Выбор метода регулирования частоты вращения однофазного асинхронного Опции

[Слесарь]

Здравствуйте!
Не могу определиться с методом. До 0.5 кВт.

1. частотник Optidrive E3 с однофазным выходом. Очень много ненужных опций и высокая цена. Потребуется фазасдвигающй конденсатор, как понимаю работающий эффективно только на номинальной частоте.

2. Innovert IDD401U21B с обычным выходом, но с блокированными 3Ф опциями. цена приемлема. По прежнему потребуется фазасдвигающй конденсатор.

3. Microchip AN967 управление однофазным мотором, трехфазный выход со смещением фаз 90гр. Не требуется фазасмещающий конденсатор. Отсутствие какого-либо излишества в управлении. Потребуется самостоятельное изготовление.

Какой из вариантов будет максимально энергоэффективным?

[AlexandrY]

3. Microchip AN967 управление однофазным мотором, трехфазный выход со смещением фаз 90гр. Не требуется фазасмещающий конденсатор. Отсутствие какого-либо излишества в управлении. Потребуется самостоятельное изготовление.

У микрочипа в апноте применена неоптимальная модуляция.
Потеряете часть действующего напряжения на выходе

[Kibi]

А что нить из max"овской линейки не смотрели, не помню и схемы под рукой нет, но их использовали там чтото max1487xx.

[Слесарь]

MAX14870/MAX14872
Это же вроде для низковольтных DC моторов.

У микрочипа в апноте применена неоптимальная модуляция.
Потеряете часть действующего напряжения на выходе

А что значит оптимальная? Вроде как если драйвер питается от выпрямителя на 310В то на выходе при любом раскладе можно модулировать до ~220В действующего напряжения с чистым синусом.

[controller_m30]

Если интересно.
Регуляторы вентиляторов компрессорных агрегатов холодильников. Один Danfoss (есть картинка нутра), и один Alco Controls (нутро посмотреть не удалось).
Сколько там скоростей сказать не могу. Но точно больше двух.
Вентиляторы на обеих установках однофазные.

В даташитах есть некоторые подробности их включения и принципа действия (хотя лично я не понял, и если здесь разберёмся, будет и мне полезно узнать).
Alco Controls FSX-42S
Danfoss RGE-Z1N4


Ещё фотки. Полностью плата не снимается.
Подозреваю, что четыре контакта по очереди как-то подключаются к фазе, и при этом подключают в параллель и дополнительные конденсаторы (вроде бы синие "кубики" это конденсаторы).

Сообщение отредактировал controller_m30 - Aug 22 2017, 09:48

Эскизы прикрепленных изображений

 

[AlexandrY]

А что значит оптимальная? Вроде как если драйвер питается от выпрямителя на 310В то на выходе при любом раскладе можно модулировать до ~220В действующего напряжения с чистым синусом.

Уточните между какими точками на схеме вы собираетесь измерять эти действующие 220.
И увидите что там не будет 220 при такой модуляции как в апноте.

[Слесарь]

Скорее всего там СИФУ.
Я пробовал СИФУ, но при уменьшении частоты вращения обороты вентилятора снижаются, а ток электромотора остается прежним. при этом мотор перегревается и очень неприятно гудит.

Здесь будет ~220В

[AlexandrY]

Здесь будет ~220В

Я бы напряжение между точками скажем Va и Vb описал так:

Т.е. имеете две синусоиды с амплитудой равной половине напряжения на DC шине и сдвинутые по фазе скажем на 120 град ( при 90 будет еще хуже)
Получаем что их разность по амплитуде не дотягивает даже до 0.9 от напряжения DC. Соответственно и действующее будет не 220, а 190

[Слесарь]

Так а напряжение DC вроде не 220В, а 310В. 0.9 от 310В это чуть больше чем Вы описали.

[AlexandrY]

Так а напряжение DC вроде не 220В, а 310В. 0.9 от 310В это чуть больше чем Вы описали.

Достижимое межфазное для обсуждаемой модуляции: размах - 538, амплитуда - 269, действующее - 190

[Plain]

Какой из вариантов

Вариант №4 — двухполупериодным удвоителем, т.е. на входе не четыре диода, а два, получить ±400 В, от которых запитать два полумоста на 1200-вольтовых IGBT.

[Слесарь]

Как четвертый вариант, разрешается ли применять прерывистое включение в сеть вентилятора? Сейчас дергал выключателем вентилятора, вроде звучит вполне сносно. Допустим 5 сек. под током, 1 сек. перерыв.
Вес крыльчатки вентилятора около 8 кг., не успевает сильно затормаживаться. Прерывается только небольшой гул сети переменного тока. При разогнанном вентиляторе рабочий ток 2.2А, ток подачи напряжения 2.7А.
может ли такой метод быть не менее эффективным для электросчетчика чем частотный преобразователь?

