Μπορώ να συγκεντρώσω τον εαυτό μου τους μετατροπείς συχνότητας; Αρχή λειτουργίας και διάγραμμα σύνδεσης των μετατροπέων συχνότητας

Είναι μάλλον δύσκολο να κατασκευάσουμε τους μετατροπείς συχνότητας από τον εαυτό μας, αφού είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε πολύ καλά την ηλεκτρονική ισχύος και την τεχνολογία ημιαγωγών. Αλλά πριν σκεφτείτε για το σχεδιασμό αυτής της συσκευής, πρέπει να μάθετε για ποιο σκοπό χρησιμοποιούνται. Θα πρέπει επίσης να γνωρίζετε ποια είναι τα βασικά συστατικά αυτών των ηλεκτρονικών συστημάτων.

Τι είναι μετατροπέας συχνότητας;

Όλοι γνωρίζουν ότι το δίκτυο έχει εναλλασσόμενο ρεύμα και έχει κάποια συχνότητα. Στη Ρωσία, το πρότυπο είναι 50 Hertz. Σε ορισμένες δυτικές χώρες, ένα ελαφρώς διαφορετικό πρότυπο είναι 60 Hertz. Η λειτουργία πολλών συσκευών εξαρτάται από τη συχνότητα του ρεύματος. Οι μετατροπείς χρησιμοποιούνται για την παροχή ασύγχρονων κινητήρων. Υπάρχουν πολλοί λόγοι για τη χρήση ηλεκτρονικών μέσων. Για παράδειγμα, στη βιομηχανία, ο μετατροπέας χρησιμοποιείται ευρέως, καθώς η χρήση τους καθιστά δυνατή την απαλλαγή από τεράστιους μηχανισμούς.

Αν με περισσότερες λεπτομέρειες, αλλάξτε την ταχύτητα περιστροφής του ιμάντα στον μεταφορέα μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας κιβώτιο ταχυτήτων, το οποίο βασίζεται σε κάποιο είδος κιβωτίου ταχυτήτων του αυτοκινήτου. Και μπορεί να είναι τόσο μηχανική (χρησιμοποιώντας διάφορες ταχύτητες) και μεταβλητή. Αλλά πολύ πιο αποτελεσματική είναι η αλλαγή των παραμέτρων του ρεύματος, το οποίο τροφοδοτεί τον κινητήρα. Περιστρέψτε τη μεταβλητή αντίσταση για να αλλάξετε την ταχύτητα περιστροφής του μεταφορέα. Και η συχνότητα μπορεί να αλλάξει σε ένα ευρύ φάσμα.

Ποιες είναι οι ιδιότητες των μετατροπέων συχνότητας;

Επιπλέον, οι ρυθμίσεις του μετατροπέα επιτρέπουν την επίτευξη σταδιακής αύξησης του ηλεκτρικού κινητήρα μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα. Ο χρόνος ρυθμίζεται από τον χρήστη προγραμματίζοντας τις λειτουργίες του μετατροπέα συχνότητας. Ομοίως, μπορείτε να κάνετε με το χρόνο διακοπής του οπλισμού του κινητήρα. Αυτό σας επιτρέπει να μειώσετε το φορτίο στη μονάδα, η οποία επηρεάζει άμεσα τους πόρους της.

Επιπλέον, για τις μικρές επιχειρήσεις που δεν έχουν τη δυνατότητα να παρέχουν ένα δίκτυο τριών φάσεων, αλλά η ανάγκη για αυτό είναι διαθέσιμη, η χρήση μετατροπέων συχνότητας αποτελεί πραγματική πανάκεια. Υπάρχουν πολλά μοντέλα τέτοιων συσκευών που συνδέονται με ένα μονοφασικό δίκτυο εναλλασσόμενου ρεύματος και τρία παράγονται στην έξοδο. Ως εκ τούτου, είναι δυνατόν να ενεργοποιήσετε τον ηλεκτροκινητήρα στη συνηθισμένη πρίζα. Και σε αυτή την περίπτωση, δεν θα χάσει την εξουσία, το έργο του θα είναι σωστό.

