Доста е трудно да направите честотни преобразуватели със собствените си ръце, тъй като трябва да сте много добре запознати със силовата електроника и полупроводниковите технологии. Но преди да помислите за проектирането на това устройство, трябва да разберете за какви цели се използват. Вие също ще трябва да знаете кои са основните компоненти на тези електронни системи.
Какво е честотен преобразувател?
Всеки знае, че в мрежата има променлив ток и той има определена честота. В Русия стандартът е 50 херца. В някои западни страни малко по-различен стандарт е 60 херца. Работата на много устройства зависи от честотата на тока. Преобразувателите се използват за захранване на асинхронни двигатели. Има много причини за използването на електронни средства. Например, в индустрията инверторите са станали широко разпространени, след като се използватви позволява да се отървете от огромни механизми.
По-подробно можете да промените скоростта на въртене на лентата на конвейера, като използвате скоростна кутия, която се основава на вид автомобилна скоростна кутия. Освен това може да бъде или механичен (с няколко предавки) или CVT. Но е много по-ефективно да промените параметрите на тока, който захранва двигателя. Завъртането на променливия резистор променя скоростта на въртене на конвейера. Освен това честотата може да се променя в широк диапазон.
Какви други функции имат честотните преобразуватели?
В допълнение, настройките на инвертора позволяват на електрическия мотор постепенно да набира скорост за няколко секунди. Времето се задава от потребителя чрез програмиране на функцията на честотния преобразувател. По същия начин можете да направите и с времето на спиране на котвата на двигателя. Това намалява натоварването на устройството, което пряко засяга неговия ресурс.
Освен това за малките фирми, които нямат възможност да си осигурят трифазна мрежа, но има нужда от нея, използването на честотни преобразуватели е истинска панацея. Има много модели на такива устройства, които са свързани към еднофазна мрежа с променлив ток и произвеждат три на изхода. Следователно е възможно да включите електрически мотор в обикновен контакт. И в този случай няма да загуби мощност, работата му ще бъде правилна.
Силови компоненти на преобразуватели
Всички честотни преобразуватели използват мощни IGBT или MOSFET транзистори. Те са идеални за този вид работа. Монтират се в отделни модули. Този метод на инсталиране може да подобри производителността на електронно устройство. Тези транзистори работят в ключов режим, управлението се осъществява с помощта на микропроцесорна система. Факт е, че цялото управление е слаботоково, не се изисква превключване на високо напрежение. Следователно това може да се постигне с помощта на най-простия микропроцесор.
Най-често използваните специални модули от серията IR2132 и IR2130. Те се състоят от шест драйвера, които управляват клавишите. Три се използват за дъното и три за горната част. Този монтаж ви позволява да реализирате проста каскада на честотния преобразувател. Освен това има няколко степени на защита. Например срещу късо съединение и претоварване. По-подробни характеристики на всички елементи можете да намерите в ръководствата. Но всички силови елементи имат огромен недостатък - високата цена на продуктите.
Структурна диаграма на преобразувателя
Всеки честотен преобразувател за двигател има три основни блока - токоизправител, филтри, инвертор. Оказва се, че AC напрежението първо се преобразува в DC, след което се филтрира. След всичко това той се обръща в променлива. Но има и трети блок - микропроцесорно управление на инвертора. И за да бъдем по-точни, мощни IGBT транзистори. Ако някога сте се занимавали счестотни преобразуватели, тогава знаете, че на предния панел имат няколко бутона за програмиране.
Ръководството с инструкции на инвертора ще ви насочи как да настроите всички функции. Това е много сложен въпрос, тъй като има доста настройки дори в най-простото устройство. В допълнение към факта, че електронното устройство ви позволява да променяте честотата на въртене на котвата на двигателя, да регулирате времето за ускорение и забавяне, има и няколко степени на защита. Например свръхток. В случай на използване на такова устройство, няма нужда да инсталирате автоматични превключватели.
Изправител
В зависимост от предназначението на честотния преобразувател се използват различни степени на токоизправител. И опцията за захранване може да бъде или от трифазна мрежа, или от еднофазна. Но на изхода на инвертора във всеки случай има трифазно променливо напрежение. Но за да се контролира токът, той първо трябва да бъде коригиран. Работата е там, че е доста трудно да се контролира променливата - необходимо е да се използват големи реостати, което не е много удобно. Освен това сега е времето на микроелектрониката и автоматизацията, не само е неразумно да се използват остарели технологии, но и много нерентабилно.
Електронно устройство, състоящо се от шест полупроводникови диода, се използва за изправяне на трифазен променлив ток. Те се включват в мостова верига, оказва се, че всяка двойка диоди служи за изправяне на една фаза. На изхода на токоизправителя се появява постоянно напрежение, неговотостойността е равна на тази, която тече към входа. На този етап всички трансформации са завършени, не се извършва контрол на този блок. В случай, че захранването се подава от еднофазна мрежа, токоизправителният етап е достатъчен дори от един диод. Но е по-ефективно да се използва мостова верига от четири.
Кутия за филтриране
Този модул се използва за филтриране на постоянно напрежение. Най-простата версия на блока е индуктор, включен в пролуката на положителното рамо. Между полюсите е свързан електролитен кондензатор. Той има една функция - да се отърве от променливия компонент. Работата е там, че токоизправителят не е в състояние напълно да се отърве от пулсациите. Остава малко количество AC, което може да произведе значителен шум по време на работа.