[AlexandrY]

может ли такой метод быть не менее эффективным для электросчетчика чем частотный преобразователь?

Если задача убить счетчик, то я бы использовал как тут советовали "двухполупериодный удвоитель"

[Слесарь]

Чем убить счетчик? Ток включения превышает рабочий ток всего на 20%

[Plain]

Имеется ввиду постоянный ток, но счётчики его давно считают.

[Слесарь]

Хорошо что считают. Так какой из методов будет более энергоэффективным, прерывистый или инверторный?

[V_G]

Чего-то не пойму, если в разговоре упоминается фазосдвигающий конденсатор, то методом его выбрасывания получается трехфазный мотор. И для него - инвертор с однофазным входом и трехфазным выходом без всяких конденсаторов. Или три провода тянуть проблема?
У самого так помпа в кофемашине включена (через инвертор и с выбрасыванием кондера)

[Слесарь]

У вентилятора смещение фаз 90 гр., у обычного частотника смещение 120 гр. не будет работать.

[Слесарь]

Кто либо пробовал регулировать частоту вращения вентилятора путем частоты пропуска полупериодов сетевого? Пропусти каждый второй или каждый десятый полупериод.
Если да, то какие результаты и до каких мощностей двигателя так можно делать?
В газ. котлах вроде регулируют скорость воздуходувки или дымососа именно так.

[Herz]

Полупериоды, ИМХО, пропускать нельзя: возникнет подмагничивание.

Хорошо что считают. Так какой из методов будет более энергоэффективным, прерывистый или инверторный?

Поясните, что Вы называете энергоэффективностью.

[Слесарь]

Чем плохо подмагничивание? А если в равной степени пропускать как четные так и нечетные полупериоды?

В моем случае более энергоэффективный это тот метод, при котором меньшее энергопотребление при той же выполненной работе.

[alexvu]

В моем случае более энергоэффективный это тот метод, при котором меньшее энергопотребление при той же выполненной работе.

Обычно частотник обеспечивает не только наилучший КПД, но и наиболее "аккуратное" потребление мощности из сети. Недостаток один: цена.

[Слесарь]

Да. При работе от частотника не подмигивает лампочка освещения комнаты в такт подачи тока электромотору.
Но сейчас в большинстве случаев обычно светодиодное освещение, оно не реагирует даже на просадку напряжения сети при пуске главного мотора просадка до 150В.

[alexvu]

Опять же, раз уж Вас волнует вопрос энергоэффективности - то аккуратное потребление из сети есть и самое энергоэффективное.

[Herz]

Чем плохо подмагничивание? А если в равной степени пропускать как четные так и нечетные полупериоды?

Подмагничивание плохо тем, что может привести к насыщению магнитопровода со всеми вытекающими.
Пропуск целых периодов избавит от этой проблемы, это есть разновидность релейного регулирования.

В моем случае более энергоэффективный это тот метод, при котором меньшее энергопотребление при той же выполненной работе.

То есть, высокий КПД? Каков он будет при релейном регулировании - трудно предсказать. Вероятно, будет снижаться со снижением оборотов.

Да. При работе от частотника не подмигивает лампочка освещения комнаты в такт подачи тока электромотору.
Но сейчас в большинстве случаев обычно светодиодное освещение, оно не реагирует даже на просадку напряжения сети при пуске главного мотора просадка до 150В.

Если цель - избавление от подмигивания освещения и светодиодные светильники решают эту проблему, то есть ли ещё о чём говорить? Не понятно.

[Dondob]

есть ли ещё о чём говорить? Не понятно.

Согласен, вообще при при мощности в 0,5 КВА , если не 100 вентиляторов, не совсем понятно столько колебаний, есть множество приемлемых решений.

[Слесарь]

Предложите одно из решений?
Например , такое решение как Optidrive E2 1 phase стоит до пяти раз дороже вентилятора, что не очень рационально. Быть может есть более рациональные решения?

[Фрол Кузьмич]

В моем случае более энергоэффективный это тот метод, при котором меньшее энергопотребление при той же выполненной работе.

Вам важна энергоэффективность? Возьмите вентилятор с ЕС-мотором.

[Слесарь]

помогите, объяснив на пальцах, как лучше организовать синусоидальный выход для асинхронника со смещением фазы пусковой обмотки относительно основной обмотки 90 гр.?

