ไดรฟ์ความถี่ตัวแปรสำหรับมอเตอร์เหนี่ยวนำ

บทนำ

มอเตอร์เหนี่ยวนำเฟสเดียวถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในเครื่องใช้ไฟฟ้าและการควบคุมอุตสาหกรรม มอเตอร์เหนี่ยวนำเฟสเดียวแบบแยกส่วน Capacitor (PSC) เป็นมอเตอร์ประเภทนี้ที่ง่ายที่สุดและใช้กันอย่างแพร่หลาย

จากการออกแบบมอเตอร์ PSC เป็นแบบทิศทางเดียวซึ่งหมายความว่าได้รับการออกแบบให้หมุนไปในทิศทางเดียว ด้วยการเพิ่มขดลวดพิเศษและรีเลย์และสวิตช์ภายนอกหรือโดยใช้กลไกเกียร์สามารถเปลี่ยนทิศทางการหมุนได้ ในแนวคิดนี้เราจะพูดถึงรายละเอียดวิธีควบคุมความเร็วของมอเตอร์ PSC ในทั้งสองทิศทางโดยใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ PIC16F72 และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง

ไมโครคอนโทรลเลอร์ PIC16F72 ได้รับเลือกเนื่องจากเป็นหนึ่งในไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ใช้งานทั่วไปที่ง่ายและต้นทุนต่ำที่ไมโครชิปมีอยู่ในกลุ่มผลิตภัณฑ์ แม้ว่าจะไม่มี PWM ในฮาร์ดแวร์เพื่อขับเคลื่อนเอาต์พุต PWM เสริมด้วยการใส่เดดแบนด์ แต่ PWM ทั้งหมดจะถูกสร้างขึ้นในเฟิร์มแวร์โดยใช้ตัวจับเวลาและเอาต์พุตไปยังพินเอาต์พุตที่ใช้งานทั่วไป

Variable Frequency Drive คืออะไร?

Variable Frequency Drive หรือ VFD เป็นวิธีที่ทำให้สามารถควบคุมความเร็วของมอเตอร์เหนี่ยวนำโดยใช้ความถี่ของแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับที่แตกต่างกัน ด้วยการควบคุมความถี่ AC เอาท์พุททำให้สามารถขับเคลื่อนมอเตอร์ด้วยความเร็วที่แตกต่างกันตามข้อกำหนด เป็นไดรฟ์แบบปรับความเร็วได้ที่ส่วนใหญ่ใช้ในงานอุตสาหกรรมเช่นปั๊มระบบระบายอากาศลิฟต์ไดรฟ์เครื่องมือกล ฯลฯ โดยพื้นฐานแล้วเป็นระบบประหยัดพลังงาน ดังนั้นข้อกำหนดแรกคือการสร้างคลื่นไซน์ที่มีความถี่ต่างกันสำหรับ VFD

เทคโนโลยีที่นำมาใช้ใน VFD คืออะไร?

เป็นระบบที่ให้เอาต์พุต AC ที่มีความถี่แตกต่างกันเพื่อควบคุมความเร็วของมอเตอร์ตามความต้องการ อินเวอร์เตอร์ความถี่ตัวแปรเฟสเดียวเป็นเรื่องปกติมากขึ้นเนื่องจากอุปกรณ์ส่วนใหญ่ทำงานในแหล่งจ่ายไฟ AC แบบเฟสเดียว ประกอบด้วยวงจรเรียงกระแสแบบสะพานคลื่นเต็มรูปแบบเพื่อแปลง 230/110 โวลต์ AC เป็นประมาณ 300/150 โวลต์ DC DC เอาท์พุทจากวงจรเรียงกระแสสะพานถูกทำให้เรียบโดยตัวเก็บประจุแบบเรียบค่าสูงเพื่อขจัดระลอกคลื่นของ AC จากนั้น DC แรงดันไฟฟ้าคงที่นี้จะถูกป้อนเข้ากับวงจรสร้างความถี่ที่เกิดจาก MOSFET (ทรานซิสเตอร์สนามเอฟเฟกต์ของโลหะออกไซด์) / IGBT (ทรานซิสเตอร์สองขั้วแบบแยกประตู) วงจร MOSFET / IGBT นี้รับ DC และแปลงเป็น AC พร้อมความถี่ตัวแปรเพื่อควบคุมความเร็วของอุปกรณ์