Εξαρτήματα ισχύος μετατροπέων

Σε όλους τους μετατροπείς συχνότητας χρησιμοποιούνται ισχυρά IGBT ή MOSFET. Είναι ιδανικά για αυτό το είδος εργασίας. Τοποθετούνται σε ξεχωριστές μονάδες. Μια τέτοια μέθοδος εγκατάστασης μπορεί να βελτιώσει την απόδοση μιας ηλεκτρονικής συσκευής. Αυτά τα τρανζίστορ λειτουργούν σε λειτουργία κλειδιού, ο έλεγχος εκτελείται χρησιμοποιώντας ένα σύστημα μικροεπεξεργαστή. Το γεγονός είναι ότι όλος ο έλεγχος είναι χαμηλής τάσης, δεν απαιτείται μεταγωγή υψηλής τάσης. Ως εκ τούτου, μπορεί να παρέχεται με τη βοήθεια του απλούστερου μικροεπεξεργαστή.

Τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα ειδικά συγκροτήματα σειράς IR2132 και IR2130. Αποτελούνται από έξι οδηγούς που ελέγχουν τα πλήκτρα. Τρεις χρησιμοποιούνται για το κατώτερο και τρία για το ανώτερο. Μια τέτοια συναρμολόγηση καθιστά δυνατή την πραγματοποίηση ενός απλού καταρράκτη ενός μετατροπέα συχνότητας. Επιπλέον, έχει πολλούς βαθμούς προστασίας. Για παράδειγμα, από βραχυκύκλωμα και υπερφόρτωση. Λεπτομερέστερα χαρακτηριστικά όλων των στοιχείων μπορούν να βρεθούν στα εγχειρίδια. Αλλά όλα τα κυψέλες ενέργειας έχουν ένα τεράστιο μειονέκτημα - υψηλό κόστος των προϊόντων.

Δομικό διάγραμμα του μετατροπέα

Κάθε μετατροπέας συχνότητας για τον κινητήρα έχει στη σύνθεσή του τρεις βασικές μονάδες - ανορθωτή, φίλτρα, μετατροπέα. Αποδεικνύεται ότι η εναλλασσόμενη τάση αρχικά μετατρέπεται σε σταθερή τάση και έπειτα φιλτράρεται. Μετά από όλα αυτά, μετατρέπεται σε μεταβλητή. Υπάρχει όμως και μια τρίτη μονάδα - μικροεπεξεργαστής ελέγχου του μετατροπέα. Και πιο συγκεκριμένα, ισχυρά τρανζίστορ IGBT. Εάν συμβεί να ασχοληθείτε με τη ζώνη συχνοτήτων, τότε ξέρετε ότι στον μπροστινό πίνακα έχουν πολλά πλήκτρα για προγραμματισμό.

Η οδηγία του μετατροπέα συχνότητας θα σας πει πώς να πραγματοποιήσετε τις ρυθμίσεις όλων των λειτουργιών. Πρόκειται για ένα πολύ περίπλοκο θέμα, αφού υπάρχουν αρκετές ρυθμίσεις ακόμη και στην απλούστερη συσκευή. Επιπλέον, ότι η ηλεκτρονική συσκευή σας επιτρέπει να αλλάξετε την ταχύτητα περιστροφής του κινητήρα, ρυθμίστε το χρόνο επιτάχυνσης και επιβράδυνσης, υπάρχουν πολλοί βαθμοί προστασίας. Για παράδειγμα, κατά την υπέρβαση του ρεύματος. Εάν χρησιμοποιείται μια τέτοια συσκευή, δεν χρειάζεται να εγκαταστήσετε αυτόματο διακόπτη.

Ανορθωτικό μπλοκ

Ανάλογα με το σκοπό του μετατροπέα συχνότητας, χρησιμοποιούνται διαφορετικά στάδια ανορθωτή. Μια παραλλαγή τροφοδοσίας μπορεί να είναι είτε από ένα τριφασικό δίκτυο είτε από ένα μονοφασικό δίκτυο. Αλλά στην έξοδο του μετατροπέα σε κάθε περίπτωση υπάρχει τριφασική εναλλασσόμενη τάση. Αλλά για να διεξάγετε τον τρέχοντα έλεγχο, είναι απαραίτητο να το ισιώσετε πρώτα. Το θέμα είναι ότι είναι μάλλον δύσκολο να ελέγξετε τις μεταβλητές - πρέπει να χρησιμοποιήσετε μεγάλα ρεοστάτες, κάτι που δεν είναι πολύ βολικό. Επιπλέον, τώρα ο χρόνος της μικροηλεκτρονικής και της αυτοματοποίησης, για την εφαρμογή απαρχαιωμένων τεχνολογιών δεν είναι απλώς παράλογη, αλλά και πολύ ασύμφορη.

