Mạch VFD biến tần một pha

Bài đăng thảo luận về mạch truyền động tần số biến thiên một pha hoặc mạch VFD để điều khiển tốc độ động cơ AC mà không ảnh hưởng đến thông số kỹ thuật hoạt động của chúng.

VFD là gì

Động cơ và các tải cảm ứng tương tự khác đặc biệt không 'thích' hoạt động với tần số có thể không nằm trong thông số kỹ thuật sản xuất của chúng và có xu hướng trở nên kém hiệu quả hơn rất nhiều nếu bị buộc phải ở trong những điều kiện bất thường như vậy.

Ví dụ, một động cơ được chỉ định để hoạt động với 60Hz có thể không được khuyến nghị làm việc với tần số 50 Hz hoặc các dải khác.

Làm như vậy có thể tạo ra các kết quả không mong muốn như làm nóng động cơ, thấp hơn hoặc cao hơn tốc độ yêu cầu và mức tiêu thụ cao bất thường khiến mọi thứ trở nên rất kém hiệu quả và làm giảm tuổi thọ của thiết bị được kết nối.

Tuy nhiên, việc vận hành động cơ trong các điều kiện tần số đầu vào khác nhau thường trở thành một sự bắt buộc và trong những tình huống như vậy, VFD hoặc mạch Truyền động tần số thay đổi có thể trở nên rất tiện dụng.

VFD là một thiết bị cho phép người dùng điều khiển tốc độ của động cơ xoay chiều bằng cách điều chỉnh tần số và điện áp của nguồn cung cấp đầu vào theo thông số kỹ thuật của động cơ.

Điều này cũng có nghĩa là VFD cho phép chúng tôi vận hành bất kỳ động cơ AC nào thông qua bất kỳ nguồn cung cấp AC lưới có sẵn nào bất kể thông số điện áp và tần số của nó, bằng cách tùy chỉnh phù hợp tần số và điện áp VFD theo thông số kỹ thuật của động cơ.

Điều này thường được thực hiện bằng cách sử dụng điều khiển đã cho dưới dạng một núm biến đổi được điều chỉnh với hiệu chuẩn tần số khác nhau.

Làm VFD tại nhà nghe có vẻ là một đề xuất khó, tuy nhiên, nhìn vào thiết kế được đề xuất dưới đây cho thấy rằng không khó để chế tạo thiết bị rất hữu ích này (do tôi thiết kế).

Hoạt động mạch

Về cơ bản, mạch có thể được chia thành hai giai đoạn: Giai đoạn trình điều khiển half brige và giai đoạn tạo logic PWM.

Giai đoạn trình điều khiển nửa cầu sử dụng IC điều khiển nửa cầu IR2110 đảm nhiệm một cách thủ công giai đoạn dẫn động động cơ điện áp cao kết hợp hai mosfet bên cao và bên thấp tương ứng.

Do đó, vi mạch điều khiển tạo thành trung tâm của mạch nhưng chỉ cần một vài thành phần để thực hiện chức năng quan trọng này.

Tuy nhiên, vi mạch trên sẽ cần một logic cao và một tần số logic thấp để điều khiển tải được kết nối ở tần số cụ thể mong muốn.

Các tín hiệu logic đầu vào hi và lo này trở thành dữ liệu hoạt động cho vi mạch điều khiển và phải bao gồm các tín hiệu để xác định tần số được chỉ định cũng như các PWM cùng pha với nguồn AC.

Thông tin trên được tạo ra bởi một giai đoạn khác bao gồm một vài IC 555 và một bộ đếm thập kỷ. IC 4017.

Hai IC 555 chịu trách nhiệm tạo ra các PWM sóng sin được sửa đổi tương ứng với mẫu AC toàn sóng thu được từ đầu ra chỉnh lưu cầu bậc xuống.

