Вступление
Однофазные асинхронные двигатели широко используются в бытовой технике и промышленных устройствах управления. Однофазный асинхронный двигатель с постоянным разделенным конденсатором (PSC) является самым простым и наиболее широко используемым двигателем этого типа.
По своей конструкции двигатели PSC однонаправленные, а это значит, что они предназначены для вращения в одном направлении. Направление вращения можно изменить путем добавления дополнительных обмоток, внешних реле и переключателей или использования зубчатых передач. В этой идее мы подробно обсудим, как управлять скоростью двигателя PSC в обоих направлениях с помощью микроконтроллера PIC16F72 и силовой электроники.
Микроконтроллер PIC16F72 был выбран потому, что это один из самых простых и недорогих микроконтроллеров общего назначения, имеющихся в портфеле Microchip. Несмотря на то, что он не имеет аппаратных ШИМ для управления дополнительными выходами ШИМ со вставленной зоной нечувствительности, все ШИМ генерируются в прошивке с использованием таймеров и выводятся на выходные выводы общего назначения.
Что такое частотно-регулируемый привод?
Частотно-регулируемый привод или ЧРП - это способ, который позволяет управлять скоростью асинхронного двигателя, применяя переменную частоту напряжения питания переменного тока. Управляя выходной частотой переменного тока, можно управлять двигателем с разными скоростями в зависимости от требований. Это приводы с регулируемой скоростью, которые широко используются в промышленных приложениях, таких как насосы, системы вентиляции, лифты, приводы станков и т. Д. Это, по сути, энергосберегающая система. Поэтому первое требование - это генерировать синусоидальную волну с разными частотами для VFD.
Какая технология используется в ЧРП?
Это система, которая выдает выход переменного тока с переменной частотой для управления скоростью двигателя в соответствии с потребностями. Однофазные преобразователи частоты более распространены, поскольку большинство устройств работают от однофазного источника переменного тока. Он состоит из двухполупериодного мостового выпрямителя для преобразования 230/110 В переменного тока примерно в 300/150 В постоянного тока. Выходной постоянный ток от мостового выпрямителя сглаживается сглаживающим конденсатором большой емкости для удаления пульсаций переменного тока. Это постоянное постоянное напряжение затем подается в схему генерации частоты, образованную транзисторами MOSFET (металлооксидный полевой транзистор) / IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором). Эта схема MOSFET / IGBT принимает постоянный ток и преобразует его в переменный ток с переменной частотой для управления скоростью устройства.
Изменение частоты может быть достигнуто с помощью электронных схем или микроконтроллера. Эта схема изменяет частоту напряжения (ШИМ), подаваемого на привод затвора схемы MOSFET / IGBT. Таким образом на выходе появляется переменное напряжение переменной частоты. Микроконтроллер можно запрограммировать на изменение выходной частоты в соответствии с потребностями.
Система ЧРП:
Устройство переменной частоты состоит из трех частей, таких как двигатель переменного тока, контроллер и рабочий интерфейс.
Двигатель переменного тока, используемый в частотно-регулируемом приводе, как правило, представляет собой трехфазный асинхронный двигатель, хотя однофазный двигатель используется в некоторых системах. Обычно используются двигатели, предназначенные для работы с фиксированной скоростью, но некоторые конструкции двигателей обеспечивают лучшую производительность в VFD, чем стандартная конструкция.
Контроллер представляет собой твердотельную схему электронного преобразователя мощности для преобразования переменного тока в постоянный, а затем в квазисинусоидальный переменный ток. Первая часть - это секция преобразователя переменного тока в постоянный, имеющая двухполупериодный выпрямительный мост, обычно трехфазный / однофазный двухполупериодный мост. Этот промежуточный постоянный ток затем преобразуется в квазисинусоидальный переменный ток с помощью схемы переключения инвертора. Здесь MOSFET / IGBT-транзисторы используются для преобразования постоянного тока в переменный.