Για να διορθωθεί εναλλασσόμενο ρεύμα τριών φάσεων , χρησιμοποιείται μια ηλεκτρονική συσκευή αποτελούμενη από έξι διόδους ημιαγωγών. Αυτά περιλαμβάνονται στο κύκλωμα γέφυρας, αποδεικνύεται ότι κάθε ζεύγος διόδων χρησιμεύει για να ισιώσει μια φάση. Στην έξοδο της μονάδας ανορθωτή, υπάρχει μια σταθερή τάση, η τιμή της είναι ίση με εκείνη που ρέει στην είσοδο. Σε αυτό το στάδιο, ολοκληρώνονται όλοι οι μετασχηματισμοί, δεν γίνεται έλεγχος αυτού του μπλοκ. Σε περίπτωση παροχής ρεύματος από ένα μονοφασικό δίκτυο, επαρκής είναι και ένας καταρράκτης ανορθωτή, ακόμη και από μία δίοδο. Αλλά είναι πιο αποτελεσματικό να χρησιμοποιείτε ένα κύκλωμα γέφυρας τεσσάρων.

Μονάδα φίλτρου

Αυτή η μονάδα χρησιμοποιείται για να φιλτράρει την τάση DC. Η πιο απλή έκδοση της μονάδας είναι ο επαγωγέας, που περιλαμβάνεται στο σπάσιμο του συν βραχίονα. Μεταξύ των πόλων, ενεργοποιείται ένας ηλεκτρολυτικός πυκνωτής. Έχει μία λειτουργία - για να απαλλαγεί από το μεταβλητό στοιχείο. Το θέμα είναι ότι ο ανορθωτής δεν μπορεί να απαλλαγεί εντελώς από παλμούς. Παραμένει ένα μικρό συστατικό του εναλλασσόμενου ρεύματος, το οποίο μπορεί να προκαλέσει σημαντικές παρεμβολές κατά τη λειτουργία.

Προκειμένου να εξεταστεί η αρχή του μπλοκ φίλτρου, είναι απαραίτητο να γίνει μια ανάλυση αντικαθιστώντας τα στοιχεία. Όταν λειτουργεί υπό συνθήκες DC, η επαγωγή αντικαθίσταται από αντίσταση, ο πυκνωτής αντικαθίσταται από ένα σπάσιμο στο κύκλωμα. Αλλά όταν εφαρμόζεται εναλλασσόμενο ρεύμα, η χωρητικότητα αντικαθίσταται από αντίσταση. Συνεπώς, ολόκληρη η μεταβλητή συνιστώσα εξαφανίζεται, καθώς συμβαίνει βραχυκύκλωμα στην περίπτωση αυτή. Είναι δύσκολο να κατανοηθεί αυτό, είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε τα θεωρητικά θεμέλια της ηλεκτρολογίας. Αλλά ο μετατροπέας συχνότητας της 3 φάσης δεν μπορεί να γίνει χωρίς αυτό.

Σειρά ανεμιστήρων

Και εδώ αρχίζει το πιο ενδιαφέρον - η χρήση ισχυρών IGBT-τρανζίστορ. Ελέγχονται από ένα σύστημα μικροεπεξεργαστών, η απόδοση του συνόλου του μετατροπέα συχνότητας εξαρτάται από την ποιότητα της λειτουργίας τους. Ένα τέτοιο κύκλωμα μετατροπέα τάσης χρησιμοποιείται ευρέως. Στην πραγματικότητα, με τη βοήθεια των τρανζίστορ ισχύος, μπορείτε να αντιστρέψετε οποιαδήποτε τάση. Συνολικά, στο απλούστερο σύστημα χρησιμοποιούνται έξι στοιχεία - δύο για κάθε φάση. Ο μετατροπέας συχνότητας 220 volts παράγει σε κάθε φάση σε σχέση με το μηδέν.

