Scopul și principiul de funcționare a unui convertor de frecvență pentru motoare asincrone. Convertor de frecvență pentru IM trifazat

Unul dintre primele circuite convertoare pentru alimentarea unui motor trifazat a fost publicat în revista Radio nr. 11, 1999. Dezvoltatorul schemei, M. Mukhin, era elev în clasa a 10-a la acea vreme și era implicat într-un club radio.

Convertorul a fost destinat să alimenteze un motor miniatural trifazat DID-5TA, care a fost folosit într-o mașină pentru găurirea plăcilor de circuite imprimate. Trebuie remarcat faptul că frecvența de funcționare a acestui motor este de 400Hz, iar tensiunea de alimentare este de 27V. În plus, este scos în evidență punctul de mijloc al motorului (la conectarea înfășurărilor într-o stea), ceea ce a făcut posibilă simplificarea extrem de a circuitului: au fost necesare doar trei semnale de ieșire și a fost necesar un singur comutator de ieșire pentru fiecare fază. Circuitul generatorului este prezentat în figura 1.

După cum se poate observa din diagramă, convertorul constă din trei părți: un generator de impulsuri secvențe trifazate pe microcircuite DD1...DD3, trei comutatoare pe tranzistoare compozite (VT1...VT6) și motorul electric M1 însuși.

Figura 2 prezintă diagramele de timp ale impulsurilor generate de generator-shaper. Oscilatorul principal este realizat pe cipul DD1. Folosind rezistorul R2, puteți seta turația necesară a motorului și, de asemenea, o puteți modifica în anumite limite. Informații mai detaliate despre schemă pot fi găsite în revista de mai sus. Trebuie remarcat faptul că, conform terminologiei moderne, astfel de generatoare-formatoare sunt numite controlere.

Poza 1.

Figura 2. Diagrame de timp ale impulsurilor generatorului.

Pe baza controlorului considerat de A. Dubrovsky din Novopolotsk, regiunea Vitebsk. A fost dezvoltată proiectarea unui variator de frecvență pentru un motor alimentat de o rețea de 220V AC. Diagrama dispozitivului a fost publicată în revista Radio în 2001. nr. 4.

În acest circuit, practic fără modificări, este folosit controlerul tocmai discutat conform circuitului lui M. Mukhin. Semnalele de ieșire de la elementele DD3.2, DD3.3 și DD3.4 sunt utilizate pentru a controla comutatoarele de ieșire A1, A2 și A3, la care este conectat motorul electric. Diagrama arată cheia A1 în întregime, restul sunt identice. Schema completă a dispozitivului este prezentată în Figura 3.

Figura 3.

Pentru a vă familiariza cu conectarea motorului la comutatoarele de ieșire, merită să luați în considerare diagrama simplificată prezentată în Figura 4.

Figura 4.

Figura prezintă un motor electric M comandat de tastele V1...V6. Pentru a simplifica circuitul, elementele semiconductoare sunt prezentate ca contacte mecanice. Motorul electric este alimentat de o tensiune constantă Ud primită de la redresor (nu este prezentată în figură). În acest caz, tastele V1, V3, V5 sunt numite superioare, iar tastele V2, V4, V6 sunt numite inferioare.

Este destul de evident că deschiderea tastelor superioare și inferioare în același timp, și anume în perechi V1&V6, V3&V6, V5&V2 este complet inacceptabilă: va avea loc un scurtcircuit. Prin urmare, pentru funcționarea normală a unui astfel de circuit de cheie, este necesar ca, în momentul în care cheia inferioară este deschisă, cheia superioară să fi fost deja închisă. În acest scop, controlerele de control creează o pauză, adesea numită „zonă moartă”.

Durata acestei pauze este astfel încât să asigure închiderea garantată a tranzistoarelor de putere. Dacă această pauză nu este suficientă, atunci este posibil să deschideți pentru scurt timp tastele de sus și de jos simultan. Acest lucru face ca tranzistoarele de ieșire să se încălzească, ducând adesea la defectarea acestora. Această situație se numește prin curenți.

Să revenim la circuitul prezentat în Figura 3. În acest caz, cheile superioare sunt tranzistoare 1VT3, iar cele inferioare sunt 1VT6. Este ușor de observat că cheile inferioare sunt conectate galvanic la dispozitivul de comandă și între ele. Prin urmare, semnalul de control de la ieșirea 3 a elementului DD3.2 prin rezistențele 1R1 și 1R3 este furnizat direct la baza tranzistorului compozit 1VT4...1VT5. Acest tranzistor compozit nu este altceva decât un driver de comutator inferior. Exact în același mod, elementele DD3, DD4 controlează tranzistoarele compozite ale driverelor cheie inferioare ale canalelor A2 și A3. Toate cele trei canale sunt alimentate de același redresor VD2.

Întrerupătoarele superioare nu au legătură galvanică cu firul comun și dispozitivul de control, așa că pentru a le controla, pe lângă driverul de pe tranzistorul compozit 1VT1...1VT2, a fost necesară instalarea unui optocupler suplimentar 1U1 în fiecare canal. . Tranzistorul de ieșire al optocuplerului din acest circuit îndeplinește și funcția unui invertor suplimentar: când ieșirea elementului 3 al DD3.2 este ridicată, tranzistorul comutatorului superior 1VT3 este deschis.

Pentru alimentarea fiecărui driver de comutator superior, este utilizat un redresor separat 1VD1, 1C1. Fiecare redresor este alimentat de o înfășurare individuală a transformatorului, ceea ce poate fi considerat un dezavantaj al circuitului.

Condensatorul 1C2 asigură o întârziere de comutare de aproximativ 100 de microsecunde, aceeași cantitate este furnizată de optocuplerul 1U1, formând astfel „zona moartă” menționată mai sus.

Este suficientă reglarea frecvenței?

Pe măsură ce frecvența tensiunii de alimentare de curent alternativ scade, reactanța inductivă a înfășurărilor motorului scade (rețineți doar formula pentru reactanța inductivă), ceea ce duce la o creștere a curentului prin înfășurări și, în consecință, la supraîncălzirea înfăşurări. Circuitul magnetic al statorului este de asemenea saturat. Pentru a evita aceste consecințe negative, atunci când frecvența scade, trebuie redusă și valoarea efectivă a tensiunii pe înfășurările motorului.