การเปลี่ยนแปลงความถี่สามารถทำได้โดยใช้วงจรอิเล็กทรอนิกส์หรือไมโครคอนโทรลเลอร์ วงจรนี้เปลี่ยนความถี่ของแรงดันไฟฟ้า (PWM) ที่ใช้กับเกตไดรฟ์ของวงจร MOSFET / IGBT ดังนั้นแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับของความถี่ที่แตกต่างกันจึงปรากฏขึ้นที่เอาต์พุต Microcontroller สามารถตั้งโปรแกรมเพื่อเปลี่ยนความถี่ของเอาต์พุตได้ตามความต้องการ

ระบบ VFD:

อุปกรณ์ความถี่ตัวแปรมีสามส่วนเช่นมอเตอร์ AC ตัวควบคุมและอินเทอร์เฟซการทำงาน

มอเตอร์ AC ที่ใช้ใน VFD โดยทั่วไปเป็นมอเตอร์เหนี่ยวนำสามเฟสแม้ว่าเฟสเดียว เครื่องยนต์ ใช้ในบางระบบ โดยทั่วไปจะใช้มอเตอร์ที่ออกแบบมาสำหรับการทำงานด้วยความเร็วคงที่ แต่การออกแบบมอเตอร์บางรุ่นให้ประสิทธิภาพใน VFD ดีกว่าการออกแบบมาตรฐาน

ส่วนคอนโทรลเลอร์คือวงจรแปลงไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์แบบทึบเพื่อแปลง AC เป็น DC จากนั้นเป็น AC คลื่นไซน์ ส่วนแรกคือส่วนตัวแปลง AC เป็น DC ที่มีสะพานวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่นโดยปกติจะเป็นสะพานคลื่นสามเฟส / เฟสเดียว จากนั้นตัวกลาง DC นี้จะถูกแปลงเป็นคลื่นไซน์เสมือน AC โดยใช้วงจรสวิตชิ่งอินเวอร์เตอร์ ที่นี่ทรานซิสเตอร์ MOSFET / IGBT ใช้สำหรับการเปลี่ยน DC เป็น AC

ส่วนอินเวอร์เตอร์แปลง DC เป็น AC สามช่องเพื่อขับเคลื่อนมอเตอร์สามเฟส นอกจากนี้ส่วนคอนโทรลเลอร์ยังสามารถออกแบบมาเพื่อให้ปัจจัยด้านกำลังที่ดีขึ้นความผิดเพี้ยนของฮาร์มอนิกน้อยลงและความไวต่ำในการป้อนข้อมูล AC

การควบคุมโวลต์ / เฮิรตซ์:

วงจรควบคุมจะควบคุมความถี่ของ AC ที่ให้มากับมอเตอร์ผ่านโวลต์ต่อวิธีการควบคุมเฮิรตซ์ มอเตอร์กระแสสลับต้องการแรงดันไฟฟ้าที่แปรผันเมื่อความถี่เปลี่ยนไปเพื่อให้แรงบิดที่ระบุ ตัวอย่างเช่นหากมอเตอร์ได้รับการออกแบบให้ทำงานใน 440 โวลต์ที่ 50Hz AC ที่ใช้กับมอเตอร์จะต้องลดลงเหลือครึ่งหนึ่ง (220 โวลต์) เมื่อความถี่เปลี่ยนเป็นครึ่งหนึ่ง (25Hz) ระเบียบนี้ขึ้นอยู่กับโวลต์ / เฮิร์ตซ์ ในกรณีข้างต้นอัตราส่วนคือ 440/50 = 8.8 V / Hz

วิธีการควบคุมแรงดันไฟฟ้าอื่น ๆ :

นอกเหนือจากการควบคุมโวลต์ / เฮิร์ตซ์แล้ววิธีการขั้นสูงเพิ่มเติมเช่น Direct Torque Control หรือ DTC การมอดูเลตความกว้างพัลส์เวกเตอร์อวกาศ (SVPWM) ฯลฯ นอกจากนี้ยังใช้เพื่อควบคุมความเร็วของมอเตอร์ ด้วยการควบคุมแรงดันไฟฟ้าในมอเตอร์ทำให้สามารถควบคุมฟลักซ์แม่เหล็กและแรงบิดได้อย่างแม่นยำ ในวิธี PWM สวิตช์อินเวอร์เตอร์จะสร้างคลื่นไซน์เสมือนผ่านชุดของพัลส์แคบ ๆ โดยมีระยะเวลาพัลส์ที่แตกต่างกันของ Pseudo sinusoidal

