Εισαγωγή
Μονοφασικοί επαγωγικοί κινητήρες χρησιμοποιούνται εκτενώς σε συσκευές και βιομηχανικούς ελέγχους. Ο μονοφασικός επαγωγικός κινητήρας Permanent Split Capacitor (PSC) είναι ο απλούστερος και ευρύτερα χρησιμοποιούμενος κινητήρας αυτού του τύπου.
Σχετικά με το σχεδιασμό, οι κινητήρες PSC είναι μονοκατευθυντικοί, πράγμα που σημαίνει ότι έχουν σχεδιαστεί για περιστροφή προς μία κατεύθυνση. Προσθέτοντας είτε επιπλέον περιελίξεις, και εξωτερικά ρελέ και διακόπτες, ή χρησιμοποιώντας μηχανισμούς μετάδοσης, η κατεύθυνση περιστροφής μπορεί να αλλάξει. Σε αυτήν την ιδέα, θα συζητήσουμε λεπτομερώς, πώς να ελέγξουμε την ταχύτητα ενός κινητήρα PSC και στις δύο κατευθύνσεις χρησιμοποιώντας έναν μικροελεγκτή PIC16F72 και ηλεκτρονικά ισχύος.
Ο μικροελεγκτής PIC16F72 επιλέχθηκε επειδή είναι ένας από τους απλούστερους και χαμηλού κόστους μικροελεγκτές γενικού σκοπού που διαθέτει η Microchip στο χαρτοφυλάκιό της. Ακόμα κι αν δεν διαθέτει τα PWM σε υλικό για να οδηγήσει συμπληρωματικές εξόδους PWM με ενσωματωμένη νεκρή ζώνη, όλα τα PWM δημιουργούνται σε υλικολογισμικό χρησιμοποιώντας χρονοδιακόπτες και εξόδους σε ακίδες γενικής χρήσης.
Τι είναι η μεταβλητή συχνότητα;
Η μεταβλητή συχνότητα κίνησης ή VFD είναι ο τρόπος που επιτρέπει τον έλεγχο της ταχύτητας του κινητήρα επαγωγής εφαρμόζοντας ποικίλη συχνότητα τάσης τροφοδοσίας εναλλασσόμενου ρεύματος. Με τον έλεγχο της συχνότητας εναλλασσόμενου ρεύματος, είναι δυνατή η οδήγηση του κινητήρα σε διαφορετικές ταχύτητες με βάση τις απαιτήσεις. Αυτές είναι ρυθμιζόμενες ταχύτητες που χρησιμοποιούνται σε μεγάλο βαθμό σε βιομηχανικές εφαρμογές όπως αντλίες, συστήματα εξαερισμού, ανελκυστήρες, μηχανές, κ.λπ. Είναι ουσιαστικά ένα σύστημα εξοικονόμησης ενέργειας. Επομένως, η πρώτη απαίτηση είναι η δημιουργία ημιτονοειδούς κύματος με διαφορετικές συχνότητες για VFD.
Ποια είναι η τεχνολογία που υιοθετήθηκε στο VFD;
Είναι το σύστημα που δίνει έξοδο AC με ποικίλη συχνότητα για τον έλεγχο της ταχύτητας του κινητήρα ανάλογα με τις ανάγκες. Μονοφασικοί μετατροπείς συχνότητας μεταβλητής συχνότητας είναι πιο συνηθισμένοι, καθώς οι περισσότερες συσκευές λειτουργούν σε μονοφασική τροφοδοσία AC. Αποτελείται από ανορθωτή γέφυρας πλήρους κύματος για τη μετατροπή 230/110 Volt AC σε περίπου 300/150 volt DC. Η έξοδος DC από τον ανορθωτή γέφυρας εξομαλύνεται από έναν πυκνωτή εξομάλυνσης υψηλής αξίας για την αφαίρεση των κυματισμών του AC. Αυτή η σταθερή τάση DC τροφοδοτείται στη συνέχεια στο κύκλωμα δημιουργίας συχνοτήτων που σχηματίζεται από τρανζίστορ MOSFET (τρανζίστορ εφέ πεδίου μετάλλου οξειδίου) / IGBT (διπολικό τρανζίστορ απομονωμένης πύλης). Αυτό το κύκλωμα MOSFET / IGBT λαμβάνει το DC και το μετατρέπει σε AC με μεταβλητή συχνότητα για τον έλεγχο της ταχύτητας της συσκευής.
