Przetwornica częstotliwości do trójfazowego i jednofazowego silnika elektrycznego: przetwornica częstotliwości własnymi rękami, jak zrobić

Obecnie silniki asynchroniczne są głównymi napędami trakcyjnymi obrabiarek, przenośników i innych jednostek przemysłowych.

Aby silniki działały normalnie, potrzebują przetwornicy częstotliwości. Pozwala zoptymalizować pracę urządzenia i wydłużyć jego żywotność. Nie trzeba kupować urządzenia - przetwornicę częstotliwości do trójfazowego silnika elektrycznego można wykonać ręcznie.

Cel przetwornicy częstotliwości

Asynchroniczny silnik elektryczny może pracować bez przetwornicy częstotliwości, ale w tym przypadku będzie miał stałą prędkość bez możliwości regulacji. Ponadto brak przetwornicy częstotliwości doprowadzi do wzrostu prądu rozruchowego o 5-7-krotność wartości nominalnej, co spowoduje wzrost obciążeń udarowych, zwiększy straty energii i doprowadzi do znacznego skrócenia żywotności jednostka.

Aby wyeliminować wszystkie powyższe negatywne czynniki, wynaleziono przemienniki częstotliwości do trójfazowych i jednofazowych silników asynchronicznych.

Przetwornica częstotliwości umożliwia regulację prędkości silnika elektrycznego w szerokim zakresie, zapewnia płynny rozruch, pozwala dostosować zarówno prędkość rozruchu, jak i prędkość hamowania, podłączyć silnik trójfazowy do sieci jednofazowej i wiele inny. Wszystkie te funkcje zależą od mikrokontrolera, na którym jest zbudowany i mogą się różnić w zależności od modelu.

Jak działa urządzenie

Prąd przemienny płynie z sieci do mostka diodowego, gdzie jest prostowany i trafia do banku kondensatorów wygładzających, gdzie w końcu zamienia się w prąd stały, który płynie do drenów potężnych tranzystorów IGBT sterowanych przez główne kontroler. Z kolei źródła tranzystorów są połączone z silnikiem.

Oto uproszczony schemat przetwornicy częstotliwości dla trójfazowego silnika indukcyjnego.

Przyjrzyjmy się teraz, co dzieje się z tranzystorami i jak działają.

Tranzystor polowy (znany również jako klucz, mosfet itp.) jest przełącznikiem elektronicznym, jego zasada działania opiera się na wystąpieniu przewodność pomiędzy dwoma zaciskami (odpływem i źródłem) mosfetu, gdy na zacisku sterującym (bramce) pojawi się napięcie przekraczające napięcie spustowe.

W przeciwieństwie do konwencjonalnych przekaźników klucze działają na bardzo wysokich częstotliwościach (od kilku herców do setek kiloherców), więc nie można ich zastąpić przekaźnikiem.

Te szybkie przełączniki umożliwiają mikrokontrolerowi sterowanie obwodami mocy.

Oprócz mosfetów do sterownika podłączone są również czujniki prądu, sterowniki przetwornicy częstotliwości i inne peryferia.

Podczas pracy przetwornicy częstotliwości mikrokontroler mierzy pobór mocy i zgodnie z parametrami ustawionymi na panelu sterującym, zmienia czas trwania i częstotliwość okresów, w których tranzystor jest otwarty (włączony) lub zamknięty (wyłączony), tym samym zmieniając lub utrzymując prędkość obrotową silnik elektryczny.

Urządzenie wykonane własnoręcznie

Pomimo wielu fabrycznych jednostek, ludzie produkują przetwornice częstotliwości niezależnie, ponieważ dziś wszystkie jego elementy można kupić w dowolnym sklepie radiowym lub zamówienie z Chin. Taka przetwornica częstotliwości będzie Cię kosztować znacznie taniej niż zakupiona, a ponadto nie będziesz wątpić w jakość jej montażu i niezawodność.

Wykonanie konwertera trójfazowego

Nasz konwerter zmontujemy na mosfetach G4PH50UD, które będą sterowane przez kontroler PIC16F628A za pomocą optodriverów HCPL3120.

Zmontowany przemiennik częstotliwości po podłączeniu do jednofazowej sieci 220 V będzie miał na wyjściu trzy pełne fazy 220 V, z przesunięciem o 120 ° i mocą 3 kW.

Obwód przetwornicy częstotliwości wygląda tak:

Ponieważ przetwornica częstotliwości składa się z części działających zarówno przy wysokim (sekcja mocy), jak i niskim (sterowanie) napięciu, logiczne byłoby podzielenie go na trzy płytki (płyta główna, tablica sterownicza i do niej zasilacz niskonapięciowy), aby wykluczyć możliwość awarii między torami wysokiego i niskiego napięcia a wyjściem urządzenia z budynek.

Tak wygląda układ tablicy kontrolnej:

Do zasilania tablicy sterowniczej można użyć dowolnego zasilacza 24 V o tętnieniu nie większym niż 1 V kołysanie, z opóźnieniem w przerwie zasilania na 2-3 sekundy od momentu zaniku napięcia zasilania 220 V.

Zasilacz można zmontować samodzielnie według tego schematu:

Należy pamiętać, że oceny i nazwy wszystkich elementów radiowych na schematach zostały już podpisane, więc nawet początkujący radioamator może z ich pomocą zmontować działające urządzenie.

Przed przystąpieniem do montażu konwertera upewnij się, że:

1. Masz wszystkie niezbędne komponenty w magazynie;
2. Prawidłowy układ planszy;
3. W obecności wszystkich niezbędnych otworów do zainstalowania elementów radiowych na płycie;
4. Fakt, że nie zapomnieli o napełnieniu mikrokontrolera oprogramowaniem z tego archiwum:

Jeśli zrobiłeś wszystko poprawnie i niczego nie zapomniałeś, możesz zacząć montować.

