Variabel Frekuensi Drive (VFD) untuk Motor Induksi
Motor induksi 1 phase banyak digunakan pada peralatan dan kontrol industri. Motor induksi 1 phase Permanen Split Capacitor (PSC) adalah motor tipe paling sederhana dan paling banyak digunakan.
Secara desain, motor PSC adalah searah, yang berarti mereka dirancang untuk berputar dalam satu arah. Dengan menambahkan belitan tambahan, dan relai dan sakelar eksternal, atau dengan menggunakan mekanisme roda gigi, arah rotasi dapat diubah. Dalam ide ini kita akan membahas secara rinci, bagaimana mengontrol kecepatan motor PSC di kedua arah menggunakan microcontroler PIC16F72 dan elektronik daya.
Microcontroler PIC16F72 dipilih karena merupakan salah satu microcontroler serba guna yang paling sederhana dan murah yang dimiliki Microchip dalam portofolionya. Meskipun tidak memiliki PWM (Modulasi Lebar Pulsa) di perangkat keras untuk mendorong output PWM komplementer dengan band mati dimasukkan, semua modulasi PWM dihasilkan dalam firmware menggunakan timer dan output ke pin output tujuan umum.
Ini adalah speed drive yang dapat disetel yang sebagian besar digunakan dalam aplikasi industri seperti pompa, sistem ventilasi, elevator, drive perkakas mesin, dll. Ini pada dasarnya adalah sistem hemat energi. Oleh karena itu persyaratan pertama adalah untuk menghasilkan gelombang sinus dengan frekuensi yang berbeda untuk Variabel Frekuensi Drive.
Output DC dari penyearah jembatan dihaluskan oleh kapasitor smoothing bernilai tinggi untuk menghilangkan riak AC. Tegangan DC tetap ini kemudian diumpankan ke rangkaian penghasil frekuensi yang dibentuk dari transistor MOSFET (transistor efek medan oksida logam) / transistor IGBT (Isolated Gate Bipolar Transistor). Rangkaian MOSFET / IGBT ini menerima DC dan mengubahnya menjadi AC dengan variabel frekuensi untuk mengontrol kecepatan perangkat.
Perubahan frekuensi dapat dicapai dengan menggunakan rangkaian elektronik atau Microcontroler. Rangkaian ini memvariasikan frekuensi tegangan (PWM) yang diterapkan pada drive gate (gerbang) rangkaian MOSFET / IGBT. Jadi tegangan AC dari berbagai frekuensi muncul di output. Microcontroler dapat diprogram untuk mengubah frekuensi output sesuai dengan kebutuhan.
Motor AC yang digunakan dalam Variabel Frekuensi Drive pada umumnya adalah motor induksi 3 phase meskipun motor 1 phase digunakan dalam beberapa sistem. Motor yang dirancang untuk operasi kecepatan tetap umumnya digunakan, tetapi beberapa desain motor menawarkan kinerja yang lebih baik di Variabel Frekuensi Drive dari desain standar.
Bagian Pengendali atau Controller adalah rangkaian konverter daya elektronik padat untuk mengubah AC ke DC dan kemudian ke AC gelombang sinus. Bagian pertama adalah bagian konverter AC ke DC yang memiliki jembatan penyearah gelombang penuh biasanya jembatan phase penuh 3 phase / 1 phase. Peralihan DC ini kemudian dikonversi menjadi AC gelombang sinus kuasi menggunakan rangkaian switching inverter. Di sini transistor MOSFET / IGBT digunakan untuk membalikkan DC ke AC.
Bagian inverter mengubah DC menjadi tiga saluran AC untuk menggerakkan motor 3 phase. Bagian Pengontrol juga dapat dirancang untuk memberikan faktor daya yang lebih baik, distorsi yang kurang harmonis dan sensitivitas rendah untuk input AC transien.
Misalnya, jika motor dirancang untuk bekerja di 440 volt pada 50Hz, maka AC yang diterapkan pada motor harus dikurangi menjadi setengah (220 volt) ketika frekuensi berubah menjadi setengah (25Hz). Peraturan ini didasarkan pada Volts / Hz. Dalam kasus di atas, rasionya adalah 440/50 = 8,8 V/Hz.
Dengan mengendalikan tegangan pada motor, fluks magnet dan torsi dapat dikontrol dengan tepat. Dalam metode PWM, sakelar inverter menghasilkan gelombang sinus kuasi melalui serangkaian pulsa sempit dengan durasi pulsa bervariasi sinusoidal semu.
Antarmuka operasi terdiri dari panel dengan tampilan atau indikator dan meter untuk menunjukkan kecepatan motor, tegangan yang diterapkan, dll. Satu set sakelar pads tombol umumnya disediakan untuk mengendalikan sistem.
