Mėgėjų dažnio keitiklių schemos

Viena iš pirmųjų keitiklių grandinių, skirtų trifaziam varikliui maitinti, buvo paskelbta 1999 m. Radijo žurnale Nr. 11. Schemos kūrėjas M. Mukhinas tuo metu buvo 10 klasės mokinys ir užsiėmė radijo ratu.

Keitiklis buvo skirtas maitinti miniatiūrinį trifazį variklį DID-5TA, kuris buvo naudojamas mašinoje gręžiant spausdintines plokštes. Reikėtų pažymėti, kad šio variklio veikimo dažnis yra 400Hz, o maitinimo įtampa yra 27V. Be to, buvo išleistas variklio vidurio taškas (jungiant apvijas su „žvaigžde“), kuris leido nepaprastai supaprastinti grandinę: prireikė tik trijų išėjimo signalų, o kiekvienai fazei reikėjo tik vieno išvesties rakto. Generatoriaus grandinė parodyta 1 paveiksle.

Kaip matote iš diagramos, keitiklį sudaro trys dalys: trifazių sekų impulsų generatorius-generatorius DD1 ... DD3 mikroschemose, trys klavišai kompoziciniuose tranzistoriuose (VT1 ... VT6) ir pats elektros variklis M1.

2 paveiksle pavaizduotos generatoriaus generatoriaus generuotų impulsų laiko diagramos. Pagrindinis osciliatorius pagamintas DD1 mikroschemoje. Naudodamiesi rezistoriumi R2, galite nustatyti norimą variklio greitį, taip pat jį pakeisti tam tikrose ribose. Detalesnę informaciją apie grandinę galite rasti aukščiau esančiame žurnale. Reikia pažymėti, kad pagal šiuolaikinę terminologiją tokie generatoriai vadinami valdikliais.

1 pav

2 pav. Generatoriaus impulsų laiko diagramos.

Remiasi kontrolieriumi A. Dubrovskiu iš Novopolotsko miesto, Vitebsko srities. Sukurtas kintamo dažnio pavaros, skirtos varikliui, kurio variklis yra 220 V, dizainas. Grandinės schema buvo paskelbta žurnale „Radio 2001“. Skaičius 4.

Šioje schemoje, praktiškai nepakitęs, ką tik peržiūrėtas valdiklis naudojamas pagal M. Mukhino schemą. Išėjimo signalai iš elementų DD3.2, DD3.3 ir DD3.4 naudojami valdyti išvesties mygtukus A1, A2 ir A3, prie kurių prijungtas elektros variklis. Diagramoje pavaizduotas raktas A1, kiti yra identiški. Visa prietaiso schema parodyta 3 paveiksle.

3 pav

Variklio prijungimas prie trifazio keitiklio išvesties

Norėdami susipažinti su variklio prijungimu prie išvesties klavišų, verta apsvarstyti supaprastintą schemą, parodytą 4 paveiksle.

4 pav

Paveikslėlyje pavaizduotas variklis M, valdomas klavišais V1 ... V6. Puslaidininkiniai elementai, skirti supaprastinti grandinę, parodytą mechaninių kontaktų pavidalu. Elektros variklį maitina nuolatinė įtampa Ud, gauta iš lygintuvo (neparodyta paveikslėlyje). Šiuo atveju raktai V1, V3, V5 vadinami viršutiniais, o raktai V2, V4, V6 - apatiniais.

Visiškai akivaizdu, kad viršutinio ir apatinio klavišų atidarymas tuo pačiu metu, būtent su poromis V1 ir V6, V3 ir V6, V5 ir V2, yra visiškai nepriimtinas: įvyks trumpasis jungimas. Todėl, norint normaliai naudoti tokią raktų schemą, būtina, kad atidarius apatinį raktą, viršutinis raktas jau būtų uždarytas. Šiuo tikslu valdytojai sudaro pauzę, dažnai vadinamą „negyva zona“.

Ši pertrauka yra tokia, kad būtų užtikrintas garantuotas galios tranzistorių uždarymas. Jei šios pauzės nepakanka, tuo pačiu metu galima trumpam atidaryti viršutinį ir apatinį klavišus. Dėl to išėjimo tranzistoriai įkaista, dažnai dėl jų gedimo. Ši situacija vadinama per sroves.

