Sheme amaterskih pretvarača frekvencije

Jedan od prvih inverterskih krugova za napajanje trofaznog motora objavljen je u Radio magazinu br. 11 iz 1999. godine. Programer sheme M. Mukhin u to je vrijeme bio učenik 10. razreda i bio je angažiran u radijskom krugu.

Pretvarač je bio namijenjen napajanju minijaturnog trofaznog motora DID-5TA, koji se koristio u stroju za bušenje tiskanih pločica. Treba napomenuti da je radna frekvencija ovog motora 400Hz, a napon napajanja 27V. Pored toga, izvučena je srednja točka motora (kada se namoti spajaju sa "zvijezdom"), što je omogućilo izuzetno pojednostavljenje kruga: trebalo je samo tri izlazna signala, a za svaku je fazu potreban samo jedan izlazni ključ. Krug generatora prikazan je na slici 1.

Kao što vidite iz dijagrama, pretvarač se sastoji od tri dijela: trofaznog niza generatora impulsa-generatora na DD1 ... DD3 mikrovezama, tri tipke na kompozitnim tranzistorima (VT1 ... VT6) i samog elektromotora M1.

Slika 2 prikazuje vremenske dijagrame impulsa generiranih od strane generatora generatora. Glavni oscilator izrađen je na DD1 čipu. Koristeći otpornik R2 možete postaviti željenu brzinu motora, kao i promijeniti je u određenim granicama. Detaljnije informacije o krugu mogu se naći u gornjem zapisniku. Treba napomenuti da se, prema modernoj terminologiji, takvi generatori nazivaju kontrolori.

Slika 1

Slika 2. Vremenski dijagrami impulsa generatora.

Na temelju kontrolora A. Dubrovskog iz grada Novopolotska, Vitebska regija. Razvijen je dizajn pogona promjenjive frekvencije za motor koji pokreće 220V AC. Dijagram krugova objavljen je u časopisu Radio 2001. Broj 4.

U ovoj se shemi, praktički nepromijenjena, koristi upravo pregledani kontroler prema shemi M. Mukhina. Izlazni signali iz elemenata DD3.2, DD3.3 i DD3.4 koriste se za upravljanje izlaznim tipkama A1, A2 i A3 na koje je priključen električni motor. Dijagram prikazuje ključ A1, ostali su identični. Kompletan dijagram uređaja prikazan je na slici 3.

Slika 3

Spajanje motora na izlaz trofaznog pretvarača

Da biste se upoznali s vezom motora na izlaznim tipkama, vrijedno je razmotriti pojednostavljeni dijagram prikazan na slici 4.

Slika 4

Na slici je prikazan motor M, kojim upravljaju tipke V1 ... V6. Poluvodički elementi za pojednostavljenje kruga prikazanog u obliku mehaničkih kontakata. Elektromotor pokreće konstantni napon Ud dobiven iz ispravljača (nije prikazan na slici). U ovom se slučaju ključevi V1, V3, V5 nazivaju gornjim, a ključevi V2, V4, V6 donjim.

Sasvim je očito da je otvaranje gornje i donje tipke u isto vrijeme, naime s parovima V1 i V6, V3 i V6, V5 i V2, potpuno neprihvatljivo: doći će do kratkog spoja. Stoga je za normalan rad takve sheme ključeva nužno da je s vremenom otvaranja donje tipke gornji ključ već zatvoren. U tu svrhu, kontroleri formiraju stanku, često nazivanu "mrtvom zonom".

Veličina ove stanke je takva da osigurava sigurno zatvaranje tranzistora snage. Ako je ova pauza nedovoljna, moguće je istodobno na kratko otvoriti gornju i donju tipku. Zbog toga se izlazni tranzistori zagrijavaju, što često dovodi do njihovog kvara. Ta se situacija naziva strujom.

