วิธีสร้างวงจร 3 เฟส VFD

วงจร VFD 3 เฟสที่นำเสนอ ( ออกแบบโดยฉัน ) สามารถใช้เพื่อควบคุมความเร็วของมอเตอร์ AC แบบแปรงสามเฟสหรือแม้แต่มอเตอร์ AC แบบไม่มีแปรงถ่าน นายทอมขอความคิด

การใช้ VFD

วงจร VFD 3 เฟสที่นำเสนอสามารถใช้ได้กับมอเตอร์ AC 3 เฟสส่วนใหญ่โดยที่ประสิทธิภาพในการควบคุมไม่สำคัญเกินไป

สามารถใช้สำหรับควบคุมโดยเฉพาะ ความเร็วมอเตอร์เหนี่ยวนำกรงกระรอก ด้วยโหมดวงเปิดและอาจอยู่ในโหมดวงปิดซึ่งจะกล่าวถึงในส่วนต่อไปของบทความ

โมดูลที่จำเป็นสำหรับอินเวอร์เตอร์ 3 เฟส

สำหรับการออกแบบ VFD 3 เฟสหรือวงจรไดรฟ์ความถี่ตัวแปรที่นำเสนอจำเป็นต้องมีขั้นตอนพื้นฐานของวงจรต่อไปนี้:

1. วงจรควบคุมแรงดันไฟฟ้า PWM
2. วงจรขับ H-bridge ด้านสูง / ต่ำ 3 เฟส
3. วงจรกำเนิดไฟฟ้า 3 เฟส
4. วงจรแปลงแรงดันเป็นความถี่สำหรับสร้างพารามิเตอร์ V / Hz

มาเรียนรู้รายละเอียดการทำงานของขั้นตอนข้างต้นด้วยความช่วยเหลือของคำอธิบายต่อไปนี้:

วงจรควบคุมแรงดันไฟฟ้า PWM อย่างง่ายสามารถเห็นได้ในแผนภาพด้านล่าง:

ตัวควบคุม PWM

ฉันได้รวมและอธิบายการทำงานของสเตจเครื่องกำเนิด PWM ข้างต้นแล้วซึ่งได้รับการออกแบบมาโดยทั่วไปสำหรับการสร้างเอาต์พุต PWM ที่แตกต่างกันในพิน 3 ของ IC2 เพื่อตอบสนองต่อศักยภาพที่ใช้ที่พิน 5 ของ IC เดียวกัน

ค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้า 1K ที่แสดงในแผนภาพคือปุ่มควบคุม RMS ซึ่งอาจปรับให้เหมาะสมเพื่อให้ได้ปริมาณแรงดันเอาต์พุตตามสัดส่วนที่ต้องการในรูปแบบของ PWM ที่พิน 3 ของ IC2 เพื่อการประมวลผลต่อไป ค่านี้ถูกตั้งค่าให้สร้างเอาต์พุตที่สอดคล้องกันซึ่งอาจเทียบเท่ากับไฟ 220V หรือ 120V AC RMS หลัก

วงจรขับ H-Bridge

แผนภาพถัดไปด้านล่างแสดงวงจรขับ H-bridge 3 เฟสตัวเดียวโดยใช้ IC IRS2330

การออกแบบดูตรงไปตรงมาเนื่องจากความซับซ้อนส่วนใหญ่ถูกจัดการโดยวงจรที่ซับซ้อนที่สร้างขึ้นในชิป

สัญญาณ 3 เฟสที่คำนวณอย่างดีจะถูกนำไปใช้กับอินพุต HIN1 / 2/3 และ LIN1 / 2/3 ของ IC ผ่านขั้นตอนการกำเนิดสัญญาณ 3 เฟส

ผลลัพธ์ของ IC IRS2330 สามารถมองเห็นได้รวมเข้ากับเครือข่ายบริดจ์ 6 mosfets หรือ IGBTs ซึ่งท่อระบายน้ำได้รับการกำหนดค่าอย่างเหมาะสมกับมอเตอร์ที่ต้องได้รับการควบคุม

ประตู mosfet / IGBT ด้านต่ำถูกรวมเข้ากับขา IC2 # 3 ของขั้นตอนวงจรกำเนิด PWM ที่กล่าวถึงข้างต้นสำหรับการเริ่มต้นการฉีด PWM ในสเตจมอสเฟ็ตของสะพาน ในที่สุดกฎระเบียบนี้จะช่วยให้มอเตอร์ได้ความเร็วที่ต้องการตามการตั้งค่า (ผ่านค่า 1 k ที่ตั้งไว้ในแผนภาพแรก)

