Цепь регулятора скорости трехфазного асинхронного двигателя

В этом посте мы обсудим создание простой схемы регулятора скорости трехфазного асинхронного двигателя, которую можно также применить для однофазного асинхронного двигателя или буквально для любого типа двигателя переменного тока.

Когда дело доходит до управление скоростью асинхронных двигателей обычно используются матричные преобразователи, включающие множество сложных каскадов, таких как LC-фильтры, двунаправленные массивы переключателей (с использованием IGBT) и т. д.

Все это используется для достижения в конечном итоге прерванного сигнала переменного тока, рабочий цикл которого можно регулировать с помощью сложной схемы микроконтроллера, что в конечном итоге обеспечивает необходимое управление скоростью двигателя.

Однако мы можем поэкспериментировать и попытаться осуществить регулирование скорости трехфазного асинхронного двигателя с помощью гораздо более простой концепции, используя усовершенствованные ИС оптопары детектора перехода через ноль, силовой симистор и схему ШИМ.

Использование оптопары с детектором нулевого пересечения

Благодаря серии оптопар MOC, которые сделали схемы управления симисторами чрезвычайно безопасными и простыми в настройке, а также обеспечили беспроблемную интеграцию PWM для предполагаемых элементов управления.

В одном из своих предыдущих постов я обсуждал простой Схема контроллера двигателя с плавным пуском ШИМ в котором реализована микросхема MOC3063 для обеспечения эффективного плавного пуска подключенного двигателя.

Здесь мы также используем идентичный метод для обеспечения соблюдения предложенной схемы регулятора скорости трехфазного асинхронного двигателя, на следующем изображении показано, как это можно сделать:

На рисунке мы видим три идентичных каскада оптопары MOC, сконфигурированных в их стандартном режиме симисторного регулятора, а входная сторона интегрирована с простая схема IC 555 PWM .

3 контура MOC сконфигурированы для обработки трехфазного входа переменного тока и подачи его на подключенный асинхронный двигатель.

Вход ШИМ на стороне управления изолированными светодиодами оптического блока определяет коэффициент прерывания трехфазного входа переменного тока, который обрабатывается MOC ICS.

Использование ШИМ-контроллера IC 555 (переключение при нулевом напряжении)

Это означает, что путем регулировки PWM pot, связанный с микросхемой 555 можно эффективно контролировать скорость асинхронного двигателя.

Выход на его выводе №3 имеет переменный рабочий цикл, который, в свою очередь, соответственно переключает выходные симисторы, что приводит либо к увеличению среднеквадратичного значения переменного тока, либо к его уменьшению.

Увеличение RMS с помощью более широких PWM позволяет достичь более высокой скорости двигателя, в то время как уменьшение RMS переменного тока с помощью более узких PWM дает противоположный эффект, то есть вызывает пропорциональное замедление двигателя.

Вышеупомянутые функции реализованы с большой точностью и безопасностью, поскольку микросхемам назначено множество внутренних сложных функций, специально предназначенных для управляющие симисторы и большие индуктивные нагрузки такие как асинхронные двигатели, соленоиды, клапаны, контакторы, твердотельные реле и т. д.

Микросхема также обеспечивает идеально изолированную работу для каскада постоянного тока, что позволяет пользователю вносить изменения, не опасаясь поражения электрическим током.

Этот принцип также можно эффективно использовать для управления скоростью однофазного двигателя, используя одну MOC IC вместо трех.

Дизайн фактически основан на пропорциональный по времени симистор теория. Верхняя схема ШИМ IC555 может быть отрегулирована для обеспечения рабочего цикла 50% при гораздо более высокой частоте, в то время как нижняя схема ШИМ может использоваться для реализации операции управления скоростью асинхронного двигателя посредством регулировки соответствующего потенциометра.

Рекомендуется, чтобы эта микросхема 555 имела относительно более низкую частоту, чем верхняя схема микросхемы 555. Это можно сделать, увеличив емкость конденсатора на выводе 6/2 примерно до 100 нФ.

