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[讨论] 根据PWM功放原理,初设计一个风扇无极调速。

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一粒金砂(中级)

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发表于 2018-5-11 15:39:41 | 显示全部楼层 |阅读模式
前几天看朋友买一个调速风扇,感觉好高档。一查居然是可控硅在调速。自己也想把家里风扇改成无极调速的,但是用可控硅还是不甘心。由于本人对D类功放原理还是比较了解,初步设计了一个图纸给大家参考一下。周末去买高压MOS管和半桥驱动IR2111。呈上改造风扇无极调速的经历和心得!
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DC-AC.png
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一粒金砂(中级)

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 楼主| 发表于 2018-5-11 15:40:48 | 显示全部楼层
电感应该是2.2mH
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一粒金砂(中级)

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 楼主| 发表于 2018-5-11 15:52:33 | 显示全部楼层
这是使用数字功放调制的电路,但是频率最低70KHZ,担心IR2111和MOS不能正常工作,需要实际测试看。
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管理员

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发表于 2018-5-11 16:07:19 来自手机 | 显示全部楼层
哈哈,棒棒哒楼主!祝你改造顺利,期待你的改造成果秀呀

点评

好的  详情 回复 发表于 2018-5-11 16:16


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一粒金砂(中级)

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 楼主| 发表于 2018-5-11 16:16:27 | 显示全部楼层
okhxyyo 发表于 2018-5-11 16:07
哈哈,棒棒哒楼主!祝你改造顺利,期待你的改造成果秀呀

好的
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一粒金砂(高级)

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发表于 2018-5-11 16:17:21 | 显示全部楼层
为什么 “但是用可控硅还是不甘心” ? 这个要便宜点吧


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裸片初长成(初级)

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发表于 2018-5-11 17:42:08 | 显示全部楼层
家里的电扇一般都是交流异步电机的,用这种方式可以吗?没有研究过。
70KHz的频率对驱动和MOS管来说应该问题不大。我用过100KHz以上的,不过不是IR2111,用的是2104。
交流调速还是用可控硅调角的比较多

点评

相当于改变输入电压,50HZ频率不变相位不变。因为半桥输出达不到220V,先实验一下可行再做全桥。  详情 回复 发表于 2018-5-12 18:24


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五彩晶圆(中级)

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发表于 2018-5-11 21:44:31 | 显示全部楼层
楼主会由不甘心变成心不甘
在酱缸文化里,一个敢在圈子里说真话的是不受喜欢的,会被老大老二老三老四老六老七老八和一些滥人等往死里整,嘿嘿!


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五彩晶圆(中级)

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发表于 2018-5-11 22:18:06 | 显示全部楼层
都睡了,又爬起来,给楼主讲一下问题所在。首先,风扇一般是电容运转电机,其扭矩受副绕组电流的大小及相移影响远大于主绕组的电流值。传统的抽头调速、电感调速、可控硅调速都不会改变供电频率,故这三种方式的相移一定,主幅绕组的比例一定,扭矩也就有保障,在低速也可正常运转。
但是,但是,楼主的电路一看就是想搞VVVF,这可不妙啊!比如说半频半压,主绕组电流倒是降半,但幅绕组可能只剩1/4,而且相移还不够,连启动都困难,反不如定频半压好使。
又是10年前干过的活儿,当时是把移相电容丢了,搞成两相VVVF才调速自如。
得了,等会又会有一个很2的东西跳出来骂人,哈哈,闪,,,

点评

确实我是没想那么多,只觉得调整输入电压来调速,应该很好。频率和相位不变只改变电压,而且这种开关调压方式效率很高。却不知道这么多问题!改天先用个自耦调压器试试。  详情 回复 发表于 2018-5-12 18:12
在酱缸文化里,一个敢在圈子里说真话的是不受喜欢的,会被老大老二老三老四老六老七老八和一些滥人等往死里整,嘿嘿!


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一粒金砂(中级)

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 楼主| 发表于 2018-5-12 18:12:09 | 显示全部楼层
PowerAnts 发表于 2018-5-11 22:18
都睡了,又爬起来,给楼主讲一下问题所在。首先,风扇一般是电容运转电机,其扭矩受副绕组电流的大小及相移 ...

确实我是没想那么多,只觉得调整输入电压来调速,应该很好。频率和相位不变只改变电压,而且这种开关调压方式效率很高。却不知道这么多问题!改天先用个自耦调压器试试。

点评

这明摆着就是单纯调压法嘛,如果有互补功率管,甚至可以连流都甭整,直接对交流电斩波调宽。  详情 回复 发表于 2018-5-13 21:02
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一粒金砂(中级)

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 楼主| 发表于 2018-5-12 18:24:24 | 显示全部楼层
jishuaihu 发表于 2018-5-11 17:42
家里的电扇一般都是交流异步电机的,用这种方式可以吗?没有研究过。
70KHz的频率对驱动和MOS管来说应该问 ...

