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 elektronskih sistema.
Šta je frekventni pretvarač?
Svi znaju da u mreži postoji naizmjenična 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 asinhronih motora. Postoji mnogo razloga za korištenje elektronskih sredstava. Na primjer, u industriji, pretvarači su postali široko rasprostranjeni od njihove upotrebeomogućava vam da se riješite ogromnih mehanizama.
Detaljnije, možete promijeniti brzinu rotacije trake na transportnoj traci korištenjem mjenjača, koji je baziran na svojevrsnom automobilskom mjenjaču. Štoviše, može biti ili mehanički (koristeći nekoliko stupnjeva prijenosa) ili CVT. Ali mnogo je efikasnije promijeniti parametre struje koja napaja motor. Okretanjem promjenjivog otpornika mijenja se brzina rotacije transportera. Štaviše, frekvencija se može mijenjati u širokom rasponu.
Koje druge karakteristike imaju frekventni pretvarači?
Pored toga, postavke invertera omogućavaju elektromotoru da postepeno povećava brzinu tokom nekoliko sekundi. Vrijeme postavlja korisnik kroz programiranje funkcije frekventnog pretvarača. Slično možete učiniti i s vremenom zaustavljanja armature motora. Ovo smanjuje opterećenje diska, što direktno utiče na njegov resurs.
Pored toga, za mala preduzeća koja nemaju mogućnost da sebi obezbede trofaznu mrežu, ali postoji potreba za njom, upotreba frekventnih pretvarača je pravi 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 rad će biti ispravan.
Komponente snage pretvarača
Svi frekventni pretvarači koriste moćne IGBT ili MOSFET tranzistore. Idealne su za ovu vrstu posla. Montiraju se u zasebne module. Ova metoda instalacije može poboljšati performanse elektronskog uređaja. Ovi tranzistori rade u ključnom režimu, upravljanje se vrši pomoću mikroprocesorskog sistema. 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 kontrolišu ključeve. Tri se koriste za dno, a tri za vrh. Ovaj sklop vam omogućava da implementirate jednostavnu kaskadu frekventnog pretvarača. Osim toga, ima nekoliko stupnjeva zaštite. Na primjer, protiv kratkog spoja i preopterećenja. Detaljnije karakteristike svih elemenata mogu se naći 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. Ispostavilo se da se izmjenični napon prvo pretvara u DC, a zatim filtrira. Nakon svega ovoga, on se invertuje u varijablu. Ali postoji i treći blok - mikroprocesorska kontrola pretvarača. I da budemo precizniji, moćni IGBT tranzistori. Ako ste se ikada bavilifrekventni pretvarači, onda znate da na prednjoj ploči imaju nekoliko tipki za programiranje.
Uputstvo za upotrebu pretvarača će vas uputiti kako postaviti sve funkcije. Ovo je vrlo komplikovana stvar, jer čak i na najjednostavnijem uređaju postoji dosta podešavanja. Pored činjenice da elektronski uređaj omogućava promjenu frekvencije rotacije armature motora, podešavanje vremena ubrzanja i usporavanja, postoji i nekoliko stupnjeva zaštite. Na primjer, prekomjerna struja. U slučaju korišćenja ovakvog uređaja, nema potrebe za ugradnjom automatskih prekidača.
Jedinica ispravljača
U zavisnosti od namjene 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, ona se prvo mora ispraviti. Stvar je u tome što je prilično teško kontrolirati varijablu - potrebno je koristiti velike reostate, što nije baš zgodno. Štaviše, sada je vrijeme mikroelektronike i automatizacije, ne samo da je nerazumno koristiti zastarjele tehnologije, već je i vrlo neisplativo.
Elektronski uređaj koji se sastoji od šest poluvodičkih dioda koristi se za ispravljanje trofazne naizmjenične struje. Uključuju se u premosni krug, ispada da svaki par dioda služi za ispravljanje jedne faze. Na izlazu ispravljačke jedinice pojavljuje se konstantan napon, njegovvrijednost je jednaka onoj koja teče na ulaz. U ovoj fazi su sve transformacije završene, ne vrši se kontrola nad ovim blokom. U slučaju da se napajanje napaja iz jednofazne mreže, dovoljan je stepen ispravljača čak i iz jedne diode. Ali efikasnije je koristiti premosni krug od četiri.
Filter box
Ovaj modul se koristi za filtriranje DC napona. Najjednostavnija verzija bloka je induktor uključen u razmak pozitivnog ramena. Između polova je spojen elektrolitički kondenzator. Ima jednu funkciju - da se riješi varijabilne komponente. Stvar je u tome što ispravljač nije u stanju da se potpuno riješi mreškanja. Ostaje mala količina naizmjenične struje koja može proizvesti značajnu buku tokom rada.