Grįžkime prie 3 paveiksle pavaizduotos grandinės. Šiuo atveju viršutiniai jungikliai yra tranzistoriai 1VT3, o apatiniai - 1VT6. Nesunku pastebėti, kad apatiniai raktai yra galvaniškai sujungti su valdymo įtaisu ir tarpusavyje.Todėl valdymo signalas iš elemento DD3.2 išėjimo 3 per rezistorius 1R1 ir 1R3 tiekiamas tiesiai į kompozicinio tranzistoriaus 1VT4 ... 1VT5 pagrindą. Šis sudėtinis tranzistorius yra ne kas kita, kaip mažesnio rakto variklis. Lygiai taip pat iš elementų DD3, DD4 kontroliuojami kanalų A2 ir A3 apatinio rakto variklio kompozitiniai tranzistoriai. Visi trys kanalai maitinami tuo pačiu lygintuvu. ant diodo tilto VD2.

Galutiniai galvaninio ryšio su bendru laidu ir valdymo įtaisu klavišai neturi jų valdyti, be tvarkyklės, kompozitiniame tranzistoriuje 1VT1 ... 1VT2, kiekviename kanale turėjo būti įrengtas papildomas optinio jungiklio 1U1 jungiklis. Šios grandinės išvesties optronų tranzistorius taip pat atlieka papildomo keitiklio funkciją: kai DD3.2 elemento 3 išėjimas yra aukšto lygio, viršutinio jungiklio 1VT3 tranzistorius yra atidarytas.

Kiekvienam viršutinio rakto tvarkyklei maitinti naudojamas atskiras lygintuvas 1VD1, 1C1. Kiekvienas lygintuvas maitinamas individualia transformatoriaus apvija, kuri gali būti laikoma grandinės trūkumu.

Kondensatorius 1C2 suteikia maždaug 100 mikrosekundžių rakto perjungimo vėlavimą, optoelektrinis jungiklis 1U1 suteikia tą patį kiekį, tokiu būdu sudarydamas aukščiau minėtą „negyvą zoną“.

Ar pakanka dažnio reguliavimo?

Mažėjant maitinimo kintamajai įtampai, sumažėja variklio apvijų indukcinė varža (tik atsiminkite indukcinio pasipriešinimo formulę), dėl kurios padidėja srovė per apvijas, o dėl to apvijos perkaista. Taip pat prisotinta statoriaus magnetinė grandinė. Kad būtų išvengta šių neigiamų padarinių, kai dažnis mažėja, reikia sumažinti ir faktinę variklio apvijų įtampos vertę.

Buvo pasiūlytas vienas iš būdų, kaip išspręsti mėgėjų kaštonų problemą, šią efektyviausią vertę reguliuoti naudojant LATR, kurio judantis kontaktas turėjo mechaninį ryšį su kintamu dažnio reguliatoriaus rezistoriumi. Šį metodą rekomendavo S. Kalugino straipsnis „Trifazių asinchroninių variklių greičio reguliatoriaus užbaigimas“. Žurnalas „Radijas 2002“, Nr. 3, 31 psl.

Mėgėjų sąlygomis mechaninis surinkimas pasirodė sudėtingas ir, svarbiausia, nepatikimas. 2004 m. Radijo žurnale „Radio“ Nr. 12 pasiūlė E. Muradkhanian iš Jerevano. Šio įrenginio schema parodyta 5 ir 6 paveiksluose.

220 V tinklo įtampa tiekiama į autotransformatorių T1, o nuo jo judančio kontakto į lygintuvo tiltelį VD1 su filtru C1, L1, C2. Filtro išvestyje gaunama kintama nuolatinė įtampa Ureg, kuri naudojama pačiam varikliui maitinti.

5 pav

Įtampa Ureg per rezistorių R1 taip pat tiekiama į pagrindinį osciliatorių DA1, pagamintą mikroschemoje KR1006VI1 (importuota versija NE555) Dėl šio ryšio įprastas kvadratinių bangų generatorius virsta VCO (įtampos kontroliuojamas generatorius). Todėl, padidėjus Ureg įtampai, padidėja ir generatoriaus DA1 dažnis, o tai lemia variklio greičio padidėjimą. Mažėjant Ureg įtampai, proporcingai mažėja ir pagrindinio generatoriaus dažnis, kuris leidžia išvengti apvijų perkaitimo ir statoriaus magnetinės grandinės perpildymo.

6 pav

Tame pačiame žurnalo straipsnyje autorius siūlo pagrindinio generatoriaus variantą, kuris leidžia atsikratyti autotransformatoriaus naudojimo. Generatoriaus grandinė parodyta 7 paveiksle.

