Sagedusmuundureid oma kätega teha on üsna keeruline, kuna pead väga hästi kursis olema jõuelektroonika ja pooljuhttehnoloogiaga. Kuid enne, kui mõtlete selle seadme kujundamisele, peate välja selgitama, millistel eesmärkidel neid kasutatakse. Samuti peate teadma, millised on nende elektrooniliste süsteemide peamised komponendid.
Mis on sagedusmuundur?
Kõik teavad, et võrgus on vahelduvvool ja sellel on teatud sagedus. Venemaal on standard 50 hertsi. Mõnes lääneriigis on veidi erinev standard 60 hertsi. Paljude seadmete töö sõltub voolu sagedusest. Asünkroonsete mootorite toiteks kasutatakse muundureid. Elektrooniliste vahendite kasutamisel on palju põhjuseid. Näiteks tööstuses on inverterid alates nende kasutamisest lai alt levinudvõimaldab vabaneda tohututest mehhanismidest.
Täpsem alt saab muuta lindi pöörlemiskiirust konveieril kasutades käigukasti, mis põhineb omamoodi auto käigukastil. Lisaks võib see olla kas mehaaniline (kasutab mitut käiku) või CVT. Kuid palju tõhusam on muuta mootorit toitava voolu parameetreid. Muutuva takisti keeramine muudab konveieri pöörlemiskiirust. Lisaks saab sagedust laias vahemikus muuta.
Milliseid muid funktsioone sagedusmuunduril on?
Lisaks võimaldavad inverteri seadistused elektrimootoril järk-järgult mitme sekundi jooksul kiirust suurendada. Aja määrab kasutaja sagedusmuunduri funktsioonide programmeerimisega. Samamoodi saate teha mootori armatuuri seiskamise ajaga. See vähendab draivi koormust, mis mõjutab otseselt selle ressurssi.
Lisaks on sagedusmuundurite kasutamine tõeline imerohi väikeettevõtete jaoks, kellel puudub võimalus end kolmefaasilise võrguga varustada, kuid selle järele on vajadus. Selliste seadmete mudeleid, mis on ühendatud ühefaasilise vahelduvvooluvõrguga, on palju ja need toodavad väljundis kolm. Seetõttu on võimalik elektrimootor tavalisse pistikupessa ühendada. Ja sel juhul ei kaota see võimsust, selle töö on korrektne.
Muundurite toitekomponendid
Kõik sagedusmuundurid kasutavad võimsaid IGBT- või MOSFET-transistore. Need sobivad seda tüüpi tööks ideaalselt. Need on paigaldatud eraldi moodulitesse. See paigaldusmeetod võib parandada elektroonilise seadme jõudlust. Need transistorid töötavad võtmerežiimis, juhtimine toimub mikroprotsessorsüsteemi abil. Fakt on see, et kogu juhtimine on madalvool, kõrgepinge lülitamine pole vajalik. Seetõttu saab seda saavutada kõige lihtsama mikroprotsessori abil.
Seeriate IR2132 ja IR2130 kõige sagedamini kasutatavad erikoostud. Need koosnevad kuuest juhist, mis juhivad võtmeid. Kolme kasutatakse põhja ja kolme ülemise jaoks. See koost võimaldab teil rakendada sagedusmuunduri lihtsat kaskaadi. Lisaks on sellel mitu kaitseastet. Näiteks lühise ja ülekoormuse vastu. Kõikide elementide täpsemad omadused leiate juhenditest. Kuid kõigil jõuelementidel on suur puudus – toodete kõrge hind.
Konverteri struktuuriskeem
Igal mootori sagedusmuunduril on kolm põhiplokki – alaldi, filtrid, inverter. Selgub, et vahelduvpinge muundatakse esm alt alalisvooluks, seejärel filtreeritakse. Pärast kõike seda pööratakse see muutujaks. Kuid on ka kolmas plokk - inverteri mikroprotsessori juhtimine. Ja kui täpsem olla, siis võimsad IGBT transistorid. Kui olete kunagi tegelenudsagedusmuundurid, siis tead, et nende esipaneelil on programmeerimiseks mitu nuppu.
