Neste post discutimos a construção de um simples circuito controlador de velocidade de motor de indução trifásico, que também pode ser aplicado para um motor de indução monofásico ou literalmente para qualquer tipo de motor CA.
Quando se trata de controlar a velocidade de motores de indução, normalmente são empregados conversores matriciais, envolvendo muitas etapas complexas, como filtros LC, matrizes bidirecionais de chaves (usando IGBTs) etc.
Tudo isso é empregado para obter um sinal AC picado, cujo ciclo de trabalho pode ser ajustado usando um circuito microcontrolador complexo, fornecendo finalmente o controle de velocidade do motor necessário.
No entanto, podemos experimentar e tentar realizar um controle de velocidade do motor de indução trifásico através de um conceito muito mais simples usando os CIs de acoplador óptico detector de cruzamento de zero avançado, um triac de potência e um circuito PWM.
Usando o acoplador óptico do detector de cruzamento zero
Graças à série MOC de optoacopladores que tornaram os circuitos de controle triac extremamente seguros e fáceis de configurar, e permitem uma integração PWM sem complicações para os controles pretendidos.
Em um dos meus posts anteriores, discuti um circuito controlador de motor de partida suave PWM simples que implementou o CI MOC3063 para fornecer uma partida suave efetiva no motor conectado.
Aqui também usamos um método idêntico para aplicar 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 de acoplador óptico MOC idênticos configurados em seu modo de regulador triac padrão, e o lado de entrada integrado com um circuito IC 555 PWM simples.
Os 3 circuitos MOC são configurados para lidar com a entrada CA trifásica e entregar a mesma ao motor de indução conectado.
A entrada PWM no lado de controle de 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 que, ajustando o potenciômetro PWM associado ao 555 IC, pode-se controlar efetivamente a velocidade do motor de indução.
A saída em seu pino 3 vem com um ciclo de trabalho variável que, por sua vez, alterna os triacs de saída de acordo, resultando no aumento do valor AC RMS ou na diminuição do mesmo.
Aumentar o RMS através de PWMs mais largos permite adquirir uma velocidade maior no motor, enquanto diminuir o RMS AC através de PWMs mais estreitos produz um efeito contrário, ou seja, faz com que o motor desacelere proporcionalmente.
Os recursos acima são implementados com muita precisão e segurança, pois os CIs são atribuídos com muitos recursos internos sofisticados, especificamente destinados ao acionamento de triacs e cargas indutivas pesadas, como motores de indução, solenoides, válvulas, contatores, relés de estado sólido etc.
O IC também garante uma operação perfeitamente isolada para o estágio DC que permite ao usuário fazer os ajustes sem medo de choque elétrico.
O princípio também pode ser usado eficientemente para controlar a velocidade do motor monofásico, empregando um único CI MOC em vez de 3.
O projeto é, na verdade, baseado na teoria do acionamento triac proporcional ao tempo. O circuito PWM IC555 superior pode ser ajustado para produzir um ciclo de trabalho de 50% em frequência muito mais alta, enquanto o circuito PWM inferior pode ser usado para implementar a operação de controle de velocidade do motor de indução através dos ajustes do potenciômetro associado.
Este 555 IC é recomendado para ter uma 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.
Forma de onda assumida e controle de fase usando o conceito acima:
O método explicado acima de controlar um motor de indução trifásico é realmente bastante grosseiro, pois 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 vezes ou 50 vezes por minuto. Isso resultaria em seu motor desacelerando 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 automaticamente a mesma dependendo da velocidade do escorregamento ou de quaisquer flutuações de tensão.
Para isso, empregamos basicamente as seguintes etapas:
- Circuito do driver H-Bridge ou Full Bridge IGBT
- Estágio Gerador Trifásico para Alimentação do Circuito em Ponte Completa
- Processador V/Hz PWM
Usando um circuito de controle IGBT de ponte completa
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 todos os recursos embutidos para satisfazer uma operação segura e perfeita 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 através de 3 estágios separados de drivers NPN/PNP de meia ponte, controlados com uma alimentação SPWM de um gerador IC 555 PWM como visto em nossos projetos anteriores. Este nível de PWM pode ser usado 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 controle automático de V/Hz pode ser alcançado usando alguns circuitos IC 555, conforme discutido abaixo
O Circuito do Processador PWM V/Hz Automático (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 seguinte processador PWM seja integrado ao H -Ponte de alimentação de entrada PWM.
O circuito acima é um gerador PWM simples 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 do IC2. Essas ondulações de amostra são adquiridas pela retificação da rede elétrica trifásica CA em uma ondulação de 12 V CA e são alimentadas ao pino 5 do IC2 para o processamento necessário.
Ao comparar as duas formas de onda, um SPWM adequadamente dimensionado é gerado no pino 3 do IC2, que se torna o PWM de condução para a rede de ponte H.
Como funciona o circuito V/Hz
Quando a energia é ligada, o capacitor no pino 5 começa renderizando uma tensão zero no pino 5, o que causa o menor valor de SPWM no circuito da ponte H, o que, por sua vez, permite que o motor de indução dê partida com uma partida suave gradual lenta.
À medida que este capacitor carrega, 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 feedback do tacômetro que também está integrado ao pino 5 do IC2.
Este 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 sincronizar com a frequência do estator e, no processo, começa a ganhar velocidade.
Este aumento no escorregamento de indução aumenta proporcionalmente a tensão do tacômetro, o que, por sua vez, faz com que IC2 aumente a 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 finalmente o SPWM do IC2 não consiga aumentar mais.
Neste 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 estes sejam alterados, o circuito processador V/Hz novamente entra em ação e começa a ajustar a relação para manter a resposta ideal da velocidade do motor de indução.
O tacômetro
O circuito do 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 acima, entendemos o processo de regulação automática que pode ser alcançado integrando um feedback de tacômetro a um circuito controlador SPWM auto-regulador.
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 do relógio em seu pino 6.
Os sinais trifásicos são aplicados através das portas 4049 IC para produzir as alimentações HIN e LIN necessárias para a rede de driver de ponte completa.
Isso implica que, variando adequadamente a frequência de clock do IC 4035, podemos efetivamente alterar a frequência de operação trifásica do motor de indução.
Isto é implementado através de um circuito astável simples IC 555 que alimenta uma frequência ajustável no pino 6 do IC 4035 e permite que a frequência seja ajustada através do potenciômetro de 100K anexado. 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 diminuir e, assim, diminui a saída de tensão para o motor proporcionalmente.
Essa ação, por sua vez, garante que a relação V/Hz seja mantida enquanto controla a velocidade do motor de indução através do controle de frequência.
Aviso: O conceito acima é projetado apenas em suposições teóricas, por favor, prossiga com cautela.
Se você tiver mais dúvidas sobre este projeto do controlador de velocidade do motor de indução trifásico, você é muito bem-vindo para postar o mesmo através de seus comentários.
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FONTE
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