Una dintre modalitățile de rezolvare a problemei la generatoarele de frecvență amatori a fost reglarea acestei valori cele mai eficiente folosind un LATR, al cărui contact mobil avea o legătură mecanică cu un rezistor variabil al regulatorului de frecvență. Această metodă a fost recomandată în articolul lui S. Kalugin „Rafinarea regulatorului de viteză al motoarelor asincrone trifazate”. Revista Radio 2002, nr. 3, p. 31.

În condiții de amatori, unitatea mecanică s-a dovedit a fi dificil de fabricat și, cel mai important, nesigură. O metodă mai simplă și mai fiabilă de utilizare a unui autotransformator a fost propusă de E. Muradkhanyan din Erevan în revista „Radio” nr. 12 2004. Diagrama acestui dispozitiv este prezentată în figurile 5 și 6.

Tensiunea de rețea de 220V este furnizată autotransformatorului T1, iar de la contactul său în mișcare la puntea redresoare VD1 cu filtru C1, L1, C2. Ieșirea filtrului produce o tensiune constantă variabilă Ureg, care este utilizată pentru a alimenta motorul în sine.

Figura 5.

Tensiunea Ureg prin rezistența R1 este furnizată și oscilatorului master DA1, realizat pe microcircuitul KR1006VI1 (versiunea importată). Această conexiune transformă un generator convențional de unde pătrate într-un VCO (oscilator controlat de tensiune). Prin urmare, pe măsură ce tensiunea Ureg crește, crește și frecvența generatorului DA1, ceea ce duce la o creștere a turației motorului. Pe măsură ce tensiunea Ureg scade, și frecvența generatorului principal scade proporțional, ceea ce evită supraîncălzirea înfășurărilor și suprasaturarea circuitului magnetic al statorului.

Figura 6.

Figura 7.

Generatorul este realizat pe al doilea declanșator al cipului DD3, desemnat în diagramă ca DD3.2. Frecvența este setată de condensatorul C1, reglarea frecvenței este efectuată de rezistența variabilă R2. Odată cu reglarea frecvenței, se modifică și durata impulsului la ieșirea generatorului: pe măsură ce frecvența scade, durata scade, astfel încât tensiunea de pe înfășurările motorului scade. Acest principiu de control se numește modulare pe lățime a impulsurilor (PWM).

În circuitul de amatori luat în considerare, puterea motorului este scăzută, motorul este alimentat de impulsuri dreptunghiulare, deci PWM-ul este destul de primitiv. În aplicațiile reale de mare putere, PWM este proiectat să genereze tensiuni aproape sinusoidale la ieșire, așa cum se arată în Figura 8, și să funcționeze cu diferite sarcini: la cuplu constant, la putere constantă și la sarcina ventilatorului.

Figura 8. Forma de undă a tensiunii de ieșire a unei faze a unui invertor PWM trifazat.

Partea de alimentare a circuitului

Generatoarele moderne de frecvență de marcă au ieșiri special concepute pentru funcționarea în convertoare de frecvență. În unele cazuri, acești tranzistori sunt combinați în module, ceea ce, în general, îmbunătățește performanța întregului design. Acești tranzistori sunt controlați folosind cipuri de driver specializate. În unele modele, driverele sunt produse încorporate în module de tranzistori.

Cele mai comune cipuri și tranzistoare utilizate în prezent sunt International Rectifier. În circuitul descris, este destul de posibil să utilizați drivere IR2130 sau IR2132. Un pachet dintr-un astfel de microcircuit conține șase drivere simultan: trei pentru comutatorul inferior și trei pentru cel superior, ceea ce face ușoară asamblarea unei etape de ieșire cu punte trifazată. Pe lângă funcția principală, aceste drivere conțin și câteva altele suplimentare, cum ar fi protecția împotriva supraîncărcărilor și scurtcircuitelor. Informații mai detaliate despre aceste drivere pot fi găsite în Fișele de date pentru cipurile corespunzătoare.

În ciuda tuturor avantajelor, singurul dezavantaj al acestor microcircuite este prețul lor ridicat, astfel încât autorul designului a luat o cale diferită, mai simplă, mai ieftină și, în același timp, funcțională: microcircuitele specializate ale driverului au fost înlocuite cu microcircuite temporizatoare integrate KR1006VI1 (NE555). ).

Ieșirea comută pe temporizatoarele integrale

Dacă reveniți la Figura 6, veți observa că circuitul are semnale de ieșire pentru fiecare dintre cele trei faze, desemnate ca „H” și „B”. Prezența acestor semnale vă permite să controlați separat tastele superioare și inferioare. Această separare permite să se formeze o pauză între comutarea tastelor superioare și inferioare folosind unitatea de comandă și nu tastele în sine, așa cum a fost arătat în diagrama din Figura 3.

Diagrama comutatoarelor de ieșire care utilizează microcircuite KR1006VI1 (NE555) este prezentată în Figura 9. Desigur, pentru un convertor trifazat veți avea nevoie de trei copii ale unor astfel de comutatoare.

Figura 9.

Microcircuitele KR1006VI1 conectate conform circuitului de declanșare Schmidt sunt utilizate ca drivere pentru tastele superioare (VT1) și inferioare (VT2). Cu ajutorul lor, este posibil să obțineți un curent de impuls de poartă de cel puțin 200 mA, care permite un control destul de fiabil și rapid al tranzistoarelor de ieșire.

Microcircuitele comutatoarelor inferioare DA2 au o conexiune galvanică cu sursa de alimentare +12V și, în consecință, cu unitatea de comandă, deci sunt alimentate din această sursă. Cipurile de comutare superioare pot fi alimentate în același mod ca în figura 3, folosind redresoare suplimentare și înfășurări separate pe transformator. Dar această schemă folosește o metodă diferită, așa-numita „booster”, de nutriție, al cărei sens este următorul. Microcircuitul DA1 primește putere de la condensatorul electrolitic C1, a cărui încărcare are loc prin circuit: +12V, VD1, C1, tranzistor deschis VT2 (prin dren - electrozi sursă), „comun”.

