Amatőr frekvenciaváltók sémái

A háromfázisú motor táplálására szolgáló első inverteres áramkörök az 1999. évi Rádió magazinban jelent meg. A rendszerfejlesztő, M. Mukhin abban az időben 10. évfolyam diákja volt, és rádiós körben vett részt.

Az átalakító célja a DID-5TA miniatűr háromfázisú motor tápellátása volt, amelyet a gépben nyomtatott áramköri lapok fúrására használtak. Meg kell jegyezni, hogy ennek a motornak a működési frekvenciája 400Hz, a tápfeszültség 27V. Ezenkívül kihozták a motor középpontját (amikor a tekercset „csillaggal” csatlakoztatják), amely lehetővé tette az áramkör rendkívül egyszerűsítését: mindössze három kimeneti jelet vett igénybe, és minden fázishoz csak egy kimeneti kulcsra volt szükség. A generátor áramkört az 1. ábra mutatja.

Mint az ábrán látható, a konverter három részből áll: háromfázisú sorozatú impulzusgenerátor-generátor DD1 ... DD3 mikroáramkörökön, három kulcs kompozit tranzisztorokon (VT1 ... VT6) és maga az M1 villamos motor.

A 2. ábra a generátor által generált impulzusok időzítési diagramját mutatja. A fő oszcillátort a DD1 chipen készítjük. Az R2 ellenállás segítségével beállíthatja a kívánt motorfordulatszámot, és bizonyos határokon belül megváltoztathatja. Az áramkörről részletesebb információ a fenti naplóban található. Meg kell jegyezni, hogy a modern terminológia szerint az ilyen generátorokat vezérlőknek nevezik.

1. ábra

2. ábra: A generátor impulzusok ütemezési diagramjai.

A Dubrovszk A. vezérigazgatója alapján, a Vitebski régió Novopolotsk városából. Fejlesztették egy változó frekvenciájú hajtás kialakítását egy 220 V váltóáramú motorhoz. Az áramkört a Radio 2001 folyóiratban tették közzé. 4. szám

Ebben a sémában, gyakorlatilag változatlanul, az éppen felülvizsgált vezérlőt M. Mukhin sémája szerint használjuk. A DD3.2, DD3.3 és DD3.4 elemek kimeneti jeleit az A1, A2 és A3 kimeneti gombok vezérlésére használják, amelyekhez az elektromos motor csatlakozik. Az ábra az A1 kulcsot mutatja, a többi azonos. Az eszköz teljes rajzát a 3. ábra mutatja.

3. ábra

A motor csatlakoztatása a háromfázisú inverter kimenetéhez

A motor és a kimeneti kulcsok csatlakoztatásának megismerése érdekében érdemes megfontolni a 4. ábrán bemutatott egyszerűsített rajzot.

4. ábra

Az ábra az M motort mutatja, amelyet a V1 ... V6 gombokkal lehet irányítani. Félvezető elemek a mechanikus érintkezők formájában ábrázolt áramkör egyszerűsítésére. Az elektromos motort az egyenirányítóból származó állandó Ud feszültség táplálja (az ábrán nem látható). Ebben az esetben a V1, V3, V5 gombokat felsõnek, a V2, V4, V6 gombokat pedig alsónak nevezzük.

Teljesen nyilvánvaló, hogy a felső és az alsó gomb egyszerre történő kinyitása, nevezetesen a V1 és V6, V3 és V6, V5 és V2 párral, teljesen elfogadhatatlan: rövidzárlat lép fel. Ezért az ilyen kulcsrendszer normál működéséhez elengedhetetlen, hogy az alsó kulcs kinyitásáig a felső kulcsot már bezárják. Ebből a célból a vezérlők szünetet képeznek, gyakran „halott zónának”.

Ez a szünet olyan nagy, hogy garantálja az áramtranzisztorok garantált bezárását. Ha ez a szünet nem elegendő, rövid és egyszerre nyithatja meg a felső és az alsó gombot is. Ez a kimeneti tranzisztorok melegszik, gyakran meghibásodáshoz vezet. Ezt a helyzetet áramok útján hívják fel.

