Схемы любительских частотных преобразователей

Схемы любительских частотных преобразователей

Преобразователь предназначался для питания маленького трехфазного мотора ДИД-5ТА, который употреблялся в станке для сверления печатных плат. При всем этом необходимо подчеркнуть, что рабочая частота этого мотора 400Гц, а напряжение питания 27В. Не считая того, средняя точка мотора (при соединении обмоток «звездой») выведена наружу, что позволило максимально упростить схему: пригодилось всего три выходных сигнала, а на каждую фазу потребовался всего один выходной ключ. Схема генератора показана на рисунке 1.

Как видно из схемы преобразователь состоит из 3-х частей: генератора-формирователя импульсов трехфазной последовательности на микросхемах DD1…DD3, 3-х ключей на составных транзисторах (VT1…VT6) и фактически электродвигателя M1.

На рисунке 2 показаны временные диаграммы импульсов, сформированных генератором-формирователем. Задающий генератор выполнен на микросхеме DD1.

При помощи резистора R2 можно установить требуемую частоту вращения мотора, также изменять ее в неких границах. Более подробную информацию о схеме можно выяснить в обозначенном выше журнальчике.

Необходимо подчеркнуть, что по современной терминологии подобные генераторы-формирователи именуются контроллерами.

Схемы любительских частотных преобразователей

Набросок 1.

Схемы любительских частотных преобразователей

Набросок 2. Временные диаграммы импульсов генератора.

На базе рассмотренного контроллера А. Дубровским из г. Новополоцка Витебской обл. была разработана конструкция частотно-регулируемого привода для мотора с питанием от сети переменного тока напряжением 220В. Схема устройства была размещена в журнальчике «Радио» 2001г. №4.

В этой схеме, фактически без конфигураций, употребляется только-только рассмотренный контроллер по схеме М. Мухина. Выходные сигналы с частей DD3.2, DD3.3 и DD3.4 употребляются для управления выходными ключами A1, A2, и A3, к которым подключается электродвигатель. На схеме стопроцентно показан ключ A1, другие схожи. Стопроцентно схема устройства показана на рисунке 3.

Схемы любительских частотных преобразователей

  • Набросок 3.
  • Подключение мотора к выходу трехфазного инвертора
  • Для ознакомления с подключением мотора к выходным ключам стоит разглядеть облегченную схему, приведенную на рисунке 4.

Схемы любительских частотных преобразователей

Набросок 4.

На рисунке показан электродвигатель M, управляемый ключами V1…V6. Полупроводниковые элементы для упрощения схемы показаны в виде механических контактов. Питание электродвигателя осуществляется неизменным напряжением Ud получаемым от выпрямителя (на рисунке не показан). При всем этом, ключи V1, V3, V5 именуются верхними, а ключи V2, V4, V6 нижними.

Совсем разумеется, что открытие сразу верхних и нижних ключей, а конкретно парами V1&V6, V3&V6, V5&V2 совсем неприемлимо: произойдет куцее замыкание. Потому, для обычной работы таковой главный схемы, непременно, чтоб к моменту открытия нижнего ключа верхний ключ уже был закрыт. С этой целью контроллеры управления сформировывают паузу, нередко именуемую «мертвой зоной».

Величина этой паузы такая, чтоб обеспечить гарантированное закрытие силовых транзисторов. Если эта пауза будет недостаточна, то может быть краткосрочное открытие верхнего и нижнего ключа сразу. Это вызывает нагрев выходных транзисторов, нередко приводящий к выходу их из строя. Такую ситуацию именуют сквозными токами.

Вернемся к схеме, показанной на рисунке 3. В этом случае верхними ключами являются транзисторы 1VT3, а нижними 1VT6. Несложно увидеть, что нижние ключи гальванически связаны с управляющим устройством и межу собой. Потому управляющий сигнал с выхода 3 элемента DD3.

2 через резисторы 1R1 и 1R3 подаются конкретно на базу составного транзистора 1VT4…1VT5. Этот составной транзистор есть не что другое, как драйвер нижнего ключа. В точности также от частей DD3, DD4 управляются составные транзисторы драйверов нижнего ключа каналов A2 и A3.

Питание всех 3-х каналов осуществляется от 1-го и такого же выпрямителя на диодном мосте VD2.

