Môžem sám zostavovať frekvenčné meniče? Princíp činnosti a schémy pripojenia frekvenčných meničov

Je veľmi obtiažne vyrábať frekvenčné meniče tým, že je potrebné veľmi dobre pochopiť výkonovú elektroniku a polovodičovú technológiu. Ale predtým, než premýšľate o navrhovaní tohto zariadenia, musíte zistiť, na aký účel sa používajú. Budete tiež potrebovať vedieť, aké sú hlavné súčasti týchto elektronických systémov.

Čo je frekvenčný menič?

Každý vie, že sieť má striedavý prúd a má určitú frekvenciu. V Rusku je štandardom 50 Hertzov. V niektorých západných krajinách je mierne odlišný štandard 60 Hertzov. Prevádzka mnohých zariadení závisí od frekvencie prúdu. Prevodníky sa používajú na napájanie asynchrónnych motorov. Existuje mnoho dôvodov na používanie elektronických prostriedkov. Napríklad v priemysle je menič široko používaný, pretože ich používanie umožňuje zbaviť sa obrovských mechanizmov.

Ak sa podrobnejšie zmení rýchlosť otáčania pásu na dopravníku, môže to byť pomocou prevodovky, ktorá je založená na nejakej krabici rýchlosti vozidla. A môže to byť aj mechanické (s použitím niekoľkých prevodoviek) a variátor. Ale oveľa efektívnejšie je zmena parametrov prúdu, ktorý napája motor. Otočte premenlivým rezistorom na zmenu rýchlosti otáčania dopravníka. A frekvenciu je možné meniť v širokom rozmedzí.

Aké sú vlastnosti frekvenčných meničov?

Navyše, nastavenia meniča umožňujú dosiahnuť, aby elektromotor v priebehu niekoľkých sekúnd postupne získal hybnosť. Čas je nastavený používateľom programovaním funkcií frekvenčného meniča. Podobne môžete urobiť aj s dobou zastavenia kotvy motora. To vám umožní znížiť zaťaženie disku, ktoré priamo ovplyvňuje jeho zdroj.

Okrem toho je pre malé podniky, ktoré nemajú schopnosť zabezpečiť si trojfázovú sieť, ale je k dispozícii, použitie frekvenčných meničov je skutočným všeliekom. Existuje mnoho modelov takýchto zariadení, ktoré sú pripojené k jednofázovej sieti striedavého prúdu a tri sú vyrábané na výstupe. Preto je možné zapnúť elektromotor v bežnej zásuvke. A v tomto prípade nestráca moc, jeho práca bude správna.

Výkonové komponenty konvertorov

Vo všetkých frekvenčných meničoch sa používajú výkonné IGBT alebo MOSFET. Sú ideálne pre tento typ práce. Sú namontované v samostatných moduloch. Takáto metóda inštalácie môže zlepšiť výkon elektronického zariadenia. Tieto tranzistory pracujú v režime kľúča, ovládanie sa vykonáva pomocou mikroprocesorového systému. Faktom je, že všetky ovládacie prvky sú nízkonapäťové, prepínanie vysokého napätia sa nevyžaduje. Preto môže byť poskytnutý s pomocou najjednoduchšieho mikroprocesora.

Najčastejšie používané špeciálne zostavy rady IR2132 a IR2130. Skladajú sa zo šiestich ovládačov, ktoré ovládajú tlačidlá. Tri sú použité pre nižšie a tri pre hornú. Takáto zostava umožňuje realizovať jednoduchú kaskádu frekvenčného meniča. Okrem toho má niekoľko stupňov ochrany. Napríklad zo skratu a preťaženia. Podrobnejšie charakteristiky všetkých prvkov nájdete v príručkách. Ale všetky napájacie články majú veľkú nevýhodu - vysoké náklady na výrobky.

Blokový diagram prevodníka

Každý frekvenčný menič pre motor má vo svojom zložení tri hlavné jednotky - usmerňovač, filtre, menič. Ukazuje sa, že striedavé napätie sa najprv prevedie na konštantné napätie a potom sa filtruje. Po tom všetkom je obrátená na premennú. Existuje však tretia jednotka - mikroprocesorové riadenie meniča. A presnejšie, silné IGBT tranzistory. Ak narazíte na frekvenčné pásmo, viete, že na prednom paneli majú niekoľko tlačidiel na programovanie.

