Esta pregunta proviene de mi propia curiosidad, así que perdona cualquier vaguedad.
Imagina el siguiente escenario:
Tenemos una MCU que emite una señal PWM para controlar la velocidad y la dirección de un motor. En última instancia, queremos conducir un motor de 5 CV con un VFD.
¿Qué necesitaríamos normalmente suministrar al VFD para impulsar el motor? ¿Cómo sabría en qué dirección debe moverse el motor? ¿Solo una señal PWM proporciona esta información ?
La mayoría de los VFD (unidades de frecuencia variable) diseñados para aplicaciones industriales tienen una entrada de control de velocidad de 0-10 V. Es poco probable que su MCU tenga una salida de 0-10 V, pero la mayoría es capaz de PWM de 3.3 V o 5 V. Mediante el filtrado de paso bajo de la señal PWM podemos generar un voltaje de CC para alimentar el variador. El voltaje máximo que podríamos alimentar al variador sería 3.3 V o 5 V con el ancho de pulso al 100%.
Figura 1. Filtro PWM simple. Establezca la constante de tiempo RC en aproximadamente 3 a 10 veces el tiempo de ancho de pulso.
Figura2.ConversiónPWMaanalógicaconfiltroRC.Rojo=velocidaddeseada.Azul=PWM.Verde=salidarealdelfiltro.Fuente:
Según el VFD, esto podría ser adecuado si puede aumentar la frecuencia máxima. Por ejemplo:
Ahora a 5 V en el VFD funcionará a 50 Hz y todo debería estar bien. Si esto no es aceptable, por alguna razón, necesitaría amplificar su señal analógica PWM filtrada en 2 (5 V) o 3 (3.3 V) para lograr un control completo de 0-10 V.
¿Qué necesitaríamos normalmente suministrar al VFD para impulsar el motor?
Una versión filtrada del PWM para convertirlo en un nivel de señal DC (bastante) estable.
¿Cómo sabría en qué dirección debe moverse el motor?
Usualmente una señal digital de dirección separada. Usted podría encontrar una unidad con una señal de control de -10 a +10 o de -5 a +5.
¿Una señal PWM por sí sola proporciona esta información?
PWM solo puede ir del 0% al 100%, por lo tanto, a menos que se pueda programar la unidad para que esté a 0 Hz a 5 V, de modo que 0% = retroceso a toda velocidad y 100% = avance a toda velocidad, la respuesta es no.
PWM a bipolar
Me he encontrado con muchas unidades que utilizan una señal de control de -10 a 10 voltios. Supongo que esto significa que < 0 es la dirección inversa y > 0 es la dirección hacia delante?
Correcto.
Digamos que la MCU emite una señal PWM para la velocidad y usa 1 pin para indicar la dirección (1 = adelante, 0 = reversa), ¿cómo podría convertirse esto a la señal - / + 10v que necesitamos?
Puede ser más fácil volver a escalar la salida como se explica a continuación.
Figura 3. 0 a 100% PWM a +10 a -10 analógico. Nota de inversión.
El circuito de la Figura 3 tiene una salida dada por
$$ V_ {OUT} = - \ frac {R_f} {R_i} V_ {IN} + (1 + \ frac {R_f} {R_i}) V_ {REF} $$
donde \ $ V_ {REF} \ $ es el voltaje de referencia y \ $ V_ {IN} \ $ es el voltaje después de R1-C1. Con los valores que se muestran en el esquema tenemos \ $ V_ {REF} \ $ = 2 V y \ $ \ frac {R_f} {R_i} \ $ = 4. Nuestra fórmula se simplifica a
$$ V_ {OUT} = - 4 V_ {IN} + 5 V_ {REF} = - 4 V_ {IN} + 10 $$
Obtenemos pruebas de 0%, 50% y 100% de PWM:
Como el circuito está invirtiendo, tiene varias opciones para obtener la dirección correcta:
Un VFD industrial necesitaría una señal digital RUN o RUN & DIR, o RUN (FWD), RUN (BKW) y el punto de ajuste de velocidad 0-10V. O puede tener múltiples entradas digitales de velocidad preestablecidas señal S1, S2, S3, .. Otra posibilidad que VFD ofrece opcionalmente es la comunicación, típicamente MODBUS RTU. Con la salida PWM de su MCU, puede, por ejemplo, transformarse en una señal de 0-10 V. Toma la referencia de 10 V del VFD y conecta este voltaje a la salida optoaislada que genera PWM.
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