Верхние же ключи гальванической связи с общим проводом и управляющим устройством не имеют, потому для управления ими не считая драйвера на составном транзисторе 1VT1…1VT2 пришлось в каждый канал установить дополнительный оптрон 1U1. Выходной транзистор оптрона в этой схеме также делает функцию дополнительного инвертора: когда на выходе 3 элемента DD3.2 высочайший уровень открыт транзистор верхнего ключа 1VT3.

Для питания каждого драйвера верхнего ключа употребляется отдельный выпрямитель 1VD1, 1C1. Каждый выпрямитель питается от персональной обмотки трансформатора, что можно рассматривать как недочет схемы.

Конденсатор 1C2 обеспечивает задержку переключения ключей около 100 микросекунд, столько же дает оптрон 1U1, тем формируется вышеупомянутая «мертвая зона».

Довольно ли только регулирования частоты?

С снижением частоты питающего переменного напряжения падает индуктивное сопротивление обмоток мотора (довольно вспомнить формулу индуктивного сопротивления), что приводит к повышению тока через обмотки, и, как следствие, к перегреву обмоток. Также происходит насыщение магнитопровода статора. Чтоб избежать этих негативных последствий, при уменьшении частоты приходится снижать и действенное значение напряжения на обмотках мотора.

Одним из методов решения трудности в любительских частотниках предлагалось это самое действенное значение регулировать с помощью ЛАТРа, подвижный контакт которого имел механическую связь с переменным резистором регулятора частоты. Таковой метод был рекомендован в статье С. Калугина «Доработка регулятора частоты вращения трехфазных асинхронных двигателей». Журнальчик «Радио» 2002, №3, стр.31.

В любительских критериях механический узел выходил в изготовлении сложным, а главное ненадежным. Более обычный и надежный метод использования автотрансформатора был предложен Э. Мурадханяном из Еревана в журнальчике «Радио» №12 2004. Схема этого устройства показана на рисунках 5 и 6.

Напряжение сети 220В подается на автотрансформатор T1, а с его подвижного контакта на выпрямительный мост VD1 с фильтром C1, L1, C2. На выходе фильтра выходит изменяемое неизменное напряжение Uрег, применяемое фактически для питания мотора.

Схемы любительских частотных преобразователей

Набросок 5.

Напряжение Uрег через резистор R1 также подается на задающий генератор DA1, выполненный на микросхеме КР1006ВИ1 (ввезенный вариант NE555). В итоге такового подключения обыденный генератор прямоугольных импульсов преобразуется в ГУН (генератор, управляемый напряжением).

Потому, при увеличении напряжения Uрег возрастает и частота генератора DA1, что приводит к повышению частоты вращения мотора.

При понижении напряжения Uрег пропорционально миниатюризируется и частота задающего генератора, что дает возможность избежать перегрев обмоток и перенасыщение магнитопровода статора.

Схемы любительских частотных преобразователей

Набросок 6.

В той же журнальной статье создатель предлагает вариант задающего генератора, который позволяет избавиться от использования автотрансформатора. Схема генератора показана на рисунке 7.

Схемы любительских частотных преобразователей

Набросок 7.

Генератор выполнен на втором триггере микросхемы DD3, на схеме обозначен как DD3.2. Частота задается конденсатором C1, регулировка частоты осуществляется переменным резистором R2.

Совместно с регулировкой частоты меняется и продолжительность импульса на выходе генератора: при снижении частоты продолжительность миниатюризируется, потому напряжение на обмотках мотора падает.

Таковой принцип управления именуется широтно импульсной модуляцией (ШИМ).

В рассматриваемой любительской схеме мощность мотора невелика, питание мотора делается прямоугольными импульсами, потому ШИМ довольно примитивна.

В реальных промышленных частотных преобразователях большой мощности ШИМ создана для формирования на выходе напряжений фактически синусоидальной формы, как показано на рисунке 8, и для реализации работы с разными нагрузками: при неизменном моменте, при неизменной мощности и при вентиляторной нагрузке.

Схемы любительских частотных преобразователей

Набросок 8. Форма выходного напряжения одной фазы трехфазного инвертора с ШИМ.

Силовая часть схемы

Современные фирменные частотники имеют на выходе массивные транзисторы структуры MOSFET либо IGBT, специально созданные для работы в преобразователях частоты.

В ряде всевозможных случаев эти транзисторы объединены в модули, что в целом улучшает характеристики всей конструкции. Управление этими транзисторами делается при помощи специализированных микросхем-драйверов.

В неких моделях драйверы выпускаются встроенными в транзисторные модули.

Более всераспространены в текущее время микросхемы и транзисторы компании International Rectifier. В описываемой схеме полностью может быть применить драйверы IR2130 либо IR2132.