Начал писать код, где по прерыванию таймера переписывается глубина ШИМ для 6 выходов управляющих силовыми ключами.
Допустим, могу хранить синусоидальную тенденцию изменения глубины ШИМ в таблице в памяти и по таймеру выдергивать из таблицы новые данные для ШИМ, но ведь для каждой новой частоты вращения мне понадобится новая синус таблица? Как вообще это организовано в частотниках где выходная частота регулируется до сотых долей Гц? Там при изменении выходной частоты по новой рассчитывается синусоидальная таблица?
Опять же, для низких выходных частот синусоидальная таблица должна быть длинней, с большей детализацией, а для более высоких таблица может быть короче. Как понимаю, нужно выбрать что-то среднее с длиной таблицы?

или может надо наоборот, тенденция изменения глубины ШИМ будет линейной, а прерывания таймера будет происходить с переменным периодом (синусоидально), чтоб на выходе ШИМ так же вырисовывалась синусоидальная тенденчия?

[HardEgor]

Опять же, для низких выходных частот синусоидальная таблица должна быть длинней, с большей детализацией, а для более высоких таблица может быть короче. Как понимаю, нужно выбрать что-то среднее с длиной таблицы?
или может надо наоборот, тенденция изменения глубины ШИМ будет линейной, а прерывания таймера будет происходить с переменным периодом (синусоидально), чтоб на выходе ШИМ так же вырисовывалась синусоидальная тенденчия?

Выбор направления развития программы это самый сложный момент, можно просчитать варианты и выбрать оптимальный, но не всегда получается. Никто за вас это не сможет сделать, могу только подсказать траекторию.
По-простому можно считать синус, а можно хранить самую большую таблицу для самой низкой частоты(для более высоких прореживать, но шаг частот двоичный), хорошо что хранить достаточно четверть периода, но чем больше точность регулирования, тем больше таблица. А можно еще промежуточные значения аппроксимировать прямой(или какой-то кривой 2-3 порядка), тогда можно линейно регулировать, но гармоники полезут, потери возрастут.
Получается, в первом приближении, считать или хранить, зависит от процессора и объема памяти, диапазона регулирования, дискретности регулирования, допустимой несинусоидальности.

[Plain]

Как вообще это организовано в частотниках

Ключевое слово ПЦС — по прерываниям с частотой ШИМ увеличивается на шаг фазы закольцованный аккумулятор фазы, разрядность которого определяет наименьшая требуемая частота, после чего, по его старшим разрядам, как указателю, из таблицы синуса берётся значение. Если таблица грубая, промежуточные значения вычисляются из двух её соседних значений посредством младших разрядов аккумулятора — следовательно, экономить на таблице попросту невыгодно.

[Den64]

Можно использовать DDS генератор. Хотя на таких низких частотах и ШИМ микроконтроллера легко справится.

[Plain]

ШИМ для 6 выходов управляющих силовыми ключами

Выше было предупреждение, что с такой схемой напряжение будет в 1,5 раза меньше номинала, да и то в лучшем случае — Ваш двигатель это устраивает?

[Слесарь]

Ну .. у меня все двигателя (насосы и вентиляторы) с двукратным запасом производительности, для чего и частотник, - эффективно понизить производительность, по этому думаю если питать ключи +300В, то на выходе напряжения будет достаточно.

Более детально изучив ШИМ модуль МК, стратегия немного меняется, длительность периода ШИМ будет постоянной, по окончании периода ШИМ прерывание. По прерыванию ШИМ перезаписывать регистр скважности ШИМ для формирования синусоидальной огибающей ШИМ..

[dac]

А что мешает использовать повышающий до 400В PFC? Сразу решается несколько проблем. Схема усложняется на одну микросхему + дроссель + транзистор + диод.

[Слесарь]

А зачем?
А как же допустимое напряжение выходных ключей?

На сегодняшний день снижаю производительность двигателей с помощью автотрансформатора, но это как понимаю не очень эффективно, по этому помимо пониженного напряжения хочу снизить так же и частоту тока.

[яман-тау]

Попробуйте постоянкой запитать. Мотор щеточный?

[Слесарь]

на постоянке почему-то не вращается.... греется очень сильно...

[яман-тау]

Мотор коллекторный?

[Слесарь]

нет. мотор как в заголовке темы...

[яман-тау]

Прикольно, впервые про такие узнал.

[jcxz]

после чего, по его старшим разрядам, как указателю, из таблицы синуса берётся значение. Если таблица грубая, промежуточные значения вычисляются из двух её соседних значений посредством младших разрядов аккумулятора — следовательно, экономить на таблице попросту невыгодно.