Da bismo razmotrili princip rada filter bloka, potrebno je analizirati zamjenom elemenata. Kada se radi 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 bi se ovo razumjelo je prilično teško, potrebno je razumjeti teorijske osnove elektrotehnike. Ali 3-fazni frekventni pretvarač se ne može napraviti bez ovoga.
Inverterski stepen
I tu počinje zabava - upotreba moćnih IGBT tranzistora. Njima upravlja mikroprocesorski sistem, odkvaliteta njihovog funkcioniranja ovisi o radu cijelog frekventnog pretvarača. Takav krug pretvarača napona se široko koristi. 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 seriju. Faza se uklanja sa sredine svakog ramena. U prodaji su gotovi moduli, imaju izvode za napajanje jednosmernog napona, kao i tri kontakta za odvajanje trofaznog naizmeničnog. Dodatno, tu je i konektor za povezivanje upravljačkog sistema mikrokontrolera.
Mikroprocesorska kontrola
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 preciznije, od nule do frekvencije koju mikroprocesor može pružiti. Glavni zahtjev za potonje je mogućnost povezivanja više uređaja. Kada tidizajnirati pretvarač, čiji napon, čija se frekvencija mijenja promjenjivim otporom, mora kontrolirati procesor. Pažljivo se bira, mora imati dovoljan broj I/O portova.
Možete malo zakomplikovati sistem povezivanjem LCD ekrana na mikrokontroler. Od njega nije potrebna visoka reprodukcija boja, dovoljna je jednobojna, kao u jednostavnim kalkulatorima. Tasteri za programiranje su takođe povezani na ulazno-izlazne portove. Ovako možete napraviti jednostavan frekventni pretvarač. Cijena svih elemenata neće biti veća od dvije hiljade rubalja. Ali cijena pretvarača snage 200-750 vati kreće se od 6500 do 12000 rubalja. Sve zavisi od proizvođača i mogućnosti uređaja.
futrola za uređaj
Uradi sam frekventni pretvarači moraju imati pouzdano kućište. O tome ne zavisi samo jednostavnost upotrebe, već i efikasnost. Baza je izrađena od aluminijuma. Razlog za korištenje ovog materijala je potreba za visokokvalitetnim hlađenjem. Tokom rada, IGBT modul postaje vrlo vruć, a temperatura poluvodičkih dioda također raste. I uopće nije bitno da li imate frekventni pretvarač od 380 ili 220 volti.
Ostatak tijela je napravljen od plastike. Neophodno je da svi elementi napajanja budu sakriveni njime, kako ne bi došlo do slučajnog kontakta sa visokonaponskim terminalima tokom rada. U prednjem dijelu je potrebno predvidjeti otvor za LCD ekran i dugmad. Odvojeno, upogodno mjesto, instaliran je varijabilni otpornik. Prilikom programiranja mikrokontrolera potrebno je uzeti u obzir da ovaj otpor mijenja frekvenciju izlazne struje.
Izmjena topline elemenata sistema
Posebnu pažnju treba obratiti na rasipanje topline. Što je moćniji uređaj koji se razvija, to bi sistem hlađenja trebao biti pouzdaniji. Kao što je već spomenuto, baza mora biti izrađena od aluminija. Kolo 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.
Da bi se poboljšala disipacija toplote, moraju se koristiti ventilatori. Njihova lokacija mora biti odabrana tako da protok zraka hladi krila hladnjaka kućišta. Da biste povećali efikasnost rashladnog sistema, morate koristiti termalnu pastu. Razumnije je uključiti ventilatore u trenutku pokretanja uređaja. Ali moguće je i programirati regulator koristeći signal temperaturnog senzora. Kada temperatura dostigne polovinu temperature na kojoj dolazi do hitnog isključivanja uređaja, ventilatori se uključuju.
ploča
Kao štampanu ploču, najbolje je koristiti gotove opcije. U prodaji su daske različitih veličina sa 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. Frekventni pretvarači koji se rade sami najbolje se izrađuju uz očekivanje brze zamjene elemenata. IC ili kontroler se jednostavno utakne u ovu utičnicu, kao utikač u utičnicu.
Zaključci
Možete napraviti i vlastiti frekventni pretvarač. Cijena analoga, kako smo saznali, znatno je veća. Iako, naravno, imaju više mogućnosti. Ali u stvari, ako bolje pogledate, ispada da se zapravo ne koristi više od pet funkcija. Kada pogon radi, potrebno je promijeniti brzinu rotacije, kao i prilagoditi vrijeme ubrzanja i usporavanja. Nešto rjeđe se koristi funkcija reverse i promjena maksimalno dozvoljene struje.