В одном корпусе таковой микросхемы содержится сходу 6 драйверов: три для нижнего ключа и три для верхнего, что позволяет просто собрать трехфазный мостовой выходной каскад.

Не считая основной функции эти драйверы содержат также несколько дополнительных, к примеру защита от перегрузок и маленьких замыканий. Более подробную информацию об этих драйверах можно выяснить из технических описаний Data Sheet на надлежащие микросхемы.

При всех плюсах единственный недочет этих микросхем их высочайшая стоимость, потому создатель конструкции пошел другим, более обычным, дешевеньким, и в то же время работоспособным методом: спец микросхемы-драйверы изменены микросхемами интегрального таймера КР1006ВИ1 (NE555).

Читайте также:  Какую плату arduino выбрать

Выходные ключи на интегральных таймерах

Если возвратиться к рисунку 6, то можно увидеть, что схема имеет для каждой из 3-х фаз выходные сигналы, обозначенные как «Н» и «В». Наличие этих сигналов позволяет раздельно управлять верхними и нижними ключами. Такое разделение позволяет сформировывать паузу меж переключением верхних и нижних ключей с помощью блока управления, а не самими ключами, как было показано в схеме на рисунке 3.

Схема выходных ключей с применением микросхем КР1006ВИ1 (NE555) показана на рисунке 9. Естественно, что для трехфазного преобразователя пригодится три экземпляра таких ключей.

Схемы любительских частотных преобразователей

Набросок 9.

В качестве драйверов верхних (VT1) и нижних (VT2) ключей употребляются микросхемы КР1006ВИ1, включенные по схеме триггеров Шмидта. С помощью их может быть получить импульсный ток затвора более 200мА, что позволяет получить довольно надежное и резвое управление выходными транзисторами.

Микросхемы нижних ключей DA2 имеют гальваническую связь с источником питания +12В и, соответственно, с блоком управления, потому их питание осуществляется от этого источника.

Микросхемы верхних ключей можно запитать так же, как было показано на рисунке 3 с внедрением дополнительных выпрямителей и отдельных обмоток на трансформаторе. Но в данной схеме применяется другой, так именуемый, «бустрепный» способ питания, смысл которого в последующем.

Микросхема DA1 получает питание от электролитического конденсатора C1, заряд которого происходит по цепи: +12В, VD1, C1, открытый транзистор VT2 (через электроды сток — исток), «общий».

Другими словами заряд конденсатора C1 происходит в то время, когда открыт транзистор нижнего ключа. В этот момент минусовой вывод конденсатора С1 оказывается фактически накоротко соединен с общим проводом (сопротивление открытого участка «сток — исток» у массивных полевых транзисторов составляет тысячные толики Ома!), что и обеспечивает возможность его заряда.

При закрытом транзисторе VT2 также закроется и диодик VD1, заряд конденсатора C1 закончится до последующего открытия транзистора VT2.

Но заряд конденсатора C1 достаточен для питания микросхемы DA1 на время, пока закрыт транзистор VT2. Естественно, что в этот момент транзистор верхнего ключа находится в закрытом состоянии.

Данная схема силовых ключей оказалась так хороша, что без конфигураций применяется и в других любительских конструкциях.

В данной статье рассмотрены только самые обыкновенные схемы любительских трехфазных инверторов на микросхемах малой и средней степени интеграции, с которых все начиналось, и где можно даже по схеме разглядеть все «изнутри». Более современные конструкции выполнены с применением микроконтроллеров, в большинстве случаев серии PIC, схемы которых также не один раз публиковались в журнальчиках «Радио».

Микроконтроллерные блоки управления по схеме более ординарны, чем на микросхемах средней степени интеграции, имеют такие нужные функции, как плавный запуск мотора, защита от перегрузок и маленьких замыканий и некие другие. В этих блоках все реализовано за счет управляющих программ либо как их принято именовать «прошивок». Конкретно от этих программ и зависит как отлично либо плохо будет работать блок управления трехфазного инвертора.

Довольно обыкновенные схемы контроллеров трехфазного инвертора размещены в журнальчике «Радио» 2008 №12. Статья именуется «Задающий генератор для трехфазного инвертора». Создатель статьи А. Длинный является также создателем цикла статей о микроконтроллерах и многих других конструкций. В статье приведены две обычных схемы на микроконтроллерах PIC12F629 и PIC16F628.