Di sisi lain dalam motor yang dikendalikan Variabel Frekuensi Drive, awalnya tegangan rendah pada frekuensi rendah diterapkan. Frekuensi dan tegangan ini meningkat pada tingkat yang terkontrol untuk mempercepat beban. Ini mengembangkan torsi hampir lebih dari nilai pengenal motor.
Rangkaian kontrol membutuhkan empat PWM dengan dua pasangan komplementer dengan band mati yang cukup antara output komplementer. Dead band PWM adalah PWM0-PWM1 dan PWM2-PWM3. PIC16F72 tidak memiliki PWM yang dirancang dalam perangkat keras untuk menghasilkan output seperti yang kita butuhkan. Sehubungan dengan VF, bus DC disintesis dengan memvariasikan frekuensi dan amplitudo. Ini akan memberikan dua tegangan sinus pada out of phase.
Jika tegangan yang diterapkan pada belitan utama memperlambat belitan mulai sebesar 90 derajat, motor berjalan dalam satu arah (yaitu maju). Jika kita ingin mengubah arah rotasi maka tegangan yang diterapkan pada belitan utama adalah untuk menjalankan belitan awal.
Secara desain, motor PSC adalah searah, yang berarti mereka dirancang untuk berputar dalam satu arah. Dengan menambahkan belitan tambahan, dan relai dan sakelar eksternal, atau dengan menggunakan mekanisme roda gigi, arah rotasi dapat diubah. Dalam ide ini kita akan membahas secara rinci, bagaimana mengontrol kecepatan motor PSC di kedua arah menggunakan microcontroler PIC16F72 dan elektronik daya.
Microcontroler PIC16F72 dipilih karena merupakan salah satu microcontroler serba guna yang paling sederhana dan murah yang dimiliki Microchip dalam portofolionya. Meskipun tidak memiliki PWM (Modulasi Lebar Pulsa) di perangkat keras untuk mendorong output PWM komplementer dengan band mati dimasukkan, semua modulasi PWM dihasilkan dalam firmware menggunakan timer dan output ke pin output tujuan umum.
Apa itu Variabel Frekuensi Drive?
Variabel Frekuensi Drive atau VFD adalah cara yang memungkinkan pengendalian kecepatan motor induksi dengan menerapkan frekuensi tegangan supply AC yang bervariasi. Dengan mengendalikan frekuensi AC output, dimungkinkan untuk menggerakkan motor pada kecepatan yang berbeda berdasarkan persyaratan.Ini adalah speed drive yang dapat disetel yang sebagian besar digunakan dalam aplikasi industri seperti pompa, sistem ventilasi, elevator, drive perkakas mesin, dll. Ini pada dasarnya adalah sistem hemat energi. Oleh karena itu persyaratan pertama adalah untuk menghasilkan gelombang sinus dengan frekuensi yang berbeda untuk Variabel Frekuensi Drive.
Apa Teknologi yang Diadopsi di Variabel Frekuensi Drive?
Ini adalah sistem yang memberikan output AC dengan frekuensi yang bervariasi untuk mengontrol kecepatan motor sesuai dengan kebutuhan. Inverter Frekuensi 1 Phase lebih umum karena sebagian besar perangkat bekerja dalam supply AC 1 phase. Ini terdiri dari penyearah jembatan gelombang penuh untuk mengubah AC 220/110 Volt menjadi sekitar 300/150 volt DC.Output DC dari penyearah jembatan dihaluskan oleh kapasitor smoothing bernilai tinggi untuk menghilangkan riak AC. Tegangan DC tetap ini kemudian diumpankan ke rangkaian penghasil frekuensi yang dibentuk dari transistor MOSFET (transistor efek medan oksida logam) / transistor IGBT (Isolated Gate Bipolar Transistor). Rangkaian MOSFET / IGBT ini menerima DC dan mengubahnya menjadi AC dengan variabel frekuensi untuk mengontrol kecepatan perangkat.
Perubahan frekuensi dapat dicapai dengan menggunakan rangkaian elektronik atau Microcontroler. Rangkaian ini memvariasikan frekuensi tegangan (PWM) yang diterapkan pada drive gate (gerbang) rangkaian MOSFET / IGBT. Jadi tegangan AC dari berbagai frekuensi muncul di output. Microcontroler dapat diprogram untuk mengubah frekuensi output sesuai dengan kebutuhan.
Sistem Variabel Frekuensi Drive
Perangkat Frekuensi Variabel memiliki tiga bagian seperti Motor AC, Controller dan Antarmuka Pengoperasian.Motor AC yang digunakan dalam Variabel Frekuensi Drive pada umumnya adalah motor induksi 3 phase meskipun motor 1 phase digunakan dalam beberapa sistem. Motor yang dirancang untuk operasi kecepatan tetap umumnya digunakan, tetapi beberapa desain motor menawarkan kinerja yang lebih baik di Variabel Frekuensi Drive dari desain standar.