Cu alte cuvinte, încărcarea condensatorului C1 are loc în timp ce tranzistorul comutator inferior este deschis. În acest moment, terminalul negativ al condensatorului C1 este practic scurtcircuitat la firul comun (rezistența secțiunii deschise „sursă de scurgere” a tranzistoarelor puternice cu efect de câmp este de miimi de ohm!), ceea ce face posibilă incarcă-l.

Când tranzistorul VT2 este închis, se va închide și dioda VD1, încărcarea condensatorului C1 se va opri până la următoarea deschidere a tranzistorului VT2. Dar încărcarea condensatorului C1 este suficientă pentru a alimenta cipul DA1 atâta timp cât tranzistorul VT2 este închis. Desigur, în acest moment tranzistorul comutator superior este în stare închisă. Acest circuit de comutator de alimentare s-a dovedit a fi atât de bun încât este folosit fără modificări în alte modele de amatori.

Acest articol discută doar cele mai simple circuite ale invertoarelor trifazate amatoare pe microcircuite cu un grad scăzut și mediu de integrare, de la care a început totul și unde puteți chiar să priviți totul „din interior” folosind schema circuitului. Au fost realizate modele mai moderne, ale căror diagrame au fost publicate și în repetate rânduri în revistele Radio.

Unitățile de control ale microcontrolerului sunt mai simple în design decât cele bazate pe microcircuite integrate medii, ele au funcții atât de necesare, cum ar fi protecția împotriva supraîncărcărilor și scurtcircuitelor și altele. În aceste blocuri, totul este implementat folosind programe de control sau, așa cum sunt numite în mod obișnuit, „firmware”. Aceste programe determină cât de bine sau de prost va funcționa unitatea de control a unui invertor trifazat.

Circuite destul de simple ale controlerelor cu invertor trifazat au fost publicate în revista „Radio” 2008 nr. 12. Articolul se numește „Generator principal pentru un invertor trifazat”. Autorul articolului, A. Dolgiy, este și autorul unei serii de articole despre microcontrolere și multe alte modele. Articolul prezintă două circuite simple pe microcontrolerele PIC12F629 și PIC16F628.

Viteza de rotație în ambele circuite este modificată în trepte folosind comutatoare unipolare, ceea ce este destul de suficient în multe cazuri practice. Există, de asemenea, un link de unde puteți descărca „firmware” gata făcut și, în plus, un program special cu care puteți modifica parametrii „firmware-ului” la discreția dvs. De asemenea, este posibilă operarea generatoarelor în modul „demo”. În acest mod, frecvența generatorului este redusă de 32 de ori, ceea ce vă permite să observați vizual funcționarea generatoarelor folosind LED-uri. Sunt date și recomandări pentru conectarea secțiunii de putere.

Dar, dacă nu doriți să programați un microcontroler, Motorola a lansat un controler inteligent specializat MC3PHAC, conceput pentru sistemele de control al motoarelor trifazate. Pe baza acesteia, este posibil să se creeze sisteme de antrenare ajustabile trifazate ieftine care să conțină toate funcțiile necesare pentru control și protecție. Astfel de microcontrolere sunt din ce în ce mai folosite în diverse aparate de uz casnic, de exemplu, în mașinile de spălat vase sau frigidere.

Complet cu controlerul MC3PHAC, este posibil să se utilizeze module de putere gata făcute, de exemplu IRAMS10UP60A dezvoltat de International Rectifier. Modulele conțin șase întrerupătoare de alimentare și un circuit de control. Mai multe detalii despre aceste elemente pot fi găsite în documentația lor Fișa de date, care este destul de ușor de găsit pe Internet.

Ecologia științei și tehnologiei: Motoarele asincrone sunt folosite destul de larg în prezent, iar convertoarele de frecvență moderne sunt proiectate pentru a le face funcționarea mai eficientă, mai stabilă și mai sigură.

Motoarele asincrone sunt folosite destul de pe scară largă astăzi, iar convertoarele de frecvență moderne sunt proiectate pentru a le face funcționarea mai eficientă, stabilă și sigură. În fiecare caz specific, modul de funcționare al unui motor asincron este diferit, iar caracteristicile acestor moduri sunt diferite, prin urmare, este utilă optimizarea parametrilor de putere a motorului, ceea ce este facilitat de utilizarea convertoarelor de frecvență.

Atunci când alegeți un convertor de frecvență pentru un anumit scop, este necesar să luați în considerare o serie de parametri de funcționare: puterea motorului electric, tipul acestuia, domeniul de reglare a vitezei și precizia acestei ajustări, precizia menținerii cuplului. pe arbore. Aceștia sunt parametrii primari pentru selecție. În plus, ar trebui să acordați atenție dimensiunilor și formei dispozitivului, precum și locației comenzilor, dacă va fi convenabil în situația dvs.

Convertizoarele de frecvență sunt monofazate sau trifazate. Și chiar dacă la intrare este furnizată o singură fază, la ieșire pot exista fie una, fie trei faze. Asigurați-vă că acordați atenție acestui lucru atunci când alegeți un convertor de frecvență.

În ceea ce privește puterea unui motor asincron, aceasta este legată de consumul maxim de curent, care trebuie luat în considerare. Dacă, la pornirea motorului, este necesar să se obțină un cuplu de pornire semnificativ pe arbore, atunci în acest caz este nevoie de un curent mai mare, ceea ce înseamnă că are sens să alegeți un convertor de frecvență pentru o valoare de curent mai mare. Accelerația rapidă și frânarea bruscă sunt direct legate de curent, dacă convertorul este capabil să furnizeze curentul necesar, atunci este potrivit pentru dvs. în acest parametru.

Pentru motoarele speciale, cum ar fi pompele submersibile, motoarele sincrone, motoarele retractabile, motoarele de mare viteză, curentul maxim al convertizorului de frecvență ar trebui să fie doar puțin mai mare decât curentul nominal al motorului.

Când parametrii de sarcină sunt cunoscuți dinainte și nu se modifică la o frecvență constantă (de exemplu, acestea pot fi ventilatoare, pompe, compresoare, adică acele mecanisme care sunt responsabile pentru menținerea unei anumite stări a procesului tehnologic), adică , cuplul depinde direct de frecvență, metoda de control al frecvenței scalare este utilizată cu un interval de la 5 la 50 Hz și mai sus.