相当于改变输入电压,50HZ频率不变相位不变。因为半桥输出达不到220V,先实验一下可行再做全桥。
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五彩晶圆(中级)

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发表于 2018-5-12 20:14:09 | 显示全部楼层
问题不在于PWM或调角,而是如何驯服 感性负载,让脆弱的 功率半导体 得以安全运作,
跟扬声器不一样,马达几乎是纯电感,白炽灯(或发热线)用的调光器,是不允许带风扇及节能灯的,这经验教训大神们都懂吧,
另外,马达是工频用器,铁芯虽然切了片,但对于超声频率,铁损仍是极其严重的,既伤害马达,又费电还对管子不利,滤波该加就别省!

点评

为什么马达是超声频率呢?我输出仍然是50HZ的正弦交流电,并不是20KHZ的高频脉冲。这其实就是一个D类功放电路,输入50HZ的正弦信号,被调制成20KHZ的PWM脉冲。被IR2111和MOS管放大输出高压的20KHZ脉冲,通过2mH的电  详情 回复 发表于 2018-5-13 18:17
你这些完全是想当然,电扇电机的功率因数比你想象的要高得多。 可控硅调速器卖了几十年,最先还是从欧美学来的。 变频器大多直接SPWM或VSPWM输出。  详情 回复 发表于 2018-5-12 22:01
理论还需理论解!


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五彩晶圆(中级)

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发表于 2018-5-12 22:01:34 | 显示全部楼层
hk6108 发表于 2018-5-12 20:14
问题不在于PWM或调角,而是如何驯服 感性负载,让脆弱的 功率半导体 得以安全运作,
跟扬声器不一样,马达 ...

你这些完全是想当然,电扇电机的功率因数比你想象的要高得多。
可控硅调速器卖了几十年,最先还是从欧美学来的。
变频器大多直接SPWM或VSPWM输出。

点评

楼主买的风扇是商品,用TRIAC调速,楼主设计的是普通的PWM控制(跟 变频器 还是不一样), 功率因数即使是零,对马达本身也不会有害,电网容量被架空,开关元件承受过大的电压应力,这些才是害处,虽然同是以TRIAC  详情 回复 发表于 2018-5-13 12:56
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五彩晶圆(中级)

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发表于 2018-5-12 22:54:14 | 显示全部楼层
PF值达0.995,也就是说无功电流只占10%左右。
IMG_20180512_202956.jpg

300V的半桥SPWM要输出不失真正弦波,也就100V左右,功率基本上正比于电压,转的有气无力。
IMG_20180512_203140.jpg

交流60V,不能启动了,PF值维持0.995
IMG_20180512_203307.jpg

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发表于 2018-5-13 12:21:09 | 显示全部楼层
昨晚说错了,功率是基本正比于电压的平方。
楼上的测试,是2台电扇同时工作,一台艾美特+一台格力。

关于硅钢片的高频损耗,很多人有误解。其实在定压驱动下,频率越高铁损会越小。比如说音频变压器的参数主要就由下限频率决定,只要下限工作正常,上限的发热绝不可能超过下限,实际上定压条件下上限频率的铁损不到下限频率的十分之一。

电机的励磁系统可等效为变压器:具备自感、互感、漏感、铁损、绕组电阻、杂散电容。
台式电扇的电机绕组近千匝,励磁电感可达十享利量级,绕组电阻及杂散电容也相当大,绕组分散的结果也造成漏感很大,可达几百mH级别。商业变频器为啥直接SPWM输出?电机励磁的漏感比需要的滤波电感大得多,变频电机应运而生:解决绕组所能承受的dv/dt即可。

点评

变压器如果是 定压输入,负载固定,那么,频率高端是 欠压运行,轻载输出,铁损当然可以不大, 随便找个普通的开关式电力调控器看看,电感类的元件用的铁芯都是铁氧体,马达跟音频变压器不一样,马达(尤其是在有载  详情 回复 发表于 2018-5-13 15:03
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发表于 2018-5-13 12:56:41 | 显示全部楼层
PowerAnts 发表于 2018-5-12 22:01
你这些完全是想当然,电扇电机的功率因数比你想象的要高得多。
可控硅调速器卖了几十年,最先还是从欧美 ...

楼主买的风扇是商品,用TRIAC调速,楼主设计的是普通的PWM控制(跟 变频器 还是不一样),
功率因数即使是零,对马达本身也不会有害,电网容量被架空,开关元件承受过大的电压应力,这些才是害处,虽然同是以TRIAC调控,台灯调光器带风扇能像带白炽灯一样安全?

点评

楼主是做PWM还是SPWM,你先看懂图,或是问楼主好了,不要乱猜。 SPWM后面的负载功率因数多少,跟电网无关,无功电流完全经半桥(实际为双向DC-DC) 由滤波电容吞吐,不会跑到电网里去。 台灯调光器带风扇和白炽灯是  详情 回复 发表于 2018-5-13 14:46
理论还需理论解!