Inverteri kasutusjuhend juhendab teid, kuidas kõiki funktsioone seadistada. See on väga keeruline asi, kuna isegi kõige lihtsamas seadmes on üsna palju seadeid. Lisaks sellele, et elektroonikaseade võimaldab muuta mootori armatuuri pöörlemissagedust, reguleerida kiirendus- ja aeglustusaega, on olemas ka mitu kaitseastet. Näiteks liigvool. Sellise seadme kasutamise korral ei ole vaja paigaldada automaatseid lüliteid.
Alaldiüksus
Sõltuv alt sagedusmuunduri otstarbest kasutatakse erinevaid alaldi astmeid. Ja toiteallika valik võib olla kas kolmefaasilisest võrgust või ühefaasilisest võrgust. Kuid inverteri väljundis on igal juhul kolmefaasiline vahelduvpinge. Kuid selleks, et voolu juhtida, tuleb see kõigepe alt parandada. Asi on selles, et muutujat on üsna raske juhtida - on vaja kasutada suuri reostaate, mis pole eriti mugav. Pealegi on praegu mikroelektroonika ja automatiseerimise aeg, vananenud tehnoloogiate kasutamine pole mitte ainult ebamõistlik, vaid ka väga kahjumlik.
Kolmefaasilise vahelduvvoolu alaldamiseks kasutatakse kuuest pooljuhtdioodist koosnevat elektroonilist seadet. Need lülitatakse sisse sillaahelas, selgub, et iga dioodipaar on mõeldud ühe faasi alaldamiseks. Alaldiploki väljundis ilmub konstantne pinge, selleväärtus on võrdne sisendisse voolava väärtusega. Selles etapis on kõik teisendused lõpule viidud, selle ploki juhtimist ei teostata. Juhul, kui toide saadakse ühefaasilisest võrgust, piisab alaldi astmest isegi ühest dioodist. Kuid tõhusam on kasutada nelja sillaahelat.
Filtrikast
Seda moodulit kasutatakse alalispinge filtreerimiseks. Ploki lihtsaim versioon on positiivse õla pilusse kuuluv induktiivpool. Pooluste vahele on ühendatud elektrolüütkondensaator. Sellel on üks funktsioon - muutuvast komponendist vabanemine. Asi on selles, et alaldi ei suuda lainetustest täielikult lahti saada. Jääb väike kogus vahelduvvoolu, mis võib töö ajal tekitada märkimisväärset müra.
Filtriploki tööpõhimõtte arvestamiseks on vaja analüüsida elemente asendades. Töötades alalisvoolu tingimustes, asendatakse induktiivsus takistusega, kondensaator asendatakse avatud vooluahelaga. Kuid vahelduvvoolu toitel asendatakse mahtuvus takistusega. Seetõttu kaob kogu muutuv komponent, kuna sel juhul tekib lühis. Selle mõistmiseks on üsna raske, on vaja mõista elektrotehnika teoreetilisi aluseid. Kuid ilma selleta ei saa teha 3-faasilist sagedusmuundurit.
Inverteri aste
Ja siit algab lõbus – võimsate IGBT-transistoride kasutamine. Neid juhib mikroprotsessorsüsteem, alatesnende töö kvaliteet sõltub kogu sagedusmuunduri tööst. Sellist pingemuunduri ahelat kasutatakse laialdaselt. Tegelikult saab jõutransistoride abil igasugust pinget ümber pöörata. Kokku kasutatakse kõige lihtsamas vooluringis kuut elementi - kaks iga faasi jaoks. Sagedusmuundur toodab 220 volti igas faasis nulli suhtes.
Pöördpinge tekkimisest vabanemiseks on vaja kasutada pooljuhtdioode. Need on ühendatud jõutransistoride kollektori ja emitteri vahel. Juhtimine toimub baasi sissepääsu juures. Nagu varem mainitud, on isetehtavatel sagedusmuunduritel inverteri kaskaadi iga faasi jaoks kaks transistorit. Lülitage nende p-n-ristmikud järjestikku sisse. Faas eemaldatakse iga õla keskpunktist. Müügil on valmis moodulid, neil on alalispinge toitejuhtmed, samuti kolm kontakti kolmefaasilise vahelduvvoolu eemaldamiseks. Lisaks on pistik mikrokontrolleri juhtimissüsteemi ühendamiseks.
