Ці можна збіраць частотныя пераўтваральнікі сваімі рукамі? Прынцып працы і схема падлучэння частотных пераўтваральнікаў

Вырабіць частотныя пераўтваральнікі сваімі рукамі даволі складана, бо неабходна вельмі добра разбірацца ў сілавы электроніцы і паўправадніковай тэхніцы. Але перад тым як задумацца пра праектаванне дадзенай прылады, неабходна даведацца, для якіх мэтаў яны выкарыстоўваюцца. Таксама ўжываць ведаць, якія асноўныя складнікі ў гэтых электронных сістэм.

Што такое частотны пераўтваральнік?

Усім вядома, што ў сеткі пераменны ток, і ў яго маецца некаторая частата. У Расіі стандарт - гэта 50 Герц. У некаторых заходніх краінах некалькі іншы стандарт - 60 Герц. Ад таго, якая частата току, залежыць праца многіх прылад. Пераўтваральнікі выкарыстоўваюцца для харчавання асінхронных рухавікоў. Прычын для выкарыстання электронных сродкаў досыць шмат. Напрыклад, у прамысловасці ПЧ атрымалі шырокае распаўсюджванне, бо іх выкарыстанне дазваляе пазбавіцца ад велізарных механізмаў.

Калі падрабязней, то змяніць хуткасць кручэння стужкі на канвееры можна шляхам выкарыстання рэдуктара, у аснове якога ляжыць нейкае падабенства скрынкі перадач аўтамабіля. Прычым яна можа быць як механічнай (з выкарыстаннем некалькіх шасцерняў), так і вариаторной. Але нашмат больш эфектыўна аказваецца змена параметраў току, якім сілкуецца рухавік. Паваротам пераменнага рэзістара змяняецца хуткасць кручэння транспортера. Прычым частату можна змяняць у шырокім дыяпазоне.

Якія ёсць яшчэ ўласцівасці ў частотных пераўтваральнікаў?

Акрамя гэтага, налады ПЧ дазваляюць дасягнуць таго, што электрычны рухавік будзе паступова набіраць абароты на працягу некалькіх секунд. Час задаецца карыстальнікам пры дапамозе праграмавання функцый пераўтваральніка частоты. Аналагічна можна паступіць і з часам прыпынку якара рухавіка. Гэта дазваляе паменшыць нагрузкі на прывад, што прама адбіваецца на яго рэсурсе.

Акрамя таго, для невялікіх прадпрыемстваў, у якіх няма магчымасці забяспечыць сябе трохфазнай сеткай, але неабходнасць у ёй маецца, прымяненне частотных пераўтваральнікаў - гэта сапраўдная панацэя. Існуе нямала мадэляў такіх прылад, якія падключаюцца да сеткі пераменнага аднафазнага току, а на выхадзе ў іх выпрацоўваецца тры. Такім чынам, можна ў звычайную разетку ўключыць электрарухавік. І ў гэтым выпадку ён не страціцца магутнасці, праца яго будзе правільнай.

Сілавыя кампаненты пераўтваральнікаў

Ва ўсіх частотных пераўтваральніках выкарыстаны магутныя IGBT або MOSFET-транзістары. Яны ідэальна падыходзяць для дадзенага тыпу працы. Яны змантаваныя ў асобныя модулі. Такі спосаб мантажу здольны палепшыць паказчыкі электроннага прылады. Працуюць дадзеныя транзістары ў рэжыме ключа, кіраванне вырабляецца пры дапамозе мікрапрацэсарнай сістэмы. Справа ў тым, што ўсё кіраванне слаботочные, камутацыя высокіх высілкаў не патрабуецца. Таму забяспечыць гэта можна пры дапамозе самага простага мікрапрацэсара.

Часцей за ўсё выкарыстоўваюцца спецыяльныя зборкі серый IR2132 і IR2130. Яны складаюцца з шасці драйвераў, якія кіруюць ключамі. Тры выкарыстоўваюцца для ніжняга, а тры - для верхняга. Такая зборка дазваляе рэалізаваць нескладаны каскад частотнага пераўтваральніка. Акрамя таго, яна мае некалькі ступеняў абароны. Напрыклад, ад кароткага замыкання і перагрузкі. Больш падрабязныя характарыстыкі ўсіх элементаў можна даведацца з кіраўніцтваў. Але ва ўсіх сілавых элементаў ёсць вялікі недахоп - высокі кошт вырабаў.

Структурная схема пераўтваральніка

Любы частотны пераўтваральнік для рухавіка мае ў сваім складзе тры асноўныя блокі - выпрамнік, фільтры, інвертар. Атрымліваецца так, што пераменную напругу спачатку пераўтворыцца ў сталае, затым фільтруецца. Пасля ўсяго гэтага яно Інвертуйце ў пераменнае. Але ёсць яшчэ трэці блок - мікрапрацэсарнае кіраванне інвертарам. А калі быць дакладней, то магутнымі IGBT-транзістарамі. Калі вам здаралася мець справу з частотниками, то вы ведаеце, што на асабовай панэлі ў іх маецца некалькі кнопак для праграмавання.