De exemplu, un compresor trebuie să mențină o anumită presiune, iar senzorul de presiune, monitorizând starea curentă în modul curent, dă un semnal de modificare a vitezei - turația compresorului se modifică, prin urmare și sarcina se modifică, această oportunitate este oferită de opțiunea de feedback.

Pentru un control mai precis, atunci când este necesară menținerea unui cuplu sau viteză constantă chiar și la frecvențe joase, se folosesc convertizoare de frecvență cu control vectorial. Ele pot menține o viteză constantă chiar și cu sarcini în schimbare bruscă, iar acesta este deja un control mai complex.

Practic, convertizoarele de frecvență cu control vectorial sunt potrivite pentru antrenarea transportoarelor, ascensoarelor, transportoarelor, echipamentelor de construcții, prese, mașini-unelte și alte echipamente care necesită viteză constantă sub sarcină variabilă. Astfel de convertoare pot menține, de asemenea, un cuplu constant la viteze diferite.

Un convertor controlat prin vector necesită configurare, adică introducerea datelor pașaportului motorului conectat. În timpul funcționării, reglarea automată are loc pe baza informațiilor curente despre curent, tensiune și frecvență. Metoda de control vectorial vă permite să reduceți curentul reactiv al motorului la cel optim prin scăderea sau creșterea corespunzătoare a tensiunii la motor.

Convertizoarele de frecvență cu feedback de viteză permit controlul precis al vitezei atunci când sarcina poate varia la aceeași frecvență, iar cuplul nu este deloc legat direct de turație. Cu astfel de convertoare este, de asemenea, posibilă reglarea vitezei pe o gamă largă la cupluri apropiate de valoarea nominală.

Opțiuni suplimentare pentru convertoarele de frecvență includ posibilitatea de a se conecta prin protocoale MODBUS, PROFIBUS, CANOPEN, precum și controlul prin Bluetooth. Există convertoare de frecvență cu potențiometru de la distanță, cu capacitatea de a controla de la un computer și cu funcția de salvare a setărilor publicate

Motorul cu inducție a fost folosit pentru prima dată la sfârșitul secolului al XIX-lea. Utilizarea cu succes a făcut posibilă introducerea acestui echipament în aproape orice fabrică, fabrică sau orice industrie. Cu toate acestea, operarea acestui dispozitiv s-a dovedit a fi destul de problematică, mai ales pornirea și oprirea. Scopul principal al funcționării unui convertor de frecvență, precum și scopul creării acestuia, a fost tocmai nevoia unui dispozitiv care să controleze un motor asincron.

Informații generale

Cel mai recomandabil este să furnizați un convertor de frecvență (FC) acelor dispozitive care au o putere nominală destul de mare. Scopul principal pentru care este utilizat un astfel de echipament este schimbarea curentului de pornire. Starea de urgență face posibilă setarea unei valori pentru acest parametru, care asigură o oprire și pornire mai lină a motorului.

De asemenea, se poate remarca faptul că aceste două dispozitive, care funcționează în perechi, fac posibilă înlocuirea dispozitivelor precum unitățile electrice de curent continuu. Pe de o parte, este foarte simplu să reglați viteza unui astfel de sistem, dar există și un punct slab într-o astfel de rețea - motorul electric în sine. În acționările electrice de curent continuu, acest dispozitiv este cel mai scump și mai nefiabil. Iar dacă comparați echipamentul asincron cu un dispozitiv de curent continuu, atunci puteți evidenția avantaje clare: un dispozitiv mai simplu și mai fiabil; greutatea, costul și dimensiunile unui dispozitiv asincron vor fi mult mai mici decât cele ale unui dispozitiv de curent continuu cu aceeași putere.

Ce este un convertor de frecvență

Merită spus că puteți ajusta manual valoarea numerică a curentului. Cu toate acestea, acest lucru va dura o anumită perioadă de timp, deoarece o persoană nu este capabilă să reacționeze instantaneu la orice schimbare, ca o mașină. Și acest lucru va duce la faptul că o anumită cantitate de energie va fi irosită, iar resursa de energie a motorului va fi epuizată mai repede.

Un convertor de frecvență pentru un motor electric este o parte practic necesară, deoarece acele dispozitive care nu îl aveau aveau o valoare a curentului care depășea tensiunea nominală de 5-7 ori. O astfel de diferență nu va permite crearea unor condiții acceptabile pentru funcționarea motorului.

Principiul de funcționare al convertorului de frecvență constă în faptul că folosește un mecanism electronic special, care controlează funcționarea motorului asincron. De asemenea, este important să rețineți că starea de urgență vă permite nu numai să stabiliți o pornire lină, ci și să selectați indicatorul optim între tensiune și frecvență. Această caracteristică este calculată folosind o anumită formulă.

Principalul avantaj al utilizării unui convertor de frecvență pentru un motor este economia de energie electrică, a cărei valoare ajunge până la 50%. Un alt avantaj important al unei întreprinderi private este capacitatea de a-și personaliza munca astfel încât să se potrivească cel mai bine fiecărei industrii. Utilizarea unui astfel de dispozitiv se bazează pe principiul de funcționare al conversiei dublei tensiuni.

Prima etapă este reglarea tensiunii care vine de la rețea. Se îndreaptă și se filtrează. Aceste operațiuni sunt efectuate printr-un sistem de condensatoare.

A doua etapă este includerea controlului electronic al sistemului. Acest element setează valoarea curentă care va corespunde frecvenței, precum și modul de funcționare selectat anterior.

După cum puteți vedea, principiul de funcționare al convertorului de frecvență este destul de simplu.

Materiale de asamblare

Astăzi, răspândirea și îmbunătățirea tehnologiilor și echipamentelor a dus la faptul că, având anumite cunoștințe în electronică și abilități, puteți asambla starea de urgență pentru un motor monofazat cu propriile mâini.

Pentru a asambla acest dispozitiv, veți avea nevoie de următoarele materiale:

Driver de punte trifazat model IR2135 sau 2133;
vei avea nevoie de un microcontroler care va fi folosit ca generator PWM, model AT90SPWM3B;
un alt detaliu important este programatorul;
trei perechi de tranzistoare;
indicator cu cristale lichide;
șase butoane pentru a controla sistemul.

Asamblarea dispozitivului

Pentru a începe, trebuie să aveți un circuit convertor de frecvență. Asamblarea va fi mult mai comodă și mai rapidă dacă aveți acest document.