7 pav

Generatorius pagamintas ant antrojo DD3 lusto trigerio, schemoje jis žymimas kaip DD3.2. Dažnį nustato kondensatorius C1, dažnį kontroliuoja kintamasis rezistorius R2. Kartu su dažnio valdymu keičiasi ir impulsų trukmė generatoriaus išėjime: mažėjant dažniui, trukmė mažėja, todėl variklio apvijų įtampa mažėja. Šis valdymo principas vadinamas impulsų pločio moduliacija (PWM).

Nagrinėjamoje mėgėjų grandinėje variklio galia yra nedidelė, variklis maitinamas stačiakampiais impulsais, todėl PWM yra gana primityvus. Tikrai pramoniniai dažnio keitikliai didelės galios PWM yra sukurtas generuoti beveik sinusinę įtampą išėjime, kaip parodyta 8 paveiksle, ir įgyvendinti darbą su įvairiomis apkrovomis: esant pastoviam sukimo momentui, esant pastoviai galiai ir esant ventiliatoriaus apkrovai.

8 pav. Trifazio keitiklio su PWM vienos fazės išėjimo įtampos forma.

Maitinimo grandinės dalis

Šiuolaikiniai firminiai chastotnikai turi išėjimą MOSFET arba IGBT galios tranzistoriaispecialiai suprojektuoti veikti dažnio keitikliuose. Kai kuriais atvejais šie tranzistoriai sujungiami į modulius, o tai paprastai pagerina visos struktūros veikimą. Šie tranzistoriai valdomi naudojant specialias vairuotojo mikroschemas. Kai kuriuose modeliuose vairuotojai yra integruoti į tranzistorių modulius.

Šiuo metu labiausiai paplitę lustai ir tranzistoriai yra „International Rectifier“. Pagal aprašytą schemą visiškai įmanoma naudoti IR2130 arba IR2132 tvarkykles. Vienu tokiu mikroschemų atveju iš karto yra šeši vairuotojai: trys - apatiniam raktui ir trys - viršutiniam - tai palengvina trijų fazių tilto išvesties etapo surinkimą. Be pagrindinės funkcijos, šiose tvarkyklėse yra ir keletas papildomų, pavyzdžiui, apsauga nuo perkrovų ir trumpojo jungimo. Išsamesnę informaciją apie šias tvarkykles galite rasti duomenų lapų techniniuose atitinkamų lustų aprašymuose.

Turint visus privalumus, vienintelis šių mikroschemų trūkumas yra aukšta jų kaina, todėl konstrukcijos autorius ėjo kitu, paprastesniu, pigesniu ir tuo pačiu darbingu būdu: specializuotos vairuotojo mikroschemos buvo pakeistos integruotomis laikmačių mikroschemomis KR1006VI1 (NE555).

Išvesties klavišai integruotuose laikmačiuose

Grįžtant prie 6 paveikslo, matome, kad grandinė turi išėjimo signalus kiekvienai iš trijų fazių, žymimų kaip „H“ ir „B“. Šių signalų buvimas leidžia atskirai valdyti viršutinį ir apatinį klavišus. Šis atskyrimas leidžia sukurti pertrauką tarp viršutinių ir apatinių klavišų perjungimo, naudojant valdymo bloką, o ne pačius raktus, kaip parodyta 3 pav.

Išvesties klavišų, naudojančių KR1006VI1 (NE555) mikroschemų grandinę, parodyta 9 paveiksle. Natūralu, kad trifaziam keitikliui reikalingos trys tokių raktų kopijos.

9 pav

Kaip viršutinio (VT1) ir apatinio (VT2) klavišų vairuotojai naudojami KR1006VI1 mikroschemos, kurios įtraukiamos pagal Schmidto trigerio schemą. Jų pagalba įmanoma gauti bent 200 mA impulsinę vartų srovę, kuri leidžia pakankamai patikimai ir greitai valdyti išėjimo tranzistorius.

Apatinių DA2 mygtukų lustai turi galvaninį ryšį su + 12V maitinimo šaltiniu ir atitinkamai su valdymo bloku, todėl jie maitinami iš šio šaltinio. Viršutinių klavišų mikroschemos gali būti maitinamos tokiu pačiu būdu, kaip parodyta 3 paveiksle, naudojant papildomus lygintuvus ir atskiras apvijas ant transformatoriaus. Tačiau šioje schemoje naudojamas kitoks, vadinamasis „greitas“ mitybos metodas, kurio prasmė yra tokia. DA1 mikroschema gauna energiją iš elektrolitinio kondensatoriaus C1, kurio įkrovimas vyksta per grandinę: + 12 V, VD1, C1, atviras tranzistorius VT2 (per elektrodus nutekėjimas yra šaltinis), „bendras“.