Секция инвертора преобразует постоянный ток в три канала переменного тока для привода трехфазного двигателя. Секция контроллера также может быть спроектирована так, чтобы обеспечить улучшенный коэффициент мощности, меньшие гармонические искажения и низкую чувствительность к переходным процессам входного переменного тока.
Управление вольт / Гц:
Схема контроллера регулирует частоту переменного тока, подаваемого на двигатель, с помощью метода управления вольт на герц. Электродвигатель переменного тока требует переменного подаваемого напряжения при изменении частоты для достижения заданного крутящего момента. Например, если двигатель рассчитан на работу от 440 вольт при 50 Гц, то переменный ток, подаваемый на двигатель, должен быть уменьшен до половины (220 вольт), когда частота изменяется на половину (25 Гц). Это регулирование основано на вольт / Гц. В приведенном выше случае соотношение составляет 440/50 = 8,8 В / Гц.
Другие методы контроля напряжения:
Другие методы контроля напряжения:Помимо управления вольт / Гц, существуют более продвинутые методы, такие как прямое управление крутящим моментом или DTC, Пространственно-векторная широтно-импульсная модуляция (SVPWM) и т. д. также используются для управления скоростью двигателя. Управляя напряжением в двигателе, можно точно контролировать магнитный поток и крутящий момент. В методе ШИМ инверторные переключатели генерируют квазисинусоидальную волну через серию узких импульсов с псевдосинусоидальной изменяющейся длительностью импульсов.
Рабочий интерфейс:
Этот раздел позволяет пользователю запускать / останавливать двигатель и регулировать скорость. Другие возможности включают реверсирование двигателя, переключение между ручным и автоматическим управлением скоростью и т. Д. Рабочий интерфейс состоит из панели с дисплеем или индикаторами и измерителями для отображения скорости двигателя, приложенного напряжения и т. Д. Обычно предоставляется набор клавишных переключателей. для управления системой.
Встроенный мягкий старт:
В обычном асинхронном двигателе, включаемом с помощью переключателя переменного тока, потребляемый ток намного превышает номинальное значение и может увеличиваться с увеличением ускорения нагрузки для достижения полной скорости двигателя.
С другой стороны, в двигателе, управляемом частотно-регулируемым приводом, сначала применяется низкое напряжение с низкой частотой. Эта частота и напряжение увеличиваются с контролируемой скоростью для ускорения нагрузки. Это развивает крутящий момент, почти превышающий номинальное значение двигателя.
Коммутация двигателя VFD :
Частота и приложенное напряжение сначала снижаются до контролируемого уровня, а затем продолжают снижаться, пока не станет равным нулю и двигатель не отключится.
Цепь приложения для управления скоростью однофазного асинхронного двигателя
Что касается силовой цепи и цепи управления, то подход относительно прост. На входной стороне используются удвоители напряжения, а на выходной стороне используется H-мост или двухфазный инвертор, как показано на Рисунке 2. Один конец основной и пусковой обмоток подсоединен к каждому полумосту и другие концы подключены к нейтральной точке источника питания переменного тока.
Для схемы управления требуется четыре ШИМ с двумя дополнительными парами с достаточной зоной нечувствительности между дополнительными выходами. Мертвая зона ШИМ - это PWM0-PWM1 и PWM2-PWM3. PIC16F72 не имеет ШИМ, разработанных на оборудовании для вывода нужным нам образом. Что касается VF, шина постоянного тока синтезируется путем изменения частоты и амплитуды. Это даст два синусоидальных напряжения в противофазе.
Если напряжение, приложенное к основной обмотке, отстает от пусковой обмотки на 90 градусов, двигатель вращается в одном (т. Е. Вперед) направлении. Если мы хотим изменить направление вращения, тогда напряжение, приложенное к основной обмотке, должно проводить пусковую обмотку.
Я надеюсь, что вы получили представление о частотно-регулируемом приводе для асинхронного двигателя из этой статьи. поэтому, если у вас есть какие-либо вопросы по этой концепции или электрическому и электронный проект пожалуйста, оставьте раздел комментариев ниже.