Інструкцыя частотнага пераўтваральніка падкажа вам, як правесці налады ўсіх функцый. Справа гэта вельмі складанае, бо налад нават у самым простым прыладзе даволі шмат. Акрамя таго, што электронная прылада дазваляе змяняць частату кручэння якара рухавіка, рэгуляваць час разгону і тармажэння, прысутнічае яшчэ і некалькі ступеняў абароны. Напрыклад, па перавышэння току. У выпадку выкарыстання такога прыбора адпадае неабходнасць ва ўсталёўцы аўтаматычных выключальнікаў.

выпроствальны блок

У залежнасці ад таго, якое прызначэнне ў пераўтваральніка частоты, выкарыстоўваюцца розныя выпрамляльныя каскады. А варыянт сілкавання можа быць альбо ад трохфазнай сеткі, альбо ад аднафазнай. Але на выхадзе ПЧ ў любым выпадку знаходзіцца трохфазныя пераменную напругу. Але каб праводзіць кіраванне токам, неабходна яго спачатку выпрастаць. Уся справа ў тым, што кіраваць пераменным досыць складана - неабходна ўжываць буйныя рэастаты, што не вельмі зручна. Тым больш, зараз час мікраэлектронікі і аўтаматыкі, прымяняць састарэлыя тэхналогіі не проста неразумна, але і вельмі нявыгадна.

Для выпроствання пераменнага трохфазнага току выкарыстоўваецца электронная прылада, якое складаецца з шасці паўправадніковых дыёдаў. Ўключаюцца яны па маставой схеме, атрымліваецца так, што кожная пара дыёдаў служыць для выпроствання адной фазы. На выхадзе блока выпрамніка з'яўляецца пастаяннае напружанне, яго велічыня роўная таму, якое цячэ на ўваход. На дадзеным этапе ўсё пераўтварэнні скончаны, ніякага кіравання гэтым блокам не вырабляецца. У выпадку, калі вырабляецца харчаванне ад аднафазнай сеткі, дастаткова выпроствальнага каскаду нават з аднаго дыёда. Але больш эфектыўна выкарыстоўваць брук схему з чатырох.

блок фільтраў

Гэты модуль выкарыстоўваецца для фільтрацыі пастаяннага напружання. Самы просты варыянт блока - гэта шпулька індуктыўнасці, уключаная ў разрыў плюсавага пляча. Паміж полюсамі ўключаецца электралітычнай кандэнсатар. У яго функцыя адна - пазбавіцца ад зменнай складніку. Уся справа ў тым, што прыбор не здольны цалкам пазбавіцца ад пульсацый. Застаецца невялікая складнік пераменнага току, якая можа выдаць значныя перашкоды пры працы.

Для разгляду прынцыпу працы блока фільтраў неабходна правесці аналіз, правёўшы замяшчэнне элементаў. Пры працы ва ўмовах пастаяннага току індуктыўнасць замяняецца супрацівам, кандэнсатар жа замяшчаецца разрывам ланцуга. Але вось пры харчаванні пераменным токам ёмістасць замяшчаецца супрацівам. Такім чынам, уся зменная складнік знікае, так як адбываецца кароткае замыканне ў гэтым выпадку. Зразумець гэта досыць складана, неабходна разбірацца ў тэарэтычных асновах электратэхнікі. Але частотны пераўтваральнік 3 фазы зрабіць без гэтага немагчыма.

інвертар каскад

І тут пачынаецца самае цікавае - выкарыстанне магутных IGBT-транзістараў. Яны-то і кіруюцца мікрапрацэсарнай сістэмай, ад якасці іх функцыянавання залежыць праца ўсяго пераўтваральніка частоты. Такая схема пераўтваральніка напругі мае шырокае распаўсюджанне. Па сутнасці, з дапамогай сілавых транзістараў можна інвертаваць любое напружанне. За ўсё выкарыстоўваецца шэсць элементаў у найпростай схеме - па два на кожную фазу. Частотны пераўтваральнік 220 вольт выдае на кожнай фазе ў адносінах да нуля.

Каб пазбавіцца ад узнікнення зваротнага напружання, неабходна выкарыстоўваць паўправадніковыя дыёды. Ўключаюцца яны паміж калектарам і эмітэрам сілавых транзістараў. Кіраванне вырабляецца па ўваходу базы. Як гаварылася раней, частотныя пераўтваральнікі, сваімі рукамі вырабленыя, маюць у інвертарнага каскадзе па два транзістара на кожную фазу. Уключаюць іх pn-пераходы паслядоўна. З сярэдняй пункту кожнага пляча здымаецца фаза. У продажы маюцца гатовыя модулі, у іх маюцца высновы для падачы пастаяннага напружання, а таксама тры кантакту для зняцця трохфазнага пераменнага. Акрамя таго, маецца раз'ём для падлучэння микроконтроллерной сістэмы кіравання.

