Convertitore di frequenza per un motore elettrico trifase e monofase: un convertitore di frequenza con le tue mani, come fare

Oggi i motori asincroni sono i principali azionamenti di trazione per macchine utensili, nastri trasportatori e altre unità industriali.

Affinché i motori funzionino correttamente, hanno bisogno di un convertitore di frequenza. Consente di ottimizzare il funzionamento dell'unità e prolungarne la durata. Non è necessario acquistare un dispositivo: un convertitore di frequenza per un motore elettrico trifase può essere realizzato a mano.

Scopo del convertitore di frequenza

Un motore elettrico asincrono può funzionare senza convertitore di frequenza, ma in questo caso avrà una velocità costante senza possibilità di regolazione. Inoltre, l'assenza di un convertitore di frequenza porterà ad un aumento della corrente di avviamento di 5-7 volte il valore nominale, che causerà un aumento dei carichi d'urto, aumenterà le perdite di energia e porterà a una significativa riduzione della vita utile unità.

Per eliminare tutti i suddetti fattori negativi, sono stati inventati convertitori di frequenza per motori asincroni trifase e monofase.

Il convertitore di frequenza consente di regolare la velocità del motore elettrico entro un ampio intervallo, fornisce un avviamento dolce, consente regolare sia la velocità di avviamento che la velocità di frenata, collegare un motore trifase a una rete monofase e molto Altro. Tutte queste funzionalità dipendono dal microcontrollore su cui è costruito e possono variare da modello a modello.

Come funziona il dispositivo

La corrente alternata scorre dalla rete al ponte a diodi, dove viene raddrizzata e va a un banco di condensatori di livellamento, dove si trasforma infine in corrente continua, che fluisce verso i drain di potenti transistor IGBT comandati dal main controllore. Le sorgenti dei transistor, a loro volta, sono collegate al motore.

Ecco uno schema semplificato di un convertitore di frequenza per un motore a induzione trifase.

Ora diamo un'occhiata a cosa succede ai transistor e come funzionano.

Un transistor ad effetto di campo (noto anche come chiave, mosfet, ecc.) È un interruttore elettronico, il suo principio di funzionamento si basa sull'occorrenza conducibilità tra i due terminali (drain e source) del mosfet, quando sul terminale di controllo (gate) compare una tensione che supera tensione di scarico.

A differenza dei relè convenzionali, le chiavi funzionano a frequenze molto alte (da diversi hertz a centinaia di kilohertz), quindi non possono essere sostituite con un relè.

Con questi interruttori veloci, il microcontrollore è in grado di controllare i circuiti di potenza.

Oltre ai mosfet, il controller è collegato anche a sensori di corrente, controlli per il convertitore di frequenza e altre periferiche.

Quando il convertitore di frequenza è in funzione, il microcontrollore misura la potenza assorbita e, secondo i parametri impostati sul pannello di controllo, modifica la durata e la frequenza dei periodi in cui il transistor è aperto (acceso) o chiuso (spento), modificando o mantenendo la velocità di rotazione motore elettrico.

Dispositivo autocostruito

Nonostante le numerose unità fabbricate in fabbrica, le persone realizzano convertitori di frequenza indipendentemente, poiché oggi tutti i suoi componenti possono essere acquistati in qualsiasi negozio di radio o ordine dalla Cina. Un tale convertitore di frequenza ti costerà molto meno di quello acquistato, inoltre, non dubiterai della qualità del suo assemblaggio e affidabilità.

Realizzare un convertitore trifase

Assembleremo il nostro convertitore su mosfet G4PH50UD, che sarà controllato dal controller PIC16F628A utilizzando gli optodriver HCPL3120.

Il convertitore di frequenza assemblato, quando collegato a una rete 220 V monofase, avrà in uscita tre fasi 220 V complete, con uno spostamento di 120 ° e una potenza di 3 kW.

Il circuito del convertitore di frequenza ha questo aspetto:

Poiché il convertitore di frequenza è costituito da parti funzionanti sia ad alta (sezione di potenza) che a bassa tensione (controllo), sarebbe logico suddividerlo in tre schede (scheda principale, scheda di controllo e alimentazione a bassa tensione per essa) per escludere la possibilità di guasto tra i binari con alta e bassa tensione e l'uscita del dispositivo da costruzione.

Ecco come appare il layout della scheda di controllo:

Per alimentare la scheda di controllo è possibile utilizzare un qualsiasi alimentatore a 24 V, con un ripple non superiore a 1 V swing, con un ritardo nell'interruzione dell'alimentazione per 2-3 secondi dal momento della scomparsa della tensione di alimentazione 220V.

L'alimentatore può essere assemblato da solo secondo questo schema:

Si prega di notare che le valutazioni e i nomi di tutti i componenti radio sugli schemi sono già firmati, quindi anche un radioamatore alle prime armi può assemblare un dispositivo funzionante utilizzandoli.

Prima di procedere con il montaggio del convertitore accertarsi:

1. Hai tutti i componenti necessari in stock;
2. La corretta disposizione del tabellone;
3. In presenza di tutti i fori necessari per l'installazione dei componenti radio sulla scheda;
4. Il fatto che non si siano dimenticati di riempire il microcontrollore con il firmware di questo archivio:

Se hai fatto tutto correttamente e non hai dimenticato nulla, puoi iniziare a montare.

