Entraînement à fréquence variable pour moteur à induction

introduction

Les moteurs à induction monophasés sont largement utilisés dans les appareils et les commandes industrielles. Le moteur à induction monophasé à condensateur permanent (PSC) est le moteur le plus simple et le plus largement utilisé de ce type.

De par leur conception, les moteurs PSC sont unidirectionnels, ce qui signifie qu'ils sont conçus pour tourner dans un sens. En ajoutant des enroulements supplémentaires et des relais et interrupteurs externes, ou en utilisant des mécanismes d'engrenage, le sens de rotation peut être modifié. Dans cette idée, nous discuterons en détail, comment contrôler la vitesse d'un moteur PSC dans les deux sens à l'aide d'un microcontrôleur PIC16F72 et d'une électronique de puissance.

Le microcontrôleur PIC16F72 a été choisi car il s'agit de l'un des microcontrôleurs polyvalents les plus simples et les plus économiques que Microchip ait dans son portefeuille. Même s'il ne dispose pas de PWM dans le matériel pour piloter des sorties PWM complémentaires avec bande morte insérée, tous les PWM sont générés dans le micrologiciel à l'aide de minuteries et sortis vers des broches de sortie à usage général.

Qu'est-ce que l'entraînement à fréquence variable?

L'entraînement à fréquence variable ou VFD est le moyen qui permet de contrôler la vitesse du moteur à induction en appliquant une fréquence variable de la tension d'alimentation CA. En contrôlant la fréquence CA de sortie, il est possible d'entraîner le moteur à différentes vitesses en fonction des besoins. Ce sont des variateurs de vitesse largement utilisés dans les applications industrielles telles que les pompes, les systèmes de ventilation, les ascenseurs, les entraînements de machines-outils, etc. Il s'agit essentiellement d'un système à économie d'énergie. Par conséquent, la première exigence est de générer une onde sinusoïdale avec des fréquences différentes pour le VFD.

Quelle est la technologie adoptée dans VFD?

C'est le système qui donne une sortie CA avec une fréquence variable pour contrôler la vitesse du moteur en fonction des besoins. Les onduleurs à fréquence variable monophasés sont plus courants car la plupart des appareils fonctionnent en alimentation CA monophasée. Il se compose d'un pont redresseur pleine onde pour convertir 230/110 volts CA en environ 300/150 volts CC. Le courant continu de sortie du redresseur en pont est lissé par un condensateur de lissage de grande valeur pour éliminer les ondulations du courant alternatif. Cette tension fixe continue est ensuite appliquée au circuit générateur de fréquence formé de transistors MOSFET (Transistor à effet de champ à oxyde métallique) / IGBT (Transistor bipolaire à grille isolée). Ce circuit MOSFET / IGBT reçoit le DC et le convertit en AC avec une fréquence variable pour contrôler la vitesse de l'appareil.

Le changement de fréquence peut être réalisé à l'aide de circuits électroniques ou d'un microcontrôleur. Ce circuit fait varier la fréquence de tension (PWM) appliquée à la commande de grille du circuit MOSFET / IGBT. Ainsi, une tension alternative de fréquence variable apparaît à la sortie. Le microcontrôleur peut être programmé pour changer la fréquence de la sortie en fonction des besoins.

Le système VFD:

Le dispositif à fréquence variable comprend trois parties comme un moteur à courant alternatif, un contrôleur et une interface d'exploitation.

Le moteur à courant alternatif utilisé dans le VFD est généralement un moteur à induction triphasé même si le moteur monophasé moteur est utilisé dans certains systèmes. Les moteurs conçus pour un fonctionnement à vitesse fixe sont généralement utilisés, mais certaines conceptions de moteur offrent de meilleures performances en VFD que la conception standard.

La partie contrôleur est le circuit de conversion de puissance électronique solide pour convertir le courant alternatif en courant continu, puis en courant alternatif quasi sinusoïdal. La première partie est la section de convertisseur CA / CC ayant un pont redresseur pleine onde généralement un pont triphasé / monophasé pleine onde. Cet intermédiaire continu est ensuite converti en courant alternatif quasi sinusoïdal à l'aide du circuit de commutation inverseur. Ici, les transistors MOSFET / IGBT sont utilisés pour inverser le courant continu en courant alternatif.