Térjünk vissza a 3. ábrán látható áramkörhöz. Ebben az esetben a felső kapcsolók 1VT3 tranzisztorok, az alsók 1VT6 tranzisztorok. Könnyű belátni, hogy az alsó gombok galvanikusan kapcsolódnak a vezérlőberendezéshez és egymáshoz.Ezért a DD3.2 elem 3 kimenetén az 1R1 és 1R3 ellenállásokon keresztül vezetett vezérlőjelet közvetlenül az 1VT4 ... 1VT5 kompozit tranzisztor aljára tápláljuk. Ez a kompozit tranzisztor nem más, mint egy alacsonyabb kulcsú meghajtó. Pontosan a DD3, DD4 elemekből az A2 és A3 csatornák alsó kulcsmeghajtójának összetett tranzisztorjai is vezérelhetők. Mindhárom csatornát ugyanaz az egyenirányító táplálja. a dióda hídján VD2.

A közös vezetékkel és a vezérlőkészülékkel való galvanikus kommunikáció felső gombjainak tehát nem kell a meghajtó mellett vezérelni őket az 1VT1 ... 1VT2 kompozit tranzisztoron, mindegyik csatornába egy további 1U1 optocsatolót kell felszerelni. Ebben az áramkörben az optocsatoló kimeneti tranzisztorja egy további inverter funkcióját is ellátja: ha a DD3.2 elem 3. kimenete magas, akkor az 1VT3 felső kapcsoló tranzisztorja nyitva van.

Különálló 1VD1, 1C1 egyenirányítót használnak az egyes kulcsos meghajtók táplálására. Mindegyik egyenirányítót egyedi transzformátor tekercselés hajtja, amely az áramkör hátrányának tekinthető.

Az 1C2 kondenzátor kb. 100 mikrosekundú kulcskapcsolási késleltetést biztosít, ugyanannyi mennyiségű 1U1 optocsatolót adva, ezáltal kialakítva a fent említett "halott zónát".

Elegendő a frekvenciaszabályozás?

A váltakozó tápfeszültség frekvenciájának csökkenésével a motortekercsek induktív ellenállása csökken (csak emlékezzen az induktív ellenállás képletére), ami a tekercseken áthaladó áram növekedéséhez vezet, és ennek eredményeként a tekercsek túlmelegedéséhez. Az állórész mágneses áramköre telített is. Ezen negatív következmények elkerülése érdekében, amikor a frekvencia csökken, a motor tekercseinek feszültségének tényleges értékét szintén csökkenteni kell.

Az amatőr chastotnikákban a probléma megoldásának egyik módját javasolták ennek a leghatékonyabb értéknek a LATR alkalmazásával történő szabályozására, amelynek mozgatható érintkezői mechanikusan kapcsolódtak a frekvenciaszabályozó változó ellenállásához. Ezt a módszert S. Kalugin „Háromfázisú aszinkron motorok fordulatszám-szabályozójának befejezése” című cikkében ajánlotta. Journal of Radio 2002, 3. szám, 31. o.

Amatőr körülmények között a mechanikus szerelés összetettnek, és ami a legfontosabb, megbízhatatlannak bizonyult. Az autotranszformátor használatának egyszerűbb és megbízhatóbb módját E. Muradkhanian, Yerevan, a 2004. évi Radio magazinban javasolta. A készülék diagramját az 5. és 6. ábra szemlélteti.

A 220 V hálózati feszültséget a T1 autotranszformátorhoz vezetik, és mozgatható érintkezéséről a VD1 egyenirányító hídra C1, L1, C2 szűrővel. A szűrő kimenetén egy állandó, állandó Ureg feszültséget kapunk, amelyet maga a motor táplál.

5. ábra

Az Ureg feszültséget az R1 ellenálláson keresztül továbbítják a DA100 fő oszcillátorhoz is, amelyet a KR1006VI1 chipre gyártanak (importált verzió NE555). Ennek a csatlakozásnak a eredményeként a hagyományos négyszöghullámú generátor VCO-ra (feszültségvezérelt generátorra) válik. Ezért az Ureg feszültség növekedésével a DA1 generátor frekvenciája is növekszik, ami a motor fordulatszámának növekedéséhez vezet. Az Ureg feszültség csökkenésével a fő oszcillátor frekvenciája is arányosan csökken, ami elkerüli a tekercsek túlmelegedését és az állórész mágneses áramkörének túltelítettségét.

6. ábra

Ugyanebben a folyóiratcikkben a szerző a fő oszcillátor változatát kínálja, amely lehetővé teszi, hogy megszabaduljon az autotranszformátor használatától. A generátor áramkört a 7. ábra mutatja.

