Circuit VFD cu acționare cu frecvență variabilă monofazată

Postul discută un circuit de acționare cu frecvență variabilă monofazată sau un circuit VFD pentru controlul motorului de curent alternativ accelerat fără a afecta specificațiile operaționale ale acestora.

Ce este un VFD

Motoarele și alte sarcini inductive similare nu „plac” să funcționeze cu frecvențe care ar putea să nu se încadreze în specificațiile lor de fabricație și tind să devină mult ineficiente dacă sunt forțate în astfel de condiții anormale.

De exemplu, este posibil ca un motor specificat să funcționeze cu 60Hz să nu fie recomandat să funcționeze cu frecvențe de 50 Hz sau alte intervale.

Acest lucru poate produce rezultate nedorite, cum ar fi încălzirea motorului, mai mică sau mai mare decât turațiile necesare și un consum anormal de mare, ceea ce face ca lucrurile să fie foarte ineficiente și să degradeze viața mai mică a dispozitivului conectat.

Cu toate acestea, funcționarea motoarelor în diferite condiții de frecvență de intrare devine adesea o constrângere și în astfel de situații un circuit de acționare VFD sau o frecvență variabilă poate deveni foarte util.

Un VFD este un dispozitiv care permite utilizatorului să controleze viteza unui motor de curent alternativ prin ajustarea frecvenței și a tensiunii sursei de alimentare conform specificațiilor motorului.

Aceasta înseamnă, de asemenea, că un VFD ne permite să acționăm orice motor de curent alternativ prin orice sursă de rețea alternativă disponibilă, indiferent de specificațiile sale de tensiune și frecvență, prin personalizarea adecvată a frecvenței și tensiunii VFD conform specificațiilor motorului.

Acest lucru se face în mod normal utilizând controlul dat sub forma unui buton variabil scalat cu calibrare de frecvență diferită.

Realizarea unui VFD acasă poate părea o propunere dificilă, cu toate acestea, o privire asupra designului sugerat mai jos arată că la urma urmei nu este atât de dificil să construiești acest dispozitiv foarte util (conceput de mine).

Funcționarea circuitului

Circuitul poate fi împărțit fundamental în două etape: etapa de driver semi-brige și etapa generatorului de logică PWM.

Etapa șofer cu jumătate de punte folosește șoferul cu jumătate de punte IC IR2110, care singur se ocupă de etapa de acționare a motorului de înaltă tensiune încorporând două mosfete laterale înalte și, respectiv, în partea joasă.

IC-ul driverului formează astfel inima circuitului, însă necesită doar câteva componente pentru implementarea acestei funcții cruciale.

Cu toate acestea, CI-ul de mai sus ar avea nevoie de o logică înaltă și o logică scăzută în frecvențe pentru a conduce sarcina conectată la frecvența specifică dorită.

Aceste semnale logice de intrare hi și lo devin datele de operare pentru IC-ul driverului și trebuie să includă semnale pentru determinarea frecvenței specificate, precum și a PWM-urilor în fază cu rețeaua de curent alternativ.

Informațiile de mai sus sunt create de o altă etapă care cuprinde câteva 555 IC-uri și un contor de decenii. IC 4017.

Cele două 555 IC-uri sunt responsabile pentru generarea PWM-urilor sinusoidale modificate corespunzătoare probei de curent alternativ cu undă completă derivată dintr-o ieșire redresată a podului treptat.

IC4017 funcționează ca un generator logic de ieșire totem pol a cărui rată de frecvență alternativă devine parametrul MAIN determinat de frecvență al circuitului.

Această frecvență determinantă este smulsă de pinul 3 al IC1 care alimentează și pinul de declanșare IC2 și pentru crearea PWM-urilor modificate la pinul 3 al IC2.

PWM-urile cu undă sinusoidală modificate sunt scanate la ieșirile IC-ului 4017 înainte de alimentarea IR2110 pentru a suprapune „imprimarea” exactă a PWM-urilor modificate la ieșirea driverului semipont și, în cele din urmă, pentru motorul care funcționează.

Cx și valorile potului de 180k trebuie selectate sau ajustate în mod corespunzător pentru a oferi frecvența specificată corectă pentru motor.

Tensiunea ridicată la drenajul mosfetului lateral înalt trebuie, de asemenea, calculată în mod corespunzător și derivată prin rectificarea tensiunii de rețea CA disponibile, după o intensificare sau o descreștere corespunzătoare, în conformitate cu specificațiile motorului.

Setările de mai sus vor determina volți corecți per Hz (V / Hz) pentru motorul particular.

Tensiunea de alimentare pentru ambele trepte poate fi transformată într-o linie comună, aceeași pentru conexiunea la masă.

TR1 este un transformator redus 0-12V / 100mA care furnizează circuitelor tensiunile de alimentare necesare.

Circuitul controlerului PWM

Va trebui să integrați în mod corespunzător ieșirile de la IC 4017 din diagrama de mai sus la intrările HIN și LIN ale următoarei diagrame. De asemenea, conectați diodele 1N4148 indicate în diagrama de mai sus cu porțile laterale joase MOSFET așa cum se arată în diagrama de mai jos.

Driverul motorului Bridge complet

Actualizați:

Proiectarea simplă simplă VFD discutată mai sus poate fi simplificată și îmbunătățită în continuare prin utilizarea unui IC full bridge auto oscilator IRS2453, așa cum se arată mai jos:

Aici IC 4017 este complet eliminat, deoarece driverul de punte fulger este echipat cu propriul stadiu de oscilator și, prin urmare, nu este necesară nicio declanșare externă pentru acest IC.

Fiind un design complet de punte, controlul de ieșire la motor are o gamă completă de reglare de la zero la viteza maximă.

Potul de la pinul 5 al IC 2 poate fi utilizat pentru controlul vitezei și cuplului motorului prin metoda PWM.

Pentru controlul vitezei V / Hz, Rt / Ct asociate cu IRS2453 și R1 asociate cu IC1 pot fi modificate (manual), respectiv, pentru a obține rezultate adecvate.

Simplificând și mai mult

Dacă vi se pare copleșitoare secțiunea de pod completă, o puteți înlocui cu un circuit de punte complet bazat pe P, N-MOSFET, așa cum se arată mai jos. Acest driver de frecvență variabilă folosește același concept, cu excepția secțiunii driverului full-bridge care folosește MOSFET-uri cu canal P pe partea înaltă și MOSFET-uri cu canal N pe partea inferioară.

Deși configurația poate părea ineficientă datorită implicării MOSFET-urilor cu canal P (datorită ratingului lor ridicat RDSon), utilizarea multor P-MOSFET-uri paralele ar putea arăta ca o abordare eficientă pentru rezolvarea problemei RDSon reduse.

Aici, 3 MOSFET-uri sunt utilizate în paralel pentru dispozitivele cu canal P, pentru a asigura încălzirea minimă a dispozitivelor, la egalitate cu omologii cu canal N.