Primul pas de asamblare este conectarea înfășurărilor motorului. Pentru a face acest lucru, trebuie să utilizați o opțiune de conectare, care în inginerie electrică se numește triunghi.

La asamblarea unui convertor de frecvență cu propriile mâini, baza va fi două plăci. Unul dintre ele (primul) va fi baza pentru plasarea elementelor precum sursa de alimentare, driverul și tranzistoarele. Terminalele de alimentare se vor conecta și la această placă. A doua placă este necesară pentru montarea microcontrolerului și a indicatorului. Pentru a conecta aceste două elemente unul la altul, trebuie să utilizați un cablu flexibil. Pentru a face o unitate de puls, puteți folosi cel mai simplu circuit.

Pentru a controla funcționarea motorului, nu este nevoie să adăugați dispozitive externe. Cu toate acestea, dacă mai aveți o astfel de dorință, atunci puteți adăuga circuitul IL300 la design.

Următorul element important în asamblarea unui convertor de frecvență cu propriile mâini va fi un radiator comun. În circuitul acestor dispozitive, acest element este utilizat pentru a plasa tranzistori și o punte de diode pe el. Unul dintre pașii necesari este instalarea optocuplelor OS2-4. Scopul principal al acestor elemente este de a duplica butoanele de control.

Când faceți un convertor de frecvență cu propriile mâini pentru un motor cu o putere de până la 400 W, puteți face fără un senzor de temperatură. Pentru a măsura tensiunea, puteți utiliza un amplificator obișnuit (DA-1-2). De asemenea, este necesar să protejați toate butoanele de control. Pentru aceasta se folosesc împingătoare din plastic. Dispozitivul este controlat cu ajutorul unui cuplaj optic.

Ultimul lucru pe care trebuie să-l faceți când faceți singur un convertor de frecvență este să aveți grijă de suprimarea zgomotului. Acest lucru trebuie făcut doar dacă sistemul utilizează fire prea lungi. Când rotorul motorului funcționează deja, puteți selecta orice viteză de rotație care se află în intervalul de frecvență de la 1 la 40.

Conexiune

Colectarea unei situații de urgență este doar jumătate din luptă. A doua jumătate este conectarea corectă a convertorului la motor. Un convertor de frecvență pentru o pompă care funcționează cu un motor asincron poate fi conectat folosind două metode. Alegerea metodei depinde de tensiunea rețelei.

Dacă are o tensiune de 220 V și o singură fază, atunci cea mai avantajoasă schemă de conectare este un triunghi. Este important să ne amintim un lucru aici. Curentul de ieșire nu poate depăși curentul nominal cu mai mult de 50%.

Dacă conectați un convertor de frecvență cu 380 V și trei faze, atunci pentru a vă conecta la motor cel mai bine este să apelați la un circuit precum o stea. Pentru a simplifica pe cât posibil acest proces, PE-urile achiziționate au terminale speciale care au marcajele necesare. Pe unul de casă va trebui să te descurci fără asta.

Este important să nu uităm că în orice sistem, făcut în casă sau achiziționat, trebuie să existe un circuit care să aibă un terminal de împământare.

Întreținerea dispozitivului

După cum am menționat mai devreme, simpla asamblare a unei situații de urgență și conectarea acesteia nu este suficientă. O altă parte importantă care asigură o durată lungă de viață a dispozitivului este întreținerea dispozitivului. Un convertor de frecvență pentru o pompă, motor sau orice alt dispozitiv trebuie întreținut cu atenție:

Cel mai teribil inamic al echipamentelor electronice este praful. Este important să vă asigurați că nu se acumulează pe contactele interne. Un compresor de putere redusă poate fi folosit pentru a îndepărta aceste particule de resturi. Nu este indicat sa folositi un aspirator, deoarece acesta nu va putea indeparta un strat dens de praf.
Este necesar să se verifice în mod regulat funcționalitatea tuturor componentelor. Dacă apar probleme, schimbați-le imediat. Durata de viață normală a unui condensator electrolitic este de 5 ani, pentru o siguranță - 10 ani. Ventilatoarele care funcționează în interiorul dispozitivului trebuie schimbate la fiecare 2-3 ani, cablurile interne - la fiecare 6 ani.
Este foarte important să monitorizați parametri precum temperatura elementelor interne, precum și tensiunea pe magistrala DC. Dacă temperatura crește prea mult, este probabil ca pasta termică să se usuce, provocând defectarea condensatorilor. Pentru a evita această problemă, se recomandă schimbarea pastei termice la fiecare trei ani.
Este important să respectați următoarele reguli de funcționare: temperatura ambiantă nu mai mare de +40 de grade; camera trebuie să fie uscată, umiditatea ridicată este inacceptabilă; Creșterea prafului va afecta, de asemenea, negativ dispozitivul.

Dispozitiv structural al situațiilor de urgență

Pentru a răspunde cu exactitate la întrebarea cum să faci un convertor de frecvență, trebuie să înțelegeți încă un punct. Acesta este dispozitivul structural al acestui dispozitiv.

Deoarece în timpul producției trebuie să vă concentrați pe modelele achiziționate, diagrama trebuie să fie adecvată. Aceasta înseamnă că trebuie să funcționeze pe o structură de conversie dublă. Acest circuit are părți principale: o legătură DC, un invertor de impulsuri de putere și un sistem de control.

Dacă luăm în considerare mai detaliat, partea de curent continuu constă din două conexiuni: un redresor necontrolat și un filtru. În acest element, tensiunea alternativă care funcționează în rețea va fi transformată în tensiune continuă.

Al doilea element este un invertor de impulsuri de putere. Este trifazat și este format din șase comutatoare cu tranzistori. Ele sunt concepute pentru a conecta înfășurarea motorului corespunzătoare la fiecare dintre comutatoare, atât pozitive, cât și negative. Acest element este responsabil pentru transformarea tensiunii continue de intrare în tensiune trifazată și alternativă. Acest dispozitiv setează, de asemenea, frecvența și amplitudinea dorite.

Ultimul element este sistemul de control. Aici se folosesc tranzistori IGBT de putere. În comparație cu tiristoarele convenționale, frecvența de comutare a tranzistoarelor este mai mare. Acest lucru permite ca semnalul de ieșire să fie produs sub forma unei undă sinusoidală cu distorsiuni minime.

