Azionamento a frequenza variabile per motore a induzione

Azionamento a frequenza variabile per motore a induzione

introduzione

I motori a induzione monofase sono ampiamente utilizzati negli elettrodomestici e nei controlli industriali. Il motore a induzione monofase a condensatore permanente (PSC) è il motore più semplice e più utilizzato di questo tipo.



Per progettazione, i motori PSC sono unidirezionali, il che significa che sono progettati per ruotare in una direzione. Aggiungendo avvolgimenti extra, relè e interruttori esterni o utilizzando meccanismi a ingranaggi, è possibile modificare la direzione di rotazione. In questa idea, discuteremo in dettaglio come controllare la velocità di un motore PSC in entrambe le direzioni utilizzando un microcontrollore PIC16F72 e l'elettronica di potenza.


Il microcontrollore PIC16F72 è stato scelto perché è uno dei microcontrollori generici più semplici ed economici che Microchip ha nel suo portafoglio. Anche se non ha i PWM nell'hardware per pilotare uscite PWM complementari con banda morta inserita, tutti i PWM vengono generati nel firmware utilizzando timer e output su pin di uscita generici.





Cos'è l'azionamento a frequenza variabile?

Il convertitore di frequenza o VFD è il modo che consente il controllo della velocità del motore a induzione applicando una frequenza variabile della tensione di alimentazione CA. Controllando la frequenza AC di uscita, è possibile azionare il motore a velocità diverse in base alle esigenze. Si tratta di azionamenti a velocità variabile ampiamente utilizzati in applicazioni industriali come pompe, sistemi di ventilazione, ascensori, azionamenti di macchine utensili, ecc. È essenzialmente un sistema a risparmio energetico. Pertanto il primo requisito è generare un'onda sinusoidale con frequenze diverse per VFD.

Qual è la tecnologia adottata in VFD?

È il sistema che fornisce un'uscita AC con frequenza variabile per controllare la velocità del motore in base alle esigenze. Gli inverter monofase a frequenza variabile sono più comuni poiché la maggior parte dei dispositivi funziona con alimentazione CA monofase. Consiste in un raddrizzatore a ponte a onda intera per convertire 230/110 Volt CA in circa 300/150 volt CC. La corrente continua in uscita dal raddrizzatore a ponte viene livellata da un condensatore di levigatura di alto valore per rimuovere le ondulazioni di corrente alternata. Questa tensione continua fissa viene quindi alimentata al circuito generatore di frequenza formato da transistor MOSFET (transistor ad effetto di campo in ossido di metallo) / IGBT (transistor bipolare a gate isolato). Questo circuito MOSFET / IGBT riceve la CC e la converte in CA con frequenza variabile per controllare la velocità del dispositivo.



Il cambio di frequenza può essere ottenuto utilizzando circuiti elettronici o microcontrollore. Questo circuito varia la frequenza della tensione (PWM) applicata al gate drive del circuito MOSFET / IGBT. Quindi la tensione CA di frequenza variabile appare all'uscita. Il Microcontrollore può essere programmato per modificare la frequenza dell'uscita secondo le necessità.


Il sistema VFD:

Il dispositivo a frequenza variabile ha tre parti come un motore CA, un controller e un'interfaccia operativa.

Il motore AC utilizzato in VFD è generalmente un motore a induzione trifase anche se monofase motore è utilizzato in alcuni sistemi. Generalmente vengono utilizzati motori progettati per il funzionamento a velocità fissa, ma alcuni modelli di motore offrono prestazioni migliori in VFD rispetto al design standard.

La parte Controller è il solido circuito del convertitore di potenza elettronico per convertire CA in CC e quindi in CA a onda quasi sinusoidale. La prima parte è la sezione del convertitore da CA a CC con un ponte raddrizzatore a onda intera di solito un ponte a onda intera trifase / monofase. Questo intermedio CC viene quindi convertito in CA a onda quasi sinusoidale utilizzando il circuito di commutazione dell'inverter. Qui i transistor MOSFET / IGBT vengono utilizzati per l'inversione da CC a CA.

