Domanda:
Regolatore di velocità del motore trifase
BG100
2011-01-29 07:28:13 UTC
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Se guardi la descrizione del mio profilo, vedrai che sono coinvolto nella costruzione e nel cablaggio dei carri allegorici che sono alimentati da un generatore trifase da 800 KVA, 415 V. Elettricamente, hanno generalmente circa 10 o 15 motori, migliaia di lampadine e un sistema audio da 20 KW.

Problema

Induzione trifase I motori sono utilizzati per azionare grandi strutture in acciaio rotanti che trasportano molto peso e hanno molto slancio, e quindi devono aumentare (e diminuire) la velocità per un periodo di circa 10 secondi in modo da non mettere troppo molto stress su scatole del cambio, catene e cuscinetti, ecc. Anche la velocità di marcia deve essere regolata per adattarsi al design del galleggiante, operazione che deve essere eseguita elettricamente poiché il cambio dei rapporti del cambio non è pratico una volta costruito.

Per controllare i motori, è necessario un Inverter Drive, un kit molto costoso che ha una vasta gamma di parametri che possono essere regolati per controllare i motori in tutte le diverse situazioni. Abbiamo 2 di queste unità che controllano alcuni motori ciascuna. Quindi il problema che ho è:

  1. Un unico grande punto di guasto: un guasto di un'unità causa il guasto di molti motori.
  2. Molti motori sono limitati a essere azionati a la stessa velocità, quando a volte è necessario il controllo individuale della velocità.
  3. Costoso.

Poiché ogni anno facciamo fatica a raccogliere i fondi per costruire il nostro carro di carnevale, non possiamo permetterci per acquistare altri Inverter Drives (a meno che qualcuno non sia così gentile da donarne uno come hanno fatto con i due che abbiamo noi).

Soluzione

Mi piacerebbe poter costruire il mio per una frazione del costo. Non so se mi sto ponendo un compito impossibile e sto mettendo gli obiettivi troppo in alto, o se questo è davvero realizzabile. Guardando all'interno di un Inverter Drive, posso vedere diversi circuiti stampati SMD, alcuni enormi condensatori / induttori e alcuni transistor affondati.

Ho esperienza nella commutazione / dimmerazione di carichi resistivi utilizzando circuiti di controllo basati su immagini, ma sebbene conosca la teoria, controllare un carico induttivo trifase al momento va oltre il mio livello di abilità.

Domanda

Qualcuno può guidarmi da dove dovrei iniziare con questo. Suppongo che inizialmente sto cercando uno schema a blocchi dei moduli (con un piccolo dettaglio) di cui avrei bisogno per costruire un inverter fatto in casa (ad esempio PSU, microcontrollore, stadi di uscita, ecc.) E come si adattano insieme. Posso quindi capire se vale davvero la pena tentare, e in tal caso capire quali parti posso progettare e realizzare felicemente da solo e con quali parti avrò bisogno di più aiuto.

Specifiche

  • Ingresso: 240 V monofase o 415 V 3 fasi.
  • Uscita: 415 V 3 fasi motore a frequenza variabile.
  • Controlli: Stop / Start, Velocità di accelerazione (secondi), Velocità di decelerazione (secondi), Velocità di marcia (Hz), Arresto di emergenza.
  • Display: velocità corrente (Hz), Carico (A)
  • Cablaggio motore: Stella

AGGIORNAMENTO (31 gennaio): Dalle informazioni fornite da pingswept e bt2 nelle loro risposte, penso di essere uscito con una simulazione delle ossa nude di ciò di cui ho bisogno... Rettifica la trifase per ottenere 586 V CC e usa 6 IGBT controllati da un IRS2330 controllato da PWM da un microcontrollore.