Vratimo se krugu prikazanom na slici 3. U ovom slučaju gornji prekidači su tranzistori 1VT3, a donji 1VT6. Lako je vidjeti da su donji tipci galvanski spojeni na upravljački uređaj i međusobno.Stoga se upravljački signal iz izlaza 3 elementa DD3.2 kroz otpornike 1R1 i 1R3 dovodi izravno u bazu kompozitnog tranzistora 1VT4 ... 1VT5. Ovaj složeni tranzistor nije ništa drugo nego pokretač nižeg ključa. Upravo s elemenata DD3, DD4, upravljaju se kompozitni tranzistori donjeg ključnog pokretača kanala A2 i A3. Sva tri kanala pokreću isti ispravljač. na diodnom mostu VD2.

Gornji ključevi galvanske komunikacije sa zajedničkom žicom i upravljačkim uređajem nemaju, stoga, da bi ih upravljali, osim pokretačem, na kompozitnom tranzistoru 1VT1 ... 1VT2, u svaki kanal morao je biti instaliran dodatni optoelektor 1U1. Izlazni optoparni tranzistor u ovom krugu također obavlja funkciju dodatnog pretvarača: kada je izlaz 3 DD3.2 elementa na visokoj razini, tranzistor gornjeg prekidača 1VT3 je otvoren.

Za napajanje svakog pokretačkog ključa koristi se zasebni ispravljač 1VD1, 1C1. Svaki ispravljač napaja pojedinačni namot transformatora, što se može smatrati nedostatkom kruga.

Kondenzator 1C2 osigurava prekid ključa od oko 100 mikrosekundi, optoelektor 1U1 daje istu količinu, formirajući gore spomenutu "mrtvu zonu".

Je li dovoljna regulacija frekvencije?

S smanjenjem učestalosti napona izmjeničnog napona, induktivni otpor namota motora opada (samo se sjetite formule induktivnog otpora), što dovodi do povećanja struje kroz namote, i, kao rezultat, do pregrijavanja namotaja. Također, magnetski krug statora je zasićen. Da bi se izbjegle ove negativne posljedice, kad se frekvencija smanji, efektivna vrijednost napona na namotima motora također mora biti smanjena.

Predložen je jedan način rješavanja problema u amaterskim chastotnikama da se regulira ta najučinkovitija vrijednost pomoću LATR-a, čiji je pokretni kontakt imao mehaničku vezu s promjenjivim otpornikom frekvencijskog regulatora. Ovu metodu je u članku preporučio S. Kalugin, „Finalizacija regulatora broja okretaja trofaznih asinkronih motora“. Journal of Radio 2002, br. 3, str. 31.

U amaterskim se uvjetima mehanički sklop pokazao složenim i, što je najvažnije, nepouzdanim. Jednostavniji i pouzdaniji način uporabe autotransformatora predložio je E. Muradkhanian iz Erevana u časopisu Radio br. 2004. Dijagram ovog uređaja prikazan je na slikama 5 i 6.

Mrežni napon od 220 V dovodi se u autotransformator T1, a iz svog pomičnog kontakta na ispravljački most VD1 s filtrima C1, L1, C2. Na izlazu filtra dobiva se Ureg promjenjivog napona koji se koristi za napajanje samog motora.

Slika 5

Napon Ureg kroz otpornik R1 također se dovodi do glavnog oscilatora DA1, izrađenog na čipu KR1006VI1 (uvezena verzija NE555). Kao rezultat ove veze, konvencionalni generator kvadratnih valova pretvara se u VCO (generator pod naponom). Stoga se s porastom napona Ureg povećava i frekvencija generatora DA1, što dovodi do povećanja broja okretaja motora. S padom napona Ureg, proporcionalno se smanjuje i frekvencija glavnog oscilatora, što izbjegava pregrijavanje namotaja i prenasičenost magnetskog kruga statora.

Slika 6

U istom članku časopisa autor nudi varijantu glavnog oscilatora koji vam omogućuje da se riješite korištenja autotransformatora. Krug generatora prikazan je na slici 7.

