3-Phasen-Motordrehzahlregler

Hintergrund

Wenn Sie sich meine Profilbeschreibung ansehen, werden Sie sehen, dass ich am Aufbau und der Verkabelung von Karnevalsschwimmern beteiligt bin , die von einem 800-kVA-415-V-3-Phasen-Generator angetrieben werden . Elektrisch haben sie im Allgemeinen etwa 10 oder 15 Motoren, Tausende von Glühbirnen und ein 20-kW-Soundsystem.

Problem

3-Phasen-Induktionsmotoren werden verwendet, um große Spinnstahlkonstruktionen anzutreiben, die viel Gewicht tragen und viel Schwung haben und daher die Geschwindigkeit über einen Zeitraum von etwa 10 Sekunden erhöhen (und verringern) müssen, um dies nicht zu tun viel Belastung für Getriebe, Ketten und Lager usw. Die Laufgeschwindigkeit muss auch an das Schwimmerdesign angepasst werden, was elektrisch erfolgen muss, da das Ändern der Übersetzungsverhältnisse nach dem Bau nicht praktikabel ist.

Zur Steuerung der Motoren wird ein Umrichterantrieb benötigt. Dies ist ein sehr teures Kit mit einer Vielzahl von Parametern, die zur Steuerung von Motoren in allen verschiedenen Situationen angepasst werden können. Wir haben 2 dieser Einheiten, die jeweils einige Motoren steuern. Das Problem, das ich habe, ist:

1. Ein großer einzelner Fehlerpunkt - Ein Gerätefehler führt zum Ausfall vieler Motoren.
2. Viele der Motoren können nur mit derselben Drehzahl angetrieben werden, wenn manchmal eine individuelle Drehzahlregelung erforderlich ist.
3. Teuer.

Da wir jedes Jahr Schwierigkeiten haben, die Mittel für den Bau unseres Karnevalsflugs aufzubringen, können wir es uns nicht leisten, weitere Wechselrichterantriebe zu kaufen (es sei denn, jemand ist so freundlich, einen zu spenden, wie er es mit den beiden getan hat, die wir haben).

Lösung

Ich würde gerne meine eigene für einen Bruchteil der Kosten bauen können. Ich weiß nicht, ob ich mir eine unmögliche Aufgabe stelle und mein Ziel viel zu hoch stelle oder ob dies tatsächlich erreichbar ist. Wenn ich in einen Wechselrichterantrieb schaue , sehe ich mehrere SMD-Leiterplatten, einige riesige Kondensatoren / Induktivitäten und einige durch Wärme versunkene Transistoren.

Ich habe Erfahrung mit dem Schalten / Dimmen von ohmschen Lasten unter Verwendung von Bildschaltkreisen auf Bildbasis, aber obwohl ich die Theorie kenne, ist die Steuerung einer dreiphasigen induktiven Last im Moment jenseits meiner Fähigkeiten.

Frage

Kann mich jemand dahin führen, wo ich damit anfangen soll? Ich nehme an, ich suche zunächst nach einem Blockdiagramm der Module (mit ein wenig Detail), das ich zum Aufbau eines selbstgebauten Wechselrichterantriebs (z. B. Netzteil, Mikrocontroller, Ausgangsstufen usw.) benötigen würde, und wie sie zusammenpassen. Ich kann dann herausfinden, ob es sich überhaupt lohnt, dies zu versuchen, und wenn ja, welche Teile ich gerne selbst entwerfen und herstellen kann und bei welchen Teilen ich mehr Hilfe benötige.

Technische Daten

• Eingang: 240 V einphasig oder 415 V dreiphasig.
• Ausgang: 415 V 3-Phasen-Motorantrieb mit variabler Frequenz.
• Bedienelemente: Stopp / Start, Hochlaufgeschwindigkeit (Sekunden), Rücklaufgeschwindigkeit (Sekunden), Laufgeschwindigkeit (Hz), Not-Aus.
• Anzeige: Aktuelle Geschwindigkeit (Hz), Last (A)
• Motorverkabelung: Stern

UPDATE (31. Januar): Aus den Informationen, die Pingswept und BT2 in ihren Antworten geliefert haben, habe ich eine Simulation der nackten Knochen von dem entwickelt, was ich brauche ... Korrigieren Sie die 3-Phasen-Phase, um 586 V Gleichstrom zu erhalten und zu verwenden 6 IGBTs, die von einem IRS2330 gesteuert werden, der von einem Mikrocontroller über PWM gesteuert wird.

Ich habe 13 Jahre lang genau diese Elektronik entwickelt: Dreiphasen-Induktionsmotor-Softstarter mit reduzierter Spannung und Frequenzumrichter mit variabler Frequenz. In den letzten Jahren habe ich als VFD-Anwendungstechniker Kunden bei der Auswahl und Konfiguration dieser Geräte für verschiedene Lasten und Branchen im ganzen Land unterstützt.

Sie werden nicht in der Lage sein, etwas zu bauen, das billig und sicher ist. Die damit verbundenen Spannungen und Ströme liegen weit außerhalb der Sicherheitsmarge eines Hobbyisten, insbesondere eines Menschen, der offen den Kauf von Gewerbeeinheiten vermeidet, um Geld zu sparen. Tu es nicht!