Για να απαλλαγείτε από την εμφάνιση της αντίστροφης τάσης, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιήσετε διόδους ημιαγωγών. Μεταφέρονται μεταξύ του συλλέκτη και του πομπού των τρανζίστορς ισχύος. Ο έλεγχος πραγματοποιείται στην είσοδο της βάσης. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, οι μετατροπείς συχνότητας, που κατασκευάζονται από τους ίδιους, έχουν δύο τρανζίστορ ανά φάση στον καταρράκτη του μετατροπέα. Συμπεριλάβετε τις διασταυρώσεις pn τους σε σειρά. Η μεσαία φάση του κάθε ώμου αφαιρείται. Στην πώληση υπάρχουν έτοιμες μονάδες, έχουν ακροδέκτες για παροχή τάσης συνεχούς ρεύματος, καθώς και τρεις επαφές για την αφαίρεση τριφασικού εναλλασσόμενου ρεύματος. Επιπλέον, υπάρχει ένας σύνδεσμος για τη σύνδεση του συστήματος ελέγχου μικροελεγκτή.

Έλεγχος μικροεπεξεργαστή

Χρησιμοποιείται για την αλλαγή του μετατροπέα ταχύτητας του κινητήρα, η τάση της οποίας η προεπιλεγμένη συχνότητα είναι 50 Hz, μπορεί να αλλάξει σε πλάτος σε ένα ευρύ φάσμα. Και πιο συγκεκριμένα, από το μηδέν μέχρι τη συχνότητα που μπορεί να προσφέρει ο μικροεπεξεργαστής. Η τελευταία απαίτηση είναι η κύρια - είναι δυνατή η σύνδεση πολλών συσκευών. Όταν σχεδιάζετε μετατροπέα, η τάση της οποίας η συχνότητα μεταβάλλεται με τη μεταβλητή αντίσταση πρέπει να ελέγχεται από τον επεξεργαστή. Επιλέγεται προσεκτικά, πρέπει να διαθέτει επαρκή αριθμό θυρών εισόδου-εξόδου.

Είναι δυνατό να περιπλέξετε λίγο το σύστημα συνδέοντας μια οθόνη LCD στον μικροελεγκτή. Δεν απαιτεί υψηλή απόδοση χρωμάτων, αρκετά μονόχρωμη, όπως στους απλούς αριθμομηχανές. Τα κουμπιά προγραμματισμού συνδέονται επίσης στις θύρες I / O. Έτσι μπορείτε να φτιάξετε έναν απλό μετατροπέα συχνότητας. Η τιμή όλων των στοιχείων δεν θα υπερβαίνει τα δύο χιλιάδες ρούβλια. Αλλά το κόστος ενός μετατροπέα με ισχύ 200-750 watts κυμαίνεται μεταξύ 6500 και 12000 ρούβλια. Εξαρτάται από τον κατασκευαστή και τις δυνατότητες της συσκευής.

Περίβλημα για τη συσκευή

Οι μετατροπείς συχνότητας, οι οποίοι κατασκευάζονται από τον εαυτό τους, πρέπει να διαθέτουν αξιόπιστο περίβλημα. Εξαρτάται όχι μόνο από την ευκολία χρήσης, αλλά και από την αποτελεσματικότητα. Η βάση είναι κατασκευασμένη από αλουμίνιο. Ο λόγος για τη χρήση αυτού του υλικού είναι η ανάγκη για ψύξη υψηλής ποιότητας. Κατά τη λειτουργία, η μονάδα IGBT γίνεται πολύ ζεστή και η θερμοκρασία αυξάνεται επίσης και για τις διόδους ημιαγωγών. Και δεν έχει σημασία αν ο μετατροπέας συχνότητας είναι 380 ή έχετε 220 βολτ.

Το υπόλοιπο σώμα είναι από πλαστικό. Είναι απαραίτητο να κρυφτούν όλα τα στοιχεία ισχύος, έτσι ώστε να μην υπάρχει τυχαία επαφή των τερματικών υψηλής τάσης κατά τη λειτουργία. Στο μπροστινό τμήμα, είναι απαραίτητο να υπάρχει μια οπή για την οθόνη LCD και τα κουμπιά. Ξεχωριστά, σε ένα βολικό μέρος, εγκαθίσταται μια μεταβλητή αντίσταση. Κατά τον προγραμματισμό του μικροελεγκτή, είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη ότι αυτή η αντίσταση αλλάζει τη συχνότητα του ρεύματος εξόδου.