7. ábra

A generátort a DD3 chip második indítójára állítják, az ábrán azt DD3.2-nek jelölik. A frekvenciát a C1 kondenzátor állítja be, a frekvenciát egy változó R2 ellenállás vezérli. A frekvenciaszabályozással együtt a generátor kimenetén az impulzus időtartama is megváltozik: amikor a frekvenciát csökkentik, az idő csökken, tehát a motor tekercseinek feszültsége csökken. Ezt a vezérlő elvet impulzusszélesség-modulációnak (PWM) hívják.

A vizsgált amatőr körben a motor teljesítménye kicsi, a motort téglalap alakú impulzusok hajtják, így a PWM meglehetősen primitív. Valójában ipari frekvenciaváltók A nagy teljesítményű PWM-et szinte szinuszos feszültség generálására szolgál a kimenetnél, amint azt a 8. ábra mutatja, és különféle terhelésekkel történő munkát végez: állandó nyomatékkal, állandó teljesítménygel és ventilátor terheléssel.

8. ábra: PWM-sel rendelkező háromfázisú inverter kimeneti feszültségének alakja.

Az áramkör tápfeszültség része

A modern márkanévű chastotnikáknak van kimenete MOSFET vagy IGBT teljesítménytranzisztorokkifejezetten frekvenciaváltókban való működésre tervezték. Egyes esetekben ezeket a tranzisztorokat modulokká kombinálják, ami általában javítja a teljes szerkezet teljesítményét. Ezeket a tranzisztorokat speciális meghajtó mikroáramkörökkel vezéreljük. Egyes modellekben az illesztőprogramok tranzisztor modulokba integrálva kaphatók.

Jelenleg a leggyakoribb chipek és tranzisztorok a International Rectifier. A leírt séma szerint teljesen lehetséges az IR2130 vagy IR2132 illesztőprogramok használata. Az ilyen chip egy esetben hat meghajtóval rendelkezik egyszerre: három az alsó kulcsnál és három a felsőnél, ami megkönnyíti a háromfázisú hídkimeneti szakasz összeszerelését. A fő funkción kívül ezek az illesztőprogramok további kiegészítőket is tartalmaznak, például a túlterhelés és rövidzárlat elleni védelmet. Az illesztőprogramokkal kapcsolatos részletesebb információ az adatlap adatlapjának műszaki leírásában található.

Az összes előny mellett ezeknek a mikroáramköröknek egyetlen hátránya a magas ár, tehát a terv szerzője másként, egyszerűbben, olcsóbban és ugyanakkor működőképes módon ment: a speciális illesztőprogram mikroáramköreit a КР1006ВИ1 (NE555) integrált időzítő chipek váltották fel.

Kimeneti gombok az integrált időzítőkön

Ha visszatérünk a 6. ábrához, láthatjuk, hogy az áramkör mind a három fázishoz „H” és „B” jelöléssel rendelkezik kimeneti jelekkel. Ezeknek a jeleknek a megléte lehetővé teszi a felső és az alsó gombok külön-külön történő vezérlését. Ez a szétválasztás lehetővé teszi a szünet létrehozását a felső és az alsó gombok közötti váltás között a vezérlőegység segítségével, nem pedig a kulcsoknak megfelelően, amint azt a 3. ábra ábra mutatja.

A kimeneti kulcsok elrendezését KR1006VI1 (NE555) mikroáramkörökkel a 9. ábra szemlélteti. Természetesen egy háromfázisú konverterhez ilyen kulcsok három példányára lesz szükség.

9. ábra

A felső (VT1) és az alsó (VT2) kulcsok meghajtóiként a KR1006VI1 mikroáramköröket használják, amelyek a Schmidt ravaszt sémája szerint vannak beépítve. Segítségükkel legalább 200 mA impulzuskapu-áramot lehet elérni, amely lehetővé teszi a kimeneti tranzisztorok kellően megbízható és gyors vezérlését.