Convertoare de frecvență pe un microcontroler

Principiul de funcționare al unor astfel de dispozitive este următorul. Inițial, caracteristicile tuturor microcontrolerelor (MC) sunt configurate să funcționeze în tandem cu o tensiune de 200 V și o frecvență de câmp de 50 Hz. Cu alte cuvinte, acestea sunt configurate implicit să funcționeze în tandem cu cele mai primitive motoare asincrone de 220 V/50 Hz. Există, de asemenea, un indicator precum viteza de câștig de frecvență. În mod implicit, această valoare este setată la 15 Hz/sec. Aceasta înseamnă că accelerarea MK la 50 Hz va dura puțin mai mult de 3 secunde și, de exemplu, la 150 Hz în exact 10 secunde. De asemenea, este important de menționat că inițial starea de urgență este scalară. Cu alte cuvinte, cu cât frecvența de ieșire a motorului este mai mare, cu atât tensiunea acestuia va fi mai mare.

Repararea și reglarea dispozitivului

Reparația convertoarelor de frecvență este o parte integrantă a lucrului cu aceste dispozitive. Destul de des apare o problemă, cum ar fi defectarea rezistenței de frânare. Dacă se întâmplă acest lucru, starea de urgență nu va putea funcționa la capacitate maximă. Pentru a determina dacă elementul de frână s-a defectat sau nu, există un tabel care prezintă toate valorile nominale pentru toate tipurile de elemente. Dacă, după verificarea cu acest document, se dovedește că niciun parametru nu se potrivește, atunci rezistența trebuie schimbată.

Pot exista și defecțiuni dacă urgența este prea puternică sau rețeaua este prea slabă pentru acest model. Ideea aici este principiul funcționării elementelor de urgență. Este proiectat pentru funcționare la tensiune ridicată constantă. Dacă parametrii rețelei nu ating indicatorii minimi necesari pentru funcționare, atunci nu își va putea îndeplini funcțiile. Ca atare, repararea convertorului de frecvență nu este necesară, trebuie să cumpărați un dispozitiv mai puțin puternic.

Principalii indicatori ai convertoarelor

Principalele caracteristici ale acestor dispozitive includ următoarele:

tensiune de funcționare cuprinsă între 220 și 480 V;
toate modelele au protectie lP54;
condițiile de temperatură necesare pentru funcționarea normală variază de la +10 la +40 grade Celsius;
puterea pentru majoritatea modelelor achiziționate este de la 1 kW.

În plus, există modele precum convertoarele de frecvență cu două legături, precum și varietăți precum dispozitivele matrice și vectoriale. De exemplu, tipul de vector este o sursă de frecvență de curent alternativ și tensiunea care este furnizată acestuia este necesară pentru a crea amplitudinea dorită. Acest tip de dispozitiv asigură pornirea motorului la 2 secunde după pornirea situației de urgență. Cu toate acestea, dezavantajul este că este destul de scump și, prin urmare, popularitatea sa scade rapid.

Este foarte important să rețineți că simpla alegere a unui dispozitiv puternic este greșită. Alegerea trebuie făcută în conformitate cu parametrii de funcționare ai rețelei. Dacă cumpărați un convertor de frecvență prea puternic pentru un motor electric, veți ajunge să plătiți în exces pentru echipamente care vor reprezenta o amenințare, mai degrabă decât să reglementeze funcționarea unității.

Principiile controlului frecvenței acționărilor electrice asincrone sunt implementate cu succes în întreaga lume. Metoda oferă, pe lângă economii semnificative de energie, un control îmbunătățit al funcționării unităților și duce la economii semnificative de energie.

Principiul de funcționare

Viteza de rotație a arborelui motorului electric depinde de frecvența tensiunii de alimentare furnizate. Utilizarea convertoarelor de frecvență este recunoscută pe scară largă ca fiind cea mai eficientă metodă de reglare a vitezei de rotație. Funcționarea dispozitivului este de a transforma tensiunea de ieșire (U), caracterizată printr-o frecvență (F) și amplitudine (A) constante, într-o tensiune cu parametri variabili. Aceasta duce la o modificare a frecvenței câmpului magnetic, care modifică rotația mecanică a arborelui motorului.

Ținând cont de faptul că cuplul de sarcină este constant, puterea curentului depinde de sarcină, în consecință, tensiunea furnizată la bornele motorului se modifică proporțional cu frecvența, aceasta menținând constantă fluxul de magnetizare și cuplul, precum și valoarea curentului constantă.

Ca o consecință a acestor procese, există o ajustare constantă a vitezei și cuplului în raport cu sarcina de lucru. Pierderile sunt minime, acest lucru se realizează prin menținerea constantă a alunecării la orice viteză, pentru toate sarcinile.

Avantajele metodei de reglare a frecvenței

Motorul electric poate fi controlat la o distanță considerabilă într-o locație convenabilă.
Pornire ușoară și costuri reduse de întreținere a dispozitivului.
Posibilitatea de a crește productivitatea prin ajustarea vitezei în funcție de nevoile de producție necesare.
Eficiența crescută a convertorului de frecvență până la 97% a unei mașini asincrone și până la 95% crește eficiența energetică datorită metodei de control și a motorului electric utilizat.
Convertorul static este utilizat pentru cuplu variabil (cuplu mic, viteze mici) cu o tensiune redusă la bornele de conectare la motorul electric. De asemenea, pentru utilizare în cazul cuplului și puterii constante, într-un astfel de caz, eficiența ridicată este atinsă prin controlul fluid al vitezei. Datorită acestor capacități, sistemul poate fi considerat universal.
Controlul obligatoriu al vitezei ajută la optimizarea procesului, ceea ce contribuie la o calitate ridicată a produsului.

Caracteristici

Un semnal cu o anumită valoare a tensiunii și o anumită frecvență este obținut după trecerea prin trei etape - aceasta este:

Punte de diodă redresoare.
Filtru DC pentru netezirea valorii tensiunii deja rectificate folosind condensatoare.
Un invertor sau un modul de putere care funcționează pe baza IGBT (IGBT - tranzistor bipolar cu poartă izolată). Acest tranzistor de putere poate fi folosit ca comutator cu un curent de funcționare semnificativ de câțiva kiloamperi și o tensiune de câțiva kilovolți cu o frecvență de comutare mai mare de 30 kHz.

