유도 전동기를위한 가변 주파수 드라이브

소개

단상 유도 전동기는 기기 및 산업 제어에 광범위하게 사용됩니다. PSC (Permanent Split Capacitor) 단상 유도 전동기는이 유형의 가장 간단하고 가장 널리 사용되는 전동기입니다.

설계 상 PSC 모터는 단방향이므로 한 방향으로 회전하도록 설계되었습니다. 추가 권선, 외부 릴레이 및 스위치를 추가하거나 기어 메커니즘을 사용하여 회전 방향을 변경할 수 있습니다. 이 아이디어에서는 PIC16F72 마이크로 컨트롤러와 전력 전자 장치를 사용하여 양방향으로 PSC 모터의 속도를 제어하는 ​​방법에 대해 자세히 설명합니다.

PIC16F72 마이크로 컨트롤러는 Microchip이 포트폴리오에 포함하고있는 가장 간단하고 저렴한 범용 마이크로 컨트롤러 중 하나이기 때문에 선택되었습니다. 데드 밴드가 삽입 된 보완 PWM 출력을 구동하는 하드웨어에 PWM이 없지만 모든 PWM은 타이머를 사용하여 펌웨어에서 생성되고 범용 출력 핀으로 출력됩니다.

가변 주파수 드라이브 란?

가변 주파수 드라이브 (VFD)는 AC 공급 전압의 가변 주파수를 적용하여 유도 전동기의 속도를 제어 할 수있는 방법입니다. 출력 AC 주파수를 제어함으로써 요구 사항에 따라 모터를 다른 속도로 구동 할 수 있습니다. 이들은 펌프, 환기 시스템, 엘리베이터, 공작 기계 드라이브 등과 같은 산업 응용 분야에서 주로 사용되는 가변 속도 드라이브입니다. 본질적으로 에너지 절약 시스템입니다. 따라서 첫 번째 요구 사항은 VFD에 대해 서로 다른 주파수로 사인파를 생성하는 것입니다.

VFD에 채택 된 기술은 무엇입니까?

필요에 따라 모터의 속도를 제어하기 위해 다양한 주파수로 AC 출력을 제공하는 시스템입니다. 단상 가변 주파수 인버터는 대부분의 장치가 단상 AC 전원에서 작동하기 때문에 더 일반적입니다. 230 / 110V AC를 약 300 / 150V DC로 변환하는 전파 브리지 정류기로 구성됩니다. 브리지 정류기의 출력 DC는 AC의 리플을 제거하기 위해 고가의 평활 콘덴서에 의해 평활화됩니다. 이 고정 전압 DC는 MOSFET (금속 산화물 전계 효과 트랜지스터) / IGBT (Isolated Gate Bipolar Transistor) 트랜지스터로 구성된 주파수 생성 회로에 공급됩니다. 이 MOSFET / IGBT 회로는 DC를 수신하고이를 가변 주파수로 AC로 변환하여 장치의 속도를 제어합니다.

주파수 변경은 전자 회로 또는 마이크로 컨트롤러를 사용하여 달성 할 수 있습니다. 이 회로는 MOSFET / IGBT 회로의 게이트 드라이브에 적용되는 전압 주파수 (PWM)를 변경합니다. 따라서 다양한 주파수의 AC 전압이 출력에 나타납니다. 마이크로 컨트롤러는 필요에 따라 출력 주파수를 변경하도록 프로그래밍 할 수 있습니다.

VFD 시스템 :

가변 주파수 장치는 AC 모터, 컨트롤러 및 작동 인터페이스와 같은 세 부분으로 구성됩니다.

VFD에 사용되는 AC 모터는 단상이지만 일반적으로 3 상 유도 모터입니다. 엔진 일부 시스템에서 사용됩니다. 고정 속도 작동 용으로 설계된 모터가 일반적으로 사용되지만 일부 모터 설계는 표준 설계보다 VFD에서 더 나은 성능을 제공합니다.

컨트롤러 부분은 AC를 DC로 변환 한 다음 준 사인파 AC로 변환하는 견고한 전자 전력 변환기 회로입니다. 첫 번째 부분은 전파 정류기 브리지가 일반적으로 3 상 / 단상 전파 브리지 인 AC-DC 컨버터 섹션입니다. 이 DC 중간체는 인버터 스위칭 회로를 사용하여 준 사인파 AC로 변환됩니다. 여기서 MOSFET / IGBT 트랜지스터는 DC를 AC로 반전시키는 데 사용됩니다.