Частота вращения в обеих схемах меняется ступенчато при помощи однополюсных тумблеров, что полностью довольно в почти всех практических случаях.

Там же дается ссылка где можно скачать готовые «прошивки», и, более того, специальную программку, при помощи которой можно изменять характеристики «прошивок» по собственному усмотрению. Вероятна также работа генераторов режиме «демо».

В этом режиме частота генератора уменьшена в 32 раза, что позволяет зрительно при помощи светодиодов следить работу генераторов. Также даются советы по подключению силовой части.

Но, если не охото заниматься программированием микроконтроллера компания Motorola выпустила спец умственный контроллер MC3PHAC, созданный для систем управления 3-фазным движком.

На его базе может быть создание дешевых систем регулируемого трехфазного привода, содержащего все нужные функции для управления и защиты.

Подобные микроконтроллеры находят все более обширное применение в различной бытовой технике, к примеру, в посудомоечных машинах либо холодильниках.

В комплекте с контроллером MC3PHAC может быть внедрение готовых силовых модулей, к примеру IRAMS10UP60A разработанных компанией International Rectifier. Модули содержат 6 силовых ключей и схему управления. Более тщательно с этими элементами можно в их документации Data Sheet, которую довольно легко отыскать в вебе.

Борис Аладышкин

Самодельный частотник. Разрабатываем преобразователь вместе

Зачем нужно делать самому преобразователь для 3-фазного электромотора, и как смастерить его своими руками? Чтобы защитить окружающую природу повсюду создаются правила, которые рекомендуют изготовителям электрических устройств делать продукцию, которая будет экономить электрическую энергию. Часто это бывает достигнуто правильным управлением частотой вращения электромотора. Преобразователь частоты легко решает эту задачу.

Частотник электромотора с тремя фазами по-разному называют: инвертор, частотный изменитель тока, приводной механизм, регулируемый частотой. Сегодня такие устройства делают разные заводы, но многие умельцы своими руками изготавливают не хуже.

Как я сам изготовил частотный преобразователь

Я изготовил преобразователь частоты и асинхронный привод для моего товарища. Ему нужен был привод для пилорамы, мощный и хороший. Так как я любил заниматься электроникой, то сразу предложил ему такую схему:

Схемы любительских частотных преобразователей

Трехфазный мост на транзисторах с диодами обратной связи я использовал, которые имелись. Управление осуществил через оптодрайвер HCPL 3120 микроконтроллером PIC16F628A.

У входа припаял гасящую емкость, чтобы электролиты заряжались плавно. Затем припаял шунтовое реле. Еще установил триггер защиты тока от замыкания и перегрузки.

Для управления установил две кнопки и выключатель для обратного вращения.

Силовую часть я собрал на навесном монтаже.

Резисторы, соединил параллельно по 270 кОм с помощью затворных проходных конденсаторов, позади платы их напаял. Моя плата показана на внешнем виде:

Схемы любительских частотных преобразователей

Вид этой моей платы с другой стороны:

Схемы любительских частотных преобразователей

Для подключения питающего напряжения я собрал блок питания, работающий на импульсах, обратноходовой. Вот привожу схему этого блока питания:

Схемы любительских частотных преобразователей

Как я запрограммировал микроконтроллер? Простые моргалки для меня не представляли какой-то проблемы. Получились константы в виде матрицы, над которой работал мой контроллер. Частота и напряжение были заданы этими величинами. Всю схему работы проверил на моторчике вентилятора небольшой мощности, 200 Вт. Эта моя конструкция выглядела так:

Схемы любительских частотных преобразователей

Начальные эксперименты дали хороший результат. Затем доработал программу. Раскрутил двигатель на 4 кВт, и пошел собирать управление пилорамой.

При монтаже у нас с товарищем случайно произошло замыкание и сработала защита, проверили ее работу. Мотор на 2 кВт 1500 оборотов с легкостью пилил доски.

Сейчас программа еще дорабатывается для раскрутки двигателя выше номинала.

Характеристики: частота от 2 до 50 герц с шагом 1,5 герц, синхронная частота, постоянно меняется, разбег от 1500 до 3500 герц, управление скалярного типа U/F, мощность мотора до 5 кВт.

Удерживаем кнопку RUN и разгоняем двигатель. Отпускаем, частота держится на уровне. Когда загорается светодиод, то привод готов к запуску.

Как сделать инвертор самому своими руками?

