Prilično je teško napraviti frekventne pretvarače vlastitim rukama, jer morate biti vrlo dobro upućeni u energetsku elektroniku i poluvodičku tehnologiju. Ali prije nego što razmislite o dizajnu ovog uređaja, morate saznati za koje se svrhe koriste. Također ćete morati znati koje su glavne komponente ovih elektroničkih sustava.
Što je pretvarač frekvencije?
Svi znaju da u mreži postoji izmjenična struja, koja ima određenu frekvenciju. U Rusiji je standard 50 Herca. U nekim zapadnim zemljama, nešto drugačiji standard je 60 Herca. Rad mnogih uređaja ovisi o frekvenciji struje. Pretvarači se koriste za napajanje asinkronih motora. Mnogo je razloga za korištenje elektroničkih sredstava. Na primjer, u industriji su pretvarači postali široko rasprostranjeni od njihove uporabeomogućuje vam da se riješite ogromnih mehanizama.
Detaljnije, možete promijeniti brzinu rotacije trake na transporteru korištenjem mjenjača koji se temelji na svojevrsnom automobilskom mjenjaču. Štoviše, može biti ili mehanički (koristeći nekoliko stupnjeva prijenosa) ili CVT. Ali puno je učinkovitije promijeniti parametre struje koja hrani motor. Okretanjem promjenjivog otpornika mijenja se brzina vrtnje transportera. Štoviše, frekvencija se može mijenjati u širokom rasponu.
Koje druge značajke imaju frekventni pretvarači?
Osim toga, postavke pretvarača omogućuju da električni motor postupno povećava brzinu tijekom nekoliko sekundi. Vrijeme postavlja korisnik kroz programiranje funkcije pretvarača frekvencije. Slično, možete učiniti s vremenom zaustavljanja armature motora. Time se smanjuje opterećenje pogona, što izravno utječe na njegov resurs.
Osim toga, za male tvrtke koje nemaju mogućnost osigurati si trofaznu mrežu, ali za njom postoji potreba, korištenje frekventnih pretvarača je prava panaceja. Postoji mnogo modela takvih uređaja koji su spojeni na jednofaznu mrežu izmjenične struje, a na izlazu proizvode tri. Stoga je moguće uključiti električni motor u običnu utičnicu. I u ovom slučaju neće izgubiti snagu, njegov će rad biti ispravan.
Komponente snage pretvarača
Svi frekventni pretvarači koriste snažne IGBT ili MOSFET tranzistore. Idealne su za ovu vrstu posla. Montiraju se u zasebne module. Ova metoda instalacije može poboljšati performanse elektroničkog uređaja. Ovi tranzistori rade u ključnom načinu rada, upravljanje se provodi pomoću mikroprocesorskog sustava. Činjenica je da je sva kontrola niskostrujna, prebacivanje visokog napona nije potrebno. Stoga se to može postići korištenjem najjednostavnijeg mikroprocesora.
Najčešće korišteni specijalni sklopovi serije IR2132 i IR2130. Sastoje se od šest drajvera koji upravljaju tipkama. Tri se koriste za dno, a tri za vrh. Ovaj sklop vam omogućuje implementaciju jednostavne kaskade pretvarača frekvencije. Osim toga, ima nekoliko stupnjeva zaštite. Na primjer, protiv kratkog spoja i preopterećenja. Detaljnije karakteristike svih elemenata mogu se pronaći u priručnicima. Ali svi elementi snage imaju veliki nedostatak - visoku cijenu proizvoda.
Strukturni dijagram pretvarača
Bilo koji frekventni pretvarač za motor ima tri glavna bloka - ispravljač, filtere, inverter. Ispada da se izmjenični napon prvo pretvara u istosmjerni, a zatim filtrira. Nakon svega toga, on je invertiran u varijablu. Ali postoji i treći blok - mikroprocesorska kontrola pretvarača. I točnije, snažni IGBT tranzistori. Ako ste se ikada bavilifrekventni pretvarači, onda znate da na prednjoj ploči imaju nekoliko tipki za programiranje.
