Frekvenční měnič pro třífázový a jednofázový elektromotor: frekvenční měnič s vlastními rukama, jak vyrobit

Asynchronní motory jsou dnes hlavními trakčními pohony obráběcích strojů, dopravníků a dalších průmyslových celků.

Aby motory fungovaly normálně, potřebují frekvenční měnič. Umožňuje optimalizovat provoz jednotky a prodloužit její životnost. Není nutné kupovat zařízení - frekvenční měnič pro třífázový elektromotor lze vyrobit ručně.

Účel frekvenčního měniče

Asynchronní elektromotor může pracovat bez frekvenčního měniče, ale v tomto případě bude mít konstantní otáčky bez možnosti nastavení. Kromě toho nepřítomnost frekvenčního měniče povede ke zvýšení startovacího proudu o 5-7 násobek jmenovitého, což způsobí zvýšení rázového zatížení, zvýší energetické ztráty a povede k výraznému snížení životnosti jednotka.

Pro odstranění všech výše uvedených negativních faktorů byly vynalezeny frekvenční měniče pro asynchronní motory třífázového a jednofázového proudu.

Frekvenční měnič umožňuje regulovat otáčky elektromotoru v širokém rozsahu, poskytuje plynulý rozběh, umožňuje upravit jak rychlost rozjezdu, tak rychlost brzdění, připojit třífázový motor k jednofázové síti a mnoho jiný. Všechny tyto funkce závisí na mikrokontroléru, na kterém je postaven, a mohou se model od modelu lišit.

Jak zařízení funguje

Střídavý proud teče ze sítě do diodového můstku, kde je usměrněn a jde do skupiny vyhlazovacích kondenzátorů, kde se nakonec změní na stejnosměrný proud, který proudí do svodů výkonných IGBT tranzistorů řízených hlavní ovladač. Zdroje tranzistorů jsou zase připojeny k motoru.

Zde je zjednodušené schéma frekvenčního měniče pro třífázový indukční motor.

Nyní se podívejme, co se stane s tranzistory a jak fungují.

Tranzistor s efektem pole (také známý jako klíč, mosfet atd.) je elektronický spínač, jehož princip činnosti je založen na výskytu vodivost mezi dvěma svorkami (drain a source) mosfetu, když se na řídicí svorce (gate) objeví napětí, které překročí vypouštěcí napětí.

Na rozdíl od běžných relé fungují klávesy na velmi vysokých frekvencích (od několika hertzů do stovek kilohertzů), takže je nelze nahradit relé.

Tyto rychlé spínače umožňují mikrokontroléru ovládat napájecí obvody.

K ovladači jsou kromě mosfetů připojeny také proudové senzory, ovládání frekvenčního měniče a další periferie.

Když je frekvenční měnič v provozu, mikrokontrolér měří spotřebu energie a v souladu s parametry nastavenými na ovládacím panelu mění trvání a frekvenci period, kdy je tranzistor otevřený (on) nebo zavřený (off), a tím mění nebo udržuje rychlost otáčení elektrický motor.

Vlastní zařízení

Navzdory mnoha továrně vyrobeným jednotkám lidé vyrábějí frekvenční měniče nezávisle, protože dnes lze všechny jeho součásti zakoupit v každém obchodě s rádiem nebo objednávka z Číny. Takový frekvenční měnič vás vyjde mnohem levněji než kupovaný, navíc nebudete pochybovat o kvalitě jeho montáže a spolehlivosti.

Výroba třífázového měniče

Náš převodník namontujeme na mosfety G4PH50UD, které budou řízeny řadičem PIC16F628A pomocí optodriverů HCPL3120.

Sestavený frekvenční měnič po připojení k jednofázové síti 220 V bude mít na výstupu tři plné fáze 220 V s posunem o 120° a výkonem 3 kW.

Obvod frekvenčního měniče vypadá takto:

Protože se frekvenční měnič skládá z částí pracujících jak při vysokém (výkonová část), tak při nízkém (řídicí) napětí, bylo by logické jej rozdělit na tři desky (hlavní deska, řídicí deska a její nízkonapěťový zdroj), aby se vyloučila možnost průrazu mezi kolejemi s vysokým a nízkým napětím a výstupem zařízení z budova.

Takto vypadá rozložení ovládací desky:

K napájení řídicí desky můžete použít jakýkoli zdroj 24 V se zvlněním nejvýše 1 V švih, se zpožděním v přerušení napájení na 2-3 sekundy od okamžiku zániku napájecího napětí 220 V.

Napájecí zdroj lze sestavit sami podle tohoto schématu:

Vezměte prosím na vědomí, že hodnocení a názvy všech rádiových komponent na schématech jsou již podepsány, takže i začínající radioamatér může pomocí nich sestavit funkční zařízení.

Než budete pokračovat v montáži převodníku, ujistěte se:

1. Všechny potřebné komponenty máte skladem;
2. Správné rozložení desky;
3. V přítomnosti všech potřebných otvorů pro instalaci rádiových komponent na desce;
4. To, že nezapomněli naplnit mikrokontrolér firmwarem z tohoto archivu:

Pokud jste vše udělali správně a na nic nezapomněli, můžete se pustit do montáže.