Η αλλαγή συχνότητας μπορεί να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας ηλεκτρονικά κυκλώματα ή μικροελεγκτή. Αυτό το κύκλωμα μεταβάλλει τη συχνότητα της τάσης (PWM) που εφαρμόζεται στην κίνηση πύλης του κυκλώματος MOSFET / IGBT. Έτσι, η τάση AC ποικίλης συχνότητας εμφανίζεται στην έξοδο. Ο Μικροελεγκτής μπορεί να προγραμματιστεί για να αλλάξει τη συχνότητα της εξόδου ανάλογα με τις ανάγκες.
Το σύστημα VFD:
Η Συσκευή Μεταβλητής Συχνότητας έχει τρία μέρη όπως έναν κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος, έναν Ελεγκτή και μια διεπαφή λειτουργίας.
Ο κινητήρας εναλλασσόμενου ρεύματος που χρησιμοποιείται στο VFD είναι γενικά ένας τριφασικός επαγωγικός κινητήρας παρόλο που είναι μονοφασικός μηχανή χρησιμοποιείται σε ορισμένα συστήματα. Οι κινητήρες που έχουν σχεδιαστεί για λειτουργία σταθερής ταχύτητας χρησιμοποιούνται γενικά, αλλά ορισμένα σχέδια κινητήρα προσφέρουν καλύτερη απόδοση σε VFD από ό, τι η τυπική σχεδίαση.
Το τμήμα ελεγκτή είναι το συμπαγές κύκλωμα μετατροπέα ηλεκτρονικής ισχύος για τη μετατροπή εναλλασσόμενου ρεύματος σε συνεχές ρεύμα και στη συνέχεια σε εναλλασσόμενο ρεύμα ημιτονοειδούς κύματος. Το πρώτο μέρος είναι το τμήμα μετατροπέα AC σε DC με γέφυρα ανορθωτή πλήρους κύματος συνήθως γέφυρα πλήρους κύματος τριών φάσεων / μονοφασικού. Αυτό το ενδιάμεσο DC στη συνέχεια μετατρέπεται σε AC ημιτονοειδούς κύματος χρησιμοποιώντας το κύκλωμα εναλλαγής μετατροπέα. Εδώ τα τρανζίστορ MOSFET / IGBT χρησιμοποιούνται για την αντιστροφή DC σε AC.
Η ενότητα μετατροπέα μετατρέπει το DC σε τρία κανάλια AC για να οδηγήσει τον τριφασικό κινητήρα. Το τμήμα ελεγκτή μπορεί επίσης να σχεδιαστεί για να παρέχει βελτιωμένο συντελεστή ισχύος, λιγότερη αρμονική παραμόρφωση και χαμηλή ευαισθησία σε μεταβατικά AC εισόδου.
Έλεγχος Volts / Hz:
Το κύκλωμα ελέγχου ρυθμίζει τη συχνότητα του παρεχόμενου εναλλασσόμενου ρεύματος στον κινητήρα μέσω της μεθόδου ελέγχου των βολτ ανά hertz. Ο κινητήρας AC απαιτεί μεταβλητή εφαρμοζόμενη τάση όταν αλλάζει η συχνότητα για να δώσει την καθορισμένη ροπή. Για παράδειγμα, εάν ο κινητήρας έχει σχεδιαστεί για να λειτουργεί σε 440 volt στα 50Hz, τότε το AC που εφαρμόζεται στον κινητήρα πρέπει να μειωθεί στα μισά (220 volt) όταν η συχνότητα αλλάζει σε μισή (25Hz). Αυτός ο κανονισμός βασίζεται στα Volts / Hz. Στην παραπάνω περίπτωση, η αναλογία είναι 440/50 = 8,8 V / Hz.
Άλλες μέθοδοι ελέγχου τάσης:
Άλλες μέθοδοι ελέγχου τάσης:Εκτός από τον έλεγχο Volts / Hz, πιο προηγμένες μέθοδοι όπως Direct Torque Control ή DTC, Διαμόρφωση διαστήματος διανύσματος παλμού διαστήματος (SVPWM) , κλπ χρησιμοποιούνται επίσης για τον έλεγχο της ταχύτητας του κινητήρα. Με τον έλεγχο της τάσης στον κινητήρα, η μαγνητική ροή και η ροπή μπορούν να ελεγχθούν με ακρίβεια. Στη μέθοδο PWM, οι διακόπτες μετατροπέα παράγουν ένα ημιτονοειδές κύμα μέσω μιας σειράς στενών παλμών με ψευδο-ημιτονοειδείς μεταβαλλόμενους χρόνους παλμού.