Зачем таблица??? Если синус элементарно вычисляется полиномом. И с гораздо большей точностью, чем по таблице.

[Plain]

На сколько команд потянет этот полином? Потому как речь о работе в прерываниях частотой может даже 100 кГц.

[Слесарь]

Для формирования синуса (переменного тока) рекомендуют создать статическую синус таблицы значений скважности для ШИМ. Для изменения частоты огибающей (переменного тока) ШИМ изменять частоту выборки данных из синус таблицы для ШИМ.

[jcxz]

На сколько команд потянет этот полином? Потому как речь о работе в прерываниях частотой может даже 100 кГц.

На Cortex-M - немного больше 20 тактов - да хоть 1МГц.
А Вы теперь посчитайте - сколько будет работать вариант с таблицей, да ещё с интерполяцией по 2-соседним значениям? Учитывая, что на максимальных частотах в Cortex-МК выборка из флеша занимает до 6-7 тактов.
Удивительно, но почему-то никто, из тех кто сразу строчит таблицы, не задумывается о быстродействии табличного варианта, как будто он безусловно 0-тактный...
У меня даже на STM8 (16МГц) синус по 3 фазам полиномом считается для 10кГц ШИМа. Что уж говорить про Cortex....

PS: А вообще - если действительно нужно быстро генерировать синус, то лучше пользовать не тормозные таблицы или полином, а считать рекуррентно. В этом случае (на ARM) нужно всего около 1 такта CPU на вычисление каждого нового значения синусоиды (ну + ещё конечно его нужно потом сохранить в памяти). Так можно генерить синус на десятках МГц.

[Слесарь]

Сейчас записал синус таблицу из 16 значений для управления заполнением периода ШИМ.
Пока для формирования однофазного переменного тока.
Думаю поступить так, сначала включаю выходные ключи на прямое направление тока, включаю ШИМ, по таймеру последовательно от начала таблицы и до конца вычитываю значения и пишу в ШИМ генератор, дабы на выходе получить синусоидальную форму ШИМ огибающей прямого направления тока. Как только таблица заканчивается, начинаю вычитывать данные из таблицы для ШИМ в обратном порядке, с конца в начало. Так сформировал первые 180гр. синусоидальной формы тока.
Переключаю выходные ключи на обратное направление тока и все повторяю в том же порядке, формирую оставшиеся 180 гр....
Достаточно ли 64 градаций ШИМ огибающей для асинхронного эл. двигателя мощностью до 1 кВт?

[Den64]

Не знаю как считается синус, но элементарное деление float/float на восьмибитках больше 500 тактов. На Cortex-M0 думаю не на много быстрее. На Cortex-M4F FPU инструкцией VDIV.F32(кажись) делит за 14 тактов. Синус Cortex-M4F считает за 100-300 тактов в зависимости от компилятора и его настроек. Если восьмибитка то только таблица, хотя..

[jcxz]

Синус Cortex-M4F считает за 100-300 тактов в зависимости от компилятора и его настроек.

Почитайте что такое полином.

[AlexandrY]

Почитайте что такое полином.

Да не надо нагнетать таинственность, вот эти палиномы так называемые-

Это ряды Тэйлора, которые каждый должен знать еще со школы.

[jcxz]

Это ряды Тэйлора, которые каждый должен знать еще со школы.

Вот именно! Но складывается впечатление, что не все здесь присутствующие учились в школе
Как можно видеть - никаких делений для полиномов не нужно.
И школьного курса тригонометрии достаточно для того, чтобы понять как генерить синусоиду тратя на каждый отсчёт всего одну MAC-операцию. И без каких-либо таблиц.

[Слесарь]

А чем плохи таблицы?

[AlexandrY]

Вот именно! Но складывается впечатление, что не все здесь присутствующие учились в школе
Как можно видеть - никаких делений для полиномов не нужно.
И школьного курса тригонометрии достаточно для того, чтобы понять как генерить синусоиду тратя на каждый отсчёт всего одну MAC-операцию. И без каких-либо таблиц.

В проекте VESC я нашел использование вот такого алгоритма
Короткие специально подобранные полиномы.
Можно взять на заметку.

Правда там с типом float напряг. У этого типа в С-и только 6-ть значащих цифр, а разработчик VESC без тени сомнения копипастит 8 цифр как в оригинале.
Неверно стоит перепроверить точность метода.

[jcxz]

Правда там с типом float напряг. У этого типа в С-и только 6-ть значащих цифр, а разработчик VESC без тени сомнения копипастит 8 цифр как в оригинале.