Slika 7

Generator je napravljen na drugom okidaču DD3 čipa, u dijagramu je označen kao DD3.2. Frekvencija je postavljena kondenzatorom C1, frekvencijom upravlja promjenjivi otpornik R2. Zajedno s regulacijom frekvencije, mijenja se i trajanje impulsa na izlazu generatora: s opadanjem frekvencije, trajanje se smanjuje, pa napon na namotima motora opada. Ovo načelo upravljanja naziva se pulsna modulacija (PWM).

U amaterskom krugu koji se razmatra snaga motora je mala, motor se pokreće pravokutnim impulsima, pa je PWM prilično primitivan. U stvarnom industrijski pretvarači frekvencije PWM velike snage dizajniran je da generira gotovo sinusoidni napon na izlazu, kao što je prikazano na slici 8, i da vrši rad s različitim opterećenjima: pri konstantnom okretnom momentu, pri konstantnoj snazi ​​i pri opterećenju ventilatora.

Slika 8. Oblik izlaznog napona jedne faze trofaznog pretvarača s PWM.

Snažni dio kruga

Moderni brendirani chastotnici imaju rezultate MOSFET ili IGBT tranzistoriposebno dizajniran za rad u frekvencijskim pretvaračima. U nekim se slučajevima ovi tranzistori kombiniraju u module, što općenito poboljšava performanse cijele strukture. Ovim tranzistorima upravlja se specijaliziranim mikro-sklopima vozača. U nekim su modelima dostupni vozači integrirani u tranzistorske module.

Trenutno su najčešći čipovi i tranzistori International Ispravljač. U opisanoj shemi sasvim je moguće koristiti upravljačke programe IR2130 ili IR2132. U jednom slučaju takvog čipa istovremeno je šest pokretačkih programa: tri za donji ključ i tri za gornji, što olakšava sastavljanje izlaznog stupnja trofaznog mosta. Osim glavne funkcije, ti pogonitelji sadrže i nekoliko dodatnih, primjerice, zaštitu od preopterećenja i kratkog spoja. Detaljnije informacije o tim pogonima mogu se naći u tehničkim opisima tehnički opis za odgovarajuće čipove.

Uz sve prednosti, jedina mana ovih mikrovezijskih krugova je njihova visoka cijena, pa je autor konstrukcije krenuo drugačijim, jednostavnijim, jeftinijim i istodobno izvedivim načinom: specijalizirane upravljačke mikroveze zamijenjene su integriranim timerima čipovima KR1006VI1 (NE555).

Izlazni ključevi na integriranom tajmeru

Ako se vratimo na sliku 6, možemo vidjeti da krug ima izlazne signale za svaku od tri faze, označene kao "H" i "B". Prisutnost ovih signala omogućuje odvojeno upravljanje gornjim i donjim tipkama. Ovo odvajanje omogućava vam stvaranje pauze između prebacivanja gornjih i donjih tipki pomoću upravljačke jedinice, a ne samih tipki, kao što je prikazano na dijagramu na slici 3.

Krug izlaznih tipki pomoću mikro-sklopova KR1006VI1 (NE555) prikazan je na slici 9. Prirodno, za trofazni pretvarač potrebne su tri kopije takvih tipki.

Slika 9

Kao pokretači gornjeg (VT1) i donjeg (VT2) tipki koriste se mikrovezišta KR1006VI1 koja su uključena u skladu sa Schmidtovom shemom okidača. Uz njihovu pomoć moguće je dobiti impulsnu struju od najmanje 200 mA, što omogućava dobivanje dovoljno pouzdanog i brzog upravljanja izlaznim tranzistorima.

Čipovi donjih tipki DA2 imaju galvansku vezu s + 12V napajanjem i, sukladno tome, s upravljačkom jedinicom, pa se napajaju iz ovog izvora. Mikročipovi gornjih tipki mogu se napajati na isti način kao što je prikazano na slici 3 pomoću dodatnih ispravljača i zasebnih namotaja na transformatoru. Ali u ovoj se shemi koristi drugačija, takozvana "brza" metoda ishrane, čiji je smisao sljedeći. DA1 mikro krug prima snagu iz elektrolitičkog kondenzatora C1, čija se napunjenost događa u krugu: + 12V, VD1, C1, otvoreni tranzistor VT2 (kroz elektrode je odvod izvor), „uobičajen“.