la mia sensazione istintiva è: sembra che tu ti stia assumendo molte responsabilità facendo questo progetto ... ma applaudo il tuo entusiasmo
@vicatcu: Lo so, ma ho pensato a come farlo per diversi anni, ho passato molte ore a cercare su Google e leggere la teoria che voglio almeno provare. Se non funziona, o risulta essere troppo pericoloso, forse posso finalmente rinunciare a questa stupida idea!
+1 per una domanda ben scritta :)
Tre risposte:
akohlsmith
2011-02-01 05:00:50 UTC
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Ho trascorso 13 anni progettando componenti elettronici di questa esatta natura: avviatori statici a tensione ridotta per motori a induzione trifase e inverter a frequenza variabile. Ho trascorso gli ultimi anni come ingegnere di applicazioni VFD aiutando i clienti a selezionare e configurare questa apparecchiatura per vari carichi e settori anche in tutto il paese.

Non sarai in grado di costruire qualcosa che sia economico e al sicuro. Le tensioni e le correnti coinvolte sono ben oltre il margine di sicurezza di un hobbista, specialmente di qualcuno che evita apertamente di acquistare unità commerciali per risparmiare denaro. Non farlo!

Sebbene la teoria alla base del controllo del motore CA sia molto semplice, il livello di dettaglio funziona (dimensionamento del dissipatore di calore, snubbering, requisiti del gate drive, protezione de-sat, calcoli di sovraccarico del motore, condensatore protezione, ecc.) può essere abbastanza difficile da abbattere, specialmente con i cicli pesanti e le modalità di alimentazione rigenerativa che una corsa di carnevale CERTAMENTE genererà. Ti metto in guardia contro il tentativo di costruire qualcosa di questa natura a meno che tu non abbia una significativa esperienza non solo nella progettazione di microcontrollori e sistemi embedded, ma anche significativa esperienza nell'elettronica di potenza e nei circuiti trifase. Le persone si feriscono e vengono uccise costruendo queste cose.

La mia prima domanda per te è se il controllo della velocità è davvero necessario o se hai solo bisogno di un avvio e rallentamento graduale. Variate la velocità del motore una volta avviato? In caso contrario, potresti riuscire a farla franca con un avviatore statico a tensione ridotta MOLTO più economico. Queste unità agiscono come variatori di luce trifase; regolano solo la tensione applicata al motore. Non avrai molta coppia a basse velocità, ma con il giusto design del motore (NEMA classe D) puoi ottenere esattamente ciò che cerchi con una frazione del costo e della manutenzione.

Se hai davvero bisogno di variare la velocità a pieno carico del motore, sei più o meno bloccato usando un convertitore di frequenza. Come sapete, questi sono costosi e se acquistate a buon mercato è probabile che li sostituiate prima a causa della vostra elevata corrente di picco (chiamano questa applicazione "coppia costante"). Quello che consiglierei sicuramente di fare in questo caso sarebbe contattare vari produttori (Allen-Bradley, Cutler-Hammer, unità SAF, Benshaw, Yaskawa, ecc.) E chiedere unità ricondizionate. Chiedere un'unità in grado di fornire il 150% di corrente nominale per 30 secondi (questo è generalmente noto come servizio pesante) o dimensionare l'unità del 30-50% in più rispetto alla corrente nominale. Probabilmente sarai anche a corto di energia del generatore, noto per essere sottodimensionato e incline a abbassamenti di tensione e picchi quando i requisiti di carico cambiano con lo stato dell'apparecchiatura in funzione. Agli azionamenti non piace (gli abbassamenti di tensione causano picchi di corrente quando il motore inizia a slittare e le sovratensioni possono causare la sovratensione dei condensatori del bus) e hanno la tendenza a guastarsi o saltare in aria.

Sono tutto del piccoletto che costruisce qualcosa e risparmia un dollaro, ma questo non è il tipo di progetto su cui farlo. Se vuoi davvero costruire un inverter trifase, inizia con un piccolo motore da 10 HP 480 V con freno a mano su un banco di prova. Hai tutto il potenziale per provare la sensazione di riempire i pantaloni di un guasto del ponte H o di un'esplosione di un condensatore del bus a due piedi dalla tua testa ma senza potenziali cause legali e perdita di vite umane (tranne forse la tua).

