Ir diezgan grūti izgatavot frekvences pārveidotājus ar savām rokām, jo jums ir ļoti labi jāpārzina jaudas elektronika un pusvadītāju tehnoloģija. Bet, pirms domājat par šīs ierīces dizainu, jums ir jānoskaidro, kādiem nolūkiem tie tiek izmantoti. Jums būs arī jāzina, kas ir šo elektronisko sistēmu galvenie komponenti.
Kas ir frekvences pārveidotājs?
Ikviens zina, ka tīklā ir maiņstrāva, un tai ir noteikta frekvence. Krievijā standarts ir 50 Hz. Dažās Rietumu valstīs nedaudz atšķirīgs standarts ir 60 Hz. Daudzu ierīču darbība ir atkarīga no strāvas frekvences. Pārveidotājus izmanto asinhrono motoru darbināšanai. Elektronisko līdzekļu izmantošanai ir daudz iemeslu. Piemēram, nozarē invertori ir kļuvuši plaši izplatīti kopš to izmantošanasļauj atbrīvoties no milzīgiem mehānismiem.
Sīkāk var mainīt lentes griešanās ātrumu uz konveijera, izmantojot ātrumkārbu, kuras pamatā ir sava veida automašīnas ātrumkārba. Turklāt tas var būt mehānisks (izmantojot vairākus pārnesumus) vai CVT. Bet daudz efektīvāk ir mainīt strāvas parametrus, kas baro motoru. Pagriežot mainīgo rezistoru, mainās konveijera griešanās ātrums. Turklāt frekvenci var mainīt plašā diapazonā.
Kādas citas funkcijas ir frekvences pārveidotājiem?
Turklāt invertora iestatījumi ļauj elektromotoram pakāpeniski palielināt ātrumu vairāku sekunžu laikā. Laiku iestata lietotājs, programmējot frekvences pārveidotāja funkciju. Līdzīgi var rīkoties ar dzinēja armatūras apturēšanas laiku. Tas samazina diskdziņa slodzi, kas tieši ietekmē tā resursus.
Turklāt mazajiem uzņēmumiem, kuriem nav iespēju nodrošināties ar trīsfāžu tīklu, bet ir tāda nepieciešamība, frekvences pārveidotāju izmantošana ir īsts brīnumlīdzeklis. Ir daudz šādu ierīču modeļu, kas ir savienoti ar vienfāzes maiņstrāvas tīklu, un izejā tie ražo trīs. Tāpēc ir iespējams pieslēgt elektromotoru parastai kontaktligzdai. Un šajā gadījumā tas nezaudēs spēku, tā darbs būs pareizs.
Pārveidotāju jaudas komponenti
Visi frekvences pārveidotāji izmanto jaudīgus IGBT vai MOSFET tranzistorus. Tie ir ideāli piemēroti šāda veida darbam. Tie ir uzstādīti atsevišķos moduļos. Šī instalēšanas metode var uzlabot elektroniskās ierīces veiktspēju. Šie tranzistori darbojas atslēgas režīmā, vadība tiek veikta, izmantojot mikroprocesoru sistēmu. Fakts ir tāds, ka visa vadība ir vājstrāva, augstsprieguma pārslēgšana nav nepieciešama. Tāpēc to var panākt, izmantojot visvienkāršāko mikroprocesoru.
Visbiežāk izmantotie IR2132 un IR2130 sērijas īpašie mezgli. Tie sastāv no sešiem vadītājiem, kas kontrolē atslēgas. Trīs tiek izmantoti apakšai un trīs augšai. Šī montāža ļauj īstenot vienkāršu frekvences pārveidotāja kaskādi. Turklāt tam ir vairākas aizsardzības pakāpes. Piemēram, pret īssavienojumu un pārslodzi. Detalizētākus visu elementu raksturlielumus var atrast rokasgrāmatās. Taču visiem spēka elementiem ir milzīgs trūkums - augstās produktu izmaksas.
Pārveidotāja strukturālā diagramma
Jebkuram motora frekvences pārveidotājam ir trīs galvenie bloki - taisngriezis, filtri, invertors. Izrādās, ka maiņstrāvas spriegums vispirms tiek pārveidots par līdzstrāvu, pēc tam tiek filtrēts. Pēc visa tā tas tiek apgriezts mainīgajā. Bet ir trešais bloks - invertora mikroprocesora vadība. Un precīzāk, jaudīgi IGBT tranzistori. Ja esat kādreiz nodarbojies arfrekvences pārveidotājus, tad zināt, ka priekšējā panelī tiem ir vairākas programmēšanas pogas.