Στοιχεία ανταλλαγής θερμότητας του συστήματος

Ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δοθεί στην απομάκρυνση της θερμότητας. Όσο ισχυρότερη είναι η συσκευή που αναπτύσσεται, τόσο πιο αξιόπιστο θα είναι το σύστημα ψύξης. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, το υπόστρωμα πρέπει να είναι από αλουμίνιο. Το κύκλωμα του μετατροπέα τάσης πρέπει να παρέχει προστασία από υπερθέρμανση. Για το σκοπό αυτό, απαιτείται τρυπάνισμα μιας οπής στο περίβλημα, σε αυτήν τοποθετείται ένας αισθητήρας θερμοκρασίας. Με αυτό, το σήμα τροφοδοτείται μέσω της αντίστοιχης συσκευής στον μικροελεγκτή. Σε περίπτωση υπέρβασης της μέγιστης θερμοκρασίας, πρέπει να αποσυνδεθεί το φορτίο. Συνεπώς, η μονάδα τρανζίστορ ισχύος απενεργοποιείται.

Για να βελτιωθεί η μεταφορά θερμότητας, πρέπει να χρησιμοποιηθούν ανεμιστήρες. Η θέση τους πρέπει να επιλέγεται έτσι ώστε η ροή αέρα να ψύχει τα πτερύγια της ψύκτρας του σώματος. Για να αυξήσετε την απόδοση του συστήματος ψύξης, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιήσετε θερμική πάστα. Είναι λογικότερο να ενεργοποιείτε τους ανεμιστήρες όταν ξεκινά η συσκευή. Αλλά είναι επίσης δυνατό να προγραμματίσετε τον ελεγκτή χρησιμοποιώντας ένα σήμα από τον αισθητήρα θερμοκρασίας. Όταν η θερμοκρασία φτάσει στο μισό από εκείνο στο οποίο η συσκευή απενεργοποιείται κατά λάθος, οι ανεμιστήρες είναι ενεργοποιημένοι.

Πλάκα συναρμολόγησης

Σαν κυκλώματα είναι καλύτερο να χρησιμοποιήσετε έτοιμες επιλογές. Στην πώληση υπάρχουν πίνακες διαφόρων μεγεθών με τρύπες γύρω από τις οποίες υπάρχουν μικρές κονσέρβες επαφής. Σε κοινή ομιλία ονομάζονται "ψάρια". Το μόνο που πρέπει να ληφθεί υπόψη είναι η δυνατότητα αντικατάστασης του επεξεργαστή και των μαρκών. Για το σκοπό αυτό, θα πρέπει να χρησιμοποιήσετε συνδέσμους που είναι συγκολλημένοι στον πίνακα. Μετατροπείς συχνότητας με τα δικά τους χέρια για να παράγουν τα καλύτερα με τον υπολογισμό μιας ταχείας αντικατάστασης στοιχείων. Ένα τσιπ ή ελεγκτής εγκαθίσταται απλά σε αυτό το σύνδεσμο, όπως ένα βύσμα σε μια έξοδο.

Συμπεράσματα

Μπορείτε επίσης να κατασκευάσετε τον μετατροπέα συχνότητας μόνοι σας. Η τιμή των αναλόγων, όπως διαπιστώσαμε, είναι πολύ υψηλότερη. Αν και, φυσικά, έχουν περισσότερες ευκαιρίες. Αλλά στην πράξη, αν κοιτάξετε προσεκτικά, αποδεικνύεται ότι χρησιμοποιούνται μόνο πέντε λειτουργίες. Όταν ο κινητήρας λειτουργεί, είναι απαραίτητο να αλλάξετε την ταχύτητα περιστροφής και επίσης να ρυθμίσετε το χρόνο επιτάχυνσης και επιβράδυνσης. Χρησιμοποιείται ελάχιστα η αντίστροφη λειτουργία και οι μεταβολές στο μέγιστο επιτρεπτό ρεύμα.