ПРИМЕЧАНИЕ: ДОБАВЛЕНИЕ ПОДХОДЯЩИХ ИНДУКТОРОВ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО С ФАЗОВЫМИ ПРОВОДАМИ МОЖЕТ Существенно улучшить ХАРАКТЕРИСТИКИ УПРАВЛЕНИЯ СКОРОСТЬЮ СИСТЕМЫ.

Лист данных на MOC3061

Предполагаемая форма сигнала и управление фазой с использованием вышеуказанной концепции:

Вышеупомянутый метод управления трехфазным асинхронным двигателем на самом деле довольно груб, поскольку он нет контроля В / Гц .

Он просто использует включение / выключение сети с разной скоростью для выработки средней мощности двигателя и управления скоростью, изменяя этот средний переменный ток двигателя.

Представьте, что вы включаете / выключаете двигатель вручную 40 или 50 раз в минуту. Это приведет к тому, что ваш двигатель замедлится до некоторого относительного среднего значения, но будет двигаться непрерывно. Вышеупомянутый принцип работает точно так же.

Более технический подход заключается в разработке схемы, которая обеспечивает надлежащий контроль соотношения В / Гц и автоматически регулирует его в зависимости от скорости скольжения или любых колебаний напряжения.

Для этого мы в основном используем следующие этапы:

1. Схема драйвера H-Bridge или полного моста IGBT
2. Трехфазный генераторный каскад для питания полной мостовой схемы
3. Процессор ШИМ В / Гц

Использование схемы управления полным мостом IGBT

Если процедуры настройки вышеупомянутой конструкции на основе симистора кажутся вам устрашающими, можно попробовать следующее управление скоростью асинхронного двигателя на основе полномостового ШИМ:

Схема, показанная на рисунке выше, использует однопроцессорный полномостовой драйвер. Микросхема IRS2330 (последняя версия - 6EDL04I06NT), который имеет все встроенные функции для обеспечения безопасной и безупречной работы трехфазного двигателя.

ИС требуется только синхронизированный трехфазный логический вход через его выводы HIN / LIN для генерации необходимого трехфазного колебательного выхода, который в конечном итоге используется для работы полной мостовой IGBT-сети и подключенного трехфазного двигателя.

В управление скоростью впрыска PWM реализуется через 3 отдельных полумостовых каскада драйверов NPN / PNP, управляемых с помощью SPWM-сигнала от генератора ШИМ IC 555, как было показано в наших предыдущих проектах. Этот уровень ШИМ может в конечном итоге использоваться для управления скоростью асинхронного двигателя.

Прежде чем мы изучим реальный метод управления скоростью асинхронного двигателя, давайте сначала разберемся, как автоматический Управление В / Гц может быть достигнуто с помощью нескольких схем IC 555, как описано ниже.

Схема процессора автоматической ШИМ В / Гц (замкнутый контур)

В приведенных выше разделах мы изучили конструкции, которые помогут асинхронному двигателю двигаться со скоростью, указанной производителем, но он не будет регулироваться в соответствии с постоянным соотношением В / Гц, если следующий процессор ШИМ не интегрирован с H -Bridge PWM входной канал.

Вышеуказанная схема представляет собой простую Генератор ШИМ на парочке IC 555 . IC1 генерирует частоту ШИМ, которая преобразуется в треугольные волны на выводе №6 IC2 с помощью R4 / C3.

Эти треугольные волны сравниваются с синусоидальной пульсацией на выводе №5 микросхемы IC2. Эти пульсации образца получаются путем выпрямления трехфазной сети переменного тока в пульсации 12 В переменного тока и подаются на вывод № 5 IC2 для необходимой обработки.

Сравнивая две формы сигнала, можно определить размер SPWM генерируется на выводе № 3 IC2, который становится управляющим ШИМ для сети H-моста.