ในแผนภาพต่อไปนี้เราจะเห็นภาพวงจรกำเนิดสัญญาณ 3 เฟสที่ต้องการ

การกำหนดค่าวงจรเครื่องกำเนิดไฟฟ้า 3 เฟส

เครื่องกำเนิดไฟฟ้า 3 เฟสสร้างขึ้นรอบ ๆ ชิป CMOS สองสามตัว CD4035 และ CD4009 ซึ่งสร้างสัญญาณ 3 เฟสที่มีขนาดอย่างถูกต้องในพินเอาต์ที่แสดง

ความถี่ของสัญญาณ 3 เฟสขึ้นอยู่กับนาฬิกาอินพุตที่ป้อนซึ่งควรเป็น 6 เท่าของสัญญาณ 3 เฟสที่ต้องการ ความหมายถ้าความถี่ 3 เฟสที่ต้องการคือ 50 Hz นาฬิกาอินพุตควรเป็น 50 x 6 = 300 Hz

นอกจากนี้ยังบอกเป็นนัยว่านาฬิกาข้างต้นสามารถเปลี่ยนแปลงได้เพื่อให้ความถี่ที่มีประสิทธิภาพของ IC ไดรเวอร์แตกต่างกันซึ่งจะต้องรับผิดชอบในการเปลี่ยนความถี่ในการทำงานของมอเตอร์

อย่างไรก็ตามเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงความถี่ข้างต้นจำเป็นต้องเป็นไปโดยอัตโนมัติเพื่อตอบสนองต่อแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าเป็นความถี่จึงมีความสำคัญ ขั้นตอนต่อไปกล่าวถึงวงจรแปลงแรงดันไฟฟ้าเป็นความถี่ที่แม่นยำอย่างง่ายสำหรับการใช้งานที่จำเป็น

วิธีสร้างอัตราส่วน V / F คงที่

โดยทั่วไปในมอเตอร์เหนี่ยวนำเพื่อรักษาความเร็วและแรงบิดของมอเตอร์ให้มีประสิทธิภาพสูงสุดจำเป็นต้องควบคุมความเร็วในการลื่นหรือความเร็วของโรเตอร์ซึ่งจะเป็นไปได้โดยการรักษาอัตราส่วน V / Hz ให้คงที่ เนื่องจากฟลักซ์แม่เหล็กของสเตเตอร์จะคงที่เสมอโดยไม่คำนึงถึงความถี่ในการจ่ายอินพุตจึงสามารถควบคุมความเร็วของโรเตอร์ได้อย่างง่ายดาย การรักษาอัตราส่วน V / Hz ให้คงที่ .

ในโหมดลูปเปิดสิ่งนี้สามารถทำได้คร่าวๆโดยการรักษาอัตราส่วน V / Hz ที่กำหนดไว้ล่วงหน้าและใช้งานด้วยตนเอง ตัวอย่างเช่นในแผนภาพแรกอาจทำได้โดยการปรับค่า R1 และ 1K ที่ตั้งไว้อย่างเหมาะสม R1 กำหนดความถี่และ 1K จะปรับ RMS ของเอาต์พุตดังนั้นโดยการปรับพารามิเตอร์สองตัวให้เหมาะสมเราสามารถบังคับใช้จำนวน V / Hz ที่ต้องการได้ด้วยตนเอง

อย่างไรก็ตามเพื่อให้ได้การควบคุมแรงบิดและความเร็วของมอเตอร์เหนี่ยวนำที่ค่อนข้างแม่นยำเราต้องใช้กลยุทธ์วงปิดซึ่งข้อมูลความเร็วในการลื่นจะต้องถูกป้อนไปยังวงจรประมวลผลสำหรับการปรับอัตราส่วน V / Hz โดยอัตโนมัติเพื่อให้สิ่งนี้ ค่ายังคงอยู่ใกล้ค่าคงที่เสมอ

การใช้งาน Closed Loop Feedback

แผนภาพแรกในหน้านี้สามารถปรับเปลี่ยนได้อย่างเหมาะสมสำหรับการออกแบบการควบคุม V / Hz อัตโนมัติของวงปิดดังที่แสดงด้านล่าง:

ในรูปด้านบนศักยภาพที่พิน # 5 ของ IC2 กำหนดความกว้างของ SPWM ซึ่งสร้างขึ้นที่พิน # 3 ของ IC เดียวกัน SPWM ถูกสร้างขึ้นโดยการเปรียบเทียบตัวอย่างระลอก 12V หลักที่พิน # 5 กับคลื่นสามเหลี่ยมที่พิน # 7 ของ IC2 และจะถูกป้อนเข้ากับมอสเฟตด้านต่ำสำหรับการควบคุมมอเตอร์

ในขั้นต้น SPWM นี้ได้รับการตั้งค่าไว้ที่ระดับที่ปรับไว้บางส่วน (โดยใช้ 1K perset) ซึ่งจะทริกเกอร์ประตู IGBT ด้านต่ำของสะพาน 3 เฟสสำหรับเริ่มการเคลื่อนที่ของโรเตอร์ที่ระดับความเร็วที่กำหนด

ทันทีที่โรเตอร์โรเตอร์เริ่มหมุนเครื่องวัดวามเร็วที่แนบมาพร้อมกับกลไกโรเตอร์จะทำให้แรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนเพื่อพัฒนาที่พิน # 5 ของ IC2 ตามสัดส่วนนี้จะทำให้ SPWM กว้างขึ้นทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าไปยังขดลวดสเตเตอร์ของมอเตอร์มากขึ้น สิ่งนี้ทำให้ความเร็วของโรเตอร์เพิ่มขึ้นอีกทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้ามากขึ้นที่พิน # 5 ของ IC2 และจะดำเนินต่อไปจนกว่าแรงดันไฟฟ้าเทียบเท่า SPWM จะไม่สามารถเพิ่มขึ้นได้อีกต่อไปและการซิงโครไนซ์โรเตอร์ของสเตเตอร์จะเข้าสู่สภาวะคงที่

ขั้นตอนข้างต้นจะดำเนินการปรับตัวเองตลอดระยะเวลาการทำงานของมอเตอร์

วิธีสร้างและติดตั้งเครื่องวัดวามเร็ว

การออกแบบเครื่องวัดวามเร็วแบบเรียบง่ายสามารถดูได้ในแผนภาพต่อไปนี้ซึ่งสามารถรวมเข้ากับกลไกโรเตอร์เช่นความถี่ในการหมุนสามารถป้อนฐานของ BC547 ได้

ที่นี่ข้อมูลความเร็วของโรเตอร์ถูกรวบรวมจากฮอลล์เอฟเฟกต์เซนเซอร์หรือเครือข่าย IR LED / เซนเซอร์และถูกป้อนเข้าที่ฐานของ T1

T1 จะสั่นที่ความถี่นี้และเปิดใช้งานวงจรมาตรวัดความเร็วที่สร้างขึ้นโดยการกำหนดค่าวงจรโมโนสเตเบิล IC 555 อย่างเหมาะสม

เอาต์พุตจากเครื่องวัดวามเร็วด้านบนจะแตกต่างกันตามสัดส่วนตามความถี่อินพุตที่ฐานของ T1

เมื่อความถี่เพิ่มขึ้นแรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุต D3 ด้านขวาสุดก็จะเพิ่มขึ้นและในทางกลับกันและช่วยรักษาอัตราส่วน V / Hz ให้อยู่ในระดับที่ค่อนข้างคงที่

วิธีควบคุมความเร็ว

ความเร็วของมอเตอร์ที่ใช้ V / F คงที่สามารถทำได้โดยการเปลี่ยนอินพุตความถี่ที่อินพุตนาฬิกาของ IC 4035 ซึ่งสามารถทำได้โดยป้อนความถี่ตัวแปรจากวงจร IC 555 astable หรือวงจร astable มาตรฐานใด ๆ ไปยังอินพุตนาฬิกาของ IC 4035

การเปลี่ยนความถี่จะเปลี่ยนความถี่ในการทำงานของมอเตอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพซึ่งจะช่วยลดความเร็วในการลื่นลงตามลำดับ

สิ่งนี้ถูกตรวจพบโดยเครื่องวัดวามเร็วและเครื่องวัดวามเร็วจะลดศักย์ไฟฟ้าที่ขา # 5 ของ IC2 ตามสัดส่วนซึ่งจะช่วยลดปริมาณ SPWM บนมอเตอร์ตามสัดส่วนและส่งผลให้แรงดันไฟฟ้าของมอเตอร์ลดลงทำให้มั่นใจได้ว่าการเปลี่ยนแปลงความเร็วของมอเตอร์จะถูกต้อง อัตราส่วน V / F ที่ต้องการ

ตัวแปลง V เป็น F แบบโฮมเมด

ในวงจรแปลงแรงดันไฟฟ้าเป็นความถี่ข้างต้นจะใช้ IC 4060 และความต้านทานขึ้นอยู่กับความถี่จะได้รับอิทธิพลจากชุดประกอบ LED / LDR สำหรับการแปลงที่ต้องการ

ชุดประกอบ LED / LDR ถูกปิดผนึกภายในกล่องกันแสงและ LDR อยู่ในตำแหน่งบนตัวต้านทานขึ้นอยู่กับความถี่ 1M ของ IC

เนื่องจากการตอบสนองของ LDR / LDR ค่อนข้างเป็นเส้นตรงการส่องสว่างที่แตกต่างกันของ LED บน LDR จะสร้างความถี่ที่แตกต่างกัน (เพิ่มขึ้นหรือลดลง) ในพิน 3 ของ IC

สามารถกำหนด FSD หรือช่วง V / Hz ของสเตจได้โดยการตั้งค่าตัวต้านทาน 1M หรือแม้แต่ค่า C1 อย่างเหมาะสม

LED เป็นแรงดันไฟฟ้าที่ได้มาและส่องสว่างผ่าน PWM จากขั้นตอนวงจร PWM แรก หมายความว่าเนื่องจาก PWM แตกต่างกันไปการส่องสว่างของ LED ก็จะแตกต่างกันไปด้วยซึ่งจะทำให้ความถี่ที่เพิ่มขึ้นหรือลดลงตามสัดส่วนที่พิน 3 ของ IC 4060 ในแผนภาพด้านบน

การรวมตัวแปลงกับ VFD

ความถี่ที่แตกต่างจาก IC 4060 ตอนนี้จำเป็นต้องรวมเข้ากับอินพุตนาฬิกา IC CD4035 ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า 3 เฟส

ขั้นตอนข้างต้นเป็นส่วนผสมหลักสำหรับการสร้างวงจร VFD 3 เฟส

ตอนนี้เป็นเรื่องสำคัญที่จะต้องหารือเกี่ยวกับ DC BUS ที่จำเป็นสำหรับการจัดหาตัวควบคุมมอเตอร์ IGBT และขั้นตอนการตั้งค่าสำหรับการออกแบบทั้งหมด

DC BUS ที่ใช้กับราง IGBT H-bridge สามารถหาได้จากการแก้ไขอินพุตไฟหลัก 3 เฟสที่มีอยู่โดยใช้การกำหนดค่าวงจรต่อไปนี้ ราง IGBT DC BUS เชื่อมต่อกับจุดที่ระบุว่า 'โหลด'

สำหรับแหล่งเฟสเดียวการแก้ไขอาจดำเนินการโดยใช้การกำหนดค่าเครือข่ายสะพานไดโอดมาตรฐาน 4

วิธีการตั้งค่าวงจร VFD 3 เฟสที่เสนอ

อาจทำได้ตามคำแนะนำต่อไปนี้:

หลังจากใช้แรงดันไฟฟ้าบัส DC ใน IGBT แล้ว (โดยไม่ต้องเชื่อมต่อมอเตอร์) ให้ปรับค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้าของ PWM 1k จนกระทั่งแรงดันไฟฟ้าทั่วรางเท่ากับแรงดันไฟฟ้าของมอเตอร์ที่กำหนดไว้

ถัดไปปรับค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้า IC 4060 1M เพื่อปรับอินพุต IC IRS2330 ใด ๆ ให้อยู่ในระดับความถี่ที่ถูกต้องตามข้อกำหนดของมอเตอร์ที่กำหนด

หลังจากขั้นตอนข้างต้นเสร็จสิ้นมอเตอร์ที่ระบุอาจถูกเชื่อมต่อและจ่ายด้วยระดับแรงดันไฟฟ้าพารามิเตอร์ V / Hz ที่แตกต่างกันและได้รับการยืนยันสำหรับการทำงาน V ​​/ Hz อัตโนมัติบนมอเตอร์ที่เชื่อมต่อ