Bagian Pengendali atau Controller adalah rangkaian konverter daya elektronik padat untuk mengubah AC ke DC dan kemudian ke AC gelombang sinus. Bagian pertama adalah bagian konverter AC ke DC yang memiliki jembatan penyearah gelombang penuh biasanya jembatan phase penuh 3 phase / 1 phase. Peralihan DC ini kemudian dikonversi menjadi AC gelombang sinus kuasi menggunakan rangkaian switching inverter. Di sini transistor MOSFET / IGBT digunakan untuk membalikkan DC ke AC.
Bagian inverter mengubah DC menjadi tiga saluran AC untuk menggerakkan motor 3 phase. Bagian Pengontrol juga dapat dirancang untuk memberikan faktor daya yang lebih baik, distorsi yang kurang harmonis dan sensitivitas rendah untuk input AC transien.
Mengontrol Volts / Hz
Rangkaian pengontrol mengatur frekuensi AC yang disediakan ke motor melalui metode kontrol volt per hertz. Motor AC membutuhkan tegangan yang diberikan variabel ketika frekuensi berubah untuk memberikan torsi yang ditentukan.Misalnya, jika motor dirancang untuk bekerja di 440 volt pada 50Hz, maka AC yang diterapkan pada motor harus dikurangi menjadi setengah (220 volt) ketika frekuensi berubah menjadi setengah (25Hz). Peraturan ini didasarkan pada Volts / Hz. Dalam kasus di atas, rasionya adalah 440/50 = 8,8 V/Hz.
Metode Pengendalian Tegangan Lainnya:
Selain mengendalikan Volts/Hz, metode yang lebih baru seperti Direct Torque Control atau DTC, Space Vector Pulse Width Modulation (SVPWM), dll. Juga digunakan untuk mengontrol kecepatan motor.Dengan mengendalikan tegangan pada motor, fluks magnet dan torsi dapat dikontrol dengan tepat. Dalam metode PWM, sakelar inverter menghasilkan gelombang sinus kuasi melalui serangkaian pulsa sempit dengan durasi pulsa bervariasi sinusoidal semu.
Antarmuka Operasi
Bagian ini memungkinkan pengguna untuk memulai/menghentikan motor dan menyesuaikan kecepatan. Fasilitas lain termasuk pembalikan motor, beralih antara kontrol kecepatan manual dan otomatis dll.Antarmuka operasi terdiri dari panel dengan tampilan atau indikator dan meter untuk menunjukkan kecepatan motor, tegangan yang diterapkan, dll. Satu set sakelar pads tombol umumnya disediakan untuk mengendalikan sistem.
Dalam built -Soft Start
Pada motor induksi biasa, yang dihidupkan menggunakan sakelar AC, arus yang ditarik jauh lebih tinggi dari nilai pengenal dan dapat meningkat dengan peningkatan akselerasi beban untuk mencapai kecepatan penuh motor.Di sisi lain dalam motor yang dikendalikan Variabel Frekuensi Drive, awalnya tegangan rendah pada frekuensi rendah diterapkan. Frekuensi dan tegangan ini meningkat pada tingkat yang terkontrol untuk mempercepat beban. Ini mengembangkan torsi hampir lebih dari nilai pengenal motor.
Pergantian Motor Variabel Frekuensi Drive
Frekuensi dan tegangan yang diberikan pertama-tama dikurangi ke tingkat yang terkontrol dan kemudian terus menurun hingga menjadi nol dan motor mati.Rangkaian Aplikasi untuk mengontrol kecepatan Motor Induksi 1 Tunggal
Pendekatannya relatif mudah sejauh menyangkut rangkaian daya dan rangkaian kontrol. Pada sisi input, pengganda tegangan digunakan dan pada sisi output digunakan H-bridge, atau 2-phase inverter, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Salah satu ujung belitan utama dan start dihubungkan ke masing-masing setengah jembatan dan lainnya ujung-ujungnya dihubungkan bersama ke titik netral dari catu daya AC.Rangkaian kontrol membutuhkan empat PWM dengan dua pasangan komplementer dengan band mati yang cukup antara output komplementer. Dead band PWM adalah PWM0-PWM1 dan PWM2-PWM3. PIC16F72 tidak memiliki PWM yang dirancang dalam perangkat keras untuk menghasilkan output seperti yang kita butuhkan. Sehubungan dengan VF, bus DC disintesis dengan memvariasikan frekuensi dan amplitudo. Ini akan memberikan dua tegangan sinus pada out of phase.
Jika tegangan yang diterapkan pada belitan utama memperlambat belitan mulai sebesar 90 derajat, motor berjalan dalam satu arah (yaitu maju). Jika kita ingin mengubah arah rotasi maka tegangan yang diterapkan pada belitan utama adalah untuk menjalankan belitan awal.