¿Puedo hacer una velocidad variable del motor de CA de una velocidad modulando la entrada de potencia?

Question

¿Puedo hacer una velocidad variable del motor de CA de una velocidad modulando la entrada de potencia?

#1 de Charles Cowie (1 votos)
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^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Estoy usando una Raspberry Pi con un relé de estado sólido SainSmart. Si conecto el relé a un motor de CA (un ventilador de caja en este caso) y ejecuto el siguiente script de Perl con diferentes valores de tiempo, la velocidad del motor cambia en consecuencia.

use Time::HiRes qw(usleep);

for(;;) { 
  system("gpio write 24 0");
  usleep(50000); # 50ms
  system("gpio write 24 1");
  usleep(50000);
}

La pregunta es, ¿es esto seguro y eficiente? Si no es así, ¿hay alguna manera de hacerlo así con hardware económico adicional?

EDITAR: En observación adicional, esto podría no ser una buena idea después de todo. Conecté un medidor a la fuente de alimentación de CA y el ventilador en realidad consume más energía en un ciclo de trabajo del 95% que a toda velocidad, a pesar de que el ventilador gira notablemente más lento. Es de suponer que esa potencia adicional es solo para calentar el motor.

ac motor pwm speed variable

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¿Puedo hacer una velocidad variable del motor de CA de una velocidad modulando la entrada de potencia?

No puedes modular la potencia. Usted puede ser capaz de controlar el voltaje. El motor y la carga trabajando juntos determinarán qué corriente se extraerá y cuánta potencia se tomará de la fuente.

Si controla el voltaje a un ventilador de caja, es probable que la velocidad se pueda controlar en un rango limitado pero útil. Esto funcionará con un condensador dividido permanente o un motor de inducción tipo polo sombreado que impulsa un ventilador o una bomba centrífuga. No funcionará con otros tipos de motores de inducción u otros tipos de cargas. Incluso en las condiciones anteriores, existe la posibilidad de que el motor se recaliente eventualmente.

El dispositivo utilizado para controlar el voltaje debe tener los valores de voltaje y corriente adecuados. Debe ser capaz de activar el encendido de voltaje en el ciclo de lodo para obtener una forma de onda como esta:

La pregunta es, ¿es seguro y eficiente?

La seguridad depende del diseño y la implementación. Parte de eso sería determinar si el motor y la carga específicos funcionan correctamente y si el motor no se sobrecalienta. Para estar completamente seguro, el motor probablemente necesite un fusible térmico incrustado en el devanado y el fabricante.

Esto probablemente no reducirá la eficiencia mucho en comparación con la operación a velocidad constante. Reducir la velocidad del ventilador reducirá el flujo de aire y requerirá menos energía que la operación a plena velocidad, incluso si el motor es un poco menos eficiente.

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La modulación de ancho de pulso funciona bien con pequeños motores y voltajes de CC, pero no creo que funcione bien en CA. Puedo ver que el relé y el motor estarán bajo mucha tensión debido al alto consumo de corriente.

respondido por el Rod Berkelmans

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Es posible que desee ver cómo funcionan las unidades de frecuencia variable. Para motores trifásicos, generalmente controla la velocidad modulando la frecuencia de la tensión de CA. Esto se logra generalmente rectificando la línea de CA a CC, luego colocando un inversor de frecuencia variable en la CC para convertirlo nuevamente a CA. Nunca lo he visto hacer, pero el mismo principio debería aplicarse a los motores monofásicos. (Creo que es más probable que la modulación del voltaje reduzca el par de torsión más que la velocidad, aunque estarán relacionados en cierta medida).

Un inversor VFD generalmente ejecuta una señal PWM de alta frecuencia, siendo típica la portadora de 2-6 kHz para generar una fundamental de ~ 60 Hz. Pero si no le importa el control detallado (o la vida útil de su motor) puede utilizar un inversor de onda cuadrada relativamente simple o de onda cuadrada modificada. La mayoría de los relés de estado sólido que he visto tienen tiempos de conmutación medidos en milisegundos, por lo que tratar de moldear cualquier forma de onda de CA con ellos será problemático. Los transistores de potencia (IGBT o FET) son probablemente el camino a seguir.

Por supuesto, ¡diseñar incluso un inversor monofásico de onda cuadrada para impulsar un motor no es trivial! Y, desde mi punto de vista, los inversores disponibles en el mercado son mucho más baratos que cualquier cosa que pueda esperar construir para un nivel de potencia significativo. Me pregunto si podría tomar un inversor comercial y modificar sus referencias de alguna manera para dar una frecuencia variable ...

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Los motores de inducción de CA no funcionan de esa manera.

Esto es lo que está sucediendo dentro de un motor de inducción. Es un cilindro, con 3 bobinas de campo alrededor del borde. Utiliza cualquiera de las 3 -fase de potencia, o monofásica con un bobinado adicional de "inicio" para que gire en la dirección correcta.

Los tres devanados forman un campo magnético que gira alrededor del cilindro a la frecuencia de la línea, por lo que 60 ciclos / segundo (3600 RPM) o 50 ciclos (3000 RPM).

Es como si hubiera un imán giratorio imaginario con 2 polos: norte y sur.

Sí, podría usar 6 devanados y hacer que el imán giratorio imaginario tenga 4 polos. Eso giraría la mitad de la velocidad.

El rotor (parte giratoria) no es más que un cilindro hueco que atrapa la onda magnética giratoria y es arrastrado por ella. Se asemeja a una rueda de hámster y en realidad se llama una jaula de ardilla. No hay imanes permanentes en él, todo esto sucede a través de la inducción de corrientes parásitas, de ahí el nombre del motor.

Por naturaleza, esto tiene una pequeña cantidad de "deslizamiento". Entonces, un motor cuyo campo gira a 3600 rpm está clasificado para 3450 RPM. El deslizamiento varía ligeramente según la carga (si alguna vez has trabajado en un taller de carpintería, conoces el sonido de un motor "cargando"), pero esa es la velocidad a la que va , asumiendo la entrada La frecuencia es de 60 Hz.

Todo el motor está cuidadosamente sintonizado para que sea eficiente (evite generar calor interno que tendría que enfriarse activamente) cuando se alimenta una onda sinusoidal.

Bueno.

Ahora que conoce el puntaje, puede ver dónde cambiar la forma de onda de 60Hz hará absolutamente nada para cambiar la velocidad del motor, pero romper la onda sinusoidal que necesita para ser eficiente (coolable). Además, recibías una gran cantidad de EMF inverso inductivo en tu interruptor, lo que me sorprende que no lo haya hecho.

Y ahora ya sabe cómo controlar la velocidad del motor: aliméntelo con una onda sinusoidal a una frecuencia diferente. Sí, eso es más difícil. Y no es realmente pensable hasta que la conmutación de potencia de silicio se hizo bastante buena. Que es lo que es una unidad de frecuencia variable: la "bala mágica" para resolver este problema. Mientras hace VFD, también puede hacer correcto trifásico, para aumentar la eficiencia, permitir la reversibilidad y evitar el "bobinado de inicio" de los motores monofásicos. Por cierto, un trabajo interesante sobre esto es "Magic Sinewaves" de Don Lancaster.

¿Puedo hacer una velocidad variable del motor de CA de una velocidad modulando la entrada de potencia?

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