La section onduleur convertit le courant continu en trois canaux de courant alternatif pour entraîner le moteur triphasé. La section Controller peut également être conçue pour offrir un facteur de puissance amélioré, moins de distorsion harmonique et une faible sensibilité aux transitoires CA d'entrée.

Contrôle Volts / Hz:

Le circuit de contrôleur régule la fréquence du courant alternatif fourni au moteur par le biais de la méthode de contrôle volts par hertz. Le moteur à courant alternatif nécessite une tension appliquée variable lorsque la fréquence change pour donner le couple spécifié. Par exemple, si le moteur est conçu pour fonctionner en 440 volts à 50 Hz, alors le courant alternatif appliqué au moteur doit être réduit de moitié (220 volts) lorsque la fréquence passe à la moitié (25 Hz). Cette régulation est basée sur le Volts / Hz. Dans le cas ci-dessus, le rapport est de 440/50 = 8,8 V / Hz.

Autres méthodes de contrôle de tension:

Outre le contrôle Volts / Hz, des méthodes plus avancées telles que le contrôle direct du couple ou le DTC, Modulation de largeur d'impulsion vectorielle spatiale (SVPWM) , etc. sont également utilisés pour contrôler la vitesse du moteur. En contrôlant la tension dans le moteur, le flux magnétique et le couple peuvent être contrôlés avec précision. Dans le procédé PWM, les commutateurs inverseurs produisent une onde quasi sinusoïdale à travers une série d'impulsions étroites avec des durées d'impulsion variables pseudo sinusoïdales.

Interface d'exploitation:

Cette section permet à l'utilisateur de démarrer / arrêter le moteur et d'ajuster la vitesse. Les autres fonctionnalités incluent l'inversion du moteur, la commutation entre le contrôle de vitesse manuel et automatique, etc. L'interface de fonctionnement se compose d'un panneau avec affichage ou indicateurs et compteurs pour afficher la vitesse du moteur, la tension appliquée, etc. pour contrôler le système.

Démarrage en douceur intégré:

Dans un moteur à induction ordinaire, allumé à l'aide d'un interrupteur AC, le courant consommé est beaucoup plus élevé que la valeur nominale et peut augmenter avec l'accélération accrue de la charge pour atteindre la pleine vitesse du moteur.

D'autre part, dans un moteur commandé par VFD, une basse tension initiale à basse fréquence est appliquée. Cette fréquence et cette tension augmentent à une vitesse contrôlée pour accélérer la charge. Cela développe presque plus de couple que la valeur nominale du moteur.

Commutation du moteur VFD :

La fréquence et la tension appliquée sont d'abord réduites à un niveau contrôlé, puis continuées à diminuer jusqu'à ce qu'elles deviennent nulles et que le moteur s'arrête.

Circuit d'application pour contrôler la vitesse du moteur à induction monophasé

L'approche est relativement aisée en ce qui concerne le circuit de puissance et le circuit de commande. Du côté de l'entrée, des doubleurs de tension sont utilisés et du côté de la sortie, un pont en H, ou inverseur à 2 phases, est utilisé comme illustré à la figure 2. Une extrémité des enroulements principal et de démarrage est connectée à chaque demi-pont et le les autres extrémités sont connectées au point neutre de l'alimentation CA.

Le circuit de commande nécessite quatre PWM avec deux paires complémentaires avec une bande morte suffisante entre les sorties complémentaires. Les bandes mortes PWM sont PWM0-PWM1 et PWM2-PWM3. Le PIC16F72 n'a pas de PWM conçu dans le matériel pour produire la façon dont nous avons besoin. Concernant VF, le bus continu est synthétisé en faisant varier la fréquence et l'amplitude. Cela donnera deux tensions sinusoïdales déphasées.

Si la tension appliquée à l'enroulement principal est en retard par rapport à l'enroulement de démarrage de 90 degrés, le moteur tourne dans un sens (c'est-à-dire vers l'avant). Si nous voulons changer le sens de la rotation, la tension appliquée à l'enroulement principal est de conduire l'enroulement de démarrage.

J'espère que vous avez une idée sur le variateur de fréquence pour le moteur à induction de l'article ci-dessus. donc si vous avez des questions sur ce concept ou sur l'électricité et projet électronique veuillez laisser la section des commentaires ci-dessous.