Während die Theorie hinter der Steuerung von Wechselstrommotoren sehr einfach ist, kann es ziemlich schwierig sein, die Arbeit auf Detailebene (Dimensionierung des Kühlkörpers, Dämpfung, Anforderungen an den Gate-Antrieb, De-Sat-Schutz, Motorüberlastungsberechnungen, Buskondensatorschutz usw.) herunterzufahren. Besonders bei Hochleistungs-Fahrrad- und regenerativen Kraftmodi, die eine Karnevalsfahrt BESTIMMT erzeugen wird. Ich warne Sie nachdrücklich davor, etwas in dieser Art zu bauen, es sei denn, Sie verfügen nicht nur über umfangreiche Erfahrung im Entwurf von Mikrocontrollern und eingebetteten Systemen, sondern auch über umfangreiche Erfahrung in der Leistungselektronik und in dreiphasigen Schaltkreisen. Menschen werden verletzt und getötet, wenn sie dieses Zeug bauen.

Meine erste Frage an Sie ist, ob eine Geschwindigkeitsregelung wirklich erforderlich ist oder ob Sie nur ein sanftes Starten und Verlangsamen benötigen. Variieren Sie die Drehzahl des Motors nach dem Start? Wenn nicht, können Sie möglicherweise mit einem VIEL billigeren Softstarter mit reduzierter Spannung davonkommen. Diese Einheiten wirken wie dreiphasige Lichtdimmer. Sie passen nur die an den Motor angelegte Spannung an. Bei niedrigen Drehzahlen haben Sie nicht viel Drehmoment, aber mit dem richtigen Motordesign (NEMA-Klasse D) können Sie mit einem Bruchteil der Kosten und der Wartung genau das erreichen, was Sie suchen.

Wenn Sie die Volllastdrehzahl des Motors wirklich variieren müssen, stecken Sie mit einem Frequenzumrichter mehr oder weniger fest. Wie Sie wissen, sind diese teuer, und wenn Sie billig kaufen, werden Sie sie aufgrund Ihres hohen Stoßstroms (sie nennen dies "konstantes Drehmoment") wahrscheinlich früher ersetzen. Wenn dies der Fall ist, würde ich auf jeden Fall empfehlen, verschiedene Hersteller (Allen-Bradley, Cutler-Hammer, SAF-Antriebe, Benshaw, Yaskawa usw.) zu kontaktieren und nach überholten Einheiten zu fragen. Fragen Sie nach einem Laufwerk, das 30 Sekunden lang 150% Nennstrom liefern kann (dies wird normalerweise als Hochleistung bezeichnet), oder dimensionieren Sie das Laufwerk 30-50% größer als Ihre Nennstromstärke. Wahrscheinlich wird Ihnen auch die Generatorleistung ausgehen, die bekanntermaßen zu klein ist und zu Stromausfällen und Spannungsspitzen neigt, da sich die Lastanforderungen mit dem Zustand des betriebenen Geräts ändern. Antriebe mögen das nicht (Spannungseinbrüche verursachen Stromspitzen, wenn der Motor abrutscht und Überspannungen dazu führen können, dass Sie die Buskondensatoren überspannen) und neigen dazu, entweder auszufallen oder zu explodieren.

Mir geht es nur um den kleinen Kerl, der etwas baut und Geld spart, aber das ist nicht die Art von Projekt, bei dem man das macht. Wenn Sie wirklich einen dreiphasigen Wechselstromantrieb bauen möchten, starten Sie mit einem kleinen 10-PS-480-V-Motor mit einer Handbremse auf einem Prüfstand. Sie haben das Potenzial, das hosenfüllende Gefühl eines H-Brückenausfalls oder einer Buskondensatorexplosion zwei Fuß von Ihrem Kopf entfernt zu erleben, jedoch ohne die potenziellen Klagen und den Verlust von Leben (außer vielleicht Ihren eigenen).

Im Großen und Ganzen denke ich, dass Sie von einem 500-1000-Stunden-Job und mindestens ein paar tausend Dollar an Material- und Leiterplattenkosten sprechen. Wenn Sie wirklich die beste Lösung für das Geld wollen, holen Sie sich einen hochbezahlten Job und geben Sie die Löhne aus den gleichen 500-1000 Stunden aus, um gebrauchte Motorsteuerungen von Ebay oder Craigslist zu kaufen. Sie werden mit mehr Motorsteuerungen enden.

Aber das macht nicht viel Spaß. Wenn Sie einen bauen möchten, benötigen Sie 6 MOSFETs oder IGBTs (einen auf der hohen Seite und einen auf der niedrigen Seite jedes Beines des Sterns). Anschließend schalten Sie die Schalter mit einem Mikrocontroller ein und aus, um eine Sinuswelle zu simulieren.

Da die Spannung, von der Sie sprechen, ziemlich hoch ist, benötigen Sie einen sogenannten High-Side-Treiber - einen Chip, der einen MOSFET bei sehr hohen Spannungen steuern kann. Der IRS2330 von International Rectifier, der alle drei Phasen ausführt . Seite 19 des IRS2330-Datenblattes enthält ein schönes Diagramm der Grundschaltung.

Ich würde diese App-Notizen von Microchip lesen

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

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

Sie haben ein 3-Phasen-Entwicklungskit, aber ich glaube, Sie müssen darum bitten, eines davon auszuleihen, und da Sie dieses nicht tatsächlich herstellen möchten, bezweifle ich, dass Sie eine hohe Priorität erhalten würden. Trotzdem stehen ihnen Schaltpläne und Code zur kostenlosen Verwendung zur Verfügung.