Dopo l'assemblaggio, ti ritroverai con qualcosa di simile:

Ora devi solo controllare il dispositivo: per questo colleghiamo il motore al convertitore di frequenza e gli applichiamo la tensione. Dopo che il LED di pronto si accende, premere il pulsante "Start". Il motore dovrebbe iniziare a girare lentamente. Quando si tiene premuto il pulsante, il motore inizia ad accelerare, una volta rilasciato mantiene la velocità al livello a cui è riuscito ad accelerare. Quando viene premuto il pulsante Reset, il motore si arresta per inerzia. Il pulsante di retromarcia si attiva solo a motore spento.

Se il test ha esito positivo, puoi iniziare a creare il caso e raccogliere il convertitore di frequenza al suo interno. Non dimenticare di praticare fori nella custodia per il flusso di freddo e il deflusso di aria calda dal dissipatore di calore dei transistor IGBT.

Convertitore di frequenza per motore monofase

Un convertitore di frequenza per un motore monofase differisce da uno trifase in quanto ha due fasi in uscita (non c'è errore, motore monofase, quando collegato senza convertitore di frequenza, l'avvolgimento di lavoro è collegato direttamente alla rete e l'avvolgimento di avviamento è collegato tramite condensatore; ma quando si utilizza un convertitore di frequenza, l'avvolgimento di avviamento è collegato attraverso la seconda fase) e un neutro - in contrasto con le tre fasi in quest'ultimo, in modo che realizzare un convertitore di frequenza per un motore elettrico monofase, utilizzando un circuito trifase come base, non funzionerà, quindi devi ricominciare tutto da capo.

Come cervello di questo convertitore, useremo un ATmega328 MK con un bootloader arduina. In linea di principio, questo è l'Arduino, solo senza le proprie reggette. Quindi, se hai un'arduinka con un tale microcontrollore in giro nei tuoi contenitori, puoi tranquillamente saldarlo e usarlo per affari, dopo averlo riempito con uno schizzo (firmware) da questo archivio:

Il driver IR2132 sarà collegato all'atmega, e già ad esso - i mosfet IRG4BC30, a cui collegheremo un motore con una capacità fino a 1 KW incluso.

Circuito convertitore di frequenza per un motore monofase:

Inoltre, per alimentare l'arduin (5v) e per alimentare il relè di potenza (12v), abbiamo bisogno di 2 stabilizzatori. Ecco i loro diagrammi:

Stabilizzatore da 12 volt.

Stabilizzatore per 5 volt.

Attenzione! Questo schema non è facile. Potrebbe essere necessario modificare ed eseguire il debug del firmware per ottenere le prestazioni complete del dispositivo, ma questo non è difficile e ci sono moltissimi manuali di programmazione Arduino su Internet. Inoltre, lo schizzo stesso contiene commenti piuttosto dettagliati per ogni azione. Ma se questo è troppo difficile per te, puoi provare a trovare un tale convertitore di frequenza nel negozio. Sebbene non siano comuni come i convertitori di frequenza per motori trifase, è possibile acquistarli, anche se non in tutti i negozi.

Si noti inoltre che non è possibile accendere il circuito senza reattore: i tasti di uscita si bruceranno. Il ballast deve essere collegato tramite un diodo rivolto verso l'anodo al condensatore del filtro di potenza. Se colleghi il reattore senza un diodo, i tasti falliranno di nuovo.

Se tutto ti si addice, puoi iniziare a fare la tavola, e poi - all'assemblaggio dell'intero circuito. Prima del montaggio assicurarsi che la scheda sia cablata correttamente e che non ci siano difetti in essa, oltre che di avere tutti i componenti radio indicati sullo schema. Ricorda anche di installare gli IGBT sul massiccio dissipatore di calore e isolarli da esso utilizzando pad termici e rondelle isolanti.

Dopo aver assemblato il convertitore di frequenza, puoi iniziare a controllarlo. Idealmente, dovresti avere la seguente funzionalità: pulsante "S1" - avvia, ogni pressione successiva aggiunge un certo numero di giri (modificato modificando lo schizzo); "S2" è uguale a "S1", fa solo ruotare il motore nel senso opposto; pulsante "S3" - stop, quando premuto, il motore si ferma con una ruota libera.

Si prega di notare che il contrario viene effettuato attraverso un arresto completo del motore, quando si tenta di cambiare il senso di rotazione su un motore in funzione lo fermerà immediatamente e le chiavi di accensione si bruceranno da sovraccarico. Se non sei dispiaciuto per i soldi che dovranno essere spesi per sostituire i mosfet, puoi utilizzare questa funzione come freno di emergenza.

Possibili problemi di verifica

Se, durante il controllo del convertitore di frequenza, il circuito non ha funzionato o non ha funzionato correttamente, hai commesso un errore da qualche parte. Scollegare il convertitore di frequenza dalla rete e verificare se installazione di componenti, loro funzionalità e assenza di interruzioni / cortocircuiti di binari dove non dovrebbero essere. Dopo aver individuato il guasto, eliminarlo e ricontrollare l'inverter. Se tutto è in ordine, procedi con il debug del firmware.