วงจร VFD ไดรฟ์ความถี่ตัวแปรเฟสเดียว

โพสต์กล่าวถึงวงจรไดรฟ์ความถี่ตัวแปรเฟสเดียวหรือวงจร VFD สำหรับควบคุมมอเตอร์ AC ที่เร่งความเร็วโดยไม่ส่งผลกระทบต่อข้อกำหนดการใช้งาน

VFD คืออะไร

มอเตอร์และโหลดอุปนัยอื่น ๆ ที่คล้ายกันโดยเฉพาะไม่ 'ชอบ' การทำงานด้วยความถี่ที่อาจไม่อยู่ในข้อกำหนดการผลิตของพวกเขาและมีแนวโน้มที่จะไม่มีประสิทธิภาพมากหากถูกบังคับให้อยู่ภายใต้สภาวะที่ผิดปกติดังกล่าว

ตัวอย่างเช่นมอเตอร์ที่ระบุสำหรับการทำงานด้วย 60Hz อาจไม่แนะนำให้ทำงานกับความถี่ 50 Hz หรือช่วงอื่น ๆ

การทำเช่นนี้อาจให้ผลลัพธ์ที่ไม่พึงปรารถนาเช่นการทำให้มอเตอร์ร้อนขึ้นลดลงหรือสูงกว่าความเร็วที่กำหนดและการสิ้นเปลืองที่สูงผิดปกติทำให้อุปกรณ์ที่เชื่อมต่อไม่มีประสิทธิภาพและอายุการใช้งานลดลง

อย่างไรก็ตามมอเตอร์ที่ใช้งานภายใต้สภาวะความถี่อินพุตที่แตกต่างกันมักจะกลายเป็นสิ่งที่ถูกบังคับและภายใต้สถานการณ์เช่นนี้ VFD หรือวงจรไดรฟ์ความถี่ตัวแปรจะมีประโยชน์มาก

VFD เป็นอุปกรณ์ที่ช่วยให้ผู้ใช้ควบคุมความเร็วของมอเตอร์ AC โดยการปรับความถี่และแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟเข้าตามข้อกำหนดของมอเตอร์

นอกจากนี้ยังหมายความว่า VFD ช่วยให้เราสามารถใช้งานมอเตอร์ AC ผ่านแหล่งจ่ายไฟ AC แบบกริดที่มีอยู่โดยไม่คำนึงถึงข้อกำหนดด้านแรงดันไฟฟ้าและความถี่โดยการปรับแต่งความถี่และแรงดัน VFD ให้เหมาะสมตามข้อกำหนดของมอเตอร์

โดยปกติจะทำได้โดยใช้การควบคุมที่กำหนดในรูปแบบของปุ่มปรับขนาดด้วยการปรับเทียบความถี่ที่แตกต่างกัน

การสร้าง VFD ที่บ้านอาจฟังดูเป็นเรื่องยากอย่างไรก็ตามการดูการออกแบบที่แนะนำด้านล่างแสดงให้เห็นว่าหลังจากนั้นการสร้างอุปกรณ์ที่มีประโยชน์มากนี้ก็ไม่ใช่เรื่องยาก (ออกแบบโดยฉัน)

การทำงานของวงจร

โดยพื้นฐานแล้ววงจรสามารถแบ่งออกเป็นสองขั้นตอน: ขั้นตอนของไดรเวอร์ half brige และขั้นตอนกำเนิดลอจิก PWM

ขั้นตอนการขับฮาล์ฟบริดจ์ใช้ IC IR2110 ตัวขับฮาล์ฟบริดจ์ซึ่งดูแลเฉพาะขั้นตอนการขับเคลื่อนมอเตอร์ไฟฟ้าแรงสูงซึ่งรวมมอสเฟตด้านสูงและด้านต่ำสองตัวตามลำดับ

IC ไดรเวอร์จึงเป็นหัวใจสำคัญของวงจร แต่ต้องใช้ส่วนประกอบเพียงไม่กี่อย่างในการใช้ฟังก์ชันที่สำคัญนี้

อย่างไรก็ตาม IC ข้างต้นจะต้องมีลอจิกที่สูงและความถี่ต่ำในการขับเคลื่อนโหลดที่เชื่อมต่อด้วยความถี่เฉพาะที่ต้องการ

สัญญาณลอจิกอินพุต hi และ lo เหล่านี้กลายเป็นข้อมูลการทำงานของ IC ไดรเวอร์และต้องรวมสัญญาณสำหรับกำหนดความถี่ที่ระบุเช่นเดียวกับ PWM ในเฟสที่มี AC หลัก

ข้อมูลข้างต้นสร้างขึ้นโดยขั้นตอนอื่นซึ่งประกอบด้วย IC 555 คู่และตัวนับทศวรรษ IC 4017

IC 555 สองตัวทำหน้าที่สร้าง PWM คลื่นไซน์ที่ปรับเปลี่ยนซึ่งสอดคล้องกับตัวอย่าง AC คลื่นเต็มที่ได้มาจากเอาต์พุตวงจรเรียงกระแสแบบก้าวลงสะพาน

IC4017 ทำหน้าที่เป็นเครื่องกำเนิดลอจิกเอาท์พุทขั้วโทเทมซึ่งอัตราความถี่สลับกลายเป็นความถี่หลักกำหนดพารามิเตอร์ของวงจร

ความถี่ในการกำหนดนี้ดึงออกมาจากพิน # 3 ของ IC1 ซึ่งจะดึงพินทริกเกอร์ IC2 ออกและสำหรับการสร้าง PWM ที่แก้ไขแล้วที่พิน # 3 ของ IC2

PWM คลื่นไซน์ที่ปรับเปลี่ยนจะถูกสแกนที่เอาต์พุตของ 4017 IC ก่อนที่จะป้อน IR2110 เพื่อซ้อนทับ 'พิมพ์' ของ PWM ที่แก้ไขแล้วที่เอาต์พุตของไดรเวอร์ half bridge และท้ายที่สุดสำหรับมอเตอร์ที่กำลังทำงาน

ควรเลือกหรือปรับค่า Cx และ 180k pot ให้เหมาะสมเพื่อให้ได้ความถี่ที่ระบุที่ถูกต้องสำหรับมอเตอร์

แรงดันไฟฟ้าสูงที่ท่อระบายน้ำของมอสเฟ็ทด้านสูงจะต้องได้รับการคำนวณอย่างเหมาะสมและได้รับโดยการแก้ไขแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับที่มีอยู่หลังจากที่ก้าวขึ้นหรือเหยียบลงอย่างเหมาะสมตามข้อกำหนดของมอเตอร์

การตั้งค่าข้างต้นจะกำหนดโวลต์ที่ถูกต้องต่อเฮิรตซ์ (V / Hz) สำหรับมอเตอร์โดยเฉพาะ

แรงดันไฟฟ้าสำหรับทั้งสองขั้นตอนสามารถทำเป็นสายสามัญได้เช่นเดียวกันสำหรับการเชื่อมต่อกราวด์

TR1 เป็นหม้อแปลงไฟฟ้าแบบขั้นบันได 0-12V / 100mA ซึ่งให้แรงดันไฟฟ้าที่ต้องการในวงจร

วงจรควบคุม PWM

คุณจะต้องรวมเอาท์พุทจาก IC 4017 จากแผนภาพด้านบนไปยังอินพุต HIN และ LIN ของแผนภาพต่อไปนี้อย่างเหมาะสม นอกจากนี้ให้เชื่อมต่อไดโอด 1N4148 ที่ระบุในแผนภาพด้านบนกับประตู MOSFET ด้านต่ำดังที่แสดงในแผนภาพด้านล่าง

ตัวขับมอเตอร์สะพานเต็ม

อัปเดต:

การออกแบบ VFD แบบเดี่ยวที่กล่าวถึงข้างต้นสามารถทำให้ง่ายขึ้นและปรับปรุงเพิ่มเติมได้โดยใช้ IC IRS2453 แบบฟูลบริดจ์แบบออสซิลเลเตอร์ดังที่แสดงด้านล่าง:

ที่นี่ IC 4017 ถูกตัดออกอย่างสมบูรณ์เนื่องจากไดรเวอร์ฟูลบริดจ์ติดตั้งสเตจออสซิลเลเตอร์ของตัวเองดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องมีทริกเกอร์ภายนอกสำหรับ IC นี้

การออกแบบสะพานแบบเต็มรูปแบบการควบคุมเอาต์พุตไปยังมอเตอร์จึงมีการปรับความเร็วตั้งแต่ศูนย์ถึงสูงสุดเต็มรูปแบบ

หม้อที่ขา # 5 ของ IC 2 สามารถใช้สำหรับควบคุมความเร็วและแรงบิดของมอเตอร์ด้วยวิธี PWM

สำหรับการควบคุมความเร็ว V / Hz Rt / Ct ที่เกี่ยวข้องกับ IRS2453 และ R1 ที่เกี่ยวข้องกับ IC1 สามารถปรับแต่งตามลำดับ (ด้วยตนเอง) เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่เหมาะสม

ทำให้ง่ายยิ่งขึ้น

หากคุณพบว่าส่วนสะพานเต็มล้นคุณสามารถแทนที่ด้วยวงจรสะพานเต็มตาม P, N-MOSFET ดังที่แสดงด้านล่าง ไดรเวอร์ความถี่ตัวแปรนี้ใช้แนวคิดเดียวกันยกเว้นส่วนไดรเวอร์แบบฟูลบริดจ์ซึ่งใช้ P-channel MOSFET ที่ด้านสูงและ N-channel MOSFETS ที่ด้านต่ำ

แม้ว่าการกำหนดค่าอาจดูไม่มีประสิทธิภาพเนื่องจากการมีส่วนร่วมของ P-channel MOSFET (เนื่องจาก RDSon rating สูง) การใช้ P-MOSFET แบบขนานจำนวนมากอาจดูเหมือนเป็นแนวทางที่มีประสิทธิภาพในการแก้ปัญหา RDSon ที่ต่ำ

ที่นี่ 3 MOSFET ใช้คู่ขนานสำหรับอุปกรณ์ P-channel เพื่อให้แน่ใจว่าอุปกรณ์มีความร้อนน้อยที่สุดโดยเทียบเท่ากับคู่ N-channel