Вместе с производством заводских инверторов любители делают их сами, своими руками. Здесь нет ничего сложного. Такой преобразователь частоты преобразовывает одну фазу, делает из нее три фазы. Электродвигатель с похожим частотником используют в домашних условиях, мощность его не будет теряться.

Схемы любительских частотных преобразователей

Блок выпрямления в схеме расположен в начале. Далее идут фильтры, которые отсекают токовые переменные. Чтобы изготовить данные инверторы применяют транзисторы IGBT.

За тиристорами стоит будущее, хотя и в настоящем они уже применяются давно. Купленный частотник на биполярных транзисторах стоит дорого и мало где применяется (сервоприводы, металлорежущие станки с векторным управлением).

Читайте также:  Системы уравнивания потенциалов

Эти приводы как транспортеры и конвейеры, карусельные станки, станции подкачки воды, климатические системы управления — это большая часть от всего применения устройств заводов, где лучше использовать частотники для  управления электромоторами с короткозамкнутыми якорями и можно делать управление оборотами двигателя, если подать потенциал, изменяя частоту до 50 герц.

Приведем простые примеры частотных преобразователей, которые тянули мощные электродвигатели тепловозов и электричек, имеющих в своем составе много вагонов товарных платформ, большие станции с насосами напряжением 600 вольт, обеспечивающие городские районы питьевой водой.

Очевидно, что данные сильные электродвигатели не подойдут на биполярных транзисторах. Поэтому применяют активные тиристоры типа GTO, GCT, IGCT и SGCT. Они преобразуют из постоянного тока токовую сеть с тремя фазами с хорошей мощностью.

Однако, имеются простые схемы на тиристорах простого типа, закрывающиеся током катода обратного. Такие тиристоры не будут действовать в режиме ШИМ, их хорошо применяют в прямой регулировке электромоторов, без тока постоянного размера.

Преобразователи частоты на тиристорах в застойные времена были задействованы для моторов на постоянном токе. Фирма Сименс изобрела векторные частотники, преобразившие промышленность до неузнаваемости.

Стоимость всех деталей самодельного инвертора существенно ниже цены заводского устройства.

Такие самодельные устройства хорошо подходят для электромоторов мощностью до 0,75 кВт.

Для чего предназначен инвертор — его принцип действия

Инвертор действует на частоту вращения асинхронных моторов. Моторы переделывают электроэнергию в механическое движение. Вращательное движение преобразуется в движения механические. Это создает большое удобство. Асинхронные моторы очень популярны во многих сторонах жизни людей.

Обороты электродвигателя можно изменять и другими устройствами. Но, у них много недостатков. Они сложны в пользовании, дорого стоят, работают с плохим качеством, разбег регулировки маленький.

Частотный преобразователь для мотора с тремя фазами легко решает эту проблему. Все знают, что пользование частотниками для изменения частоты вращения есть самый хороший и правильный метод. Такой аппарат дает мягкий пуск и торможение, а также контролирует многие процессы, происходящие в моторе. Аварийные ситуации при этом сводятся на нет.

Схемы любительских частотных преобразователей

Чтобы плавно и быстро регулировать работу двигателя, специалисты разработали специальную электрическую схему. Использование в работе частотника дает возможность работать двигателю без перерыва, экономично. Коэффициент полезного действия его достигает 98%. Это происходит за счет повышения частоты коммутации. Механические устройства не могут выполнить такие функции.

Как регулировать скорость инвертором?

Как частотник может изменять частоту вращения трехфазного электромотора? Сначала он меняет напряжение сетевое. Далее, из него получается нужная амплитуда и частота напряжения, поступает на электромотор.

Разбег интервала регулирования скорости преобразователем большой. Можно изменять вращение мотора в другую сторону. Чтобы двигатель не вышел из строя, нужно брать во внимание данные из его характеристики, допускаемые обороты, мощность.

Из чего состоит привод регулирования?

Схемы любительских частотных преобразователей

Схема частотника.

Он имеет в составе три звена:

  1. выпрямитель, дающий потенциал постоянного тока при включении к питанию электрической сети. Сеть может быть управляемой или нет;
  2. фильтрующий элемент, который сглаживает выходное напряжение (применяется емкость);
  3. инвертор, который производит нужную частоту потенциала, крайнего звена возле электромотора.

Режим управления частотников

Их делят на виды управления оборотами двигателя:

  1. скалярное управление (нет связи с обратной стороны);
  2. режим векторного управления (связь с обратной стороны имеется, или отсутствует).

