Neste artigo, discutimos a criação de um circuito controlador de velocidade de motor de indução trifásico simples, que também pode ser aplicado a um motor de indução monofásico ou literalmente a qualquer tipo de motor CA.
Quando se trata de controlando a velocidade dos motores de indução , normalmente são empregados conversores de matriz, envolvendo muitos estágios complexos, como filtros LC, matrizes bidirecionais de interruptores (usando IGBTs) etc.
Todos estes são empregados para finalmente alcançar um sinal AC cortado cujo ciclo de trabalho pode ser ajustado usando um circuito microcontrolador complexo, finalmente fornecendo o controle de velocidade do motor necessário.
No entanto, podemos experimentar e tentar realizar um controle de velocidade do motor de indução trifásico por meio de um conceito muito mais simples usando os CIs optoacopladores com detector de cruzamento zero avançado, um triac de potência e um circuito PWM.
Usando Zero Crossing Detector Opto Coupler
Graças à série MOC de optoacopladores que tornaram os circuitos de controle triac extremamente seguros e fáceis de configurar, e permitem uma integração PWM descomplicada para os controles pretendidos.
Em uma de minhas postagens anteriores, discuti um simples Circuito controlador de motor de partida suave PWM que implementou o IC MOC3063 para fornecer uma partida suave eficaz no motor conectado.
Aqui também usamos um método idêntico para impor o circuito do controlador de velocidade do motor de indução trifásico proposto, a imagem a seguir mostra como isso pode ser feito:
Na figura, podemos ver três estágios opto-acopladores MOC idênticos configurados em seu modo de regulador triac padrão, e o lado de entrada integrado com um circuito PWM IC 555 simples .
Os 3 circuitos MOC são configurados para lidar com a entrada CA trifásica e fornecer a mesma ao motor de indução conectado.
A entrada PWM no lado de controle do LED isolado do opto determina a taxa de corte da entrada CA trifásica que está sendo processada pelo MOC ICS.
Usando o controlador IC 555 PWM (comutação de tensão zero)
Isso implica, ajustando o Potenciômetro PWM associado ao 555 IC pode-se controlar efetivamente a velocidade do motor de indução.
A saída em seu pino nº 3 vem com um ciclo de trabalho variável que, por sua vez, muda os triacs de saída de acordo, resultando no aumento do valor AC RMS ou na diminuição do mesmo.
Aumentar o RMS por meio de PWMs mais amplos permite obter uma velocidade mais alta no motor, enquanto diminuir o RMS de CA por meio de PWMs mais estreitos produz um efeito oposto, ou seja, faz com que o motor diminua a velocidade proporcionalmente.
Os recursos acima são implementados com muita precisão e segurança, uma vez que os ICs são atribuídos com muitos recursos internos sofisticados, destinados especificamente para condução triacs e cargas indutivas pesadas como motores de indução, solenóides, válvulas, contatores, relés de estado sólido, etc.
O IC também garante um funcionamento perfeitamente isolado do estágio DC, o que permite ao usuário fazer os ajustes sem medo de um choque elétrico.
O princípio também pode ser usado com eficiência para controlar a velocidade do motor monofásico, empregando um único MOC IC em vez de 3.
O design é realmente baseado em impulso triac proporcional ao tempo teoria. O circuito PWM IC555 superior pode ser ajustado para produzir um ciclo de trabalho de 50% em uma frequência muito mais alta, enquanto o circuito PWM inferior pode ser usado para implementar a operação de controle de velocidade do motor de indução por meio dos ajustes do potenciômetro associado.
Recomenda-se que este 555 IC tenha frequência relativamente mais baixa do que o circuito IC 555 superior. Isso pode ser feito aumentando o capacitor do pino # 6/2 para cerca de 100nF.
NOTA: ADICIONAR INDUTORES ADEQUADOS EM SÉRIE COM OS FIOS DE FASE PODE MELHORAR DRASTICAMENTE O DESEMPENHO DO CONTROLE DE VELOCIDADE DO SISTEMA.
Forma de onda assumida e controle de fase usando o conceito acima:
O método explicado acima para controlar um motor de indução trifásico é na verdade bastante rudimentar, uma vez que tem sem controle V / Hz .
Ele simplesmente emprega ligar / desligar a rede elétrica em taxas diferentes para produzir uma potência média para o motor e controlar a velocidade alterando essa CA média para o motor.
Imagine se você ligar / desligar o motor manualmente 40 ou 50 vezes por minuto. Isso resultaria em sua desaceleração do motor para algum valor médio relativo, mas movendo-se continuamente. O princípio acima funciona da mesma maneira.
Uma abordagem mais técnica é projetar um circuito que garanta um controle adequado da relação V / Hz e ajuste-a automaticamente dependendo da velocidade do escorregamento ou de quaisquer flutuações de tensão.
Para isso, basicamente, empregamos as seguintes etapas:
- Circuito de driver H-Bridge ou Full Bridge IGBT
- Estágio do gerador trifásico para alimentar o circuito de ponte completa
- Processador V / Hz PWM
Usando um circuito de controle IGBT Full Bridge
Se os procedimentos de configuração do projeto baseado em triac acima parecerem assustadores para você, o seguinte controle de velocidade do motor de indução baseado em PWM de ponte completa pode ser tentado:
O circuito mostrado na figura acima utiliza um driver de ponte completa de chip único IC IRS2330 (a última versão é 6EDL04I06NT) que possui todas as características integradas para satisfazer um funcionamento seguro e perfeito do motor trifásico.
O IC só precisa de uma entrada lógica trifásica sincronizada em suas pinagens HIN / LIN para gerar a saída oscilante trifásica necessária, que finalmente é usada para operar a rede IGBT de ponte completa e o motor trifásico conectado.