Invertora lietošanas rokasgrāmatā ir sniegti norādījumi, kā iestatīt visas funkcijas. Tas ir ļoti sarežģīts jautājums, jo pat visvienkāršākajā ierīcē ir diezgan daudz iestatījumu. Papildus tam, ka elektroniskā ierīce ļauj mainīt motora armatūras griešanās biežumu, regulēt paātrinājuma un palēninājuma laiku, ir arī vairākas aizsardzības pakāpes. Piemēram, pārstrāva. Šādas ierīces izmantošanas gadījumā nav nepieciešams uzstādīt automātiskos slēdžus.
Taisngrieža bloks
Atkarībā no frekvences pārveidotāja mērķa tiek izmantoti dažādi taisngrieža posmi. Un barošanas iespēja var būt vai nu no trīsfāžu tīkla, vai no vienfāzes tīkla. Bet pie invertora izejas jebkurā gadījumā ir trīsfāzu maiņspriegums. Bet, lai kontrolētu strāvu, tā vispirms ir jāizlabo. Lieta ir tāda, ka ir diezgan grūti kontrolēt mainīgo - ir nepieciešams izmantot lielus reostatus, kas nav ļoti ērti. Turklāt tagad ir mikroelektronikas un automatizācijas laiks, ir ne tikai nesaprātīgi izmantot novecojušas tehnoloģijas, bet arī ļoti neizdevīgi.
Trīsfāzu maiņstrāvas iztaisnošanai izmanto elektronisku ierīci, kas sastāv no sešām pusvadītāju diodēm. Tie tiek ieslēgti tilta ķēdē, izrādās, ka katrs diožu pāris kalpo vienas fāzes iztaisnošanai. Taisngrieža bloka izejā parādās pastāvīgs spriegums, tāvērtība ir vienāda ar to, kas plūst uz ievadi. Šajā posmā visas transformācijas ir pabeigtas, šī bloka kontrole netiek veikta. Gadījumā, ja strāva tiek piegādāta no vienfāzes tīkla, pietiek ar taisngrieža posmu pat no vienas diodes. Bet efektīvāk ir izmantot četru tilta ķēdi.
Filtra lodziņš
Šis modulis tiek izmantots līdzstrāvas sprieguma filtrēšanai. Vienkāršākā bloka versija ir induktors, kas iekļauts pozitīvā pleca spraugā. Starp poliem ir pievienots elektrolītiskais kondensators. Tam ir viena funkcija - atbrīvoties no mainīgā komponenta. Lieta tāda, ka taisngriezis nespēj pilnībā atbrīvoties no viļņošanās. Paliek neliels daudzums maiņstrāvas, kas darbības laikā var radīt ievērojamu troksni.
Lai apsvērtu filtra bloka darbības principu, ir jāanalizē, nomainot elementus. Darbojoties līdzstrāvas apstākļos, induktivitāte tiek aizstāta ar pretestību, kondensators tiek aizstāts ar atvērtu ķēdi. Bet, ja darbina ar maiņstrāvu, kapacitāte tiek aizstāta ar pretestību. Tāpēc viss mainīgais komponents pazūd, jo šajā gadījumā notiek īssavienojums. Lai to saprastu ir diezgan grūti, ir jāsaprot elektrotehnikas teorētiskie pamati. Taču bez tā nevar izveidot 3 fāžu frekvences pārveidotāju.
Invertora stadija
Un šeit sākas jautrība – jaudīgu IGBT tranzistoru izmantošana. Tos kontrolē mikroprocesoru sistēma, noto darbības kvalitāte ir atkarīga no visa frekvences pārveidotāja darbības. Šāda sprieguma pārveidotāja ķēde tiek plaši izmantota. Faktiski ar jaudas tranzistoru palīdzību var apgriezt jebkuru spriegumu. Kopumā visvienkāršākajā shēmā tiek izmantoti seši elementi - divi katrai fāzei. Frekvences pārveidotājs rada 220 voltus katrā fāzē attiecībā pret nulli.
Lai atbrīvotos no apgrieztā sprieguma rašanās, nepieciešams izmantot pusvadītāju diodes. Tie ir savienoti starp jaudas tranzistoru kolektoru un emitētāju. Vadība tiek veikta pie bāzes ieejas. Kā minēts iepriekš, "dari pats" frekvences pārveidotājiem ir divi tranzistori katrai invertora kaskādes fāzei. Sērijveidā ieslēdziet to p-n krustojumus. Fāze tiek noņemta no katra pleca viduspunkta. Pārdošanā ir gatavi moduļi, tiem ir pievadi līdzsprieguma padevei, kā arī trīs kontakti trīsfāzu maiņstrāvas noņemšanai. Turklāt ir savienotājs mikrokontrollera vadības sistēmas pievienošanai.
Mikroprocesora vadība
Izmanto, lai mainītu motora vārpstas ātrumu ar invertora palīdzību, spriegumu, kura noklusējuma frekvence ir 50 Hz, var mainīt amplitūdā plašā diapazonā. Un konkrētāk, no nulles līdz frekvencei, ko var nodrošināt mikroprocesors. Galvenā prasība pēdējam ir iespēja savienot vairākas ierīces. Kad jūsprojektēt pārveidotāju, kura spriegumu, kura frekvenci maina ar mainīgu pretestību, jākontrolē procesoram. Tas ir rūpīgi izvēlēts, tam jābūt pietiekamam skaitam I / O portu.