Διεπαφή λειτουργίας:
Αυτή η ενότητα επιτρέπει στο χρήστη να ξεκινήσει / σταματήσει τον κινητήρα και να ρυθμίσει την ταχύτητα. Άλλες εγκαταστάσεις περιλαμβάνουν αναστροφή κινητήρα, εναλλαγή μεταξύ χειροκίνητου και αυτόματου ελέγχου ταχύτητας κ.λπ. Η διεπαφή λειτουργίας αποτελείται από έναν πίνακα με ένδειξη ή δείκτες και μετρητές για την εμφάνιση της ταχύτητας του κινητήρα, την εφαρμοζόμενη τάση κ.λπ. Παρέχεται γενικά ένα σύνολο διακοπτών πληκτρολογίου για τον έλεγχο του συστήματος.
Ενσωματωμένο -Soft Start:
Σε έναν συνηθισμένο κινητήρα επαγωγής, που ενεργοποιείται με χρήση ενός διακόπτη AC, το ρεύμα που τραβάται είναι πολύ υψηλότερο από την ονομαστική τιμή και μπορεί να αυξηθεί με την αυξημένη επιτάχυνση του φορτίου για την επίτευξη της πλήρους ταχύτητας του κινητήρα.
Από την άλλη πλευρά, σε έναν ελεγχόμενο κινητήρα VFD, αρχικά εφαρμόζεται χαμηλή τάση σε χαμηλή συχνότητα. Αυτή η συχνότητα και η τάση αυξάνονται με ελεγχόμενο ρυθμό για την επιτάχυνση του φορτίου. Αυτό αναπτύσσει σχεδόν περισσότερη ροπή από την ονομαστική τιμή του κινητήρα.
Μετατροπή κινητήρα VFD :
Η συχνότητα και η εφαρμοζόμενη τάση μειώνονται πρώτα σε ελεγχόμενο επίπεδο και στη συνέχεια συνεχίζουν να μειώνονται έως ότου γίνει μηδέν και ο κινητήρας σβήνει.
Κύκλωμα εφαρμογής για τον έλεγχο της ταχύτητας του μονοφασικού επαγωγικού κινητήρα
Η προσέγγιση είναι σχετικά εύκολη όσον αφορά το κύκλωμα ισχύος και το κύκλωμα ελέγχου. Από την πλευρά εισόδου, χρησιμοποιούνται διπλασιαστές τάσης και από την πλευρά εξόδου χρησιμοποιείται H-γέφυρα, ή διφασικός μετατροπέας, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2. Το ένα άκρο των κύριων και των περιελίξεων εκκίνησης συνδέονται σε κάθε μισή γέφυρα και το Άλλα άκρα συνδέονται στο ουδέτερο σημείο της τροφοδοσίας AC.
Το κύκλωμα ελέγχου απαιτεί τέσσερα PWM με δύο συμπληρωματικά ζεύγη με επαρκή νεκρή ζώνη μεταξύ των συμπληρωματικών εξόδων. Οι νεκρές ζώνες PWM είναι PWM0-PWM1 και PWM2-PWM3. Το PIC16F72 δεν έχει PWMs σχεδιασμένο στο υλικό για έξοδο με τον τρόπο που χρειαζόμαστε. Όσον αφορά το VF, το dc bus συντίθεται μεταβάλλοντας τη συχνότητα και το πλάτος. Αυτό θα δώσει δύο ημιτονοειδείς τάσεις εκτός φάσης.
Εάν η τάση που εφαρμόζεται στην κύρια περιέλιξη καθυστερεί την περιέλιξη εκκίνησης κατά 90 μοίρες, ο κινητήρας λειτουργεί σε μία (δηλαδή, προς τα εμπρός) κατεύθυνση. Εάν θέλουμε να αλλάξουμε την κατεύθυνση της περιστροφής, τότε η τάση που εφαρμόζεται στην κύρια περιέλιξη είναι να πραγματοποιήσει την εκκίνηση.
Ελπίζω να έχετε μια ιδέα για τη μονάδα μεταβλητής συχνότητας για τον κινητήρα επαγωγής από το παραπάνω άρθρο. οπότε αν έχετε απορίες σχετικά με αυτήν την ιδέα ή το ηλεκτρικό και ηλεκτρονικό έργο παρακαλώ αφήστε την ενότητα σχολίων παρακάτω.
