Circuito VFD de unidade de frequência variável monofásica

A postagem discute um circuito de acionamento de frequência variável monofásico ou um circuito VFD para controlar a velocidade do motor CA sem afetar suas especificações operacionais.

O que é um VFD

Motores e outras cargas indutivas semelhantes especificamente não 'gostam' de operar com frequências que podem não estar dentro de suas especificações de fabricação e tendem a se tornar muito ineficientes se forçados sob tais condições anormais.

Por exemplo, um motor especificado para operar com 60 Hz pode não ser recomendado para trabalhar com frequências de 50 Hz ou outras faixas.

Isso pode produzir resultados indesejáveis, como aquecimento do motor, velocidades menores ou maiores do que as necessárias e consumo anormalmente alto, tornando as coisas muito ineficientes e reduzindo a degradação da vida útil do dispositivo conectado.

No entanto, operar motores sob diferentes condições de frequência de entrada frequentemente se torna uma compulsão e, em tais situações, um VFD ou um circuito de acionamento de frequência variável pode se tornar muito útil.

Um VFD é um dispositivo que permite ao usuário controlar a velocidade de um motor CA, ajustando a frequência e a tensão da alimentação de entrada de acordo com as especificações do motor.

Isso também significa que um VFD nos permite operar qualquer motor CA por meio de qualquer fonte CA da rede disponível, independentemente de suas especificações de tensão e frequência, personalizando adequadamente a frequência e a tensão do VFD de acordo com as especificações do motor.

Isso normalmente é feito usando o controle fornecido na forma de um botão variável escalonado com calibração de frequência diferente.

Fazer um VFD em casa pode parecer uma proposta difícil, no entanto, uma olhada no design sugerido abaixo mostra que, afinal, não é tão difícil construir este dispositivo muito útil (projetado por mim).

Operação de Circuito

O circuito pode ser dividido fundamentalmente em dois estágios: O estágio do driver meio brige e o estágio do gerador lógico PWM.

O estágio de driver de meia ponte usa o driver de meia ponte IC IR2110 que sozinho cuida do estágio de acionamento do motor de alta tensão incorporando dois mosfets de lado alto e lado baixo, respectivamente.

O driver IC forma assim o coração do circuito, mas requer apenas alguns componentes para implementar esta função crucial.

O IC acima, no entanto, precisaria de uma lógica alta e uma lógica baixa em frequências para conduzir a carga conectada na frequência específica desejada.

Esses sinais lógicos de entrada hi e lo tornam-se os dados operacionais para o IC do driver e devem incluir sinais para determinar a frequência especificada, bem como PWMs em fase com a rede elétrica CA.

As informações acima são criadas por outro estágio compreendendo um par de 555 CIs e um contador de década. IC 4017.

Os dois 555 ICs são responsáveis ​​por gerar os PWMs de onda senoidal modificados correspondentes à amostra CA de onda completa derivada de uma saída de retificador em ponte escalonada.

O IC4017 funciona como um gerador lógico de saída totem pole, cuja taxa de frequência alternada torna-se o parâmetro de determinação da frequência PRINCIPAL do circuito.

Esta frequência de determinação é retirada do pino nº 3 de IC1, que também alimenta o pino de acionamento IC2 e para criar os PWMs modificados no pino nº 3 de IC2.

Os PWMs de onda senoidal modificados são digitalizados nas saídas do IC 4017 antes de alimentar o IR2110, a fim de sobrepor a 'impressão' exata dos PWMs modificados na saída do driver de meia ponte e, finalmente, para o motor que está sendo operado.

Os valores de Cx e 180k pot devem ser selecionados ou ajustados apropriadamente para fornecer a frequência especificada correta para o motor.

A alta tensão no dreno do mosfet do lado alto também deve ser calculada apropriadamente e derivada retificando a tensão AC disponível da rede depois de aumentar ou diminuir adequadamente de acordo com as especificações do motor.

As configurações acima determinarão os volts corretos por Hertz (V / Hz) para o motor específico.

A tensão de alimentação para ambos os estágios pode ser feita em uma linha comum, a mesma para a conexão à terra.

TR1 é um transformador de 0-12 V / 100 mA reduzido que fornece aos circuitos as tensões de alimentação de operação necessárias.

O Circuito Controlador PWM

Você terá que integrar as saídas do IC 4017 do diagrama acima às entradas HIN e LIN do diagrama a seguir, de forma apropriada. Além disso, conecte os diodos 1N4148 indicados no diagrama acima com as portas MOSFET do lado inferior, conforme mostrado no diagrama abaixo.

O driver do motor Full Bridge

Atualizar:

O projeto simples de VFD discutido acima pode ser ainda mais simplificado e melhorado usando uma ponte completa auto-oscilatória IC IRS2453, conforme mostrado abaixo:

Aqui, o IC 4017 é completamente eliminado, pois o driver full bridge está equipado com seu próprio estágio de oscilador e, portanto, nenhum acionamento externo é necessário para este IC.

Sendo um projeto de ponte completa, o controle de saída para o motor tem uma faixa completa de zero a ajuste de velocidade máxima.

O potenciômetro no pino 5 do IC 2 pode ser usado para controlar a velocidade e o torque do motor através do método PWM.

Para controle de velocidade V / Hz, o Rt / Ct associado ao IRS2453 e o R1 associado ao IC1 podem ser ajustados respectivamente (manualmente) para obter os resultados apropriados.

Simplificando ainda mais

Se você achar que a seção de ponte completa é opressiva, você pode substituí-la por um circuito de ponte completa baseado em P, N-MOSFET como mostrado abaixo. Este driver de frequência variável usa o mesmo conceito, exceto a seção de driver full-bridge que emprega MOSFETs de canal P no lado alto e MOSFETs de canal N no lado baixo.

Embora a configuração possa parecer ineficiente devido ao envolvimento de MOSFETs de canal P (devido à sua alta classificação de RDSon), o uso de muitos P-MOSFETs paralelos pode parecer uma abordagem eficaz para resolver o problema de baixo RDSon.

Aqui, 3 MOSFETs são usados ​​em paralelo para os dispositivos do canal P para garantir o aquecimento mínimo dos dispositivos, em paridade com as contrapartes do canal N.