Sistēmu var nedaudz sarežģīt, pievienojot mikrokontrollerim LCD displeju. No tā nav nepieciešama augsta krāsu atveide, pietiek ar vienkrāsainu, tāpat kā vienkāršos kalkulatoros. Programmēšanas pogas ir pievienotas arī ieejas-izejas portiem. Tādā veidā jūs varat izveidot vienkāršu frekvences pārveidotāju. Visu elementu cena būs ne vairāk kā divi tūkstoši rubļu. Bet invertora ar jaudu 200-750 vati izmaksas svārstās no 6500 līdz 12000 rubļiem. Tas viss ir atkarīgs no ražotāja un ierīces iespējām.
Ierīces futrālis
Freekvences pārveidotājiem, kurus izgatavo pats, jābūt uzticamam korpusam. No tā ir atkarīga ne tikai lietošanas vienkāršība, bet arī efektivitāte. Pamatne ir izgatavota no alumīnija. Šī materiāla izmantošanas iemesls ir nepieciešamība pēc augstas kvalitātes dzesēšanas. Darbības laikā IGBT modulis ļoti sakarst, kā arī paaugstinās pusvadītāju diožu temperatūra. Un nav svarīgi, vai jums ir 380 vai 220 voltu frekvences pārveidotājs.
Pārējais korpuss ir izgatavots no plastmasas. Ir nepieciešams, lai visi barošanas elementi būtu paslēpti ar to, lai darbības laikā nebūtu nejauša saskares ar augstsprieguma spailēm. Priekšējā daļā ir nepieciešams izveidot caurumu LCD displejam un pogām. Atsevišķi, iekšāērta vieta, ir uzstādīts mainīgais rezistors. Programmējot mikrokontrolleri, jāņem vērā, ka šī pretestība maina izejas strāvas frekvenci.
Sistēmas elementu siltuma apmaiņa
Īpaša uzmanība jāpievērš siltuma izkliedēšanai. Jo jaudīgāka ir izstrādātā ierīce, jo uzticamākai jābūt dzesēšanas sistēmai. Kā minēts iepriekš, pamatnei jābūt izgatavotai no alumīnija. Sprieguma pārveidotāja ķēdei jānodrošina aizsardzība pret pārkaršanu. Šim nolūkam korpusā ir jāizurbj caurums, tajā ir uzstādīts temperatūras sensors. No tā signāls caur saskaņošanas ierīci tiek padots uz mikrokontrolleru. Ja maksimālā temperatūra tiek pārsniegta, slodze ir jāatvieno. Tāpēc jaudas tranzistora modulis izslēdzas.
Lai uzlabotu siltuma izkliedi, jāizmanto ventilatori. To atrašanās vieta ir jāizvēlas tā, lai gaisa plūsma atdzesētu korpusa radiatora spuras. Lai palielinātu dzesēšanas sistēmas efektivitāti, jums jāizmanto termopasta. Ierīces palaišanas brīdī ir saprātīgāk ieslēgt ventilatorus. Bet ir iespējams arī programmēt kontrolieri, izmantojot signālu no temperatūras sensora. Kad temperatūra sasniedz pusi no temperatūras, pie kuras notiek ierīces avārijas izslēgšana, ieslēdzas ventilatori.
Shēmas plate
Kā shēmas plati vislabāk ir izmantot gatavas opcijas. Pārdošanā ir dažāda izmēra dēļi ar caurumiem ap kuriemmazi konservēti kontakti. Sarunvalodā tos sauc par "zivīm". Vienīgais, ko vērts apsvērt, ir iespēja nomainīt procesoru un mikroshēmas. Šim nolūkam ir jāizmanto savienotāji, kas ir pielodēti pie tāfeles. Frekvences pārveidotājus, ko dari pats, vislabāk var izgatavot, cerot uz ātru elementu nomaiņu. IC vai kontrolleris ir vienkārši pievienots šai ligzdai, tāpat kā spraudnis kontaktligzdai.
Secinājumi
Varat arī izveidot savu frekvences pārveidotāju. Analogu cena, kā mēs noskaidrojām, ir daudz augstāka. Lai gan, protams, viņiem ir vairāk iespēju. Bet patiesībā, ja paskatās tuvāk, izrādās, ka faktiski tiek izmantotas ne vairāk kā piecas funkcijas. Kad piedziņa darbojas, ir jāmaina griešanās ātrums, kā arī jāpielāgo paātrinājuma un palēninājuma laiki. Nedaudz retāk tiek izmantota reversā funkcija un maksimālās pieļaujamās strāvas maiņa.