Upute za uporabu pretvarača će vas voditi kako postaviti sve funkcije. Ovo je vrlo komplicirana stvar, jer čak i na najjednostavnijem uređaju postoji dosta postavki. Osim činjenice da elektronički uređaj omogućuje promjenu frekvencije rotacije armature motora, podešavanje vremena ubrzanja i usporavanja, postoji i nekoliko stupnjeva zaštite. Na primjer, prekomjerna struja. U slučaju korištenja takvog uređaja, nema potrebe za ugradnjom automatskih prekidača.
Jedinica ispravljača
Ovisno o namjeni frekventnog pretvarača, koriste se različiti stupnjevi ispravljača. A opcija napajanja može biti iz trofazne mreže ili iz jednofazne. Ali na izlazu pretvarača, u svakom slučaju, postoji trofazni izmjenični napon. Ali da bi se kontrolirala struja, najprije se mora ispraviti. Stvar je u tome što je prilično teško kontrolirati varijablu - potrebno je koristiti velike reostate, što nije baš zgodno. Štoviše, sada je vrijeme mikroelektronike i automatizacije, ne samo da je nerazumno koristiti zastarjele tehnologije, već je i vrlo neisplativo.
Elektronički uređaj koji se sastoji od šest poluvodičkih dioda koristi se za ispravljanje trofazne izmjenične struje. Uključuju se u mostnom krugu, ispada da svaki par dioda služi za ispravljanje jedne faze. Na izlazu ispravljačke jedinice pojavljuje se konstantni napon, njegovvrijednost je jednaka onoj koja teče na ulaz. U ovoj fazi su sve transformacije dovršene, ne vrši se kontrola nad ovim blokom. U slučaju da se napajanje napaja iz jednofazne mreže, dovoljan je stupanj ispravljača čak i iz jedne diode. Ali učinkovitije je koristiti premosni krug od četiri.
Filter kutija
Ovaj modul se koristi za filtriranje istosmjernog napona. Najjednostavnija verzija bloka je induktor uključen u razmak pozitivnog ramena. Između polova spojen je elektrolitički kondenzator. Ima jednu funkciju - da se riješi varijabilne komponente. Stvar je u tome što se ispravljač ne može u potpunosti riješiti mreškanja. Ostaje mala količina izmjenične struje koja može proizvesti značajnu buku tijekom rada.
Da bismo razmotrili princip rada filtarskog bloka, potrebno je analizirati zamjenom elemenata. Pri radu u uvjetima istosmjerne struje, induktivnost se zamjenjuje otporom, kondenzator se zamjenjuje otvorenim krugom. Ali kada se napaja izmjeničnom strujom, kapacitivnost se zamjenjuje otporom. Stoga cijela varijabilna komponenta nestaje, jer u ovom slučaju dolazi do kratkog spoja. Da bismo to razumjeli, prilično je teško, potrebno je razumjeti teorijske temelje elektrotehnike. Ali 3-fazni frekvencijski pretvarač se ne može napraviti bez ovoga.
Inverterski stupanj
I ovdje počinje zabava - korištenje moćnih IGBT tranzistora. Upravlja ih mikroprocesorski sustav, odkvaliteta njihova funkcioniranja ovisi o radu cijelog frekventnog pretvarača. Takav sklop pretvarača napona ima široku primjenu. Zapravo, uz pomoć tranzistora snage, bilo koji napon se može invertirati. Ukupno se u najjednostavnijem krugu koristi šest elemenata - dva za svaku fazu. Frekvencijski pretvarač proizvodi 220 volti na svakoj fazi u odnosu na nulu.
Da biste se riješili pojave obrnutog napona, potrebno je koristiti poluvodičke diode. Oni su povezani između kolektora i emitera energetskih tranzistora. Upravljanje se vrši na ulazu u bazu. Kao što je ranije spomenuto, frekventni pretvarači "uradi sam" imaju dva tranzistora za svaku fazu u kaskadi pretvarača. Uključite njihove p-n spojeve u nizu. Faza se uklanja sa sredine svakog ramena. U prodaji su gotovi moduli, imaju izvode za napajanje istosmjernog napona, kao i tri kontakta za skidanje trofaznog izmjeničnog. Dodatno, tu je i konektor za spajanje upravljačkog sustava mikrokontrolera.