Grazie per la tua risposta molto dettagliata, apprezzo le informazioni di un esperto in materia! Per rispondere alla tua prima domanda, dopo l'accelerazione, la velocità non varia, tuttavia la velocità non sarà 50Hz, potrebbe essere qualsiasi cosa tra 25 e 60Hz e poiché il generatore fornisce AC a 50Hz ho bisogno di qualcosa per cambiare la frequenza. Quindi potrei sbagliarmi ma non credo di poter farla franca con un soft starter a tensione ridotta.
Se il tuo generatore non è in grado di soddisfare la sua velocità nominale e ti affidi alla capacità del VFD di regolare la velocità del motore per compensare, penso che il tuo generatore sia tristemente sottodimensionato o che il governatore abbia bisogno di qualche riparazione! Sono previsti picchi e abbassamenti con qualsiasi generatore a motore, ma dovrebbe essere in grado di rimanere entro il 5% della frequenza di uscita nominale sotto carico.
Penso che proverò sicuramente a contattare alcuni produttori come suggerisci. Il generatore che usiamo è un 800KVA e normalmente lo carichiamo fino a circa il 70%, quindi non credo che si verifichi un calo di tensione (anche se una volta abbiamo finito il carburante). Inoltre, non so se fa differenza per qualsiasi cosa tu possa suggerire, ma il carico che sto alimentando ha molto slancio, ma i cambi che usiamo hanno ingranaggi a vite senza fine che impediscono la ruota libera. Se vuoi vederlo in azione, dai un'occhiata a questo video di YouTube: http://www.youtube.com/watch?v=sL2i0SxpKIY
Per rispondere al tuo commento sulla velocità del generatore, penso che tu abbia frainteso ... il generatore funziona a 50Hz, ma ho bisogno che il motore funzioni a una frequenza fissa diciamo 30Hz che è la velocità a cui voglio configurare il motore per funzionare a per tutta la durata dell'accensione.
sì, sono a conoscenza del concetto meccanico generale (e ho guidato alcune delle corse ) - il generatore dovrebbe essere in grado di tenere il passo con il carico ... Potrebbe valere la pena far uscire il tecnico del generatore e spiegare a lui che la cosa non può mantenere una frequenza ragionevolmente stabile. I regolatori elettronici sono abbastanza indolori ma ho aggiustato alcuni meccanici della vecchia scuola ... è come una macchina di Rube Goldberg, lo giuro. :-)
Ah, va bene, quindi il motore non funziona alla sua velocità nominale (1500 o 3000 RPM sono quelli comuni nel terreno a 50 Hz) - stai regolando la velocità di guida per farli funzionare al di sotto della loro velocità nominale ... sì, in quel caso lo fai sicuramente serve un VFD o forse un cambio di marce, che non è sempre così facile.
Sono abbastanza sicuro che il generatore sia buono ... lo assumiamo da Aggreko.
Esatto, questo è il mio problema ... è molto difficile pianificare il cambio meccanico in anticipo, perché il tipo di progettazione si evolve nei pochi mesi necessari per costruirlo, poi quando lo consegnano agli elettricisti per accenderlo, scopriamo che va troppo veloce o troppo lento, e il cambio è già integrato nel sistema.
Quindi, se scrivo ai produttori di VFD e spiego cosa sto facendo, e perché ho bisogno delle unità di trasmissione, e che siamo un club carnevalesco senza scopo di lucro, pensi che potrebbero dare una mano e offrire un'unità ricondizionata a buon mercato? Immagino che non farà male provare!
Suggerirei di aggiungere uno stadio alla trasmissione meccanica che consenta la messa a punto.Una catena # 80 con pignoni di dimensioni simili che consente modifiche alla fine.Diavolo, anche una cinghia trapezoidale spessa potrebbe fare il trucco.La meccanica è un problema, tuttavia molto meno costoso e pericoloso rispetto al lato elettrico.Abbiamo un fornitore BesTorq che può gestire una potenza epica con le loro cinghie trapezoidali.
pingswept
2011-01-29 12:04:35 UTC
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Nel quadro generale, penso che tu stia parlando di un lavoro di 500-1000 ore e di almeno qualche migliaio di dollari in materiali e spese per circuiti stampati. Se vuoi davvero la soluzione migliore per i soldi, trova un lavoro ben retribuito e spendi lo stipendio delle stesse 500-1000 ore per acquistare controller di motori usati su Ebay o Craigslist. Ti ritroverai con più controller del motore.