Kitaip tariant, kondensatoriaus C1 įkrovimas įvyksta, kai apatinis rakto tranzistorius yra atidarytas. Šiuo metu minusinis kondensatoriaus C1 gnybtas yra beveik trumpai sujungtas su bendrąja viela (galingo lauko efekto tranzistorių atvirojo drenažo - šaltinio skyriaus varža yra tūkstantosios dalys Ohio!), Kuris leidžia jį įkrauti.

Uždarius tranzistorių VT2, diodas VD1 taip pat užsidarys, kondensatoriaus C1 įkrovimas sustos iki kito tranzistoriaus VT2 atidarymo.Bet kondensatoriaus C1 įkrovos pakanka DA1 lustui maitinti, kol tranzistorius VT2 yra uždarytas. Natūralu, kad šiuo metu viršutinio rakto tranzistorius yra uždarytas. Ši maitinimo klavišų schema pasirodė tokia gera, kad ji pritaikyta nepakeičiant kitų mėgėjų dizaino.

Šiame straipsnyje aptariamos tik paprasčiausios mėgėjiškų trijų fazių keitiklių schemos ant mažos ir vidutinės integracijos mikroschemų, nuo kurių viskas prasidėjo, ir kur naudodamiesi schema galite net viską įvertinti iš vidaus. Pagaminami modernesni dizainai naudojant mikrovaldiklius, dažniausiai PIC serijas, kurių schemos taip pat ne kartą buvo skelbiamos radijo žurnaluose.

Mikrokontrolerių valdymo blokai pagal schemą yra paprastesni nei vidutinio integracijos laipsnio mikroschemose, jie turi tokias būtinas funkcijas kaip sklandus variklio užvedimas, apsauga nuo perkrovų ir trumpųjų jungimų bei kai kurie kiti. Šiuose blokuose viskas įgyvendinama valdymo programų sąskaita arba kaip jos vadinamos „firmware“. Trifazio keitiklio valdymo blokas tiksliai priklausys nuo šių programų.

Gana paprastos trifazių keitiklių valdiklių grandinės yra paskelbtos žurnale „Radio 2008“ Nr. 12. Straipsnis vadinasi „Pagrindinis fazės keitiklio osciliatorius“. Straipsnio autorius taip pat yra straipsnių ciklo apie mikrovaldiklius ir daugelio kitų dizainų autorius. Straipsnyje pateikiamos dvi paprastos grandinės ant mikrovaldiklių PIC12F629 ir PIC16F628.

Abiejų schemų sukimosi dažnis keičiamas palaipsniui, naudojant vieno poliaus jungiklius, o to daugeliu praktinių atvejų pakanka. Taip pat yra nuoroda, kur galite atsisiųsti paruoštą „programinę-aparatinę įrangą“, be to, specialią programą, su kuria savo nuožiūra galite pakeisti „programinės-aparatinės įrangos“ parametrus. Taip pat įmanoma generatoriaus režimo „demonstracinis“ veikimas. Šiame režime generatoriaus dažnis sumažinamas 32 kartus, o tai leidžia vizualiai naudoti šviesos diodus stebėti generatorių veikimą. Jame taip pat pateikiamos maitinimo bloko prijungimo rekomendacijos.

Bet jei nenorite užsiimti mikrovaldiklio programavimu, „Motorola“ išleido specializuotą intelektualųjį valdiklį MC3PHAC, skirtą 3 fazių variklio valdymo sistemoms. Jos pagrindu galima sukurti nebrangias reguliuojamo trifazio pavarų sistemas, turinčias visas reikalingas valdymo ir apsaugos funkcijas. Tokie mikrovaldikliai vis dažniau naudojami įvairiuose buitiniuose prietaisuose, pavyzdžiui, indaplovėse ar šaldytuvuose.

Komplektuojant su MC3PHAC valdikliu, galima naudoti įprastus maitinimo modulius, pavyzdžiui, IRAMS10UP60A, kurį sukūrė „International Rectifier“. Moduliuose yra šeši maitinimo jungikliai ir valdymo grandinė. Norėdami gauti daugiau informacijos apie šiuos elementus, žiūrėkite jų duomenų lapo dokumentus, kuriuos lengva rasti internete.

Borisas Aladyshkinas