В первом случае управляется статор с его магнитным полем. Управление вектором учитывает действие полей магнита ротора и статора, улучшается крутящий момент при разных скоростях вращения. Это и есть основное различие их режимов управления.

Способ векторов точнее и эффективнее. Обслуживать его дороже. Он больше подходит для специалистов с хорошими профессиональными умениями и знаниями. Метод управления скалярного типа наиболее прост в работе. Применяется он с выходными параметрами, не требующими регулировки особой точности.

Как подключить инвертор треугольником и звездой?

Когда мы купили инвертор по недорогой цене, то возникает необходимость: подключение его к электромотору самому без специалистов. Сначала надо установить для безопасности автоматический выключатель для обесточивания. Если возникнет короткое замыкание на фазах, то отключится вся система.

Подключить частотник к мотору можно звездой или треугольником.

Схемы любительских частотных преобразователей

Когда привод регулирования с одной фазой, то контакты электромотора присоединяют треугольником. Тогда мощность не потеряется. Мощность этого преобразователя частоты будет не более 3 кВт.

Инверторы с тремя фазами технически наиболее современны. Они питаются от заводских трехфазных сетей, подключаются звездой.

Для ограничения тока пуска и уменьшения момента пуска при пуске электромотора свыше 5 кВт можно использовать способ включения треугольник и звезда.

При включении статора применяется схема звезды, а если обороты двигателя нормальные, то переходят на вариант треугольника. Но это используется при существовании возможности соединения по двум схемам.

Отмечаем, что в варианте звезда-треугольник большие перепады тока будут всегда. При переключении на вторую схему обороты двигателя сильно снизятся. Для восстановления скорости вращения надо повысить силу тока.

Большой применяемостью оказывают пользу частотники для моторов мощностью до 8 кВт.

Применение инверторов нового поколения

Современные частотные преобразователи делаются с применением таких устройств как микроконтроллеры. Это значительно повышает функции инверторов в алгоритмах управления и контролирования с точки зрения безопасности работ.

Частотники имеют успешное применение в областях производства:

  • в водоснабжении, снабжении теплом при изменении скорости подачи помпы холодного и горячего водоснабжения;
  • в заводских условиях машиностроения;
  • в легкой и текстильной промышленности;
  • в энергетике и производстве топлива;
  • для насосов канализации и скважин;
  • в технологических процессах для автоматики управления.

Чтобы управлять и контролировать частотники изготовитель прибора предлагает созданную программу, которая будет всегда иметь связь с контроллером посредством порта, будет показывать на мониторе состояние и позволит производить управление. Данные документируются протоколом обмена и используются пользователями, создающими программы управления для электронной техники и контроллеров.

Данные обмениваются в три этапа:

  1. Идентификация.
  2. Инициализация.
  3. Управление и контроль.

Стоимость блоков питания бесперебойного напряжения имеет зависимость от того, есть ли в нем частотный преобразователь. За такими устройствами будущее. Отрасли экономики и энергетики будут быстрее развиваться благодаря новым современным устройствам.

Как сделать частотный преобразователь своими силами: принцип работы, сборка по схеме, обслуживание

Впервые мир познакомился с таким устройством, как трехфазный асинхронный электродвигатель, еще в конце 19 столетия. И начиная с того времени, его стали применять на каждом промышленном предприятии, где он стал обязательным элементом. Во время эксплуатации электродвигателя важно обеспечить его плавный пуск и остановку. Это можно сделать только при наличии специального устройства – преобразователя частоты.

В первую очередь, целесообразно оснащать преобразователем крупные электродвигатели, обладающие высокими показателями мощности. Польза от наличия такого устройства заключается в возможности менять пусковые токи, задавая необходимую их величину.

Принцип работы частотного преобразователя

Действие такого устройства, как преобразователь частоты, основывается на использовании электронного механизма, который контролирует работу двигателя. Но его возможности не ограничиваются лишь мягким пуском. При помощи преобразователя частоты можно осуществлять плавную настройку работы привода, выбирая оптимальный показатель между напряжением и частотой, который рассчитывается строго по заданной формуле.

Среди достоинств такого устройства главным следует назвать то, что оно помогает уменьшить расход электроэнергии в среднем на 50%. К тому же частотный преобразователь позволяет выставлять такой режим работы, который будет в максимальной степени учитывать потребности определённого производства.

Действие подобного преобразователя основывается на принципе двойного преобразования напряжения.