Upravljanje mikroprocesorom
Koristi se za promjenu brzine osovine motora od strane pretvarača, napon, čija je zadana frekvencija 50Hz, može se mijenjati u amplitudi u širokom rasponu. I točnije, od nule do frekvencije koju mikroprocesor može pružiti. Glavni uvjet za potonje je mogućnost povezivanja više uređaja. Kada tiprojektirati pretvarač, čiji napon, čija se frekvencija mijenja promjenjivim otporom, mora kontrolirati procesor. Pažljivo se bira, mora imati dovoljan broj I/O portova.
Možete malo zakomplicirati sustav spajanjem LCD zaslona na mikrokontroler. Od njega se ne zahtijeva visoka reprodukcija boja, dovoljna je jednobojna, kao u jednostavnim kalkulatorima. Gumbi za programiranje također su spojeni na ulazno-izlazne portove. Ovako možete napraviti jednostavan frekventni pretvarač. Cijena svih elemenata neće biti veća od dvije tisuće rubalja. Ali trošak pretvarača snage 200-750 vata kreće se od 6500 do 12000 rubalja. Sve ovisi o proizvođaču i mogućnostima uređaja.
futrola za uređaj
Uradi sam frekventni pretvarači moraju imati pouzdano kućište. O tome ne ovisi samo jednostavnost korištenja, već i učinkovitost. Baza je izrađena od aluminija. Razlog za korištenje ovog materijala je potreba za visokokvalitetnim hlađenjem. Tijekom rada, IGBT modul postaje vrlo vruć, a temperatura poluvodičkih dioda također raste. I uopće nije važno imate li frekventni pretvarač od 380 ili 220 volti.
Ostatak tijela je napravljen od plastike. Potrebno je da svi elementi napajanja budu skriveni njime, kako ne bi došlo do slučajnog kontakta s visokonaponskim stezaljkama tijekom rada. U prednjem dijelu potrebno je predvidjeti otvor za LCD zaslon i tipke. Odvojeno, uprikladno mjesto, ugrađen je varijabilni otpornik. Prilikom programiranja mikrokontrolera potrebno je uzeti u obzir da ovaj otpor mijenja frekvenciju izlazne struje.
Izmjena topline elemenata sustava
Posebnu pozornost treba posvetiti odvođenju topline. Što je snažniji uređaj koji se razvija, to bi sustav hlađenja trebao biti pouzdaniji. Kao što je gore spomenuto, baza mora biti izrađena od aluminija. Krug pretvarača napona mora osigurati zaštitu od pregrijavanja. U tu svrhu potrebno je izbušiti rupu u kućištu, u njega je ugrađen senzor temperature. Iz njega se signal dovodi kroz odgovarajući uređaj u mikrokontroler. Ako je maksimalna temperatura prekoračena, opterećenje se mora isključiti. Stoga se modul tranzistora snage isključuje.
Za poboljšanje odvođenja topline moraju se koristiti ventilatori. Njihovo mjesto mora se odabrati tako da protok zraka hladi rebra hladnjaka kućišta. Da biste povećali učinkovitost rashladnog sustava, morate koristiti termalnu pastu. Razumnije je uključiti ventilatore u trenutku pokretanja uređaja. No također je moguće programirati regulator pomoću signala temperaturnog senzora. Kada temperatura dosegne polovicu temperature na kojoj dolazi do isključivanja uređaja u nuždi, ventilatori se uključuju.
ploča
Kao sklopnu ploču, najbolje je koristiti gotove opcije. U prodaji su daske različitih veličina s rupama oko kojihmali kalajisani kontakti. Kolokvijalno se nazivaju "ribe". Jedina stvar koju vrijedi razmotriti je mogućnost zamjene procesora i mikro krugova. U tu svrhu trebate koristiti konektore koji su zalemljeni na ploču. Frekvencijski pretvarači "uradi sam" najbolje su izrađeni uz očekivanje brze zamjene elemenata. IC ili kontroler se jednostavno utakne u ovu utičnicu, kao utikač u utičnicu.
Zaključci
Također možete napraviti svoj vlastiti frekventni pretvarač. Cijena analoga, kako smo saznali, mnogo je veća. Iako, naravno, imaju više mogućnosti. Ali zapravo, ako bolje pogledate, ispada da se zapravo ne koristi više od pet funkcija. Kada pogon radi, potrebno je promijeniti brzinu vrtnje, kao i prilagoditi vrijeme ubrzanja i usporavanja. Nešto rjeđe koristi se obrnuta funkcija i promjena najveće dopuštene struje.
