

3-Phasen-Generatorschaltung konfigurieren

Der 3-Phasen-Generator ist um ein paar CMOS-Chips CD4035 und CD4009 aufgebaut, die über die gezeigten Pinbelegungen genau dimensionierte 3-Phasen-Signale erzeugen.

Die Frequenz der 3-Phasen-Signale hängt von den eingespeisten Eingangstakten ab, die das 6-fache des beabsichtigten 3-Phasen-Signals betragen sollten. Das heißt, wenn die erforderliche 3-Phasen-Frequenz 50 Hz beträgt, sollte der Eingangstakt 50 x 6 = 300 Hz betragen.

Dies impliziert auch, dass die obigen Takte variiert werden könnten, um die effektive Frequenz des Treiber-IC zu variieren, was wiederum für das Variieren der Motorbetriebsfrequenz verantwortlich wäre.

Da jedoch die obige Frequenzänderung als Reaktion auf die sich ändernde Spannung automatisch erfolgen muss, wird ein Spannungs-Frequenz-Wandler wesentlich. In der nächsten Stufe wird eine einfache genaue Spannungs-Frequenz-Wandler-Schaltung für die erforderliche Implementierung erörtert.

So erstellen Sie ein konstantes V / F-Verhältnis

Typischerweise muss bei Induktionsmotoren die Schlupfgeschwindigkeit oder die Rotordrehzahl gesteuert werden, um einen optimalen Wirkungsgrad der Motordrehzahl und des Drehmoments aufrechtzuerhalten, was wiederum durch Aufrechterhaltung eines konstanten V / Hz-Verhältnisses möglich wird. Da der Statormagnetfluss unabhängig von der Eingangsversorgungsfrequenz immer konstant ist, kann die Rotordrehzahl leicht gesteuert werden durch Halten des V / Hz-Verhältnisses konstant .

In einem Open-Loop-Modus kann dies grob erfolgen, indem vorgegebene V / Hz-Verhältnisse beibehalten und manuell implementiert werden. Zum Beispiel kann dies im ersten Diagramm durch geeignetes Einstellen der Voreinstellung R1 und 1K erfolgen. R1 bestimmt die Frequenz und 1K stellt den Effektivwert des Ausgangs ein. Durch geeignetes Einstellen der beiden Parameter können wir den erforderlichen Wert V / Hz manuell erzwingen.

Um jedoch eine relativ genaue Steuerung des Drehmoments und der Drehzahl eines Induktionsmotors zu erhalten, müssen wir eine Strategie mit geschlossenem Regelkreis implementieren, bei der die Schlupfgeschwindigkeitsdaten der Verarbeitungsschaltung zur automatischen Anpassung des V / Hz-Verhältnisses zugeführt werden müssen, damit dies geschieht Wert bleibt immer in der Nähe von etwa konstant.

Implementierung des Closed-Loop-Feedbacks

Das erste Diagramm auf dieser Seite kann geeignet geändert werden, um die automatische V / Hz-Regelung mit geschlossenem Regelkreis wie folgt zu gestalten:

In der obigen Abbildung bestimmt das Potential an Pin Nr. 5 von IC2 die Breite des SPWM, das an Pin Nr. 3 desselben IC erzeugt wird. Die SPWM werden durch Vergleichen der 12-V-Netzwelligkeitsprobe an Pin 5 mit der Dreieckwelle an Pin 7 von IC2 erzeugt, und diese wird zur Motorsteuerung den Low-Side-Mosfets zugeführt.

Zu Beginn wird dieses SPWM auf einen angepassten Pegel eingestellt (unter Verwendung von 1K-Perset), wodurch die Low-Side-IGBT-Gates der 3-Phasen-Brücke ausgelöst werden, um die Rotorbewegung bei dem angegebenen Nenndrehzahlpegel auszulösen.

Sobald sich der Rotorrotor zu drehen beginnt, bewirkt der angebrachte Drehzahlmesser mit dem Rotormechanismus, dass sich an Pin 5 von IC2 eine proportionale zusätzliche Spannungsmenge entwickelt. Dies führt proportional dazu, dass die SPWMs breiter werden und mehr Spannung an den Statorspulen des Motors verursachen. Dies führt zu einer weiteren Erhöhung der Rotordrehzahl, wodurch mehr Spannung an Pin 5 von IC2 verursacht wird, und dies geht so lange weiter, bis die SPWM-Ersatzspannung nicht mehr ansteigen kann und die Statorrotorsynchronisation einen stationären Zustand erreicht.

Das obige Verfahren wird während der gesamten Betriebszeit des Motors selbstjustiert.

Herstellung und Integration des Drehzahlmessers

Eine einfache Drehzahlmesserkonstruktion ist in der folgenden Abbildung zu sehen. Diese könnte in den Rotormechanismus integriert werden, sodass die Drehfrequenz die Basis des BC547 speisen kann.

