Comment faire un circuit VFD triphasé

Le circuit VFD triphasé présenté ( conçu par moi ) peut être utilisé pour contrôler la vitesse de tout moteur à courant alternatif triphasé à balais ou même d'un moteur à courant alternatif sans balais. L'idée a été demandée par M. Tom

Utilisation du VFD

Le circuit VFD triphasé proposé peut être universellement appliqué à la plupart des moteurs à courant alternatif triphasé où l'efficacité de la régulation n'est pas trop critique.

Il peut être spécifiquement utilisé pour contrôler vitesse du moteur à induction à cage d'écureuil avec un mode en boucle ouverte, et éventuellement aussi en mode en boucle fermée qui sera discuté dans la partie ultérieure de l'article.

Modules requis pour un onduleur triphasé

Pour concevoir le VFD triphasé ou le circuit de commande à fréquence variable proposé, les étages de circuit fondamentaux suivants sont essentiellement nécessaires:

1. Circuit de contrôleur de tension PWM
2. Circuit de commande de pont en H côté haut / côté bas triphasé
3. Circuit générateur triphasé
4. Circuit convertisseur tension-fréquence pour générer le paramètre V / Hz.

Apprenons les détails de fonctionnement des étapes ci-dessus à l'aide de l'explication suivante:

Un simple circuit de contrôleur de tension PWM peut être vu dans le schéma ci-dessous:

Le contrôleur PWM

J'ai déjà incorporé et expliqué le fonctionnement de l'étage générateur PWM ci-dessus qui est essentiellement conçu pour générer une sortie PWM variable sur la broche3 de IC2 en réponse au potentiel appliqué à la broche5 du même circuit intégré.

Le préréglage 1K illustré dans le diagramme est le bouton de commande RMS, qui peut être ajusté de manière appropriée pour acquérir la quantité proportionnelle souhaitée de tension de sortie sous la forme de PWM à la broche3 de IC2 pour un traitement ultérieur. Ceci est réglé pour produire une sortie correspondante qui peut être équivalente au secteur 220V ou 120V AC RMS.

Le circuit de pilotage du pont en H

Le diagramme suivant ci-dessous montre un circuit d'attaque triphasé à pont en H à puce unique utilisant l'IC IRS2330.

La conception semble simple car la plupart des complexités sont gérées par les circuits sophistiqués intégrés aux puces.

Un signal triphasé bien calculé est appliqué à travers les entrées HIN1 / 2/3 et LIN1 / 2/3 du circuit intégré via un étage générateur de signaux triphasés.

Les sorties du IC IRS2330 peut être vu intégré avec 6 mosfets ou réseau de ponts IGBT, dont les drains sont configurés de manière appropriée avec le moteur qui doit être contrôlé.

Les portes mosfet / IGBT côté bas sont intégrées à la broche IC2 n ° 3 de l'étage de circuit générateur PWM décrit ci-dessus pour initier l'injection PWM dans l'étage mosfet pont. Cette régulation aide finalement le moteur à gagner la vitesse souhaitée selon les réglages (via le préréglage 1 k dans le premier diagramme).

Dans le diagramme suivant, nous visualisons le circuit générateur de signaux triphasé requis.

Configuration du circuit du générateur triphasé

Le générateur triphasé est construit autour de deux puces CMOS CD4035 et CD4009 qui génèrent des signaux triphasés dimensionnés avec précision sur les brochages indiqués.

La fréquence des signaux triphasés dépend des horloges d'entrée alimentées qui doivent être 6 fois le signal triphasé prévu. Cela signifie que si la fréquence triphasée requise est de 50 Hz, l'horloge d'entrée doit être de 50 x 6 = 300 Hz.

Cela implique également que les horloges ci-dessus pourraient être modifiées afin de faire varier la fréquence effective du circuit intégré de commande qui à son tour serait responsable de faire varier la fréquence de fonctionnement du moteur.

Cependant, étant donné que la modification de fréquence ci-dessus doit être automatique en réponse à la tension variable, un convertisseur tension-fréquence devient essentiel. L'étape suivante traite d'un simple circuit convertisseur de tension-fréquence précis pour la mise en œuvre requise.

Comment créer un rapport V / F constant

Typiquement dans les moteurs à induction, afin de maintenir une efficacité optimale de la vitesse et du couple du moteur, la vitesse de glissement ou la vitesse du rotor doit être contrôlée, ce qui devient à son tour possible en maintenant un rapport V / Hz constant. Comme le flux magnétique du stator est toujours constant quelle que soit la fréquence d'alimentation d'entrée, la vitesse du rotor devient facilement contrôlable par maintien constant du rapport V / Hz .

Dans un mode en boucle ouverte, cela peut être fait en gros en maintenant des rapports V / Hz prédéterminés et en l'implémentant manuellement. Par exemple, dans le premier diagramme, cela peut être fait en ajustant convenablement le préréglage R1 et 1K. R1 détermine la fréquence et le 1K ajuste le RMS de la sortie, donc en ajustant convenablement les deux paramètres, nous pouvons appliquer manuellement la quantité requise V / Hz.

Cependant, pour obtenir un contrôle relativement précis du couple et de la vitesse d'un moteur à induction, nous devons mettre en œuvre une stratégie en boucle fermée, dans laquelle les données de vitesse de glissement doivent être transmises au circuit de traitement pour un ajustement automatique du rapport V / Hz afin que cela la valeur reste toujours à peu près constante.