Fig nr. 1. Trei legături principale care alcătuiesc dispozitivul convertor de frecvență.

Tipuri de viteză de control al frecvenței a mașinii cu inducție

Există două tipuri principale de control al vitezei de rotație, care sunt metode de bază, acestea sunt:

Scalar (fără a utiliza feedback).
Controlul vectorial, feedback-ul poate fi aplicat sau nu.

Caracteristicile controlului scalar

Când se utilizează acest tip de control, raportul U/F este menținut neschimbat pe toată gama de frecvență pentru a menține un flux magnetic constant (F) al motorului electric. Această metodă este utilizată atunci când nu este nevoie să răspundeți rapid la fluctuațiile de cuplu și viteză.

Reglarea scalară vă permite să alimentați mai multe mașini asincrone care funcționează de la un dispozitiv de frecvență. Cu control scalar, compensarea alunecării este aplicată prin reducerea vitezei. Există o creștere a cuplului constant datorită creșterii coeficientului V/F, aceasta compensează scăderea valorii tensiunii pe statorul motorului. Această metodă este simplă în proiectare și nu necesită o precizie semnificativă și un răspuns rapid la modificările numărului de rotații ale arborelui.

Control motor vectorial

Pentru a crește eficiența în controlul unității de lucru, se recomandă utilizarea metodei de reglare prin schimbarea legăturii fluxului.

Cea mai precisă și eficientă metodă este considerată metoda de control vectorial al fazei curentului din statorul mașinii și, în consecință, faza câmpului său magnetic în raport cu rotorul. Această metodă se caracterizează prin utilizarea unui senzor de poziție sau a unui senzor de poziție (encoder), care permite afișarea poziția exactă a rotorului la fiecare cuplu. Utilizarea senzorilor de poziție poate crește costul acționării electrice. Folosind encodere, viteza poate fi reglată cu o precizie de 0,01%.

Pentru a evita această limitare, se recomandă utilizarea unui convertor de circuit integrat ASIC în sistemul de control al motorului electric. Acesta creează un model de motor adaptiv, exprimat matematic cu o indicație precisă a mărimii curenților, tensiunilor, rezistenței statorului și inductanței de scurgere la ieșire. Face posibilă crearea de simulări ale parametrilor de funcționare termică a motorului în diferite condiții de funcționare.

Controlul vectorial fără utilizarea senzorilor de feedback poate furniza erori dinamice care sunt prezente în acționările electrice cu feedback închis. Controlul vectorial fără senzori este simplu în design, dar foarte limitat atunci când este utilizat la viteze mici, este excelent pentru viteze mari de rotație.

Influența curenților armonici superiori

Important: pentru rețelele de curent alternativ, un sistem care folosește un convertor de frecvență servește ca sarcină de impuls neliniară, unde există armonici de curent care afectează negativ parametrii de calitate ai liniei de alimentare în funcție de valoarea rezistenței liniei. Armonicele mai mari au amplitudine mai mică și pot fi filtrate mai ușor.

Curenții armonici contribuie la creșterea pierderilor electrice și la scăderea factorului de putere, contribuind la supraîncălzirea elementelor de rețea, de exemplu: cabluri, transformatoare, motoare, condensatoare.

Sufocare de linie sau reactor de netezire a liniei

Convertizoarele de frecvență trebuie să aibă un dispozitiv de filtrare. Distorsiunea armonică poate fi redusă prin utilizarea bobinelor de rețea sau reactoare DC. Choke-ul previne scăderea tensiunii la motorul electric și ajută la creșterea factorului de putere. Dezavantajul inductorului este că poate duce la rezonanță nedorită în sistemul general de alimentare cu energie, acest lucru se întâmplă din cauza unei combinații incorect selectate a rezistenței sale cu rezistența de linie.

Se recomandă adăugarea rezistenței șocului de linie la rezistența existentă a sursei de alimentare. Aceasta ține cont de rezistența transformatoarelor și a liniilor de cablu, în acest caz căderea de tensiune va fi de 2-4% și va servi la îmbunătățirea factorului de putere și la reducerea distorsiunii armonice la curentul de ieșire.

De asemenea, reactorul de netezire îmbunătățește factorul de putere și servește la suprimarea sau atenuarea armonicilor superioare. Reactorul ajută la creșterea duratei de viață a semiconductorilor și a bateriilor condensatoare. Din acest motiv, valoarea curentului a diodelor redresoare scade, iar ondulația curentului prin condensatoare scade.

Fig nr. 2. Inductie de linie (reactor).

Măsuri care vizează netezirea armonicilor

Pentru a suprima interferențele radio generate de invertor, convertizorul de frecvență folosește un filtru de interferențe radio și un modul DBR, dispozitivele fiind folosite pentru a respecta cerințele de compatibilitate electromagnetică.

De asemenea, pentru reducerea armonicilor, se folosește un convertor cu mai multe niveluri, care implică o ușoară creștere a costului echipamentului, reduce fiabilitatea și complică controlul. O soluție bună la această problemă poate fi observată prin îmbunătățirea calității PWM, diagrama de timp este optimizată - are loc modulația vectorială spațială, controlul tensiunii se îmbunătățește, eficiența sistemului crește (convertor de frecvență + motor electric)

Economie de energie

Creșterea eficienței unui motor electric se realizează prin creșterea frecvenței de comutare. Când este conectat de la un convertor, eficiența motorului este menținută în comparație cu motoarele standard.

Eficiența energetică se realizează prin reducerea pierderilor de căldură și a pierderilor de fier, aceasta putând fi normalizată prin reducerea vitezei. Calitatea controlului apare din cauza excluderii dispozitivelor mecanice care provoacă pierderi și reduc fiabilitatea - acestea pot fi: amortizoare, sisteme de frânare, supape etc.

Scrie comentarii, completări la articol, poate am omis ceva. Uită-te la, mă voi bucura dacă vei găsi altceva util la al meu. Toate cele bune.