Hier werden die Rotordrehzahldaten von einem Hall-Effekt-Sensor oder einem IR-LED / Sensor-Netzwerk gesammelt und der Basis von T1 zugeführt.

T1 schwingt mit dieser Frequenz und aktiviert die Drehzahlmesserschaltung, die durch geeignete Konfiguration einer monostabilen IC 555-Schaltung hergestellt wurde.

Die Ausgabe des obigen Drehzahlmessers ändert sich proportional in Reaktion auf die Eingangsfrequenz an der Basis von T1.

Mit steigender Frequenz steigt auch die Spannung am D3-Ausgang ganz rechts und umgekehrt und hilft, das V / Hz-Verhältnis auf einem relativ konstanten Niveau zu halten.

So steuern Sie die Geschwindigkeit

Die Motordrehzahl unter Verwendung eines konstanten U / F kann erreicht werden, indem der Frequenzeingang am Takteingang des IC 4035 geändert wird. Dies kann erreicht werden, indem eine variable Frequenz von einem astabilen IC 555-Schaltkreis oder einem beliebigen astabilen Standardkreis dem Takteingang von IC zugeführt wird IC 4035.

Durch Ändern der Frequenz wird die Betriebsfrequenz des Motors effektiv geändert, wodurch die Schlupfgeschwindigkeit entsprechend verringert wird.

Dies wird vom Drehzahlmesser erfasst, und der Drehzahlmesser verringert proportional das Potential an Pin 5 des IC2, was wiederum den SPWM-Gehalt am Motor proportional verringert, und folglich wird die Spannung für den Motor verringert, wodurch eine Änderung der Motordrehzahl mit der richtigen sichergestellt wird erforderliches V / F-Verhältnis.

Ein hausgemachter V zu F Konverter

In der obigen Spannungs-Frequenz-Wandlerschaltung wird ein IC 4060 verwendet und sein frequenzabhängiger Widerstand wird durch eine LED / LDR-Anordnung für die beabsichtigten Umwandlungen beeinflusst.

Die LED / LDR-Baugruppe ist in einer lichtdichten Box versiegelt, und der LDR ist über einem 1M frequenzabhängigen Widerstand des IC positioniert.

Da die LDR / LDR-Antwort ziemlich linear ist, erzeugt die variierende Beleuchtung der LED am LDR eine proportional variierende (zunehmende oder abnehmende) Frequenz über Pin3 des IC.

Der FSD- oder der V / Hz-Bereich der Stufe könnte durch geeignetes Einstellen des 1M-Widerstands oder sogar des C1-Werts eingestellt werden.

Die LED wird Spannung abgeleitet und durch die PWMs von der ersten PWM-Schaltungsstufe beleuchtet. Dies impliziert, dass mit variierenden PWMs auch die LED-Beleuchtung variiert, was wiederum zu einer proportional ansteigenden oder abnehmenden Frequenz an Pin3 des IC 4060 im obigen Diagramm führen würde.

Integration des Konverters in VFD

Diese vom IC 4060 abweichende Frequenz muss nun einfach in den Takteingang des 3-Phasen-Generator-IC CD4035 integriert werden.

Die obigen Stufen bilden die Hauptbestandteile zur Herstellung einer 3-Phasen-VFD-Schaltung.

Nun wäre es wichtig, den für die Versorgung der IGBT-Motorsteuerungen erforderlichen DC-BUS und die Einrichtungsverfahren für das gesamte Design zu erörtern.

Der über die IGBT-H-Brückenschienen angelegte DC-BUS kann durch Gleichrichten des verfügbaren 3-Phasen-Netzeingangs unter Verwendung der folgenden Schaltungskonfiguration erhalten werden. Die IGBT-DC-BUS-Schienen werden über die als 'Last' angegebenen Punkte angeschlossen.

Für eine einphasige Quelle kann die Gleichrichtung unter Verwendung einer Standard-4-Diodenbrückennetzwerkkonfiguration implementiert werden.

So richten Sie die vorgeschlagene 3-Phasen-VFD-Schaltung ein

Dies kann gemäß den folgenden Anweisungen erfolgen:

Stellen Sie nach dem Anlegen der Zwischenkreisspannung an die IGBTs (ohne angeschlossenen Motor) die voreingestellte PWM 1k ein, bis die Spannung an den Schienen den beabsichtigten Motorspannungsspezifikationen entspricht.

Stellen Sie als nächstes die Voreinstellung IC 4060 1M ein, um einen der IC IRS2330-Eingänge auf den erforderlichen korrekten Frequenzpegel gemäß den angegebenen Motorspezifikationen einzustellen.

Nachdem die obigen Verfahren abgeschlossen sind, kann der angegebene Motor angeschlossen und mit verschiedenen Spannungspegeln, V / Hz-Parametern versorgt und für einen automatischen V / Hz-Betrieb über den angeschlossenen Motor bestätigt werden.




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