Az DA2 alsó gombok chipek galvanikus kapcsolatban vannak a + 12 V-os tápegységgel és ennek megfelelően a vezérlőegységgel, tehát erről a forrásról táplálnak. A felső gombok mikrochipjeit ugyanúgy lehet táplálni, mint a 3. ábrán látható, további egyenirányítókkal és különálló tekercsekkel a transzformátoron. De ebben a sémában más, úgynevezett „élénk” táplálkozási módszert alkalmaznak, amelynek jelentése a következő. A DA1 mikroáram áramot kap a C1 elektrolitkondenzátortól, amelynek töltése az áramkörön keresztül történik: + 12 V, VD1, C1, egy nyitott VT2 tranzisztor (az elektródokon keresztül a csatorna forrása), „közös”.

Más szavakkal, a C1 kondenzátor töltése akkor történik, amikor az alsó kulcs tranzisztor nyitva van. Ebben a pillanatban a C1 kondenzátor mínusz kivezetése szinte rövidre van zárva a közös vezetékhez (az erőteljes terepi hatású tranzisztorok nyílt lefolyójának forrásrészének ellenállása Ohm ezred részében van), ami lehetővé teszi annak feltöltését.

Ha a VT2 tranzisztor zárva van, akkor a VD1 dióda szintén bezáródik, és a C1 kondenzátor töltése leáll, amíg a VT2 tranzisztor következő nyitása meg nem történik.De a C1 kondenzátor töltése elegendő a DA1 chip táplálásához, miközben a VT2 tranzisztor zárva van. Természetesen ebben a pillanatban a felső kulcs tranzisztorja zárt állapotban van. Ez a bekapcsológombok olyan jónak bizonyultak, hogy más amatőr minták változása nélkül alkalmazzák.

Ez a cikk csak az amatőr háromfázisú frekvenciaváltók legegyszerűbb sémáit tárgyalja kis és közepes integrációjú mikroáramkörökön, amelyektől kezdődött minden, és ahol a séma segítségével akár mindent belülről meg lehet fontolni. Korszerűbb minták készülnek mikrovezérlőkkel, leggyakrabban PIC sorozattal, amelyek sémáit a Radio magazinokban ismételten közzétették.

A séma szerint a mikrokontroller vezérlőegységek egyszerűbbek, mint a közepes integrációs fokozatú mikroáramköröknél, olyan szükséges funkciókkal rendelkeznek, mint például zökkenőmentes motorindítás, túlterhelések és rövidzárlatok, valamint mások védelme. Ezekben a blokkokban mindent a vezérlőprogramok rovására vagy „firmware” -nek hívnak. A háromfázisú frekvenciaváltó vezérlőegysége pontosan ezen programokatól függ.

A meglehetősen egyszerű áramköröket a háromfázisú invertervezérlőkhöz közzétették a Radio 2008 folyóirat 12. számában. A cikk neve "A háromfázisú inverter fő oszcillátora". A cikk szerzője a mikrokontrollerekről és sok más tervről szóló cikksor is. A cikk két egyszerű áramkört mutat be a PIC12F629 és a PIC16F628 mikrovezérlőkön.

A forgás gyakoriságát mindkét séma esetén fokozatosan megváltoztatják egypólusú kapcsolók segítségével, ami sok gyakorlati esetben elég. Van egy link, ahol letöltheti a kész "firmware-t", és ezen felül egy speciális programot, amellyel megváltoztathatja a "firmware" paramétereit saját belátása szerint. Lehetséges a "demo" generátor üzemmód működtetése. Ebben a módban a generátor frekvenciája 32-szer csökken, ami lehetővé teszi a LED-ek vizuális használatát, hogy megfigyeljék a generátorok működését. Javaslatokat is ad a tápegység csatlakoztatására.

De ha nem akar részt venni a mikrovezérlő programozásában, a Motorola kiadta az MC3PHAC speciális intelligens vezérlőjét, amelyet háromfázisú motorvezérlő rendszerekhez terveztek. Ennek alapján olcsó olcsó rendszereket lehet létrehozni egy állítható háromfázisú hajtásból, amely tartalmazza a vezérléshez és a védelemhez szükséges összes funkciót. Az ilyen mikrovezérlőket egyre inkább használják különféle háztartási készülékekben, például mosogatógépekben vagy hűtőszekrényekben.

Az MC3PHAC vezérlővel kiegészítve elosztókontroll-modulok is használhatók, például az International Rectifier által kifejlesztett IRAMS10UP60A. A modulok hat teljesítménykapcsolót és egy vezérlő áramkört tartalmaznak. Az elemekről további részleteket az adatlap dokumentációjában talál, amely könnyen megtalálható az interneten.

Boris Aladyshkin