Implémentation du feedback en boucle fermée

Le premier schéma de cette page peut être modifié de manière appropriée pour concevoir la régulation automatique V / Hz en boucle fermée comme indiqué ci-dessous:

Dans la figure ci-dessus, le potentiel à la broche n ° 5 de IC2 détermine la largeur du SPWM qui est généré à la broche n ° 3 du même circuit intégré. Les SPWM sont générés en comparant l'échantillon d'ondulation du secteur 12 V à la broche n ° 5 avec une onde triangulaire à la broche n ° 7 de IC2, et ceci est envoyé aux mosfets côté bas pour la commande du moteur.

Initialement, ce SPWM est réglé à un certain niveau ajusté (en utilisant 1K perset) qui déclenche les portes IGBT côté bas du pont triphasé pour initier le mouvement du rotor au niveau de vitesse nominale spécifié.

Dès que le rotor du rotor commence à tourner, le tachymètre attaché avec le mécanisme de rotor provoque le développement d'une quantité supplémentaire proportionnelle de tension à la broche n ° 5 de IC2, ce qui entraîne proportionnellement l'élargissement des SPWM, ce qui augmente la tension des bobines du stator du moteur. Cela provoque une augmentation supplémentaire de la vitesse du rotor entraînant plus de tension à la broche n ° 5 de IC2, et cela continue jusqu'à ce que la tension équivalente SPWM ne soit plus capable d'augmenter et que la synchronisation du rotor du stator atteigne un état stable.

La procédure ci-dessus se règle automatiquement tout au long des périodes de fonctionnement du moteur.

Comment fabriquer et intégrer le tachymètre

Une conception de tachymètre simple peut être vue dans le diagramme suivant, cela pourrait être intégré au mécanisme du rotor de telle sorte que la fréquence de rotation soit capable d'alimenter la base du BC547.

Ici, les données de vitesse du rotor sont collectées à partir d'un capteur à effet Hall ou d'un réseau IR LED / Sensor et sont transmises à la base de T1.

T1 oscille à cette fréquence et active le circuit du tachymètre réalisé en configurant de manière appropriée un circuit monostable IC 555.

La sortie du tachymètre ci-dessus varie proportionnellement en réponse à la fréquence d'entrée à la base de T1.

Lorsque la fréquence augmente, la tension à l'extrême droite de la sortie D3 augmente également et vice versa, et aide à maintenir le rapport V / Hz à un niveau relativement constant.

Comment contrôler la vitesse

La vitesse du moteur utilisant une V / F constante peut être obtenue en modifiant l'entrée de fréquence à l'entrée d'horloge de l'IC 4035. Ceci peut être réalisé en alimentant une fréquence variable d'un circuit astable IC 555 ou de tout circuit astable standard à l'entrée d'horloge de IC 4035.

La modification de la fréquence modifie efficacement la fréquence de fonctionnement du moteur, ce qui réduit en conséquence la vitesse de glissement.

Ceci est détecté par le tachymètre, et le tachymètre réduit proportionnellement le potentiel à la broche # 5 de l'IC2 qui à son tour réduit proportionnellement le contenu SPWM sur le moteur, et par conséquent la tension pour le moteur est réduite, assurant la variation de vitesse du moteur avec le bon rapport V / F requis.

Un convertisseur V en F fait maison

Dans le circuit convertisseur tension-fréquence ci-dessus, un IC 4060 est utilisé et sa résistance dépendante de la fréquence est influencée par un assemblage LED / LDR pour les conversions prévues.

L'ensemble LED / LDR est scellé à l'intérieur d'un boîtier étanche à la lumière et le LDR est positionné sur une résistance de 1M dépendant de la fréquence du CI.

Puisque la réponse LDR / LDR est assez linéaire, l'éclairage variable de la LED sur le LDR génère une fréquence proportionnellement variable (croissante ou décroissante) sur la broche 3 du CI.

Le FSD ou la plage V / Hz de l'étage pourrait être réglé en réglant de manière appropriée la résistance 1M ou même la valeur C1.

La LED est la tension est dérivée et éclairée à travers les PWM du premier étage de circuit PWM. Cela implique que lorsque les PWM varient, l'éclairage LED variera également, ce qui à son tour donnerait lieu à une fréquence proportionnellement croissante ou décroissante à la broche 3 de l'IC 4060 dans le diagramme ci-dessus.

Intégration du convertisseur avec VFD

Cette fréquence variable de l'IC 4060 doit maintenant simplement être intégrée à l'entrée d'horloge de l'IC CD4035 du générateur triphasé.

Les étapes ci-dessus constituent les principaux ingrédients pour réaliser un circuit VFD triphasé.

Maintenant, il serait important de discuter du BUS DC nécessaire pour alimenter les contrôleurs de moteur IGBT et des procédures de mise en place pour l'ensemble de la conception.

Le BUS CC appliqué sur les rails du pont en H de l'IGBT peut être obtenu en redressant l'entrée secteur triphasée disponible à l'aide de la configuration de circuit suivante. Les rails IGBT DC BUS sont connectés entre les points indiqués comme `` charge ''

Pour une source monophasée, le redressement peut être mis en œuvre en utilisant une configuration de réseau à pont à 4 diodes standard.

Comment configurer le circuit VFD triphasé proposé

Cela peut être fait selon les instructions suivantes:

Après avoir appliqué la tension du bus CC aux IGBT (sans le moteur connecté), ajustez le préréglage PWM 1k jusqu'à ce que la tension sur les rails devienne égale aux spécifications de tension moteur prévues.

Ajustez ensuite le préréglage IC 4060 1M afin d'ajuster l'une des entrées IC IRS2330 au niveau de fréquence correct requis selon les spécifications du moteur données.

Une fois les procédures ci-dessus terminées, le moteur spécifié peut être connecté et alimenté avec différents niveaux de tension, paramètre V / Hz et confirmé pour un fonctionnement automatique V / Hz sur le moteur connecté.