Tek Fazlı Değişken Frekanslı Sürücü VFD Devresi

Yazı, operasyonel özelliklerini etkilemeden AC motor hızını kontrol etmek için tek fazlı değişken frekanslı bir sürücü devresini veya bir VFD devresini tartışıyor.

VFD nedir

Motorlar ve diğer benzer endüktif yükler, üretim özellikleri dahilinde olmayan frekanslarla çalışmayı özellikle 'sevmez' ve bu tür anormal koşullar altında zorlandığında çok verimsiz hale gelme eğilimindedir.

Örneğin, 60 Hz ile çalışmak üzere belirlenmiş bir motorun 50 Hz frekanslarla veya diğer aralıklarla çalışması önerilmeyebilir.

Bunu yapmak, motorun ısınması, gerekli hızlardan daha düşük veya daha yüksek olması ve anormal derecede yüksek tüketim gibi istenmeyen sonuçlar üretebilir ve bu da işleri çok verimsiz hale getirir ve bağlı cihazın ömrünü kısaltır.

Bununla birlikte, motorları farklı giriş frekansı koşullarında çalıştırmak genellikle bir zorlama haline gelir ve bu tür durumlarda bir VFD veya değişken frekanslı bir Sürücü devresi çok kullanışlı hale gelebilir.

VFD, kullanıcının bir AC motorun hızını, motor özelliklerine göre giriş beslemesinin frekansını ve voltajını ayarlayarak kontrol etmesini sağlayan bir cihazdır.

Bu aynı zamanda, bir VFD'nin, VFD frekansını ve voltajını motor özelliklerine göre uygun şekilde özelleştirerek, voltaj ve frekans özelliklerine bakılmaksızın mevcut herhangi bir şebeke AC beslemesi aracılığıyla herhangi bir AC motoru çalıştırmamıza izin verdiği anlamına gelir.

Bu normalde, farklı frekans kalibrasyonu ile ölçeklendirilmiş değişken bir düğme biçiminde verilen kontrol kullanılarak yapılır.

Evde bir VFD yapmak zor bir teklif gibi görünebilir, ancak aşağıda önerilen tasarıma bakıldığında, bu çok kullanışlı cihazı (benim tasarladığım) inşa etmenin o kadar da zor olmadığını gösteriyor.

Devre Çalışması

Devre temelde iki aşamaya ayrılabilir: Yarım brige sürücü aşaması ve PWM mantık üreteci aşaması.

Yarım köprü sürücü kademesi, sırasıyla iki yüksek taraf ve alçak taraf mosfeti içeren yüksek voltajlı motor sürücü aşamasını tek başına halleden yarım köprü sürücüsü IC IR2110'u kullanır.

Sürücü IC böylece devrenin kalbini oluşturur, ancak bu önemli işlevi uygulamak için yalnızca birkaç bileşene ihtiyaç duyar.

Ancak yukarıdaki IC, bağlı yükü istenen spesifik frekansta sürmek için yüksek bir mantığa ve frekanslarda düşük bir mantığa ihtiyaç duyacaktır.

Bu yüksek ve düşük giriş mantık sinyalleri, sürücü IC'si için çalışma verileri haline gelir ve belirtilen frekansı belirlemek için sinyallerin yanı sıra şebeke AC ile fazdaki PWM'leri içermelidir.

Yukarıdaki bilgiler, birkaç 555 IC ve bir on yıllık sayaçtan oluşan başka bir aşamada oluşturulur. IC 4017.

İki 555 IC, bir aşağı inen köprü doğrultucu çıkışından türetilen tam dalga AC örneğine karşılık gelen modifiye edilmiş sinüs dalgası PWM'lerini oluşturmaktan sorumludur.

IC4017, alternatif frekans oranı devrenin ANA frekans belirleme parametresi haline gelen bir totem kutbu çıkış mantık üreteci olarak işlev görür.

Bu belirleme frekansı, IC2 tetikleme pimini dışarı besleyen ve IC2'nin 3 numaralı piminde değiştirilmiş PWM'leri yaratan IC1'in 3 numaralı piminden alınır.

Modifiye edilmiş sinüs dalgası PWM'leri, yarım köprü sürücüsünün çıkışında ve nihayetinde çalıştırılan motor için değiştirilmiş PWM'lerin tam 'baskısını' üst üste getirmek için IR2110'u beslemeden önce 4017 IC'nin çıkışlarında taranır.

Cx ve 180k pot değerleri, motor için doğru belirlenmiş frekansı sağlamak için uygun şekilde seçilmeli veya ayarlanmalıdır.

Yüksek taraf mosfet drenajındaki yüksek voltaj da uygun şekilde hesaplanmalı ve motor özelliklerine göre uygun şekilde yükseltildikten veya azaltıldıktan sonra mevcut AC voltajı düzeltilerek türetilmelidir.

Yukarıdaki ayarlar, belirli motor için Hertz başına doğru voltajı (V / Hz) belirleyecektir.

Her iki kademe için besleme voltajı, toprak bağlantısı için aynı şekilde ortak bir hatta yapılabilir.

TR1, devrelere gerekli işletme besleme voltajlarını sağlayan, kademeli 0-12V / 100mA transformatördür.

PWM Kontrol Devresi

Yukarıdaki diyagramdan IC 4017'den gelen çıktıları aşağıdaki diyagramın HIN ve LIN girişlerine uygun şekilde entegre etmeniz gerekecektir. Ayrıca, yukarıdaki şemada belirtilen 1N4148 diyotları aşağıdaki şemada gösterildiği gibi alçak taraf MOSFET kapılarına bağlayın.

Tam Köprü Motor Sürücüsü

Güncelleme:

Yukarıda tartışılan basit tek VFD tasarımı, aşağıda gösterildiği gibi kendinden salınımlı tam köprü IC IRS2453 kullanılarak daha da basitleştirilebilir ve geliştirilebilir:

Burada IC 4017, tam köprü sürücüsü kendi osilatör kademesi ile donatıldığı için tamamen ortadan kaldırılmıştır ve bu nedenle bu IC için harici tetiklemeye gerek yoktur.

Tam köprü tasarımı olarak motora çıkış kontrolü, sıfırdan maksimuma kadar tam bir hız ayarı aralığına sahiptir.

IC 2'nin 5 numaralı pimindeki pot, PWM yöntemi ile motorun hızını ve torkunu kontrol etmek için kullanılabilir.

V / Hz hız kontrolü için, IC1 ile ilişkili IRS2453 ve R1 ile ilişkili Rt / Ct, uygun sonuçlar elde etmek için sırasıyla (manuel olarak) ince ayar yapılabilir.

Daha Fazla Basitleştirme

Tam köprü bölümünü ezici bulursanız, aşağıda gösterildiği gibi bir P, N-MOSFET tabanlı tam köprü devresi ile değiştirebilirsiniz. Bu değişken frekans sürücüsü, yüksek tarafta P-kanallı MOSFET'leri ve düşük tarafta N-kanallı MOSFET'leri kullanan tam köprü sürücü bölümü dışında aynı konsepti kullanır.

Yapılandırma, P-kanallı MOSFET'lerin katılımı nedeniyle (yüksek RDSon derecelendirmelerinden dolayı) verimsiz görünse de, birçok paralel P-MOSFET'in kullanılması, düşük RDSon sorununu çözmek için etkili bir yaklaşım gibi görünebilir.

Burada 3 MOSFET, N-kanallı muadilleriyle eşit olarak, cihazların en aza indirilmiş ısınmasını sağlamak için P-kanallı cihazlar için paralel olarak kullanılır.