Frekvenčný menič pre trojfázový a jednofázový elektromotor: frekvenčný menič s vlastnými rukami, ako vyrobiť

Asynchrónne motory sú dnes hlavnými trakčnými pohonmi pre obrábacie stroje, dopravníky a iné priemyselné jednotky.

Aby motory fungovali normálne, potrebujú frekvenčný menič. Umožňuje optimalizovať prevádzku jednotky a predĺžiť jej životnosť. Nie je potrebné kupovať zariadenie - frekvenčný menič pre trojfázový elektromotor je možné vyrobiť ručne.

Účel frekvenčného meniča

Asynchrónny elektromotor môže pracovať bez frekvenčného meniča, no v tomto prípade bude mať konštantné otáčky bez možnosti nastavenia. Okrem toho neprítomnosť frekvenčného meniča povedie k zvýšeniu štartovacieho prúdu o 5-7-násobok nominálnej hodnoty, ktorá spôsobí zvýšenie nárazového zaťaženia, zvýšenie energetických strát a povedie k výraznému zníženiu životnosti jednotka.

Na odstránenie všetkých vyššie uvedených negatívnych faktorov boli vynájdené frekvenčné meniče pre asynchrónne motory trojfázového a jednofázového prúdu.

Frekvenčný menič umožňuje regulovať otáčky elektromotora v širokom rozsahu, poskytuje plynulý štart, umožňuje upraviť rýchlosť rozbehu aj rýchlosť brzdenia, pripojiť trojfázový motor k jednofázovej sieti a mnoho iné. Všetky tieto funkcie závisia od mikrokontroléra, na ktorom je postavený, a môžu sa líšiť model od modelu.

Ako zariadenie funguje

Striedavý prúd tečie zo siete do diódového mostíka, kde sa usmerňuje a smeruje do skupiny vyhladzovacích kondenzátorov, kde sa nakoniec zmení na jednosmerný prúd, ktorý tečie do zvodov výkonných IGBT tranzistorov riadených hlavným ovládač. Zdroje tranzistorov sú zase pripojené k motoru.

Tu je zjednodušená schéma frekvenčného meniča pre trojfázový indukčný motor.

Teraz sa pozrime na to, čo sa stane s tranzistormi a ako fungujú.

Tranzistor s efektom poľa (tiež známy ako kľúč, mosfet atď.) Je elektronický spínač, jeho princíp činnosti je založený na výskyte vodivosť medzi dvoma svorkami (odtok a zdroj) mosfetu, keď sa na riadiacej svorke (bráne) objaví napätie, ktoré presiahne odtokové napätie.

Na rozdiel od bežných relé fungujú klávesy pri veľmi vysokých frekvenciách (od niekoľkých hertzov po stovky kilohertzov), takže ich nemožno nahradiť relé.

Tieto rýchle spínače umožňujú mikrokontroléru ovládať napájacie obvody.

Okrem mosfetov je ovládač pripojený aj k prúdovým snímačom, ovládačom frekvenčného meniča a ďalším perifériám.

Keď je frekvenčný menič v prevádzke, mikrokontrolér meria spotrebu energie a v súlade s parametrami nastavenými na ovládacom paneli, mení trvanie a frekvenciu periód, kedy je tranzistor otvorený (zapnutý) alebo zatvorený (vypnutý), čím sa mení alebo udržiava rýchlosť otáčania elektrický motor.

Vlastnoručne vyrobené zariadenie

Napriek mnohým továrenským jednotkám ľudia vyrábajú frekvenčné meniče nezávisle, pretože dnes je možné všetky jeho komponenty kúpiť v akomkoľvek obchode s rádiom alebo objednávka z Číny. Takýto frekvenčný menič vás bude stáť oveľa lacnejšie ako zakúpený, navyše nebudete pochybovať o kvalite jeho montáže a spoľahlivosti.

Zhotovenie trojfázového meniča

Náš prevodník namontujeme na mosfety G4PH50UD, ktoré budú riadené radičom PIC16F628A pomocou optodriverov HCPL3120.

Zostavený frekvenčný menič po pripojení k jednofázovej sieti 220 V bude mať na výstupe tri plné 220 V fázy s posunom o 120° a výkonom 3 kW.

Obvod frekvenčného meniča vyzerá takto:

Keďže frekvenčný menič pozostáva z častí pracujúcich pri vysokom (výkonová časť) aj nízkom (riadiaca) napätí, bolo by logické rozdeliť ho na tri dosky (hlavná doska, riadiaca doska a jej nízkonapäťový napájací zdroj), aby sa vylúčila možnosť poruchy medzi koľajami s vysokým a nízkym napätím a výstupom zariadenia z budova.

Takto vyzerá rozloženie riadiacej dosky:

Na napájanie riadiacej dosky môžete použiť akýkoľvek 24 V napájací zdroj so zvlnením nie väčším ako 1 V výkyv, s oneskorením prerušenia napájania na 2-3 sekundy od okamihu zmiznutia napájacieho napätia 220 V.

Napájací zdroj si môžete zostaviť sami podľa tejto schémy:

Upozorňujeme, že hodnotenia a názvy všetkých rádiových komponentov na schémach sú už podpísané, takže aj začínajúci rádioamatér môže pomocou nich zostaviť funkčné zariadenie.