Adăugați o etichetă

Un convertor de frecvență

Bună tuturor. Așa că am decis să scriu un articol despre unitatea asincronă și convertizorul de frecvență pe care le-am făcut. Prietenul meu a trebuit să întoarcă gaterul și să o întoarcă bine. Și eu însumi m-am implicat în electronica impulsurilor și i-am oferit imediat un generator de frecvență. Da, a fost posibil să cumpăr un convertor proprietar și a trebuit să mă ocup de ele, să le parametrizez, dar mi-am dorit al meu, FĂCUT DE CASĂ! Și acționarea circulară nu este esențială pentru calitatea controlului vitezei, dar trebuie pregătită pentru sarcini de șoc și funcționare sub suprasarcină. De asemenea, controlul este cât se poate de simplu folosind câteva butoane și fără parametri acolo.

Principalele avantaje ale unui variator de frecvență (poate o voi repeta pentru unii):

Formăm dintr-o singură fază 220V cu drepturi depline 3 faze 220V cu o deplasare de 120 de grade și avem cuplu și putere completă pe arbore.

Cuplu de pornire crescut și pornire lină fără curent de pornire ridicat

Nu există magnetizare și încălzire inutilă a motorului, ca atunci când se utilizează condensatori.

Abilitatea de a regla cu ușurință viteza și direcția, dacă este necesar.

Iată diagrama care a venit împreună:

O punte trifazată pe tranzistoare IGBT cu diode de rulare liberă (am folosit G4PH50UD existent) este controlată printr-un optodriver HCPL 3120 (circuit de alimentare bootstrap) de un microcontroler PIC16F628A. La intrare există un condensator de stingere pentru încărcarea lină a electroliților de circuit continuu. Apoi este manevrat de un releu și nivelul de pregătire logic ajunge simultan la microcontroler. Există, de asemenea, un declanșator de protecție a curentului de scurtcircuit. și suprasarcină gravă a motorului. Controlul se realizează prin 2 butoane și un comutator basculant pentru schimbarea sensului de rotație.

Am asamblat partea de putere folosind o instalație cu balamale. Placa de control arată astfel:

Am lipit rezistențe paralele de 270k pe condensatorii de poartă de trecere (am uitat să le desenez locuri) pe spatele plăcii, apoi am vrut să le înlocuiesc cu unele SMD, dar le-am lăsat așa.

Iată cum arată această placă după lipire:

Pe cealaltă parte

Pentru a alimenta controlul, a fost asamblată o sursă de alimentare standard cu comutare flyback (FLAYBACK).

Diagrama lui:

Puteți utiliza orice sursă de alimentare de 24 V, dar una care este stabilizată și întârzie pierderea tensiunii de ieșire din momentul în care se stinge alimentarea de la rețea cu câteva secunde. Acest lucru este necesar pentru ca unitatea să aibă timp să se oprească din cauza unei erori DC. Am realizat prin instalarea electrolitului C1 cu o capacitate mai mare.

Acum despre cel mai important lucru... despre programul de microcontroler. Programarea intermitențelor simple nu a fost dificilă pentru mine, dar aici a trebuit să-mi întind creierul. După ce am căutat pe net, nu am găsit nicio informație potrivită la acel moment. Mi s-a oferit și să furnizez controlere specializate, de exemplu un controler MOTOROLA MC3PHAC. Dar, repet, mi-am dorit a mea. Am început să înțeleg în detaliu modulația PWM, cum și când să deschid ce tranzistor... Au apărut anumite modele și a apărut un șablon pentru cel mai simplu program de prelucrare a întârzierilor, cu ajutorul căruia puteți produce un PWM sinusal satisfăcător și reglați Voltaj. Desigur, controlerul nu a avut timp să numere nimic, întreruperile nu mi-au oferit ceea ce aveam nevoie, așa că am renunțat imediat la ideea unui calcul PWM grozav pe PIC16F628A. Rezultatul a fost o matrice de constante, care a fost procesată de controler. Acestea stabilesc atât frecvența, cât și tensiunea. Sincer să fiu, mi-am petrecut mult timp să mă joc. Gatereul folosea deja condensatori la viteză maximă când a apărut prima versiune a firmware-ului. Am testat mai întâi întregul circuit pe un motor de ventilator de 180 de wați. Iată cum arăta „configurarea experimentală”:

Primele experimente au arătat că acest proiect cu siguranță are viitor.

Programul a fost rafinat și, drept urmare, după promovarea motorului de 4 kW, acesta a putut fi asamblat și a plecat la gater.

Tovarășul a fost plăcut surprins, deși a fost sceptic încă de la început. Am fost si eu surprins pentru ca... a fost verificată protecția la scurtcircuit. (sa întâmplat accidental în motorul cu bor). Totul a rămas viu. Motorul de 1,5 kW și 1440 rpm a mestecat ușor fasciculele cu un disc de 300 mm. Scripeții sunt unu la unu. Când au fost impacturi și noduri, lumina s-a stins ușor, dar motorul nu s-a oprit. A trebuit să strâng și cureaua mult, pentru că... alunecat sub sarcină grea. Apoi l-au pus în viteză dublă.

Acum inca finalizez programul, va deveni si mai bun, algoritmul de operare al lamei este putin mai complicat, sunt mai multe moduri, posibilitatea de a se invarti peste valoarea nominala... si aici mai jos este cel mai simplu versiune care lucrează la ferăstrău de aproximativ un an.

Caracteristicile sale:

Frecvența de ieșire: 2.5-50Hz, pas de 1.25Hz; Frecvența PWM este sincronă și variabilă. Interval aproximativ 1700-3300Hz; Modul de control scalar U/F, puterea motorului de până la 4 kW.

Frecvența minimă de operare după apăsarea butonului RUN o dată este de 10 Hz.

Când ții apăsat butonul RUN, se produce accelerația când îl eliberezi, frecvența rămâne cea la care ai reușit să accelerezi. Maxim 50Hz - semnalizat prin LED. Timpul de accelerare este de aproximativ 2 secunde.

LED-ul „gata” semnalează că unitatea este gata de pornire.

Reversul este interogat în starea gata.

Nu există moduri de frânare sau de control al frecvenței, dar nu sunt necesare în acest caz.

Când este apăsat Stop sau RESET, are loc o oprire în rulare.

Asta este tot pentru acum. Vă mulțumesc că ați citit până la capăt.

Ce parere aveti de acest articol?