Pokyn frekvenčného meniča vám povie, ako vykonať nastavenia všetkých funkcií. Je to veľmi zložitá záležitosť, pretože v najjednoduchšom zariadení je pomerne málo nastavení. Okrem toho, že elektronické zariadenie umožňuje zmeniť otáčky motora, nastaviť čas zrýchlenia a spomalenia, existuje niekoľko stupňov ochrany. Napríklad pri prekročení prúdu. Ak sa používa takéto zariadenie, nie je potrebné inštalovať ističe.

Blok usmerňovača

V závislosti od účelu frekvenčného meniča sa používajú rôzne stupne usmerňovača. Variant napájania môže byť buď z trojfázovej siete alebo z jednofázovej siete. Ale na výstupe meniča je v každom prípade trojfázové striedavé napätie. Ale aby sme mohli vykonávať aktuálnu kontrolu, je potrebné ju najskôr narovnať. Ide o to, že je pomerne ťažké kontrolovať premenné - musíte použiť veľké reostaty, čo nie je príliš výhodné. Navyše, teraz čas mikroelektroniky a automatizácie, uplatňovať zastarané technológie nie je nielen nerozumné, ale aj veľmi nerentabilné.

Na opravu striedavého trojfázového prúdu sa používa elektronické zariadenie pozostávajúce zo šiestich polovodičových diód. Sú zahrnuté v mostíkovom okruhu, ukazuje sa, že každá dvojica diód slúži na narovnanie jednej fázy. Na výstupe usmerňovača je konštantné napätie, jeho hodnota je rovná hodnote, ktorá prúdi na vstup. V tejto fáze sú všetky transformácie dokončené, bez kontroly nad týmto blokom. V prípade, že je napájanie napájané z jednofázovej siete, postačuje kaskáda usmerňovača aj pri jednej dióde. Ale je efektívnejšie používať mostový obvod štyroch.

Filtračná jednotka

Tento modul sa používa na filtrovanie jednosmerného napätia. Najjednoduchšia verzia jednotky je induktor, ktorý je zahrnutý v prerušení ramena plus. Medzi pólmi sa zapne elektrolytický kondenzátor. Má jednu funkciu - zbaviť sa premennej zložky. Ide o to, že usmerňovač sa nedá úplne zbaviť pulsácií. Zostáva malá zložka striedavého prúdu, ktorá môže počas prevádzky spôsobiť značné rušenie.

Na zváženie princípu filtračného bloku je potrebné vykonať analýzu nahradením prvkov. Pri prevádzke v podmienkach DC sa indukčnosť nahradí odporom, kondenzátor sa nahradí prerušením obvodu. Keď sa však použije striedavý prúd, kapacita sa nahradí odporom. V dôsledku toho zmizne celá variabilná zložka, pretože v tomto prípade nastane skrat. Je to ťažké pochopiť, je potrebné porozumieť teoretickým základom elektrotechniky. Frekvenčný menič 3 fázy sa však nemôže uskutočniť bez tohto.

Invertorová kaskáda

A tu začína najzaujímavejšie - použitie výkonných IGBT-tranzistorov. Sú ovládané mikroprocesorovým systémom, výkonnosť celého frekvenčného meniča závisí od kvality ich fungovania. Takýto obvod meniča napätia je široko používaný. V skutočnosti môžete s pomocou výkonových tranzistorov invertovať akékoľvek napätie. Celkovo sa v najjednoduchšej schéme používa šesť prvkov - dve pre každú fázu. Frekvenčný menič 220 voltov vytvára v každej fáze s ohľadom na nulu.

Aby sme sa zbavili výskytu spätného napätia, je potrebné použiť polovodičové diódy. Sú prepínané medzi kolektorom a vysielačom výkonových tranzistorov. Kontrola sa vykoná na vstupe základne. Ako už bolo spomenuté vyššie, frekvenčné meniče, ktoré vyrábajú samy, majú dva tranzistory na každej fáze v kaskáde meniča. Zahrňte ich série pn do série. Stredná fáza každého ramena sa odstráni. V predaji sú pripravené moduly, majú svorky na napájanie jednosmerného napätia, ako aj tri kontakty na odstránenie trojfázového striedavého prúdu. Okrem toho je k dispozícii konektor pre pripojenie riadiaceho systému mikrokontrolérov.

Ovládanie mikroprocesorom

Používa sa na zmenu meniča otáčok hriadeľa motora, napätie, ktorého predvolená frekvencia je 50 Hz, môže byť zmenená v amplitúde v širokom rozmedzí. A konkrétnejšie, od nuly až po frekvenciu, ktorú môže mikroprocesor poskytnúť. Posledná požiadavka je hlavná - je možné pripojiť niekoľko zariadení. Keď navrhujete menič, napätie, ktorého frekvencia sa mení s premenlivým odporom, musí byť riadená procesorom. Vyberá sa starostlivo, musí mať dostatočný počet vstupno-výstupných portov.