  1. На начальном этапе выполняется регулировка напряжения сети путем его выпрямления и фильтрования, что достигается посредством использования системы конденсаторов.
  2. Далее настает черед электронного управления, благодаря которому для тока выставляется частота, соответствующая заранее выбранному режиму.

В результате возникают прямоугольные импульсы, которые корректируются обмоткой статора двигателя, что позволяет вывести ее на уровень синусоиды.

Читайте также:  Моддинг компьютера с помощью красиво подсвеченного аналогового вольтметра

На что обратить внимание при выборе?

Если обратить внимание на доступные сегодня модели преобразователей, то определяющим фактором становится именно цена частотника . Дело в том, что наибольшим функционалом обладают лишь дорогие модели пребразователей частоты. Однако, чтобы выбираемый преобразователь смог успешно справляться с необходимыми задачами, нужно исходить из конкретных условий его использования.

  • Преобразователь частоты может предусматривать два типа управления: векторное и скалярное. В первом случае можно выставить с высокой точностью необходимую величину тока. Особенностью скалярного управления является то, что устройство работает лишь в одном заданном соотношении между частотой и напряжением на выходе. Такие устройства могут использоваться лишь для обычных бытовых устройств, наподобие вентилятора.
  • Характеристики мощности во многом влияют на универсальность преобразователя частоты. Это не только расширяет его возможности, но и создает меньше проблем при обслуживании.
  • Для работы устройства должна быть предусмотрено сеть, обладающая максимально широким диапазоном напряжения. В этом случае уменьшается опасность, что устройство выйдет из строя в случае резких скачков. Наибольшую угрозу для оборудования представляет повышение напряжения, что может привести к взрыву сетевых конденсаторов.
  • Важным параметром является и частота, значение которой должно быть достаточным для удовлетворения потребностей производства. По его нижнему пределу можно понять, насколько широкие возможности имеются для выбора оптимальной скорости привода. Если имеется необходимость в устройстве, обладающем более широким диапазоном частоты, то следует обратить внимание на модели с векторным управлением. На практике же наиболее распространены частоты с диапазоном 10-60 Гц, в редких случаях используются до 100 Гц.
  • Наличие различных входов и выходов, используемых для управления. Гораздо удобнее пользоваться устройством, у которого количество подобных разъемов достаточно велико. Однако это же приводит к увеличению стоимости оборудования, а также создает трудности с правильной настройкой. В устройствах подобного типа могут быть предусмотрены три типа разъемов: дискретные, цифровые, аналоговые. Основное назначение первых заключается во вводе команд управления и вывода сообщений о событиях. При помощи цифровых разъёмов осуществляется ввод сигналов цифровых датчиков. Аналоговые же разъемы призваны решать задачу по вводу сигналов обратной связи.
  • При выборе модели преобразователя следует обращать внимание на шину управления, характеристики которой должны соответствовать возможностям схемы частотного преобразователя, что проявляется в соответствующем количестве разъемов. Оптимальный вариант, когда их имеется достаточное количество на случай возможной модернизации.
  • Перегрузочные способности. Рекомендуется отдавать предпочтение моделям частотников, запас мощности которых на 15% превосходит мощность используемого двигателя. Во избежание ошибок не помешает перед принятием решения ознакомиться с документацией. В них обычно приводятся все основные характеристики двигателя. Если стоит задача подобрать частотник, способное выдерживать пиковые нагрузки, то рекомендуется отдавать предпочтение оборудованию, которое сможет сохранять значение тока в условиях пиковой работы на 10% больше указанного.

Материалы

Чтобы сделать своими руками частотный преобразователь для однофазного электродвигателя, необходимо подготовить следующее:

  • IR2135(IR2133) – драйвер трёхфазного моста;
  • AT90SPWM3B – микроконтроллёр (используется как генератор PWM);
  • программатор (например, AVReAl);
  • шесть штук транзисторов IRG4BC30W;
  • ЖКИ индикатор;
  • шесть кнопок.

Самостоятельная сборка преобразователя частоты

Не стоит отказываться от идеи сделать своими силами преобразователь. Эту задачу решить по силам любому владельцу, учитывая, что в сети можно найти большое количество инструкций и схем по сборке подобного устройства и его подключению к асинхронному двигателю.

Рассматривая такой вариант, главное, о чем следует помнить – собираемая своими руками модель должна отличаться не только доступной ценой, но и надежностью, а также быть способна успешно решать задачи в бытовых условиях. Если же имеется потребность в устройстве для промышленного использования, то, естественно, оптимальным выбором будут преобразователи, предлагаемые магазинами.