อินเตอร์เฟซการทำงาน:

ส่วนนี้ช่วยให้ผู้ใช้สตาร์ท / หยุดมอเตอร์และปรับความเร็วได้ สิ่งอำนวยความสะดวกอื่น ๆ ได้แก่ การย้อนกลับของมอเตอร์การสลับระหว่างการควบคุมความเร็วด้วยตนเองและอัตโนมัติเป็นต้นอินเทอร์เฟซการทำงานประกอบด้วยแผงที่มีจอแสดงผลหรือตัวบ่งชี้และมาตรวัดสำหรับแสดงความเร็วของมอเตอร์แรงดันไฟฟ้าที่ใช้เป็นต้นโดยทั่วไปจะมีชุดสวิตช์ปุ่มกด สำหรับควบคุมระบบ

Inbuilt -Soft เริ่มต้น:

ในมอเตอร์เหนี่ยวนำธรรมดาเปิดโดยใช้สวิตช์ AC กระแสที่ดึงออกมาจะสูงกว่าค่าพิกัดมากและสามารถเพิ่มขึ้นตามการเร่งความเร็วที่เพิ่มขึ้นของโหลดเพื่อให้ได้ความเร็วเต็มของมอเตอร์

ในทางกลับกันในมอเตอร์ที่ควบคุม VFD จะใช้แรงดันไฟฟ้าต่ำที่ความถี่ต่ำในขั้นต้น ความถี่และแรงดันไฟฟ้านี้จะเพิ่มขึ้นในอัตราที่ควบคุมเพื่อเร่งโหลด สิ่งนี้พัฒนาแรงบิดเกือบมากกว่าค่าพิกัดของมอเตอร์

การเปลี่ยนมอเตอร์ VFD :

ความถี่และแรงดันไฟฟ้าที่ใช้จะลดลงเป็นระดับที่ควบคุมได้ก่อนจากนั้นลดลงเรื่อย ๆ จนกว่าจะกลายเป็นศูนย์และมอเตอร์จะปิดตัวลง

วงจรการใช้งานเพื่อควบคุมความเร็วของมอเตอร์เหนี่ยวนำเฟสเดียว

วิธีการนี้ค่อนข้างง่ายเท่าที่เกี่ยวข้องกับวงจรไฟฟ้าและวงจรควบคุม ที่ด้านอินพุตจะใช้ตัวปรับแรงดันไฟฟ้าและที่ด้านเอาต์พุตจะใช้ H-bridge หรืออินเวอร์เตอร์ 2 เฟสดังแสดงในรูปที่ 2 ปลายด้านหนึ่งของขดลวดหลักและขดลวดสตาร์ทเชื่อมต่อกับแต่ละครึ่งบริดจ์และ ปลายอีกด้านเชื่อมต่อกับจุดที่เป็นกลางของแหล่งจ่ายไฟ AC

วงจรควบคุมต้องใช้ PWM สี่ตัวพร้อมคู่เสริมสองคู่ที่มีแถบตายที่เพียงพอระหว่างเอาต์พุตเสริม วงดนตรีที่ตายแล้วของ PWM คือ PWM0-PWM1 และ PWM2-PWM3 PIC16F72 ไม่มี PWM ที่ออกแบบมาในฮาร์ดแวร์เพื่อส่งออกตามที่เราต้องการ เกี่ยวกับ VF บัส dc ถูกสังเคราะห์โดยการเปลี่ยนแปลงความถี่และแอมพลิจูด สิ่งนี้จะทำให้แรงดันไฟฟ้าสองเฟสไม่อยู่ในเฟส

หากแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับขดลวดหลักล่าช้าการหมุนเริ่มต้น 90 องศามอเตอร์จะทำงานในทิศทางเดียว (เช่นไปข้างหน้า) หากเราต้องการเปลี่ยนทิศทางของการหมุนแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับขดลวดหลักคือการหมุนเริ่มต้น

ฉันหวังว่าคุณจะมีความคิดเกี่ยวกับไดรฟ์ความถี่ตัวแปรสำหรับมอเตอร์เหนี่ยวนำจากบทความข้างต้น ดังนั้นหากคุณมีข้อสงสัยเกี่ยวกับแนวคิดนี้หรือระบบไฟฟ้าและ โครงการอิเล็กทรอนิกส์ กรุณาแสดงความคิดเห็นด้านล่าง