IC4017 hoạt động như một máy phát logic đầu ra cực totem có tần số xoay chiều trở thành thông số xác định tần số CHÍNH của mạch.

Tần số xác định này được lấy ra từ chân số 3 của IC1 và cũng cấp nguồn cho chân kích hoạt IC2 và để tạo các PWM được sửa đổi tại chân số 3 của IC2.

Các PWM sóng sin đã sửa đổi được quét ở các đầu ra của IC 4017 trước khi cấp cho IR2110 để in chồng chính xác 'bản in' của các PWM đã sửa đổi ở đầu ra của trình điều khiển nửa cầu và cuối cùng là cho động cơ đang được vận hành.

Cx và các giá trị nồi 180k nên được chọn hoặc điều chỉnh thích hợp để cung cấp tần số xác định chính xác cho động cơ.

Điện áp cao tại đầu ra của mosfet phía cao cũng phải được tính toán thích hợp và được suy ra bằng cách chỉnh lưu điện áp nguồn AC có sẵn sau khi nâng hoặc hạ nó một cách thích hợp theo thông số kỹ thuật của động cơ.

Các cài đặt trên sẽ xác định đúng vôn trên Hertz (V / Hz) cho động cơ cụ thể.

Điện áp cung cấp cho cả hai giai đoạn có thể được tạo thành một đường dây chung, giống nhau đối với kết nối đất.

TR1 là một biến áp 0-12V / 100mA bước xuống cung cấp cho các mạch điện áp cung cấp hoạt động cần thiết.

Mạch điều khiển PWM

Bạn sẽ phải tích hợp các đầu ra từ IC 4017 từ sơ đồ trên với các đầu vào HIN và LIN của sơ đồ sau, một cách thích hợp. Ngoài ra, kết nối các điốt 1N4148 được chỉ ra trong sơ đồ trên với các cổng MOSFET phía thấp như được hiển thị trong sơ đồ bên dưới.

Trình điều khiển động cơ toàn cầu

Cập nhật:

Thiết kế VFD đơn giản đã được thảo luận ở trên có thể được đơn giản hóa và cải thiện hơn nữa bằng cách sử dụng IC toàn cầu tự dao động IRS2453, như hình dưới đây:

Ở đây IC 4017 được loại bỏ hoàn toàn vì trình điều khiển cầu ful được trang bị giai đoạn dao động riêng, và do đó không cần kích hoạt bên ngoài cho IC này.

Là một thiết kế toàn cầu, điều khiển đầu ra tới động cơ có đầy đủ các điều chỉnh tốc độ từ 0 đến tối đa.

Nồi ở chân số 5 của IC 2 có thể được sử dụng để điều khiển tốc độ và mô-men xoắn của động cơ thông qua phương pháp PWM.

Đối với điều khiển tốc độ V / Hz, Rt / Ct kết hợp với IRS2453 và R1 kết hợp với IC1 có thể được điều chỉnh tương ứng (thủ công) để nhận được kết quả thích hợp.

Đơn giản hóa hơn nữa

Nếu bạn thấy phần toàn cầu bị lấn át, bạn có thể thay thế nó bằng một mạch toàn cầu dựa trên P, N-MOSFET như hình dưới đây. Trình điều khiển tần số thay đổi này sử dụng cùng một khái niệm ngoại trừ phần trình điều khiển toàn cầu sử dụng MOSFET kênh P ở phía cao và MOSFETS kênh N ở phía thấp.

Mặc dù cấu hình có thể trông không hiệu quả do có sự tham gia của MOSFET kênh P (do xếp hạng RDSon cao của chúng), việc sử dụng nhiều P-MOSFET song song có thể giống như một cách tiếp cận hiệu quả để giải quyết vấn đề RDSon thấp.

Ở đây 3 MOSFET được sử dụng song song cho các thiết bị kênh P để đảm bảo giảm thiểu sự nóng lên của các thiết bị, ngang bằng với các thiết bị kênh N.