Pred pokračovaním v montáži konvertora sa uistite, že:

1. Všetky potrebné komponenty máte na sklade;
2. Správne rozloženie dosky;
3. V prítomnosti všetkých potrebných otvorov na inštaláciu rádiových komponentov na doske;
4. To, že nezabudli naplniť mikrokontrolér firmvérom z tohto archívu:

Ak ste urobili všetko správne a na nič ste nezabudli, môžete začať s montážou.

Po zložení dostanete niečo podobné:

Teraz stačí skontrolovať zariadenie: na to pripojíme motor k frekvenčnému meniču a privedieme naň napätie. Po rozsvietení LED pripravenosti stlačte tlačidlo "Štart". Motor by sa mal začať pomaly otáčať. Pri podržaní tlačidla motor začne zrýchľovať, po uvoľnení udržiava otáčky na úrovni, na ktorú stihol zrýchliť. Po stlačení tlačidla Reset sa motor zastaví zotrvačnosťou. Tlačidlo "Reverse" sa aktivuje len pri vypnutom motore.

Ak je test úspešný, môžete začať vyrábať puzdro a zhromažďovať v ňom frekvenčný menič. V puzdre nezabudnite urobiť otvory pre prúdenie chladu a výstup horúceho vzduchu z chladiča IGBT tranzistorov.

Frekvenčný menič pre jednofázový motor

Frekvenčný menič pre jednofázový motor sa od trojfázového líši tým, že má na výstupe dve fázy (nemá chybu, jednofázový motor, pri pripojení bez frekvenčného meniča je pracovné vinutie pripojené priamo k sieti a štartovacie vinutie je pripojené cez kondenzátor; ale pri použití frekvenčného meniča je štartovacie vinutie pripojené cez druhú fázu) a jeden nulový vodič - na rozdiel od troch fáz v druhej fáze, takže vyrobiť frekvenčný menič pre jednofázový elektromotor, používajúci ako základ trojfázový obvod, nebude fungovať, takže musíte začať odznova.

Ako mozog tohto prevodníka použijeme ATmega328 MK s bootloaderom arduina. V princípe ide o Arduino, len bez vlastného páskovania. Ak sa vám teda v košoch povaľuje arduinka s takýmto mikrokontrolérom, po naplnení skicou (firmvérom) z tohto archívu ju môžete pokojne prispájkovať a používať na podnikanie:

Ovládač IR2132 bude pripojený k atmege a už k nemu - mosfetom IRG4BC30, ku ktorým pripojíme motor s výkonom do 1 KW vrátane.

Obvod frekvenčného meniča pre jednofázový motor:

Tiež na napájanie arduina (5V) a na napájanie napájacieho relé (12v) potrebujeme 2 stabilizátory. Tu sú ich diagramy:

12V stabilizátor.

Stabilizátor pre 5 voltov.

Pozor! Táto schéma nie je jednoduchá. Možno budete musieť vyladiť a odladiť firmvér, aby ste dosiahli plný výkon zariadenia, ale nie je to ťažké a na internete existuje veľké množstvo programovacích príručiek Arduino. Samotný náčrt navyše obsahuje pomerne podrobné komentáre ku každej akcii. Ale ak je to pre vás príliš ťažké, môžete sa pokúsiť nájsť takýto frekvenčný menič v obchode. Nie sú síce také bežné ako frekvenčné pohony pre trojfázové motory, ale kúpite ich, aj keď nie v každom obchode.

Všimnite si tiež, že okruh nemôžete zapnúť bez predradníka - výstupné kľúče sa spália. Predradník musí byť pripojený cez diódu smerujúcu k anóde ku kondenzátoru výkonového filtra. Ak pripojíte predradník bez diódy, klávesy opäť zlyhajú.

Ak ti všetko vyhovuje, môžete začať vyrábať dosku, a potom - do zostavy celého obvodu. Pred montážou sa uistite, že doska je správne zapojená a nie sú na nej žiadne chyby, ako aj to, že máte všetky rádiové komponenty uvedené na schéme. Nezabudnite tiež nainštalovať IGBT na masívny chladič a izolovať ich od neho pomocou tepelných podložiek a izolačných podložiek.

Po zložení frekvenčného meniča môžete začať s jeho kontrolou. V ideálnom prípade by ste mali mať nasledujúcu funkcionalitu: tlačidlo "S1" - štart, každé ďalšie stlačenie pridá určitý (zmenený úpravou náčrtu) počet otáčok; "S2" je to isté ako "S1", iba otáča motor v opačnom smere; tlačidlo "S3" - stop, po stlačení sa motor zastaví s dobehom.

Upozorňujeme, že spiatočka sa pri pokuse o zmenu vykoná úplným zastavením motora smer otáčania na bežiacom motore ho okamžite zastaví a vyhoria vypínače preťaženie. Ak vám nie sú ľúto peňazí, ktoré bude treba vynaložiť na výmenu mosfetov, tak túto funkciu môžete využiť ako núdzovú brzdu.

Možné problémy s overením

Ak pri kontrole frekvenčného meniča obvod nefungoval alebo nefungoval správne, niekde ste urobili chybu. Odpojte frekvenčný menič od siete a skontrolujte, či inštalácia komponentov, ich prevádzkyschopnosť a absencia prestávok / skratov koľají tam, kde by nemali byť. Po zistení poruchy ju odstráňte a znova skontrolujte menič. Ak je všetko v poriadku, pokračujte v ladení firmvéru.