Drugim riječima, punjenje kondenzatora C1 nastaje dok je donji ključni tranzistor otvoren. U ovom trenutku, minus terminal kondenzatora C1 gotovo je kratko spojen na zajedničku žicu (otpor otvorenog odvoda - izvor odjeljka snažnih poljskih efekata tranzistora je tisućama Ohma!), Što ga omogućuje punjenje.

Ako se tranzistor VT2 zatvori, dioda VD1 će se također zatvoriti, punjenje kondenzatora C1 prestat će do sljedećeg otvaranja tranzistora VT2.Ali naboj kondenzatora C1 dovoljan je za napajanje čipa DA1 dok je tranzistor VT2 zatvoren. Naravno, u ovom je trenutku tranzistor gornjeg ključa u zatvorenom stanju. Ova shema tipki za uključivanje / isključivanje pokazala se toliko dobrom da se primjenjuje bez promjena u drugim amaterskim nacrtima.

Ovaj članak govori samo o najjednostavnijim shemama amaterskih trofaznih pretvarača na mikrovezama malog i srednjeg stupnja integracije, od kojih je sve počelo, i gdje čak možete razmotriti sve iznutra pomoću sheme. Izrađuju se moderniji dizajni pomoću mikrokontrolera, najčešće serije PIC, čiji su programi također više puta objavljeni u časopisima Radio.

Upravljačke jedinice mikrokontrolera prema shemi su jednostavnije nego na mikrovezama srednjeg stupnja integracije, imaju takve potrebne funkcije kao što su gladak start motora, zaštita od preopterećenja i kratkog spoja i neki drugi. U tim se blokovima sve implementira na štetu kontrolnih programa ili kako ih nazivaju „firmware“. Upravljačka jedinica trofaznog pretvarača ovisit će upravo o tim programima.

Dosta jednostavni sklopovi za trofazne pretvarače objavljeni su u časopisu Radio 2008 br. 12. Članak se zove "Glavni oscilator za trofazni pretvarač." Autor članka je također autor niza članaka o mikrokontrolerima i mnogih drugih dizajna. U članku su predstavljena dva jednostavna kruga na mikrokontrolerima PIC12F629 i PIC16F628.

Učestalost rotacije u obje se sheme mijenja stupnjevito pomoću jednopolnih prekidača, što je u mnogim praktičnim slučajevima sasvim dovoljno. Postoji i poveznica na koju možete preuzeti gotove „firmware“, i, osim toga, poseban program s kojim po vlastitom nahođenju možete mijenjati parametre „firmwarea“. Također je moguć rad generatora modus "demo". U ovom se načinu frekvencija generatora smanjuje za 32 puta, što omogućava vizualno korištenje LED dioda za promatranje rada generatora. Također nudi preporuke za spajanje napajanja.

No, ako se ne želite baviti programiranjem mikrokontrolera, Motorola je objavila specijalizirani inteligentni kontroler MC3PHAC, dizajniran za 3-fazne upravljačke sustave motora. Na njegovoj osnovi moguće je stvoriti jeftine sustave podesivog trofaznog pogona koji sadrže sve potrebne funkcije za kontrolu i zaštitu. Takvi se mikrokontroleri sve češće koriste u raznim kućanskim aparatima, na primjer, u perilicama posuđa ili hladnjacima.

Zajedno s MC3PHAC kontrolerom moguće je koristiti vanjske module napajanja, na primjer IRAMS10UP60A koji je razvio International Rectifier. Moduli sadrže šest prekidača za napajanje i upravljački krug. Više pojedinosti o ovim elementima potražite u njihovoj dokumentaciji s podacima o podacima koju je lako pronaći na Internetu.

Boris Aladyskin