Po złożeniu otrzymasz coś podobnego:

Teraz wystarczy sprawdzić urządzenie: w tym celu podłączamy silnik do przetwornicy częstotliwości i przykładamy do niego napięcie. Po zapaleniu się diody gotowości naciśnij przycisk „Start”. Silnik powinien zacząć się powoli obracać. Po przytrzymaniu przycisku silnik zaczyna przyspieszać, po zwolnieniu utrzymuje prędkość na poziomie, do którego udało mu się przyspieszyć. Po naciśnięciu przycisku Reset silnik zatrzyma się wybiegiem. Przycisk biegu wstecznego jest aktywowany tylko wtedy, gdy silnik jest zatrzymany.

Jeśli test się powiedzie, możesz zacząć tworzyć sprawę i zbierać w niej przetwornicę częstotliwości. Nie zapomnij zrobić otworów w obudowie dla przepływu zimna i odpływu gorącego powietrza z radiatora tranzystorów IGBT.

Przetwornica częstotliwości do silnika jednofazowego

Przetwornica częstotliwości dla silnika jednofazowego różni się od trójfazowego tym, że ma na wyjściu dwie fazy (nie ma błędu, silnik jednofazowy, przy podłączeniu bez przemiennika częstotliwości, uzwojenie robocze jest podłączone bezpośrednio do sieci, a uzwojenie rozruchowe jest połączone przez kondensator; ale przy zastosowaniu przetwornicy częstotliwości uzwojenie początkowe jest połączone przez drugą fazę) i jeden neutralny - w przeciwieństwie do trzech faz w tej drugiej, tak że wykonać przemiennik częstotliwości do jednofazowego silnika elektrycznego, wykorzystując jako podstawę obwód trójfazowy, nie zadziała, więc musisz zacząć wszystko od nowa.

Jako mózg tego konwertera użyjemy ATmega328 MK z bootloaderem arduina. W zasadzie jest to Arduino, tylko bez własnego opasania. Jeśli więc masz arduinkę z takim mikrokontrolerem leżącym w swoich binach, możesz ją spokojnie przylutować i wykorzystać w interesach, po wypełnieniu jej szkicem (firmware) z tego archiwum:

Do atmegi zostanie podłączony sterownik IR2132, a już do niego - mosfety IRG4BC30, do których podłączymy silnik o mocy do 1 KW włącznie.

Obwód przetwornicy częstotliwości dla silnika jednofazowego:

Dodatkowo do zasilania arduina (5v) oraz do zasilania przekaźnika mocy (12v) potrzebujemy 2 stabilizatorów. Oto ich schematy:

Stabilizator 12 V.

Stabilizator na 5 woltów.

Uwaga! Ten schemat nie jest łatwy. Być może będziesz musiał poprawić i debugować oprogramowanie układowe, aby osiągnąć pełną wydajność urządzenia, ale nie jest to trudne, a w Internecie jest wiele podręczników programowania Arduino. Ponadto sam szkic zawiera dość szczegółowe komentarze do każdej akcji. Ale jeśli jest to dla ciebie zbyt trudne, możesz spróbować znaleźć taką przetwornicę częstotliwości w sklepie. Chociaż nie są tak powszechne jak przetwornice częstotliwości do silników trójfazowych, można je kupić, choć nie w każdym sklepie.

Należy również pamiętać, że nie można włączyć obwodu bez balastu - klawisze wyjściowe spalą się. Statecznik musi być podłączony poprzez diodę skierowaną w stronę anody do kondensatora filtra mocy. Jeśli podłączysz statecznik bez diody, klucze znowu zawiodą.

Jeśli wszystko Ci odpowiada, możesz zacząć robić tablicę, a następnie - do montażu całego obwodu. Przed montażem upewnij się, że płyta jest prawidłowo okablowana i nie ma w niej wad, a także, że masz wszystkie elementy radiowe wskazane na schemacie. Pamiętaj również, aby zainstalować tranzystory IGBT na masywnym radiatorze i odizolować je od niego za pomocą podkładek termicznych i podkładek izolacyjnych.

Po złożeniu przetwornicy częstotliwości możesz zacząć ją sprawdzać. Idealnie powinieneś mieć następującą funkcjonalność: przycisk "S1" - start, każde kolejne naciśnięcie dodaje określoną (zmienioną przez edycję szkicu) liczbę obrotów; „S2” to to samo, co „S1”, sprawia, że ​​silnik obraca się tylko w przeciwnym kierunku; przycisk „S3” - zatrzymaj, po naciśnięciu silnik zatrzymuje się z wybiegiem.

Należy pamiętać, że cofanie odbywa się poprzez całkowite zatrzymanie silnika podczas próby zmiany kierunek obrotów na pracującym silniku natychmiast go zatrzyma, a klawisze zasilania przepalą się przeciążać. Jeśli nie żałujesz pieniędzy, które trzeba będzie wydać na wymianę mosfetów, możesz użyć tej funkcji jako hamulca awaryjnego.

Możliwe problemy z weryfikacją

Jeśli podczas sprawdzania przetwornicy częstotliwości obwód nie działał lub nie działał poprawnie, to gdzieś popełniłeś błąd. Odłącz przetwornicę częstotliwości od sieci i sprawdź, czy instalacja komponentów, ich sprawność i brak przerw / zwarć torów tam, gdzie nie powinny. Po znalezieniu usterki usuń ją i ponownie sprawdź falownik. Jeśli wszystko jest w porządku, przejdź do debugowania oprogramowania układowego.