Frequenzumrichter für einen dreiphasigen und einphasigen Elektromotor: ein Frequenzumrichter mit eigenen Händen, wie man macht

Asynchronmotoren sind heute die wichtigsten Fahrantriebe für Werkzeugmaschinen, Förderbänder und andere Industrieanlagen.

Damit die Motoren richtig funktionieren, benötigen sie einen Frequenzumrichter. Es ermöglicht Ihnen, den Betrieb des Geräts zu optimieren und seine Lebensdauer zu verlängern. Es ist nicht notwendig, ein Gerät zu kaufen - ein Frequenzumrichter für einen Drehstrom-Elektromotor kann von Hand hergestellt werden.

Zweck des Frequenzumrichters

Ein asynchroner Elektromotor kann ohne Frequenzumrichter betrieben werden, hat aber in diesem Fall eine konstante Drehzahl ohne Einstellmöglichkeit. Darüber hinaus führt das Fehlen eines Frequenzumrichters zu einer Erhöhung des Anlaufstroms um das 5- bis 7-fache des Nennwerts, was erhöht die Stoßbelastung, erhöht die Energieverluste und führt zu einer deutlichen Reduzierung der Lebensdauer Einheit.

Um alle oben genannten negativen Faktoren zu eliminieren, wurden Frequenzumrichter für Drehstrom- und Einphasen-Asynchronmotoren erfunden.

Der Frequenzumrichter ermöglicht die Drehzahlregelung des Elektromotors in einem weiten Bereich, sorgt für einen sanften Start, ermöglicht stellen Sie sowohl die Startgeschwindigkeit als auch die Bremsgeschwindigkeit ein, schließen Sie einen Drehstrommotor an ein Einphasennetz an und vieles Sonstiges. Alle diese Funktionen hängen vom Mikrocontroller ab, auf dem sie aufgebaut sind, und können von Modell zu Modell variieren.

So funktioniert das Gerät

Der Wechselstrom fließt vom Netz zur Diodenbrücke, wo er gleichgerichtet wird und zu einer Bank von Glättungskondensatoren fließt, wo verwandelt sich schließlich in Gleichstrom, der zu den Drains leistungsstarker IGBT-Transistoren fließt, die vom Main gesteuert werden Regler. Die Sources der Transistoren wiederum sind mit dem Motor verbunden.

Hier ist ein vereinfachtes Schema eines Frequenzumrichters für einen Drehstrom-Asynchronmotor.

Schauen wir uns nun an, was mit Transistoren passiert und wie sie funktionieren.

Ein Feldeffekttransistor (auch bekannt als Schlüssel, Mosfet usw.) ist ein elektronischer Schalter, sein Funktionsprinzip basiert auf dem Auftreten Leitfähigkeit zwischen den beiden Anschlüssen (Drain und Source) des Mosfets, wenn am Steueranschluss (Gate) eine Spannung auftritt, die überschreitet Drain-Spannung.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Relais arbeiten die Tasten mit sehr hohen Frequenzen (von mehreren Hertz bis zu Hunderten von Kilohertz), sodass sie nicht durch ein Relais ersetzt werden können.

Mit diesen schnellen Schaltern ist der Mikrocontroller in der Lage, die Stromkreise zu steuern.

Neben Mosfets ist der Controller auch mit Stromsensoren, Steuerungen für den Frequenzumrichter und weiterer Peripherie verbunden.

Während der Frequenzumrichter in Betrieb ist, misst der Mikrocontroller die Leistungsaufnahme und entsprechend den am Bedienfeld eingestellten Parametern ändert die Dauer und Frequenz der Perioden, in denen der Transistor geöffnet (ein) oder geschlossen (aus) ist, wodurch die Drehzahl geändert oder beibehalten wird Elektromotor.

Selbstgebautes Gerät

Trotz der vielen fabrikgefertigten Einheiten werden Frequenzumrichter hergestellt unabhängig, da alle seine Komponenten heute in jedem Radiogeschäft oder. gekauft werden können aus China bestellen. Ein solcher Frequenzumrichter kostet Sie viel billiger als der gekaufte, außerdem werden Sie nicht an der Qualität seiner Montage und Zuverlässigkeit zweifeln.