Вы про константы что-ли? Так компилятор откинет лишние биты. У меня вообще есть такая строчка в коде:
#define M_PI 3.141592653589793238462643383279502884197169399375105820974944
И ничего - проглатывает молча.

А чем плохи таблицы?

А чем плох слон? Да ничем, только сарай для него нужен гораздо больше, чем для коровы, а молока даёт меньше...

[Слесарь]

Вы не могли бы перенести спор про полиномы в другие темы?

[Слесарь]

Ну вроде 1ф переменный ток сформировать вывести наружу получилось. с помощью 4 ключей.
Как сформировать 3ф переменный ток 6-ю ключами со смещением фазы 120 гр. тоже вроде понятно. Испытываю затруднения как вывести 6-ю ключами двухфазный переменный ток со смещением фазы тока стартовой обмотки 90 гр.



Что должно формироваться на общем проводе двух обмоток чтоб это соответствовало главной и стартовой обмоткам?

[AlexandrY]

Испытываю затруднения как вывести 6-ю ключами двухфазный переменный ток со смещением фазы тока стартовой обмотки 90 гр.

Что, слишком маленькие амплитуды получаются?
Ну так и микрочип же предупреждает - http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/00001660B.pdf
По уму для однофазников делают так:

[Plain]

По уму

А ранее Вы говорили, что двухполупериодный удвоитель зло.

Вот активный выпрямитель явно перебор.

[AlexandrY]

А ранее Вы говорили, что двухполупериодный удвоитель зло.

Эт я в модели Mаtlab нашел. Сам бы я так делать не стал. Это схема чисто для демонстрации проблем модуляции.
Тут вообще все криво складывается.
Взять однофазник, который сделали только ради того чтобы не использовать частотник и приладить к нему частотник, которые делают чтобы не использовать однофазники.

[Слесарь]

Я в шоке! че правда в типовом частотнике для трехфазного электродвигателя три полумоста с верхними и нижними ключами, Ключами управляет ШИМ генератор, три ШИМ генератора для трех полумостов, Выходные ключи каждого из полумостов работают в инверсном режиме с deadtime, то есть, когда ШИМ генератор формирует заполнение ШИМ периода открывается верхний ключ полумоста, а когда генератор формирует скважину ШИМ периода, верхний ключ закрывается и через промежуток deadtime открывается нижний ключ? То есть, если время заполнения одного ШИМ периода равняется времени скважины этого же ШИМ периода то верхний и нижний ключи полумоста открыты на равные промежутки времени, то есть на выходе инвертора будет происходит виртуальный переход фазы формируемого напряжения через ноль?

Я почему-то думал что это работает как в этих видео:

http://youtu.be/uv7ZeLyWvoI

http://youtu.be/WeuWL5mG0ag

[AlexandrY]

Я почему-то думал что это работает как в этих видео:

Не надо смотреть всякую гадость в интернетах.
Купите наконец осциллограф и смотрите первоисточник.
Вот как в частотниках Omron выглядит модуляция:


Зеленая линия - ток в одной из фаз.
Остальные линии - напряжения в фазах.

[Слесарь]

А напряжение в фазах взято относительно какого провода?

То есть, вы хотите сказать что это высказывание верно?

в типовом частотнике для трехфазного электродвигателя три полумоста с верхними и нижними ключами, Ключами управляет ШИМ генератор, три ШИМ генератора для трех полумостов, Выходные ключи каждого из полумостов работают в инверсном режиме с deadtime, то есть, когда ШИМ генератор формирует заполнение ШИМ периода открывается верхний ключ полумоста, а когда генератор формирует скважину ШИМ периода, верхний ключ закрывается и через промежуток deadtime открывается нижний ключ? То есть, если время заполнения одного ШИМ периода равняется времени скважины этого же ШИМ периода то верхний и нижний ключи полумоста открыты на равные промежутки времени, то есть на выходе инвертора будет происходит виртуальный переход фазы формируемого напряжения через ноль?

[AlexandrY]

А напряжение в фазах взято относительно какого провода?

То есть, вы хотите сказать что это высказывание верно?

Взято относительно минуса внутренней DC шины частотника.

Утверждение ваше согласуется с осциллограммой, в общих чертах верное.
Только надо точнее применять формулировки.
Например "виртуальный переход фазы формируемого напряжения"
Это не виртуальный переход, а реальный и не фазы, а основной гармоники межфазного напряжения.
На осциллограмме вы эту гармонику не видите, видите ток, но он отстает по фазе на угол зависящий от скорости ротора.

[Слесарь]

Понятно....
Спасибо!
Тогда можно пробовать подавать на силовые ключи полное напряжение и смотреть как раскручивается ротор двигателя.