인버터 섹션은 DC를 3 채널 AC로 변환하여 3 상 모터를 구동합니다. 컨트롤러 섹션은 역률 개선, 고조파 왜곡 감소 및 입력 AC 과도에 대한 낮은 감도를 제공하도록 설계 할 수도 있습니다.

볼트 / Hz 제어 :

컨트롤러 회로는 헤르츠 당 볼트 제어 방법을 통해 모터에 공급되는 AC의 주파수를 조절합니다. AC 모터는 지정된 토크를 제공하기 위해 주파수가 변경 될 때 가변인가 전압이 필요합니다. 예를 들어 모터가 50Hz에서 440V로 작동하도록 설계된 경우 주파수가 절반 (25Hz)으로 변경 될 때 모터에 적용된 AC를 절반 (220V)으로 줄여야합니다. 이 규정은 볼트 / Hz를 기반으로합니다. 위의 경우 비율은 440/50 = 8.8V / Hz입니다.

다른 전압 제어 방법 :

볼트 / Hz 제어 외에도 직접 토크 제어 또는 DTC와 같은 고급 방법, 공간 벡터 펄스 폭 변조 (SVPWM) 등은 모터의 속도를 제어하는데도 사용됩니다. 모터의 전압을 제어함으로써 자속과 토크를 정밀하게 제어 할 수 있습니다. PWM 방식에서 인버터 스위치는 유사 정현파 변화 펄스 지속 시간을 갖는 일련의 좁은 펄스를 통해 유사 사인파를 생성합니다.

운영 인터페이스 :

이 섹션에서는 사용자가 모터를 시작 / 정지하고 속도를 조정할 수 있습니다. 기타 기능으로는 모터 반전, 수동 및 자동 속도 제어 간 전환 등이 있습니다. 작동 인터페이스는 디스플레이 또는 표시기가있는 패널과 모터 속도,인가 전압 등을 표시하는 미터로 구성됩니다. 일반적으로 키패드 스위치 세트가 제공됩니다. 시스템 제어를 위해.

내장-소프트 스타트 :

AC 스위치를 사용하여 스위치를 켠 일반 유도 전동기에서 소비되는 전류는 정격 값보다 훨씬 높으며 모터의 최대 속도에 도달하기 위해 부하의 가속이 증가함에 따라 증가 할 수 있습니다.

반면에 VFD 제어 모터에서는 초기에 저주파에서 저전압이 적용됩니다. 이 주파수와 전압은 제어 된 속도로 증가하여 부하를 가속화합니다. 이것은 모터의 정격 값보다 거의 더 많은 토크를 발생시킵니다.

VFD 모터 정류 :

주파수와인가 전압은 먼저 제어 된 수준으로 감소한 다음 0이되고 모터가 정지 할 때까지 계속 감소합니다.

단상 유도 전동기의 속도를 제어하는 ​​응용 회로

이 접근 방식은 전력 회로와 제어 회로에 관한 한 상대적으로 쉽습니다. 입력 측에서는 전압 배가 기가 사용되고 출력 측에서는 H- 브리지 또는 2 상 인버터가 그림 2와 같이 사용됩니다. 메인 및 시작 권선의 한쪽 끝은 각 하프 브리지에 연결되고 다른 쪽 끝은 AC 전원 공급 장치의 중성점에 연결됩니다.

제어 회로에는 보완 출력 사이에 충분한 데드 밴드가있는 두 개의 보완 쌍이있는 4 개의 PWM이 필요합니다. PWM 데드 밴드는 PWM0-PWM1 및 PWM2-PWM3입니다. PIC16F72에는 필요한 방식으로 출력하도록 하드웨어에 설계된 PWM이 없습니다. VF와 관련하여 dc 버스는 주파수와 진폭을 변경하여 합성됩니다. 이것은 위상이 다른 두 개의 사인 전압을 제공합니다.

주 권선에 적용된 전압이 시작 권선보다 90도 지연되면 모터는 한 방향 (즉, 순방향)으로 작동합니다. 회전 방향을 변경하려면 주 권선에 적용되는 전압이 시작 권선을 수행하는 것입니다.

위 기사에서 유도 전동기의 가변 주파수 드라이브에 대한 아이디어를 얻었기를 바랍니다. 따라서이 개념이나 전기 및 전자 프로젝트 아래 댓글 섹션을 남겨주세요.