Je možné, že systém trochu komplikuje pripojením LCD displeja k mikrokontroléru. Nevyžaduje vysoké farebné vykresľovanie, dosť monochromatické, ako v prípade jednoduchých kalkulačiek. Tlačidlá pre programovanie sú tiež pripojené k I / O portom. Takto môžete vytvoriť jednoduchý menič frekvencie. Cena všetkých prvkov nebude vyššia ako dvetisíc rubľov. Ale cena invertora s výkonom 200-750 wattov sa pohybuje v rozmedzí od 6500 do 12000 rubľov. Závisí to od výrobcu a schopností zariadenia.

Kryt zariadenia

Frekvenčné meniče, ktoré vyrábajú samé, musia mať spoľahlivé uloženie. Závisí nielen na jednoduchosti použitia, ale aj na efektívnosti. Základňa je vyrobená z hliníka. Dôvodom na použitie tohto materiálu je potreba vysoko kvalitného chladenia. Počas prevádzky sa modul IGBT stáva veľmi horúcim a teplota sa tiež zvyšuje pri polovodičových diódach. A nezáleží na tom, či frekvenčný menič je 380 alebo máte 220 voltov.

Zvyšok tela je vyrobený z plastu. Je nevyhnutné, aby boli všetky elektrické prvky skryté, aby nedošlo k náhodnému kontaktu vysokonapäťových svoriek počas prevádzky. V prednej časti je potrebné otvor pre LCD displej a tlačidlá. Oddelene sa na vhodnom mieste inštaluje premenlivý rezistor. Pri programovaní mikrokontroléra je potrebné vziať do úvahy, že tento odpor mení frekvenciu výstupného prúdu.

Prvky výmeny tepla systému

Osobitná pozornosť by sa mala venovať odstraňovaniu tepla. Čím silnejšie je vyvíjané zariadenie, tým spoľahlivejšie by mal byť chladiaci systém. Ako bolo uvedené vyššie, podklad musí byť vyrobený z hliníka. Obvod meniča napätia musí poskytovať ochranu pred prehriatím. Na tento účel sa vyžaduje vŕtanie otvoru do krytu, do ktorého je namontovaný teplotný snímač. S ním sa signál privádza cez zodpovedajúce zariadenie k mikrokontroléru. Pri prekročení maximálnej teploty sa musí zaťaženie odpojiť. V dôsledku toho sa modul výkonového tranzistora vypne.

Na zlepšenie prenosu tepla sa musia používať ventilátory. Ich umiestnenie by malo byť zvolené tak, aby prúdenie vzduchu ochladilo rebrá tela chladiča tela. Na zvýšenie účinnosti chladiaceho systému je potrebné použiť tepelnú pastu. Je rozumnejšie zapnúť ventilátory pri spustení zariadenia. Je však tiež možné programovať regulátor pomocou signálu zo snímača teploty. Keď sa dosiahne teplota rovnajúca sa polovici hodnoty, pri ktorej sa zariadenie náhodne vypne, ventilátory sa zapnú.

Montážna doska

Ako obvodová doska je najlepšie použiť pripravené možnosti. Na predaj sú dosky rôznych veľkostí s otvormi, okolo ktorých sú malé konzervované kontakty. V spoločnom prejave sa nazývajú "ryby". Jediná vec, ktorú treba brať do úvahy, je možnosť nahradiť procesor a čipy. Na tento účel je potrebné použiť konektory, ktoré sú spájané na doske. Frekvenčné meniče s vlastnými rukami na výrobu najlepšieho pomocou výpočtu rýchlej výmeny prvkov. Čip alebo regulátor je jednoducho inštalovaný do tohto konektora, ako zástrčka do zásuvky.

zistenie

Môžete tiež vyrobiť frekvenčný menič sami. Cena analógov, ako sme zistili, je oveľa vyššia. Aj keď majú samozrejme viac príležitostí. Ale v praxi, ak sa pozriete pozorne, ukáže sa, že sa skutočne používa iba päť funkcií. Keď je pohon v prevádzke, je potrebné zmeniť rýchlosť otáčania a tiež nastaviť čas zrýchlenia a spomalenia. Mierne menej sa používa reverzná funkcia a zmeny maximálneho prípustného prúdu.