Mikroprotsessori juhtimine
Kasutatakse mootori võlli kiiruse muutmiseks inverteri poolt, pinge, mille vaikesagedus on 50 Hz, amplituudi saab muuta laias vahemikus. Ja täpsem alt nullist sageduseni, mida mikroprotsessor suudab pakkuda. Viimase põhinõue on mitme seadme ühendamise võimalus. Kui saprojekteerida muundur, mille pinget, mille sagedust muudetakse muutuva takistusega, peab juhtima protsessor. See valitakse hoolik alt, sellel peab olema piisav arv I/O-porte.
Saate süsteemi pisut keerulisemaks muuta, kui ühendate mikrokontrolleriga LCD-ekraani. Sellelt pole vaja kõrget värviedastust, piisab ühevärvilisest, nagu lihtsates kalkulaatorites. Sisend-väljundportidesse on ühendatud ka programmeerimise nupud. Nii saate teha lihtsa sagedusmuunduri. Kõigi elementide hind ei ületa kahte tuhat rubla. Kuid 200–750 vatti võimsusega inverteri maksumus jääb vahemikku 6500–12000 rubla. Kõik sõltub tootjast ja seadme võimalustest.
Seadme ümbris
Ise isetehtavatel sagedusmuunduritel peab olema töökindel korpus. Sellest ei sõltu mitte ainult kasutusmugavus, vaid ka tõhusus. Alus on valmistatud alumiiniumist. Selle materjali kasutamise põhjuseks on vajadus kvaliteetse jahutuse järele. Töötamise ajal muutub IGBT-moodul väga kuumaks, samuti tõuseb pooljuhtdioodide temperatuur. Ja pole üldse vahet, kas teil on 380- või 220-voldine sagedusmuundur.
Ülejäänud korpus on plastikust. Kõik toiteelemendid peavad olema sellega peidetud, et töö ajal ei tekiks juhuslikku kokkupuudet kõrgepingeklemmidega. Esiosas on vaja ette näha auk LCD-ekraani ja nuppude jaoks. Eraldi sissemugav koht, on paigaldatud muutuv takisti. Mikrokontrolleri programmeerimisel tuleb arvestada, et see takistus muudab väljundvoolu sagedust.
Süsteemi elementide soojusvahetus
Erilist tähelepanu tuleks pöörata soojuse hajumisele. Mida võimsam on arendatav seade, seda töökindlam peaks olema jahutussüsteem. Nagu eespool mainitud, peab alus olema alumiiniumist. Pingemuunduri ahel peab tagama kaitse ülekuumenemise eest. Selleks on vaja korpusesse puurida auk, sellesse on paigaldatud temperatuuriandur. Sellest juhitakse signaal sobitusseadme kaudu mikrokontrollerisse. Maksimaalse temperatuuri ületamisel tuleb koormus lahti ühendada. Seetõttu lülitub toitetransistori moodul välja.
Soojuse hajumise parandamiseks tuleb kasutada ventilaatoreid. Nende asukoht tuleb valida nii, et õhuvool jahutaks korpuse radiaatori ribisid. Jahutussüsteemi efektiivsuse suurendamiseks peate kasutama termopastat. Ventilaatorid on mõistlikum sisse lülitada seadme käivitamise hetkel. Kuid kontrollerit on võimalik programmeerida ka temperatuurianduri signaali abil. Kui temperatuur jõuab pooleni sellest temperatuurist, mille juures seade hädaseiskab, lülituvad ventilaatorid sisse.
Trükkplaat
Trükkplaadina on kõige parem kasutada valmisvalikuid. Müügil on erineva suurusega lauad mille ümber on augudväikesed tinatatud kontaktid. Neid nimetatakse kõnekeeles "kaladeks". Ainus, mida tasub kaaluda, on protsessori ja mikroskeemide väljavahetamise võimalus. Sel eesmärgil peate kasutama plaadile joodetud pistikuid. Isetegemise sagedusmuundurid on kõige parem teha, eeldades elementide kiiret asendamist. IC või kontroller ühendatakse lihts alt sellesse pistikupessa, nagu pistik pistikupessa.
Järeldused
Saate teha ka oma sagedusmuunduri. Analoogide hind, nagu saime teada, on palju kõrgem. Kuigi neil on muidugi rohkem võimalusi. Aga tegelikult, kui lähem alt uurida, siis selgub, et tegelikult ei kasutata üle viie funktsiooni. Kui ajam töötab, on vaja muuta pöörlemiskiirust, samuti reguleerida kiirendus- ja aeglustusaegu. Veidi harvemini kasutatakse pöördfunktsiooni ja maksimaalse lubatud voolu muutmist.