O injeção PWM de controle de velocidade é implementado por meio de 3 estágios de drivers NPN / PNP de meia ponte separados, controlados com alimentação SPWM de um gerador IC 555 PWM como visto em nossos projetos anteriores. Este nível PWM pode ser usado em última análise para controlar a velocidade do motor de indução.
Antes de aprendermos o método de controle de velocidade real para o motor de indução, vamos primeiro entender como o mecanismo automático Controle V / Hz pode ser alcançado usando alguns circuitos IC 555, conforme discutido abaixo
O circuito do processador automático V / Hz PWM (circuito fechado)
Nas seções acima, aprendemos os projetos que ajudarão o motor de indução a se mover na taxa especificada pelo fabricante, mas não se ajustará de acordo com uma relação V / Hz constante, a menos que o processador PWM a seguir esteja integrado com o H - Alimentação de entrada do Bridge PWM.
O circuito acima é um simples Gerador PWM usando um par de IC 555 . O IC1 gera a frequência PWM que é convertida em ondas triangulares no pino # 6 do IC2 com a ajuda de R4 / C3.
Essas ondas triangulares são comparadas com a ondulação da onda senoidal no pino 5 de IC2. Essas ondulações de amostra são adquiridas retificando a rede CA trifásica em uma ondulação de 12 V CA e alimentadas ao pino 5 do IC2 para o processamento necessário.
Ao comparar as duas formas de onda, uma forma adequadamente dimensionada SPWM é gerado no pino # 3 do IC2, que se torna o PWM condutor para a rede H-bridge.
Como funciona o circuito V / Hz
Quando a energia é LIGADA, o capacitor no pino 5 começa renderizando uma tensão zero no pino 5, que causa o menor valor SPWM para o Circuito ponte H , que por sua vez permite que o motor de indução dê partida com uma partida suave lenta e gradual.
Conforme esse capacitor é carregado, o potencial no pino 5 aumenta, o que aumenta proporcionalmente o SPWM e permite que o motor ganhe velocidade gradualmente.
Também podemos ver um circuito de realimentação do tacômetro que também é integrado ao pino 5 do IC2.
Esta tacômetro monitora a velocidade do rotor ou a velocidade de escorregamento e gera tensão adicional no pino 5 do IC2.
Agora, à medida que a velocidade do motor aumenta, a velocidade de escorregamento tenta se sincronizar com a frequência do estator e, no processo, começa a ganhar velocidade.
Este aumento no escorregamento de indução aumenta a tensão do tacômetro proporcionalmente, o que faz com que IC2 aumente o Saída SPWM e isso, por sua vez, aumenta ainda mais a velocidade do motor.
O ajuste acima tenta manter a relação V / Hz em um nível razoavelmente constante até que o SPWM do IC2 seja incapaz de aumentar mais.
Nesse ponto, a velocidade de escorregamento e a velocidade do estator adquirem um estado estacionário e este é mantido até que a tensão de entrada ou a velocidade de escorregamento (devido à carga) não sejam alteradas. Caso sejam alterados, o circuito do processador V / Hz entra novamente em ação e começa a ajustar a relação para manter a resposta ótima da velocidade do motor de indução.
O tacômetro
O Circuito tacômetro também pode ser construído de forma barata usando o seguinte circuito simples e integrado com os estágios do circuito explicados acima:
Como implementar o controle de velocidade
Nos parágrafos anteriores, entendemos o processo de regulação automática que pode ser alcançado pela integração de um feedback do tacômetro a um circuito controlador de SPWM com autorregulação.
Agora vamos aprender como a velocidade de um motor de indução pode ser controlada variando a frequência, o que acabará forçando o SPWM a cair e manter a relação V / Hz correta.
O diagrama a seguir explica o estágio de controle de velocidade:
Aqui podemos ver um circuito gerador trifásico usando IC 4035, cuja frequência de deslocamento de fase pode ser variada, variando a entrada de relógio em seu pino # 6.
Os sinais trifásicos são aplicados nas portas 4049 IC para produzir os feeds HIN e LIN necessários para a rede de driver full-bridge.
Isso implica que, variando adequadamente a frequência do relógio do IC 4035, podemos alterar efetivamente a frequência trifásica operacional do motor de indução.
Isso é implementado por meio de um circuito astável IC 555 simples que alimenta uma frequência ajustável no pino # 6 do IC 4035 e permite que a frequência seja ajustada através do potenciômetro de 100K conectado. O capacitor C precisa ser calculado de forma que a faixa de frequência ajustável esteja dentro da especificação correta do motor de indução conectado.
Quando o potenciômetro de frequência é variado, a frequência efetiva do motor de indução também muda, o que altera correspondentemente a velocidade do motor.
Por exemplo, quando a frequência é reduzida, faz com que a velocidade do motor diminua, o que por sua vez faz com que a saída do tacômetro reduza a tensão proporcionalmente.
Essa redução proporcional na saída do tacômetro força o SPWM a se estreitar e, assim, reduz a saída de tensão para o motor proporcionalmente.
Esta ação, por sua vez, garante que a relação V / Hz seja mantida enquanto se controla a velocidade do motor de indução por meio do controle de frequência.
Aviso: O conceito acima foi desenvolvido apenas com base em suposições teóricas, prossiga com cuidado.
Se você tiver mais dúvidas sobre o design do controlador de velocidade do motor de indução trifásico, fique à vontade para postá-las por meio de seus comentários.
Anterior: Como projetar um circuito de fonte de alimentação ininterrupta (UPS) Próximo: Ligar / desligar duas cargas alternativas com IC 555