Po sestavení skončíte s něčím podobným:

Nyní stačí zkontrolovat zařízení: k tomu připojíme motor k frekvenčnímu měniči a přivedeme na něj napětí. Po rozsvícení LED připravenosti stiskněte tlačítko "Start". Motor by se měl začít pomalu otáčet. Při podržení tlačítka motor začne zrychlovat, po uvolnění udržuje otáčky na úrovni, na kterou se mu podařilo zrychlit. Po stisknutí tlačítka Reset se motor zastaví setrvačností. Tlačítko "Reverse" se aktivuje pouze při zastaveném motoru.

Pokud je test úspěšný, můžete začít vyrábět pouzdro a shromažďovat do něj frekvenční měnič. Do pouzdra nezapomeňte udělat otvory pro proudění chladu a výstup horkého vzduchu z chladiče IGBT tranzistorů.

Frekvenční měnič pro jednofázový motor

Frekvenční měnič pro jednofázový motor se od třífázového liší tím, že má na výstupu dvě fáze (nemá chybu, jednofázový motor, při připojení bez frekvenčního měniče je pracovní vinutí připojeno přímo k síti a spouštěcí vinutí je připojeno přes kondenzátor; ale při použití frekvenčního měniče je startovací vinutí připojeno přes druhou fázi) a jeden nulový vodič - na rozdíl od tří fází v druhé fázi, takže vyrobit frekvenční měnič pro jednofázový elektromotor, používající jako základ třífázový obvod, nebude fungovat, takže musíte začít znovu.

Jako mozek tohoto převodníku použijeme ATmega328 MK s bootloaderem arduiny. V principu se jedná o Arduino, jen bez vlastního páskování. Pokud se vám tedy arduinka s takovým mikrokontrolérem povaluje v popelnicích, můžete ji po naplnění skicou (firmwarem) z tohoto archivu bezpečně zapájet a používat k podnikání:

Ovladač IR2132 bude připojen k atmegu a již k němu - mosfetům IRG4BC30, ke kterým připojíme motor o výkonu až 1 KW včetně.

Obvod frekvenčního měniče pro jednofázový motor:

Také pro napájení arduinu (5V) a napájení napájecího relé (12v) potřebujeme 2 stabilizátory. Zde jsou jejich schémata:

12V stabilizátor.

Stabilizátor pro 5 voltů.

Pozornost! Toto schéma není snadné. Možná budete muset vyladit a odladit firmware, abyste dosáhli plného výkonu zařízení, ale není to obtížné a na internetu existuje velké množství programovacích příruček pro Arduino. Samotný náčrt navíc obsahuje poměrně podrobné komentáře ke každé akci. Ale pokud je to pro vás příliš obtížné, můžete zkusit najít takový frekvenční měnič v obchodě. Nejsou sice tak běžné jako frekvenční měniče pro třífázové motory, ale koupíte je, i když ne v každém obchodě.

Všimněte si také, že obvod nemůžete zapnout bez předřadníku - výstupní klíče vyhoří. Předřadník musí být připojen přes diodu obrácenou k anodě ke kondenzátoru výkonového filtru. Pokud připojíte předřadník bez diody, klávesy opět selžou.

Pokud ti všechno vyhovuje, můžete začít vyrábět deskua poté - k montáži celého obvodu. Před montáží se ujistěte, že je deska správně zapojena a že na ní nejsou žádné závady, a také že máte všechny rádiové komponenty naznačené na schématu. Nezapomeňte také nainstalovat IGBT na masivní chladič a izolovat je od něj pomocí tepelných podložek a izolačních podložek.

Po sestavení frekvenčního měniče můžete začít s jeho kontrolou. V ideálním případě byste měli mít následující funkcionalitu: tlačítko "S1" - start, každé další stisknutí přidá určitý (změněný úpravou náčrtu) počet otáček; "S2" je stejné jako "S1", pouze způsobí otáčení motoru v opačném směru; tlačítko "S3" - stop, po stisknutí se motor zastaví s doběhem.

Vezměte prosím na vědomí, že zpátečka se při pokusu o změnu provádí úplným zastavením motoru směr otáčení na běžícím motoru jej okamžitě zastaví a vyhoří vypínače přetížení. Pokud vám nejsou líto peněz, které bude nutné vynaložit na výměnu mosfetů, pak můžete tuto funkci využít jako nouzovou brzdu.

Možné problémy s ověřením

Pokud při kontrole frekvenčního měniče obvod nefungoval nebo nefungoval správně, udělali jste někde chybu. Odpojte frekvenční měnič od sítě a zkontrolujte, zda instalace komponentů, jejich provozuschopnost a absence přerušení / zkratů kolejí tam, kde by neměly být. Po zjištění závady ji odstraňte a znovu zkontrolujte měnič. Pokud je vše v pořádku, pokračujte v ladění firmwaru.