Eenfase VFD-circuit met variabele frequentie-aandrijving

De post bespreekt een enkelfasig aandrijfcircuit met variabele frequentie of een VFD-circuit voor het regelen van de AC-motorsnelheid zonder hun operationele specificaties te beïnvloeden.

Wat is een VFD

Motoren en andere soortgelijke inductieve belastingen 'houden' er specifiek niet van om te werken met frequenties die mogelijk niet binnen hun fabricagespecificaties vallen, en hebben de neiging veel inefficiënt te worden als ze onder dergelijke abnormale omstandigheden worden gedwongen.

Het is bijvoorbeeld mogelijk dat een motor die is gespecificeerd voor gebruik met 60 Hz niet wordt aanbevolen om te werken met frequenties van 50 Hz of andere bereiken.

Dit kan ongewenste resultaten opleveren, zoals het opwarmen van de motor, lager of hoger dan de vereiste snelheden en een abnormaal hoog verbruik, waardoor het erg inefficiënt wordt en de levensduur van het aangesloten apparaat korter wordt.

Het bedienen van motoren onder verschillende ingangsfrequentieomstandigheden wordt echter vaak een dwang en in dergelijke situaties kan een VFD of een aandrijfcircuit met variabele frequentie erg handig worden.

Een VFD is een apparaat waarmee de gebruiker de snelheid van een AC-motor kan regelen door de frequentie en spanning van de ingangsvoeding aan te passen volgens de motorspecificaties.

Dit betekent ook dat een VFD ons in staat stelt om elke AC-motor via elke beschikbare AC-netvoeding te laten werken, ongeacht de spannings- en frequentiespecificaties, door de VFD-frequentie en -spanning passend aan te passen volgens de motorspecificaties.

Dit wordt normaal gesproken gedaan met behulp van de gegeven regeling in de vorm van een variabele knop die is geschaald met verschillende frequentiekalibratie.

Thuis een VFD maken klinkt misschien als een moeilijk voorstel, maar een blik op het hieronder voorgestelde ontwerp laat zien dat het tenslotte niet zo moeilijk is om dit zeer nuttige apparaat (ontworpen door mij) te bouwen.

Circuit werking

Het circuit kan fundamenteel in twee fasen worden verdeeld: de halfbrige driver-trap en de PWM-logische generator-trap.

De half bridge driver stage maakt gebruik van de half bridge driver IC IR2110 die in zijn eentje zorgt voor de hoogspanningsmotor drive stage met respectievelijk twee high side en low side mosfets.

Het driver-IC vormt dus het hart van het circuit, maar heeft slechts een paar componenten nodig om deze cruciale functie te implementeren.

De bovenstaande IC zou echter een hoge logica en een lage logica in frequenties nodig hebben om de aangesloten belasting op de gewenste specifieke frequentie te sturen.

Deze logische ingangssignalen worden de bedrijfsgegevens voor het stuur-IC en moeten signalen bevatten voor het bepalen van de gespecificeerde frequentie, evenals PWM's in fase met de netspanning.

De bovenstaande informatie is gemaakt door een andere fase, bestaande uit een paar 555 IC's en een decenniumteller. IC 4017.

De twee 555 IC's zijn verantwoordelijk voor het genereren van de gemodificeerde sinusgolf-PWM's die overeenkomen met het dubbelzijdige wisselstroommonster dat is afgeleid van een naar beneden getrapte bruggelijkrichteruitgang.

De IC4017 functioneert als een logische generator van de totempaaluitgang waarvan de wisselende frequentiesnelheid de HOOFDfrequentiebepalende parameter van het circuit wordt.

Deze bepalende frequentie wordt geplukt van pin # 3 van IC1, die ook de IC2-triggeringpin voedt en voor het maken van de gemodificeerde PWM's op pin # 3 van IC2.

De gemodificeerde sinusgolf-PWM's worden gescand aan de uitgangen van de 4017 IC voordat ze de IR2110 voeden om de exacte 'afdruk' van de gemodificeerde PWM's op de uitgang van de halfbrugaandrijver te plaatsen en uiteindelijk voor de motor die wordt bediend.

Cx en de 180k pot-waarden moeten op de juiste manier worden geselecteerd of aangepast om de juiste gespecificeerde frequentie voor de motor te bieden.

De hoge spanning bij de afvoer van de mosfet aan de hoge kant moet ook op de juiste manier worden berekend en afgeleid door de beschikbare netspanning AC te corrigeren nadat deze op geschikte wijze is verhoogd of verlaagd volgens de specificaties van de motor.

De bovenstaande instellingen bepalen de juiste volt per Hertz (V / Hz) voor de specifieke motor.

De voedingsspanning voor beide trappen kan worden omgezet in een gemeenschappelijke lijn, hetzelfde voor de aardverbinding.

TR1 is een trapsgewijze 0-12V / 100mA transformator die de circuits voorziet van de vereiste voedingsspanningen.

Het PWM-controllercircuit

U moet de uitgangen van de IC 4017 van het bovenstaande diagram op de juiste manier integreren met de HIN- en LIN-ingangen van het volgende diagram. Verbind ook de aangegeven 1N4148-diodes in het bovenstaande diagram met de MOSFET-poorten aan de lage kant, zoals weergegeven in het onderstaande diagram.

De Full Bridge Motor Driver

Bijwerken:

Het hierboven besproken eenvoudige ontwerp met enkele VFD kan verder worden vereenvoudigd en verbeterd door een zelfoscillerende IC IRS2453 met volledige brug te gebruiken, zoals hieronder wordt weergegeven:

Hier is de IC 4017 volledig geëlimineerd aangezien de full bridge driver is uitgerust met een eigen oscillatortrap, en daarom is geen externe triggering vereist voor dit IC.

Omdat het een volledig brugontwerp is, heeft de uitgangsregeling naar de motor een volledig bereik van nul tot maximale snelheidsaanpassing.

De pot op pin # 5 van IC 2 kan worden gebruikt voor het regelen van de snelheid en het koppel van de motor via de PWM-methode.

Voor V / Hz-snelheidsregeling kunnen de Rt / Ct die is gekoppeld aan de IRS2453 en R1 die is gekoppeld aan IC1 respectievelijk worden aangepast (handmatig) om de juiste resultaten te krijgen.

Nog meer vereenvoudigen

Als u het volledige bruggedeelte overweldigend vindt, kunt u het vervangen door een op P, N-MOSFET gebaseerd volledig brugcircuit, zoals hieronder wordt weergegeven. Deze driver met variabele frequentie gebruikt hetzelfde concept, behalve de full-bridge driver-sectie die P-kanaal MOSFET's aan de hoge kant en N-kanaal MOSFETS aan de lage kant gebruikt.

Hoewel de configuratie er mogelijk inefficiënt uitziet vanwege de betrokkenheid van P-kanaal MOSFET's (vanwege hun hoge RDSon-classificatie), lijkt het gebruik van veel parallelle P-MOSFET's een effectieve aanpak voor het oplossen van het lage RDSon-probleem.

Hier worden 3 MOSFET's parallel gebruikt voor de P-kanaals apparaten om te zorgen voor een minimale verwarming van de apparaten, vergelijkbaar met de N-kanaals tegenhangers.