За да се разгледа принципът на действие на филтърния блок, е необходимо да се анализира чрез подмяна на елементите. При работа в условия на постоянен ток, индуктивността се заменя със съпротивление, кондензаторът се заменя с отворена верига. Но когато се захранва от променлив ток, капацитетът се заменя със съпротивление. Следователно целият променлив компонент изчезва, тъй като в този случай възниква късо съединение. За да се разбере това е доста трудно, е необходимо да се разберат теоретичните основи на електротехниката. Но 3-фазен честотен преобразувател не може да се направи без това.
Инверторна степен
И тук започва забавлението - използването на мощни IGBT транзистори. Те се управляват от микропроцесорна система, откачеството на тяхното функциониране зависи от работата на целия честотен преобразувател. Такава схема на преобразувател на напрежение се използва широко. Всъщност с помощта на силови транзистори всяко напрежение може да бъде обърнато. Общо в най-простата верига се използват шест елемента - по два за всяка фаза. Честотният преобразувател произвежда 220 волта на всяка фаза по отношение на нула.
За да се отървете от появата на обратно напрежение, е необходимо да използвате полупроводникови диоди. Те са свързани между колектора и емитера на силови транзистори. Управлението се извършва на входа на базата. Както бе споменато по-рано, честотните преобразуватели "направи си сам" имат два транзистора за всяка фаза в каскадата на инвертора. Включете техните p-n кръстовища последователно. Фазата се отстранява от средата на всяко рамо. Предлагат се готови модули за продажба, имат изводи за подаване на постоянно напрежение, както и три контакта за премахване на трифазно променливо. Освен това има конектор за свързване на система за управление на микроконтролер.
Микропроцесорно управление
Използва се за промяна на скоростта на вала на двигателя от инвертора, напрежението, чиято честота по подразбиране е 50Hz, може да се променя по амплитуда в широк диапазон. И по-конкретно, от нула до честотата, която микропроцесорът може да осигури. Основното изискване за последното е възможността за свързване на множество устройства. Когато типроектирайте преобразувател, напрежението, чиято честота се променя от променливо съпротивление, трябва да се контролира от процесора. Избира се внимателно, трябва да има достатъчен брой I/O портове.
Можете да усложните малко системата, като свържете LCD дисплей към микроконтролера. От него не се изисква високо цветопредаване, достатъчен е монохромен, както в прости калкулатори. Бутоните за програмиране също са свързани към входно-изходните портове. Ето как можете да направите обикновен честотен преобразувател. Цената на всички елементи ще бъде не повече от две хиляди рубли. Но цената на инвертор с мощност 200-750 вата варира от 6500 до 12000 рубли. Всичко зависи от производителя и възможностите на устройството.
Калъф за устройство
Направи си сам честотните преобразуватели трябва да имат надежден корпус. От това зависи не само лекотата на използване, но и ефективността. Основата е изработена от алуминий. Причината за използването на този материал е необходимостта от висококачествено охлаждане. По време на работа IGBT модулът се нагрява много, а температурата на полупроводниковите диоди също се повишава. И изобщо няма значение дали имате честотен преобразувател на 380 или 220 волта.
Останалата част от тялото е изработена от пластмаса. Необходимо е всички захранващи елементи да бъдат скрити от него, за да няма случаен контакт с клеми за високо напрежение по време на работа. В предната част е необходимо да се предвиди отвор за LCD дисплея и бутоните. Отделно, вудобно място, монтиран е променлив резистор. При програмирането на микроконтролера е необходимо да се има предвид, че това съпротивление променя честотата на изходния ток.
Топлообмен на системните елементи
Трябва да се обърне специално внимание на разсейването на топлината. Колкото по-мощно е разработеното устройство, толкова по-надеждна трябва да бъде охладителната система. Както бе споменато по-горе, основата трябва да бъде направена от алуминий. Веригата на преобразувателя на напрежение трябва да осигурява защита срещу прегряване. За тази цел е необходимо да се пробие отвор в корпуса, в него е монтиран температурен сензор. От него сигналът се подава през съвпадащо устройство към микроконтролера. Ако максималната температура е превишена, товарът трябва да бъде изключен. Следователно модулът на силовия транзистор се изключва.
За да се подобри разсейването на топлината, трябва да се използват вентилатори. Тяхното местоположение трябва да бъде избрано така, че въздушният поток да охлажда ребрата на радиатора на корпуса. За да увеличите ефективността на охладителната система, трябва да използвате термо паста. По-разумно е вентилаторите да се включват в момента на стартиране на устройството. Но също така е възможно да се програмира контролера с помощта на сигнал от температурен сензор. Когато температурата достигне половината от температурата, при която се извършва аварийното изключване на устройството, вентилаторите се включват.
Печатна платка
Като платка е най-добре да използвате готови опции. В продажба има дъски с различни размери с дупки, около коитомалки консервирани контакти. Разговорно се наричат "риба". Единственото нещо, което си струва да се има предвид, е възможността за подмяна на процесора и микросхемите. За целта трябва да използвате конектори, които са запоени към платката. Честотните преобразуватели, направени сами, се правят най-добре с очакването на бърза подмяна на елементите. IC или контролерът просто се включва в този контакт, като щепсел в контакт.
Заключения
Можете също да направите свой собствен честотен преобразувател. Цената на аналозите, както разбрахме, е много по-висока. Въпреки че, разбира се, те имат повече възможности. Но всъщност, ако се вгледате по-отблизо, се оказва, че всъщност не се използват повече от пет функции. Когато задвижването работи, е необходимо да промените скоростта на въртене, както и да регулирате времето за ускорение и забавяне. Малко по-рядко се използва обратната функция и промяната на максимално допустимия ток.