мікрапрацэсарнае кіраванне

Выкарыстоўваецца для змены хуткасці вала рухавіка пераўтваральнік, напружанне, частата якога па змаўчанні складае 50 Герц, можа быць зменена па амплітудзе ў шырокім дыяпазоне. А калі больш канкрэтна, то ад нуля і да той частоты, якую можа забяспечыць мікрапрацэсар. Да апошняга патрабаванне асноўнае - гэта магчымасць падлучэння некалькіх прылад. Калі вы конструируете пераўтваральнік, напружанне, частата якога змяняецца пераменным супрацівам, павінна кантралявацца працэсарам. Выбіраецца ён старанна, у яго павінна быць дастатковую колькасць партоў уводу-высновы.

Трохі ўскладніць сістэму можна, падлучыўшы да мікракантролера ВК-дысплей. Не патрабуецца ад яго высокая колераперадача, дастаткова манахромнага, як у простых калькулятарах. Да партоў уводу-высновы падключаюцца таксама і кнопкі для ажыццяўлення праграмавання. Вось так можна зрабіць нескладаны пераўтваральнік частоты. Кошт ўсіх элементаў складзе не больш за дзве тысячы рублёў. А вось кошт ПЧ з магутнасцю 200-750 Ват вагаецца ў інтэрвале ад 6500 да 12000 рублёў. Залежыць усё, што ад вытворцы і магчымасцяў прылады.

Корпус для прылады

Частотныя пераўтваральнікі, сваімі рукамі якія вырабляюцца, павінны мець надзейны корпус. Ад яго залежыць не толькі зручнасць выкарыстання, але і эфектыўнасць. Аснова вырабляецца з алюмінія. Прычына выкарыстання гэтага матэрыялу - неабходнасць у якасным астуджэнні. Пры працы IGBT-модуль моцна награваецца, тэмпература павышаецца і ў паўправадніковых дыёдаў. І зусім не мае значэння, пераўтваральнік частотны 380 ці ж 220 Вольт ў вас.

Астатняя частка корпуса вырабляецца з пластыка. Неабходна, каб усе сілавыя элементы былі схаваныя ім, каб не адбылося выпадковага дотыку высакавольтных высноў пры працы. У асабовай частцы неабходна прадугледзець адтуліну для ВК-дысплея і кнопак. Асобна, у зручным месцы, усталёўваецца пераменны рэзістар. Пры праграмаванні мікракантролера неабходна ўлічыць, каб гэтым супрацівам змянялася частата выхаднога току.

Цеплаабмен элементаў сістэмы

Асаблівая ўвага варта надаць адводзе цяпла. Чым больш магутны распрацоўваецца прылада, тым надзейней павінна быць сістэма астуджэння. Як гаварылася вышэй, падстава павінна быць выраблена з алюмінія. Схема пераўтваральніка напругі павінна прадугледжваць абарону ад перагрэву. Для гэтай мэты патрабуецца высвідраваць адтуліну ў корпусе, у яго мантуецца датчык тэмпературы. З яго сігнал падаецца праз згодай прылада на мікракантролер. У выпадку перавышэння максімальнай тэмпературы нагрузка павінна адключыцца. Такім чынам, адбываецца выключэнне модуля сілавых транзістараў.

Для паляпшэння цеплааддачы неабходна выкарыстоўваць вентылятары. Іх размяшчэнне выбраць трэба так, каб струмень паветра астуджаў рэбры радыятара корпуса. Для павелічэння эфектыўнасці сістэмы астуджэння неабходна выкарыстоўваць термопасту. Ўключэнне вентылятараў разумней вырабляць у момант запуску прылады. Але можна і ажыццявіць праграмаванне кантролера, выкарыстаўшы сігнал з датчыка тэмпературы. Пры дасягненні тэмпературы, роўнай палове той, пры якой адбываецца аварыйнае адключэнне прылады, вырабляецца ўключэнне вентылятараў.

мантажная плата

У якасці мантажнай платы лепш за ўсё выкарыстоўваць гатовыя варыянты. У продажы маюцца платы розных памераў з адтулінамі, вакол якіх невялікія бляхай падбітыя кантакты. У прастамоўі яны называюцца «рыба». Адзінае, што варта ўлічыць, так гэта магчымасць замены працэсара і мікрасхем. Для гэтай мэты выкарыстоўваць трэба раздымы, якія прылітоўваецца да плаце. Частотныя пераўтваральнікі сваімі рукамі вырабляць лепш за ўсё з разлікам хуткай замены элементаў. Мікрасхема або кантролер проста ўсталёўваюцца ў гэты раз'ём, як відэлец у разетку.

высновы

Вырабіць можна і самастойна пераўтваральнік частоты. Кошт аналагаў, як мы высветлілі, значна вышэй. Хоць, вядома, магчымасцяў у іх больш. Але на справе, калі прыгледзецца больш уважліва, аказваецца, што рэальна выкарыстоўваецца не больш пяці функцый. Пры працы прывада неабходна змяняць частату кручэння, а таксама рэгуляваць час разгону і тармажэння. Трохі радзей выкарыстоўваецца функцыя рэверсу і змены максімальна дапушчальнага току.