Как работает схема В / Гц

При включении питания конденсатор на выводе №5 начинает с передачи нулевого напряжения на выводе №5, что вызывает самое низкое значение SPWM для Н-мостовая схема , что, в свою очередь, позволяет асинхронному двигателю запускаться с медленным плавным пуском.

По мере того, как этот конденсатор заряжается, потенциал на выводе № 5 повышается, что пропорционально увеличивает SPWM и позволяет двигателю постепенно набирать скорость.

Мы также можем видеть цепь обратной связи тахометра, которая также интегрирована с контактом № 5 IC2.

Этот тахометр контролирует скорость ротора или скорость скольжения и генерирует дополнительное напряжение на выводе № 5 IC2.

Теперь, когда скорость двигателя увеличивается, скорость скольжения пытается синхронизироваться с частотой статора, и в процессе она начинает набирать скорость.

Это увеличение индукционного скольжения пропорционально увеличивает напряжение тахометра, что, в свою очередь, заставляет IC2 увеличивать Выход SPWM а это, в свою очередь, еще больше увеличивает скорость двигателя.

Вышеупомянутая регулировка пытается поддерживать отношение В / Гц на довольно постоянном уровне до тех пор, пока, наконец, SPWM от IC2 не сможет увеличиваться дальше.

В этот момент скорость скольжения и скорость статора становятся устойчивыми, и это поддерживается до тех пор, пока входное напряжение или скорость скольжения (из-за нагрузки) не изменятся. В случае их изменения схема процессора V / Hz снова вступает в действие и начинает регулировать соотношение для поддержания оптимального отклика скорости асинхронного двигателя.

Тахометр

В Схема тахометра может быть также дешево построен с использованием следующей простой схемы и интегрирован с вышеописанными этапами схемы:

Как реализовать контроль скорости

В предыдущих абзацах мы поняли процесс автоматического регулирования, который может быть достигнут путем интеграции обратная связь тахометра к цепи автоматического регулируемого контроллера SPWM.

Теперь давайте узнаем, как можно управлять скоростью асинхронного двигателя, изменяя частоту, что в конечном итоге заставит SPWM упасть и поддерживать правильное соотношение В / Гц.

Следующая диаграмма поясняет этап регулирования скорости:

Здесь мы можем увидеть схему 3-фазного генератора, использующую IC 4035, частоту фазового сдвига которой можно изменять, изменяя тактовый вход на его выводе №6.

Трехфазные сигналы подаются на вентили 4049 IC для создания необходимых HIN, LIN-каналов для полной мостовой сети драйверов.

Это означает, что, соответствующим образом изменяя тактовую частоту IC 4035, мы можем эффективно изменить рабочую трехфазную частоту асинхронного двигателя.

Это реализовано с помощью простой нестабильной схемы IC 555, которая подает регулируемую частоту на вывод № 6 микросхемы IC 4035 и позволяет регулировать частоту через подключенный потенциометр 100K. Конденсатор C должен быть рассчитан таким образом, чтобы регулируемый диапазон частот соответствовал правильным характеристикам подключенного асинхронного двигателя.

Когда потенциометр частоты изменяется, эффективная частота асинхронного двигателя также изменяется, что соответственно изменяет скорость двигателя.

Например, когда частота снижается, скорость двигателя уменьшается, что, в свою очередь, вызывает пропорциональное снижение напряжения на выходе тахометра.

Это пропорциональное уменьшение выходного сигнала тахометра заставляет SPWM сужаться и, таким образом, пропорционально снижает выходное напряжение на двигатель.

Это действие, в свою очередь, обеспечивает поддержание соотношения В / Гц при управлении скоростью асинхронного двигателя посредством управления частотой.

Предупреждение. Вышеупомянутая концепция основана только на теоретических предположениях, пожалуйста, будьте осторожны.

Если у вас есть какие-либо дополнительные сомнения относительно конструкции этого регулятора скорости 3-фазного асинхронного двигателя, вы можете опубликовать то же самое в своих комментариях.