La sezione inverter converte la CC in tre canali CA per pilotare il motore trifase. La sezione Controller può anche essere progettata per fornire un fattore di potenza migliorato, una minore distorsione armonica e una bassa sensibilità ai transitori CA in ingresso.

Controllo Volt / Hz:

Il circuito del controller regola la frequenza della corrente alternata fornita al motore attraverso il metodo di controllo volt per hertz. Il motore CA richiede una tensione applicata variabile quando la frequenza cambia per fornire la coppia specificata. Ad esempio, se il motore è progettato per funzionare a 440 volt a 50Hz, la CA applicata al motore deve essere ridotta alla metà (220 volt) quando la frequenza cambia a metà (25Hz). Questa regolazione si basa sui Volt / Hz. Nel caso precedente, il rapporto è 440/50 = 8,8 V / Hz.

Frequenza variabileAltri metodi di controllo della tensione:

Oltre al controllo Volt / Hz, metodi più avanzati come Direct Torque Control o DTC, Space Vector Pulse Width Modulation (SVPWM) , ecc. sono utilizzati anche per controllare la velocità del motore. Controllando la tensione nel motore, il flusso magnetico e la coppia possono essere controllati con precisione. Nel metodo PWM, gli interruttori dell'inverter producono un'onda quasi sinusoidale attraverso una serie di impulsi stretti con durate di impulso variabili pseudo sinusoidali.

Interfaccia operativa:

Questa sezione consente all'utente di avviare / arrestare il motore e di regolare la velocità. Altri servizi includono l'inversione del motore, la commutazione tra controllo manuale e automatico della velocità, ecc. L'interfaccia operativa è costituita da un pannello con display o indicatori e misuratori per mostrare la velocità del motore, la tensione applicata, ecc. Viene generalmente fornita una serie di interruttori della tastiera per controllare il sistema.

Soft Start integrato:

In un normale motore a induzione, acceso tramite un interruttore AC, la corrente assorbita è molto superiore al valore nominale e può aumentare con l'aumentare dell'accelerazione del carico per raggiungere la piena velocità del motore.

D'altra parte in un motore controllato da VFD, inizialmente viene applicata una bassa tensione a bassa frequenza. Questa frequenza e tensione aumentano a una velocità controllata per accelerare il carico. Questo sviluppa quasi più coppia del valore nominale del motore.

Commutazione motore VFD :

La frequenza e la tensione applicata vengono prima ridotte a un livello controllato e poi mantenute a diminuire fino a quando non diventa zero e il motore si spegne.

Circuito di applicazione per controllare la velocità del motore a induzione monofase

L'approccio è relativamente semplice per quanto riguarda il circuito di alimentazione e il circuito di controllo. Sul lato di ingresso vengono utilizzati duplicatori di tensione e sul lato di uscita viene utilizzato un ponte H, o inverter bifase, come mostrato in Figura 2. Un'estremità dell'avvolgimento principale e di avviamento è collegata a ciascun semiponte e al le altre estremità sono collegate al punto neutro dell'alimentatore CA.

Il circuito di controllo richiede quattro PWM con due coppie complementari con una banda morta sufficiente tra le uscite complementari. Le bande morte PWM sono PWM0-PWM1 e PWM2-PWM3. Il PIC16F72 non ha PWM progettati nell'hardware per produrre il modo in cui abbiamo bisogno. Per quanto riguarda la VF, il bus dc viene sintetizzato variando la frequenza e l'ampiezza. Questo darà due tensioni sinusoidali fuori fase.

Se la tensione applicata all'avvolgimento principale è in ritardo di 90 gradi rispetto all'avvolgimento di avviamento, il motore funziona in una direzione (cioè in avanti). Se vogliamo cambiare la direzione della rotazione, la tensione applicata all'avvolgimento principale serve a condurre l'avvolgimento di avviamento.

Spero che tu abbia un'idea del convertitore di frequenza per il motore a induzione dall'articolo sopra. quindi se avete domande su questo concetto o sull'elettrico e progetto elettronico si prega di lasciare la sezione commenti qui sotto.

Unità PSC con un H-Bridge