Circuito VFD de variador de frecuencia monofásico

Circuito VFD de variador de frecuencia monofásico

La publicación analiza un circuito de accionamiento de frecuencia variable monofásico o un circuito VFD para controlar la velocidad del motor de CA sin afectar sus especificaciones operativas.



¿Qué es un VFD?

Los motores y otras cargas inductivas similares específicamente no 'les gusta' operar con frecuencias que podrían no estar dentro de sus especificaciones de fabricación, y tienden a volverse mucho ineficientes si se les obliga a hacerlo en condiciones tan anormales.

Por ejemplo, es posible que no se recomiende que un motor especificado para funcionar con 60 Hz funcione con frecuencias de 50 Hz u otros rangos.





Si lo hace, puede producir resultados no deseados, como un calentamiento del motor, más bajo o más alto que las velocidades requeridas y un consumo anormalmente alto, lo que hace que las cosas sean muy ineficientes y una menor degradación de la vida del dispositivo conectado.

Sin embargo, operar motores en diferentes condiciones de frecuencia de entrada a menudo se convierte en una obligación y, en tales situaciones, un VFD o un circuito de variador de frecuencia puede resultar muy útil.



Un VFD es un dispositivo que permite al usuario controlar la velocidad de un motor de CA ajustando la frecuencia y el voltaje de la fuente de entrada según las especificaciones del motor.

Esto también significa que un VFD nos permite operar cualquier motor de CA a través de cualquier suministro de CA de la red disponible independientemente de sus especificaciones de voltaje y frecuencia, personalizando adecuadamente la frecuencia y voltaje del VFD según las especificaciones del motor.

Esto normalmente se hace usando el control dado en forma de una perilla variable escalada con diferente calibración de frecuencia.

Hacer un VFD en casa puede parecer una propuesta difícil, sin embargo, una mirada al diseño sugerido a continuación muestra que, después de todo, no es tan difícil construir este dispositivo tan útil (diseñado por mí).

Operación del circuito

El circuito se puede dividir fundamentalmente en dos etapas: la etapa del controlador de medio puente y la etapa del generador lógico PWM.

La etapa del controlador de medio puente utiliza el controlador de medio puente IC IR2110 que se encarga por sí solo de la etapa de accionamiento del motor de alto voltaje que incorpora dos mosfets de lado alto y lado bajo respectivamente.

Por lo tanto, el controlador IC forma el corazón del circuito, pero requiere solo unos pocos componentes para implementar esta función crucial.

Sin embargo, el IC anterior necesitaría una lógica alta y una lógica baja en las frecuencias para impulsar la carga conectada a la frecuencia específica deseada.

Estas señales lógicas de entrada alta y baja se convierten en los datos operativos del controlador IC y deben incluir señales para determinar la frecuencia especificada, así como los PWM en fase con la red CA.

La información anterior es creada por otra etapa que comprende un par de 555 circuitos integrados y un contador de décadas. IC 4017.

Los dos 555 IC son responsables de generar los PWM de onda sinusoidal modificada correspondientes a la muestra de CA de onda completa derivada de una salida de rectificador de puente escalonado.

El IC4017 funciona como un generador lógico de salida de tótem cuya frecuencia alterna se convierte en el parámetro de determinación de frecuencia PRINCIPAL del circuito.

Esta frecuencia de determinación se extrae del pin # 3 de IC1, que también alimenta el pin de activación de IC2 y para crear los PWM modificados en el pin # 3 de IC2.

Los PWM de onda sinusoidal modificados se escanean en las salidas del 4017 IC antes de alimentar el IR2110 para superponer la 'impresión' exacta de los PWM modificados en la salida del controlador de medio puente y, en última instancia, para el motor que se está operando.

Los valores de Cx y del potenciómetro de 180k deben seleccionarse o ajustarse adecuadamente para proporcionar la frecuencia especificada correcta para el motor.

El alto voltaje en el drenaje del mosfet del lado alto también debe calcularse apropiadamente y derivarse rectificando el voltaje de la red de CA disponible después de aumentarlo o reducirlo adecuadamente según las especificaciones del motor.

Los ajustes anteriores determinarán los voltios correctos por Hertz (V / Hz) para el motor en particular.

La tensión de alimentación para ambas etapas se puede convertir en una línea común, lo mismo para la conexión a tierra.

TR1 es un transformador reducido de 0-12 V / 100 mA que proporciona a los circuitos los voltajes de suministro de funcionamiento necesarios.

El circuito del controlador PWM

Deberá integrar las salidas del IC 4017 del diagrama anterior a las entradas HIN y LIN del diagrama siguiente, de forma adecuada. Además, conecte los diodos 1N4148 indicados en el diagrama anterior con las puertas MOSFET del lado bajo como se muestra en el diagrama siguiente.

El controlador de motor de puente completo

Actualizar:

El diseño de VFD simple y sencillo mencionado anteriormente se puede simplificar y mejorar aún más mediante el uso de un CI de puente completo auto oscilante IRS2453, como se muestra a continuación:

Aquí, el IC 4017 se elimina por completo ya que el controlador de puente completo está equipado con su propia etapa de oscilador y, por lo tanto, no se requiere un disparo externo para este IC.

Al ser un diseño de puente completo, el control de salida al motor tiene un rango completo de ajuste de velocidad cero a máxima.

El potenciómetro en el pin # 5 de IC 2 se puede usar para controlar la velocidad y el par del motor a través del método PWM.

Para el control de velocidad V / Hz, el Rt / Ct asociado con el IRS2453 y el R1 asociado con IC1 se pueden ajustar respectivamente (manualmente) para obtener resultados apropiados.

Simplificando aún más

Si encuentra abrumadora la sección de puente completa, puede reemplazarla con un circuito de puente completo basado en P, N-MOSFET como se muestra a continuación. Este controlador de frecuencia variable utiliza el mismo concepto, excepto la sección de controlador de puente completo que emplea MOSFET de canal P en el lado alto y MOSFET de canal N en el lado bajo.

Aunque la configuración puede parecer ineficaz debido a la participación de los MOSFET de canal P (debido a su alta clasificación de RDSon), el uso de muchos P-MOSFET paralelos puede parecer un enfoque eficaz para resolver el problema de bajo RDSon.

Aquí se utilizan 3 MOSFET en paralelo para los dispositivos de canal P para garantizar un calentamiento mínimo de los dispositivos, a la par con las contrapartes de canal N.




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