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五彩晶圆(中级)

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发表于 2018-5-13 14:46:33 | 显示全部楼层
hk6108 发表于 2018-5-13 12:56
楼主买的风扇是商品,用TRIAC调速,楼主设计的是普通的PWM控制(跟 变频器 还是不一样),
功率因数即使 ...

楼主是做PWM还是SPWM,你先看懂图,或是问楼主好了,不要乱猜。
SPWM后面的负载功率因数多少,跟电网无关,无功电流完全经半桥(实际为双向DC-DC) 由滤波电容吞吐,不会跑到电网里去。
台灯调光器带风扇和白炽灯是不是一样安全的问题,就好比问小汽车载客和载货是不是一样安全一样,问题本身就有问题。坐8个人和载100公斤货怎能类比?

点评

SPWM,负载功因对电网全无影响(APFC也是如此),这点我深信不疑,这效果,相当于工频调角的方式对功因的影响,而且这影响是完全足以把电器本身的电抗属性屏蔽(不是逆转或消灭)的。  详情 回复 发表于 2018-5-13 19:45
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发表于 2018-5-13 15:03:28 | 显示全部楼层
PowerAnts 发表于 2018-5-13 12:21
昨晚说错了,功率是基本正比于电压的平方。
楼上的测试,是2台电扇同时工作,一台艾美特+一台格力。

关 ...

变压器如果是 定压输入,负载固定,那么,频率高端是 欠压运行,轻载输出,铁损当然可以不大,
随便找个普通的开关式电力调控器看看,电感类的元件用的铁芯都是铁氧体,马达跟音频变压器不一样,马达(尤其是在有载时)不允许欠压运行,不滤波,直接让硅钢片吃高频,不妥当吧, 即使是TRIAC控制的,开关会产生 高次谐波,调角会使市电波形畸变,铁芯温度始终会比无控时要高,这可是前人的体验,还著书立说,这个当然可是没法瞎想的。

点评

变压器在工作频率升高时铁损可能减少,那是因为频率升高后铁心磁通密度减少。 交流感应电动机也不能说是“不允许欠压运行”。楼主要控制的是电风扇,这类机械负载的调速方法,过去就是与电动机串联一个电感,工作于  详情 回复 发表于 2018-5-13 15:43
定压,频率高端何来的欠压运行?200HZ 50Vrms的信号跟5000HZ,50Vrms的信号幅度不同? 这两种信号分别加在同一音频变压器上,不同的是硅钢片的磁密,后者只有前者的1/25,硅钢片内的涡损只有前者的1/625, 然铁损不  详情 回复 发表于 2018-5-13 15:23
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发表于 2018-5-13 15:23:30 | 显示全部楼层
hk6108 发表于 2018-5-13 15:03
变压器如果是 定压输入,负载固定,那么,频率高端是 欠压运行,轻载输出,铁损当然可以不大,
随便找个 ...

定压,频率高端何来的欠压运行?200HZ 50Vrms的信号跟5000HZ,50Vrms的信号幅度不同?
这两种信号分别加在同一音频变压器上,不同的是硅钢片的磁密,后者只有前者的1/25,硅钢片内的涡损只有前者的1/625, 然铁损不光只看涡损,还有磁滞损耗,剩余损耗等,所以差别也就没这么大,但总的来说,驱动幅度一致的情况下,铁损随频率增加而降低,这是不争的事实。

马达允许允许欠压运行,这要看情况,有的马达要求恒速恒扭矩,那供电电压和频率就得固定。有的马达需要恒流矩调速,那就得恒流调频,不能一概而论。

前人的经验?作者是那一位?著书立说,在那里?温升数据贴出来看一下

点评

我看书读报不是为了写论文或打官司,只抓取感兴趣的信息内容,从不记住 书名是甚么,作者或发言人是谁,只能说,专业知识是无法凭空杜撰的,我提到的资讯一定是出现过,否则不可能会有印像。  详情 回复 发表于 2018-5-13 18:24
在酱缸文化里,一个敢在圈子里说真话的是不受喜欢的,会被老大老二老三老四老六老七老八和一些滥人等往死里整,嘿嘿!


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五彩晶圆(中级)

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发表于 2018-5-13 15:28:02 | 显示全部楼层
三相变频电机也就比普通三相电机贵10%,铁芯不也是硅钢片做的?驱动波形可不是正弦波,而是受正弦调制的矩形波(SPWM),这么干的目的,就是省掉三个滤波电感

点评

据说,除SPWM外,D类放大器也有 无滤波 方案(甚至可能已经商品化了), 不咋的,如果真的能通过 安全,性能,电磁兼容,能源效益… 等一篮子认证,那又有何不可呢。  详情 回复 发表于 2018-5-13 20:14
在酱缸文化里,一个敢在圈子里说真话的是不受喜欢的,会被老大老二老三老四老六老七老八和一些滥人等往死里整,嘿嘿!


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