Ma non è molto divertente. Se volessi costruirne uno, avresti bisogno di 6 MOSFET o IGBT (uno sul lato alto e uno sul lato basso di ciascuna gamba della stella). Quindi usi un microcontrollore per accendere e spegnere gli interruttori per simulare un'onda sinusoidale.

Poiché la tensione di cui stai parlando è piuttosto alta, avresti bisogno di quello che viene chiamato un driver high-side-- un chip in grado di controllare un MOSFET a tensioni molto elevate. IRS2330 di International Rectifier che eseguirà tutte e tre le fasi. La pagina 19 del datasheet dell'IRS2330 ha un bel diagramma del circuito di base.

Grazie, questo è davvero utile ... ma dici sul serio che questo è un lavoro di 500-1000 ore con materiali costosi? Guardando il datasheet e il microchip appnote 00843a che bt2 ha menzionato nella sua risposta, questo in realtà non sembra troppo complesso.
Sono serio riguardo a questa stima. Mentre è vero che i componenti di controllo sono economici, gli elementi di commutazione e i filtri di grandi dimensioni di cui avrai bisogno saranno costosi. Inoltre, dovrai pagare per i circuiti, che sono almeno $ 100 a corsa per qualcosa di queste dimensioni. Immagino che un ingegnere elettrico esperto potrebbe forse farlo in 250 ore e forse $ 1500, ma sembra molto ottimistico.
Dovrei anche aggiungere che parte di ciò che rende tutto questo difficile è l'alta tensione. Tutto sarebbe più economico e più facile se funzionassi a 48 V. Man mano che la potenza aumenta, devi iniziare a preoccuparti di maggiori dettagli.
Ok, beh non mi interessa quanto tempo ci vuole dato che posso usare il mio tempo libero per un anno o due se necessario. Il costo è un problema anche se posso anche comprarne uno! Per il filtraggio, immagino tu stia parlando dei condensatori di livellamento per il DC rettificato? Dato che questo non deve essere perfetto in quanto alimenterà i motori del galleggiante di carnevale solo per 20 ore in un anno, a differenza di un'unità di livello industriale, con quanto poco filtraggio posso farla franca? per esempio. da DigiKey, posso ottenere 2 condensatori da 10000uF 450v per $ 178, dando i miei 5000uF in serie. Posso farla franca solo con questo?
Non costruirai un drive CA trifase in grado di pilotare IGBT abbastanza grandi da controllare in sicurezza un motore da 50-75 HP in 250 ore, non mi interessa quanto sia bravo il tuo ingegnere. C'è MOLTO software di controllo da scrivere se stai cercando qualcosa di affidabile e sicuro. Vedi la mia risposta di seguito per maggiori dettagli.
Ho realizzato progetti più banali e sono d'accordo: inizia con quanto tempo pensi che ci vorrà.Aggiungi un mese.Allora raddoppia.
bt2
2011-01-29 09:22:16 UTC
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Vorrei controllare queste note sull'app di Microchip

http://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/70096A.pdf

http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/00843a.pdf

Hanno un kit di sviluppo in 3 fasi, ma credo che tu debba chiedere per prenderne in prestito uno, e poiché non stai cercando di produrlo effettivamente, dubito che avresti alta priorità. Tuttavia, hanno schemi e codice disponibili per l'uso gratuito.

Grazie per queste schede tecniche, guardando queste e la scheda tecnica fornita da Pingswept nella sua risposta, penso di poter effettivamente capire come farlo.


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 2.0 con cui è distribuito.
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