Herstellung eines Drehstromwandlers

Wir werden unseren Konverter auf G4PH50UD-Mosfets montieren, die vom PIC16F628A-Controller mit den HCPL3120-Optotreibern gesteuert werden.

Der montierte Frequenzumrichter hat bei Anschluss an ein einphasiges 220-V-Netz am Ausgang drei volle 220-V-Phasen mit einer Verschiebung von 120° und einer Leistung von 3 kW.

Die Frequenzumrichterschaltung sieht wie folgt aus:

Da der Frequenzumrichter aus Teilen besteht, die sowohl mit hoher (Leistungsteil) als auch mit niedriger (Steuer-) Spannung arbeiten, wäre es logisch, ihn auf drei Platinen aufzuteilen (Hauptplatine, Steuerplatine und Niederspannungs-Netzteil dafür) um die Möglichkeit eines Zusammenbruchs zwischen den Gleisen mit Hoch- und Niederspannung und dem Ausgang des Gerätes von. auszuschließen Gebäude.

So sieht das Layout der Steuerplatine aus:

Zur Stromversorgung der Steuerplatine können Sie ein beliebiges 24-V-Netzteil mit einer Restwelligkeit von nicht mehr als 1 V. verwenden schwingen, mit einer Verzögerung bei der Unterbrechung der Stromversorgung für 2-3 Sekunden ab dem Zeitpunkt des Verschwindens der Versorgungsspannung 220V.

Das Netzteil kann nach diesem Schema selbst zusammengebaut werden:

Bitte beachten Sie, dass die Bewertungen und Namen aller Funkkomponenten auf den Diagrammen bereits signiert sind, sodass auch ein unerfahrener Funkamateur damit ein funktionierendes Gerät zusammenbauen kann.

Bevor Sie mit der Montage des Umrichters fortfahren, stellen Sie Folgendes sicher:

1. Sie haben alle notwendigen Komponenten auf Lager;
2. Das richtige Layout des Boards;
3. Bei Vorhandensein aller notwendigen Löcher für die Installation von Funkkomponenten auf der Platine;
4. Die Tatsache, dass sie nicht vergessen haben, den Mikrocontroller mit der Firmware aus diesem Archiv zu füllen:

Wenn Sie alles richtig gemacht und nichts vergessen haben, können Sie mit dem Zusammenbau beginnen.

Nach dem Zusammenbau erhalten Sie etwas Ähnliches:

Jetzt müssen Sie nur noch das Gerät überprüfen: Dazu schließen wir den Motor an den Frequenzumrichter an und legen Spannung an diesen an. Nachdem die Bereitschafts-LED aufleuchtet, drücken Sie die „Start“-Taste. Der Motor sollte beginnen, sich langsam zu drehen. Wenn Sie die Taste gedrückt halten, beginnt der Motor zu beschleunigen, beim Loslassen hält er die Geschwindigkeit auf dem Niveau, auf das er beschleunigen konnte. Wenn die Reset-Taste gedrückt wird, trudelt der Motor aus. Die Rückwärtstaste wird nur aktiviert, wenn der Motor abgestellt ist.

Wenn der Test erfolgreich ist, können Sie mit der Erstellung des Gehäuses beginnen und den Frequenzumrichter darin sammeln. Vergessen Sie nicht, Löcher in das Gehäuse für den Kalt- und Heißluftstrom aus dem Kühlkörper der IGBT-Transistoren zu bohren.

Frequenzumrichter für Einphasenmotor

Ein Frequenzumrichter für einen Einphasenmotor unterscheidet sich von einem Drehstrommotor dadurch, dass er am Ausgang zwei Phasen hat (es liegt kein Fehler vor, Einphasenmotor, bei Anschluss ohne Frequenzumrichter wird die Arbeitswicklung direkt an das Netz und die Anlaufwicklung durchgeschaltet Kondensator; aber bei Verwendung eines Frequenzumrichters wird die Anlaufwicklung über die zweite Phase) und einen Neutralleiter angeschlossen - im Gegensatz zu den drei Phasen in letzterem, so dass einen Frequenzumrichter für einen einphasigen Elektromotor herstellen, mit einem Drehstromkreis als Basis, funktioniert nicht, Sie müssen also von vorne beginnen.

