誘導電動機用可変周波数ドライブ

前書き

単相誘導電動機は、電化製品や産業用制御に広く使用されています。永久分割コンデンサ（PSC）単相誘導モーターは、このタイプの最も単純で最も広く使用されているモーターです。

設計上、PSCモーターは一方向です。つまり、PSCモーターは一方向に回転するように設計されています。追加の巻線、外部リレーおよびスイッチのいずれかを追加するか、ギアメカニズムを使用することにより、回転方向を変更できます。このアイデアでは、PIC16F72マイクロコントローラーとパワーエレクトロニクスを使用して、PSCモーターの速度を両方向に制御する方法について詳しく説明します。

PIC16F72マイクロコントローラーが選択されたのは、マイクロチップがポートフォリオに持つ最もシンプルで低コストの汎用マイクロコントローラーの1つだからです。不感帯が挿入された相補PWM出力を駆動するためのPWMがハードウェアにない場合でも、すべてのPWMはタイマーを使用してファームウェアで生成され、汎用出力ピンに出力されます。

可変周波数ドライブとは何ですか？

可変周波数ドライブまたはVFDは、AC電源電圧の周波数を変化させることによって誘導モーターの速度を制御できるようにする方法です。出力AC周波数を制御することにより、要件に基づいてさまざまな速度でモーターを駆動することができます。これらは、ポンプ、換気システム、エレベータ、工作機械ドライブなどの産業用アプリケーションで主に使用される調整可能な速度ドライブです。これは本質的に省エネシステムです。したがって、最初の要件は、VFDの周波数が異なる正弦波を生成することです。

VFDで採用されている技術は何ですか？

必要に応じてモーターの速度を制御するために、さまざまな周波数でAC出力を提供するシステムです。ほとんどのデバイスは単相AC電源で動作しているため、単相可変周波数インバーターがより一般的です。これは、230/110ボルトのACを約300/150ボルトのDCに変換する全波ブリッジ整流器で構成されています。ブリッジ整流器からの出力DCは、ACのリップルを除去するために、高値の平滑コンデンサによって平滑化されます。次に、この固定電圧DCは、MOSFET（金属酸化物電界効果トランジスタ）/ IGBT（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）トランジスタで構成される周波数生成回路に供給されます。このMOSFET / IGBT回路はDCを受け取り、それを可変周波数のACに変換して、デバイスの速度を制御します。

周波数の変更は、電子回路またはマイクロコントローラーを使用して実現できます。この回路は、MOSFET / IGBT回路のゲートドライブに印加される電圧（PWM）の周波数を変化させます。したがって、さまざまな周波数のAC電圧が出力に現れます。マイクロコントローラは、必要に応じて出力の周波数を変更するようにプログラムできます。

VFDシステム：

可変周波数デバイスには、ACモーター、コントローラー、操作インターフェースの3つの部分があります。

VFDで使用されるACモーターは、単相であるにもかかわらず、一般的に三相誘導モーターです。 エンジン 一部のシステムで使用されています。固定速度動作用に設計されたモーターが一般的に使用されますが、一部のモーター設計は、標準設計よりもVFDで優れたパフォーマンスを提供します。

コントローラ部分は、ACをDCに変換し、次に準正弦波ACに変換するソリッド電子電力変換回路です。最初の部分は、全波整流器ブリッジを備えたAC-DCコンバータセクションで、通常は3相/単相全波ブリッジです。次に、このDC中間体は、インバータースイッチング回路を使用して準正弦波ACに変換されます。ここでは、MOSFET / IGBTトランジスタを使用してDCをACに反転しています。

インバータ部はDCをACの3チャンネルに変換して三相モーターを駆動します。コントローラセクションは、力率を改善し、高調波歪みを低減し、入力ACトランジェントに対する感度を低くするように設計することもできます。

ボルト/ Hz制御：

コントローラ回路は、ヘルツあたりのボルト数の制御方法により、モーターに供給されるACの周波数を調整します。 ACモーターは、指定されたトルクを与えるために周波数が変化するときに可変の印加電圧を必要とします。たとえば、モーターが50Hzで440ボルトで動作するように設計されている場合、周波数が半分（25Hz）に変わると、モーターに適用されるACを半分（220ボルト）に減らす必要があります。この規制は、ボルト/ Hzに基づいています。上記の場合、比率は440/50 = 8.8 V / Hzです。

その他の電圧制御方法：

ボルト/ Hz制御に加えて、直接トルク制御やDTCなどのより高度な方法。 空間ベクトルパルス幅変調（SVPWM） 、などは、モーターの速度を制御するためにも使用されます。モーターの電圧を制御することにより、磁束とトルクを正確に制御することができます。 PWM方式では、インバータスイッチは、パルス幅が疑似正弦波で変化する一連の狭いパルスを介して準正弦波を生成します。

操作インターフェース：

このセクションでは、ユーザーがモーターを始動/停止し、速度を調整することができます。その他の設備には、モーターの逆転、手動と自動の速度制御の切り替えなどがあります。操作インターフェースは、モーターの速度、印加電圧などを表示するためのディスプレイまたはインジケーターとメーターを備えたパネルで構成されます。キーパッドスイッチのセットは通常提供されますシステムを制御するため。

内蔵-ソフトスタート：

ACスイッチを使用してオンにされる通常の誘導モーターでは、引き出される電流は定格値よりもはるかに高く、モーターの全速度を達成するために負荷の加速の増加とともに増加する可能性があります。

一方、VFD制御モーターでは、最初は低周波数で低電圧が印加されます。この周波数と電圧は、負荷を加速するために制御された速度で増加します。これにより、モーターの定格値よりもほぼ多くのトルクが発生します。

VFDモーター転流 ：

周波数と印加電圧は最初に制御されたレベルまで減少し、次にゼロになってモーターがシャットダウンするまで減少し続けます。

単相誘導電動機の速度を制御するためのアプリケーション回路

電源回路と制御回路に関する限り、アプローチは比較的簡単です。図2に示すように、入力側では電圧ダブラが使用され、出力側ではHブリッジまたは2相インバータが使用されます。主巻線と開始巻線の一端は各ハーフブリッジに接続され、もう一方の端は、AC電源の中性点に接続されています。

制御回路には、相補出力間に十分な不感帯がある2つの相補ペアを持つ4つのPWMが必要です。 PWM不感帯はPWM0-PWM1とPWM2-PWM3です。 PIC16F72には、必要な方法で出力するようにハードウェアで設計されたPWMがありません。 VFに関しては、周波数と振幅を変化させてDCバスを合成します。これにより、2つの正弦波電圧の位相がずれます。

主巻線に印加される電圧が開始巻線より90度遅れている場合、モーターは1つの（つまり順方向）方向に回転します。回転方向を変えたい場合、主巻線に印加される電圧は始動巻線を導通させることです。

上記の記事から、誘導電動機の可変周波数ドライブについてのアイデアをお持ちいただければ幸いです。したがって、この概念または電気および 電子プロジェクト 以下のコメントセクションを残してください。