Порядок действий по сборке схемы частотного преобразователя

Приводимая ниже схема рассчитана на проводку с напряжением 220В и одной фазой. Устройство предназначено для двигателя, мощность которого не превышает 1 кВт.

Вначале необходимо соединить между собой обмотки двигателя, для чего используется вариант «треугольник».

Основу конструкции оборудования образуют две платы. Первая будет уступать место для размещения таких элементов, как блок питания и драйвер. Помимо них здесь будут установлены транзисторы и силовые клеммы. Вторая плата используется для крепления микроконтроллера и индикатора. Для соединения плат друг с другом используется гибкий шлейф.

Для изготовления импульсного блока питания используется обычная схема, которую можно найти в сети.

Чтобы контролировать работу двигателя, нет необходимости воздействовать на ток при помощи внешних устройств. Однако нелишним будет добавить в конструкцию микросхему(IL300) путем введения линейной развязки.

Общий радиатор используется для размещения не только транзисторов, но и диодного моста.

Обязательным является наличие оптронов ОС2-4, назначение которых заключается в дублировании кнопок управления. На ОС-1 возлагается задача по выполнению пользовательских функций.

Если выбираемый частотный преобразователь имеет одну фазу, то он может работать без трансформатора. Альтернативой ему может служить токовый шунт, который выполняется в виде четырех витков манганинового провода сечением 0,5 км на оправе 3мм. Используемый шунт можно дополнить и усилителем DA-1.

Если мощность двигателя составляет 400 Вт, то он может работать и без термодатчика. С задачей по измерению напряжения сети успешно может справиться и DA-1-2 (усилитель).

Следует позаботиться о защите кнопок, установив на них пластиковые толкатели, управление же осуществляется посредством опторазвязки.

Если будут присутствовать длинные провода, то к ним следует добавить помехоподавляющие кольца.

Во время работы ротора двигателя можно выбирать любую скорость пределах частоты 1: 40. В режиме работы малых частот следует задействовать режим фиксированного напряжения.

Подключение частотного преобразователя

Если речь идет о трехфазной проводке с напряжением 380В, то для подключения к двигателю частотного преобразователя выбирается схема «звезда». Для простоты выполнения этой процедуры на преобразователе присутствуют клеммы, на поверхности которых имеются подсказки в виде букв.

  • R, S, T– к этим контактам подводят провода сети в любом порядке;
  • U , V , W – при помощи их выполняется включение асинхронного двигателя (в тех случаях, когда двигатель работает в режиме реверса, для возвращения к нормальному вращению достаточно любой из двух проводов поменять местами на контактах).

Обязательно в конструкции имеется клемма, используемая для заземления.

Рекомендации по обслуживанию оборудования

Чтобы собранный своими руками частотный преобразователь смог успешно выполнять свои функции на протяжении длительного времени, владелец должен выполнять следующие рекомендации:

  1. Следить за состоянием внутренних элементов, не допуская скопления на них пыли. При необходимости используют небольшой компрессор, поскольку пылесосу может быть не под силу удалить пыль, лежащую плотным слоем.
  2. Проверять работоспособность узлов и менять их при необходимости. Нормальным для электролитических конденсаторов считается срок службы длительностью 5 лет, для предохранителей – 10 лет. Вентиляторы охлаждения следует менять уже по прошествии 2-3 лет эксплуатации. Внутренние же шлейфы допускается использовать не более 6 лет.
  3. Необходимо следить за температурой внутренних механизмов, а также напряжением на шине постоянного тока. В случае роста температуры возникает опасность засыхания термопроводящей пасты, что может закончиться выходом из строя конденсаторов. Необходимо взять за правило наносить не реже как минимум каждые три года новый слой пасты на силовые компоненты привода.
  4. Необходимо в точности соблюдать условия эксплуатации. Оптимальным считается температурный режим окружающей среды на уровне до + 40 градусов. Крайне негативное влияние на работу элементов оказывают повышенная влажность и запыленность воздуха.

Заключение

Частотный преобразователь является необходимым оборудованием, повышающим эффективность работы асинхронного двигателя. При необходимости его можно изготовить своими силами.

Для этого достаточно подготовить необходимые материалы и в точности следовать схеме сборки.

При этом следует уделить особое внимание обслуживанию частотного преобразователя, так как при отсутствии должного внимания к его состоянию это оборудование может довольно скоро выйти из строя, что негативным образом скажется и на работе электродвигателя.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector