Bộ truyền động tần số biến đổi cho động cơ cảm ứng

Giới thiệu

Động cơ cảm ứng một pha được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị và điều khiển công nghiệp. Động cơ cảm ứng một pha Tụ điện chia vĩnh viễn (PSC) là động cơ đơn giản nhất và được sử dụng rộng rãi nhất của loại này.

Theo thiết kế, động cơ PSC là động cơ một chiều, có nghĩa là chúng được thiết kế để quay theo một hướng. Bằng cách thêm vào các cuộn dây bổ sung, các rơ le và công tắc bên ngoài, hoặc bằng cách sử dụng các cơ cấu bánh răng, hướng quay có thể được thay đổi. Trong ý tưởng này, chúng ta sẽ thảo luận chi tiết, làm thế nào để điều khiển tốc độ của động cơ PSC theo cả hai hướng sử dụng vi điều khiển PIC16F72 và điện tử công suất.

Bộ vi điều khiển PIC16F72 được chọn vì nó là một trong những bộ vi điều khiển đa năng đơn giản nhất và chi phí thấp mà Microchip có trong danh mục đầu tư của mình. Mặc dù nó không có PWM trong phần cứng để điều khiển các đầu ra PWM bổ sung có chèn băng tần chết, tất cả các PWM được tạo trong phần sụn bằng cách sử dụng bộ định thời và xuất ra các chân đầu ra có mục đích chung.

Biến tần biến tần là gì?

Biến tần hoặc VFD là cách cho phép điều khiển tốc độ của động cơ cảm ứng bằng cách áp dụng tần số thay đổi của điện áp nguồn AC. Bằng cách kiểm soát tần số AC đầu ra, có thể điều khiển động cơ ở các tốc độ khác nhau tùy theo yêu cầu. Đây là bộ truyền động tốc độ có thể điều chỉnh được phần lớn được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp như máy bơm, hệ thống thông gió, thang máy, bộ truyền động máy công cụ, v.v. Về cơ bản, nó là một hệ thống tiết kiệm năng lượng. Do đó yêu cầu đầu tiên là tạo ra một sóng sin với các tần số khác nhau cho VFD.

Công nghệ được áp dụng trong VFD là gì?

Nó là hệ thống đưa ra đầu ra AC với tần số thay đổi để điều khiển tốc độ của động cơ theo nhu cầu. Bộ nghịch lưu tần số biến thiên một pha phổ biến hơn vì hầu hết các thiết bị đang làm việc trong nguồn điện xoay chiều một pha. Nó bao gồm một bộ chỉnh lưu cầu toàn sóng để chuyển đổi 230/110 Vôn AC thành khoảng 300/150 Vôn DC. DC đầu ra từ bộ chỉnh lưu cầu được làm mịn bằng tụ điện làm phẳng giá trị cao để loại bỏ các gợn sóng của AC. Điện áp cố định DC này sau đó được đưa đến mạch tạo tần số được tạo thành từ các bóng bán dẫn MOSFET (Bóng bán dẫn hiệu ứng trường oxit kim loại) / IGBT (Bóng bán dẫn lưỡng cực cổng cách ly). Mạch MOSFET / IGBT này nhận DC và chuyển nó thành AC với tần số thay đổi để điều khiển tốc độ của thiết bị.

Việc thay đổi tần số có thể đạt được bằng cách sử dụng mạch điện tử hoặc Vi điều khiển. Mạch này thay đổi tần số của điện áp (PWM) được áp dụng cho ổ cổng của mạch MOSFET / IGBT. Do đó điện áp xoay chiều có tần số thay đổi xuất hiện ở đầu ra. Bộ vi điều khiển có thể được lập trình để thay đổi tần số của đầu ra theo nhu cầu.

Hệ thống VFD:

Thiết bị tần số thay đổi có ba phần như động cơ AC, Bộ điều khiển và Giao diện điều hành.

Động cơ AC được sử dụng trong VFD nói chung là động cơ cảm ứng ba pha mặc dù một pha động cơ được sử dụng trong một số hệ thống. Động cơ được thiết kế để vận hành tốc độ cố định thường được sử dụng, nhưng một số thiết kế động cơ cung cấp hiệu suất tốt hơn trong VFD so với thiết kế tiêu chuẩn.

Phần Bộ điều khiển là mạch chuyển đổi nguồn điện tử rắn để chuyển đổi AC sang DC và sau đó sang AC bán sin. Phần thứ nhất là phần chuyển đổi AC sang DC có cầu chỉnh lưu toàn sóng thường là cầu toàn sóng ba pha / một pha. Sau đó DC trung gian này được chuyển đổi thành AC như sóng sin bằng cách sử dụng mạch chuyển đổi nghịch lưu. Ở đây các bóng bán dẫn MOSFET / IGBT được sử dụng để đảo ngược DC sang AC.

Phần biến tần chuyển đổi DC thành ba kênh AC để điều khiển động cơ ba pha. Phần Bộ điều khiển cũng có thể được thiết kế để cải thiện hệ số công suất, ít méo hài hơn và độ nhạy thấp với quá độ AC đầu vào.

Kiểm soát vôn / Hz:

Mạch điều khiển điều chỉnh tần số của AC cung cấp cho động cơ thông qua phương pháp điều khiển volt trên hertz. Động cơ xoay chiều yêu cầu điện áp đặt vào thay đổi khi tần số thay đổi để tạo ra mômen xác định. Ví dụ, nếu động cơ được thiết kế để làm việc ở 440 vôn ở tần số 50Hz, thì AC cấp cho động cơ phải giảm xuống một nửa (220 vôn) khi tần số thay đổi thành một nửa (25Hz). Quy định này dựa trên Volts / Hz. Trong trường hợp trên, tỷ số là 440/50 = 8,8 V / Hz.

Các phương pháp điều khiển điện áp khác:

Bên cạnh điều khiển Volts / Hz, các phương pháp nâng cao hơn như Điều khiển mô-men xoắn trực tiếp hoặc DTC, Điều chế độ rộng xung vector không gian (SVPWM) , vv cũng được sử dụng để kiểm soát tốc độ của động cơ. Bằng cách kiểm soát điện áp trong động cơ, từ thông và mô-men xoắn có thể được kiểm soát một cách chính xác. Trong phương pháp PWM, các công tắc biến tần tạo ra một sóng gần như sin thông qua một loạt các xung hẹp với thời lượng xung thay đổi theo hình sin Pseudo.

Giao diện điều hành:

Phần này cho phép người dùng khởi động / dừng động cơ và điều chỉnh tốc độ. Các tiện ích khác bao gồm đảo chiều động cơ, chuyển đổi giữa điều khiển tốc độ bằng tay và tự động, v.v. Giao diện vận hành bao gồm một bảng điều khiển với màn hình hoặc chỉ báo và đồng hồ để hiển thị tốc độ của động cơ, điện áp đặt vào, v.v. Một bộ công tắc bàn phím thường được cung cấp để kiểm soát hệ thống.

Inbuilt -Soft Start:

Trong động cơ cảm ứng thông thường, được bật bằng công tắc xoay chiều, dòng điện được tạo ra cao hơn nhiều so với giá trị danh định và có thể tăng khi tăng gia tốc của tải để đạt được tốc độ tối đa của động cơ.

Mặt khác trong động cơ điều khiển VFD, ban đầu điện áp thấp ở tần số thấp được áp dụng. Tần số và điện áp này tăng với tốc độ được kiểm soát để tăng tốc tải. Điều này phát triển gần như nhiều mô-men xoắn hơn giá trị định mức của động cơ.

Chuyển đổi động cơ VFD :

Đầu tiên, tần số và điện áp đặt vào được giảm xuống mức được kiểm soát và sau đó tiếp tục giảm cho đến khi nó trở về 0 và động cơ tắt.

Mạch ứng dụng để điều khiển tốc độ của động cơ cảm ứng một pha

Cách tiếp cận tương đối dễ dàng khi có liên quan đến mạch nguồn và mạch điều khiển. Ở phía đầu vào, bộ đôi điện áp được sử dụng và ở phía đầu ra, cầu H, hoặc bộ nghịch lưu 2 pha, được sử dụng như trong Hình 2. Một đầu của cuộn dây chính và cuộn dây khởi động được kết nối với mỗi nửa cầu và các đầu còn lại được nối với điểm trung tính của nguồn điện xoay chiều.

Mạch điều khiển yêu cầu bốn PWM với hai cặp bổ sung với dải chết đủ giữa các đầu ra bổ sung. Các dải chết của PWM là PWM0-PWM1 và PWM2-PWM3. PIC16F72 không có PWM được thiết kế trong phần cứng để xuất ra theo cách chúng ta cần. Liên quan đến VF, bus dc được tổng hợp bằng cách thay đổi tần số và biên độ. Điều này sẽ cung cấp cho hai điện áp sin lệch pha.

Nếu điện áp đặt vào cuộn dây chính trễ so với cuộn dây ban đầu 90 độ, thì động cơ sẽ chạy theo một hướng (tức là thuận). Muốn đổi chiều quay thì điện áp đặt vào cuộn dây chính làm dây quấn khởi động.

Tôi hy vọng bạn đã có một ý tưởng về biến tần cho động cơ cảm ứng từ bài viết trên. vì vậy nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào về khái niệm này hoặc điện và dự án điện tử xin vui lòng để lại phần bình luận bên dưới.