Als Gehirn dieses Konverters verwenden wir einen ATmega328 MK mit einem Arduino-Bootloader. Im Prinzip ist dies der Arduino, nur ohne eigene Umreifung. Wenn Sie also einen Arduino mit einem solchen Mikrocontroller in Ihren Behältern herumliegen haben, können Sie ihn sicher löten und geschäftlich verwenden, nachdem Sie ihn mit einer Skizze (Firmware) aus diesem Archiv gefüllt haben:

Der Treiber IR2132 wird an den Atmega angeschlossen, und schon daran - die IRG4BC30-Mosfets, an die wir einen Motor mit einer Leistung von bis zu 1 KW anschließen werden.

Frequenzumrichterschaltung für einen Einphasenmotor:

Außerdem benötigen wir 2 Stabilisatoren, um das Arduino (5 V) und das Leistungsrelais (12 V) mit Strom zu versorgen. Hier sind ihre Diagramme:

12 Volt Stabilisator.

Stabilisator für 5 Volt.

Beachtung! Dieses Schema ist nicht einfach. Möglicherweise müssen Sie die Firmware optimieren und debuggen, um die volle Geräteleistung zu erzielen, aber dies ist nicht schwierig, und es gibt viele Arduino-Programmierhandbücher im Internet. Darüber hinaus enthält die Skizze selbst ziemlich detaillierte Kommentare zu jeder Aktion. Wenn Ihnen dies jedoch zu schwierig ist, können Sie versuchen, einen solchen Frequenzumrichter im Laden zu finden. Sie sind zwar nicht so verbreitet wie Frequenzumrichter für Drehstrommotoren, aber man kann sie kaufen, wenn auch nicht in jedem Geschäft.

Beachten Sie auch, dass Sie den Stromkreis ohne Vorschaltgerät nicht einschalten können - die Ausgangstasten brennen durch. Das Vorschaltgerät muss über eine der Anode zugewandte Diode mit dem Leistungsfilterkondensator verbunden sein. Wenn Sie das Vorschaltgerät ohne Diode anschließen, fallen die Tasten wieder aus.

Wenn dir alles passt, Sie können anfangen, das Brett zu machen, und dann - zum Zusammenbau der gesamten Schaltung. Stellen Sie vor dem Zusammenbau sicher, dass die Platine richtig verdrahtet ist und keine Defekte aufweist, sowie dass Sie alle auf dem Diagramm angegebenen Funkkomponenten haben. Denken Sie auch daran, die IGBTs auf dem massiven Kühlkörper zu installieren und mit Wärmeleitpads und Isolierscheiben davon zu isolieren.

Nach dem Zusammenbau des Frequenzumrichters können Sie mit der Überprüfung beginnen. Idealerweise sollten Sie folgende Funktionalität haben: Taste "S1" - Start, jedes weitere Drücken fügt eine bestimmte (durch Bearbeiten der Skizze geänderte) Umdrehungszahl hinzu; "S2" ist dasselbe wie "S1", lässt den Motor nur in die entgegengesetzte Richtung drehen; Taste "S3" - Stopp, wenn sie gedrückt wird, stoppt der Motor mit einem Auslauf.

Bitte beachten Sie, dass der Rückwärtsgang durch einen vollständigen Motorstopp erfolgt, wenn Sie versuchen zu wechseln die Drehrichtung eines laufenden Motors stoppt ihn sofort und die Einschaltschlüssel brennen aus Überlast. Wenn Sie das Geld, das für den Austausch von Mosfets ausgegeben werden muss, nicht bedauern, können Sie diese Funktion als Notbremse verwenden.

Mögliche Verifizierungsprobleme

Wenn bei der Überprüfung des Frequenzumrichters die Schaltung nicht oder nicht richtig funktioniert hat, haben Sie irgendwo einen Fehler gemacht. Trennen Sie den Frequenzumrichter vom Netz und prüfen Sie, ob Einbau von Komponenten, ihre Gebrauchstauglichkeit und das Fehlen von Unterbrechungen / Kurzschlüssen von Gleisen, wo sie nicht sein sollten. Nachdem Sie den Fehler gefunden haben, beheben Sie ihn und überprüfen Sie den Wechselrichter erneut. Wenn damit alles in Ordnung ist, fahren Sie mit dem Debuggen der Firmware fort.