Mohu sami sestavovat frekvenční měniče? Princip činnosti a schéma zapojení frekvenčních měničů

Je velmi obtížné vyrábět měniče kmitočtu, protože je třeba velmi dobře porozumět výkonové elektronice a polovodičové technologii. Ale než se zamyslíte nad navrhováním tohoto zařízení, musíte zjistit, za jakým účelem jsou používány. Budete také potřebovat vědět, jaké jsou hlavní součásti těchto elektronických systémů.

Co je měnič kmitočtu?

Každý ví, že v síti existuje střídavý proud a má určitou frekvenci. V Rusku je standardem 50 Hertzů. V některých západních zemích je mírně odlišná úroveň 60 Hertzů. Na základě frekvence proudu závisí činnost mnoha zařízení. Převodníky se používají k napájení asynchronní motory. Existuje mnoho důvodů pro používání elektronických prostředků. Například v průmyslu, IF jsou široce používány, protože jejich použití vám umožňuje zbavit se obrovských mechanismů.

Pokud se podrobněji mění rychlost otáčení pásu na dopravníku, může to být pomocí reduktoru, který je založen na nějakém druhu rychlosti vozu. A to může být jak mechanické (s použitím několika převodů), tak i variátor. Ale mnohem účinnější je změna parametrů proudu, který napájí motor. Otáčejte proměnným odporem pro změnu rychlosti otáčení dopravníku. A frekvence může být změněna v širokém rozsahu.

Jaké jsou vlastnosti frekvenčních měničů?

Kromě toho nastavení měniče umožňují dosáhnout toho, že elektromotor postupně na několik sekund získá impuls. Čas nastavuje uživatel naprogramováním funkcí frekvenčního měniče. Stejně tak můžete udělat s dobou zastavení kotvy motoru. To vám umožní snížit zatížení jednotky, které přímo ovlivňuje její zdroj.

Kromě toho je pro malé podniky, které nemají schopnost zajistit si třífázovou síť, ale je k dispozici, použití frekvenčních měničů je skutečně všelékem. Existuje mnoho modelů takových zařízení, která jsou připojena k jednofázové síti střídavého proudu a tři jsou vyráběny na výstupu. Proto je možné zapnout elektromotor v obvyklé zásuvce. A v tomto případě neztratí moc, jeho práce bude správná.

Výkonové komponenty měničů

Ve všech frekvenčních měničích se používají výkonné IGBT nebo MOSFET. Jsou ideální pro tento typ práce. Jsou umístěny v samostatných modulech. Taková metoda instalace může zlepšit výkon elektronického zařízení. Tyto tranzistory pracují v klíčovém režimu, regulace se provádí pomocí mikroprocesorového systému. Faktem je, že všechny ovládací prvky jsou nízkoproudé, není nutné přepínání vysokého napětí. Proto může být zajištěna nejjednodušším mikroprocesorem.

Nejčastěji používané speciální sestavy řady IR2132 a IR2130. Skládají se ze šesti ovladačů, které ovládají klíče. Tři se používají pro nižší a tři pro horní. Taková sestava umožňuje realizovat jednoduchou kaskádu měniče kmitočtu. Kromě toho má několik stupňů ochrany. Například ze zkratu a přetížení. Podrobnější charakteristiky všech prvků naleznete v příručkách. Ale všechny napájecí články mají obrovskou nevýhodu - vysoké náklady na výrobky.

Blokový diagram převodníku

Každý frekvenční měnič pro motor Skládá se ze tří hlavních jednotek - usměrňovač, filtry, invertor. Ukazuje se, že střídavé napětí je nejprve převedeno na konstantní napětí a poté filtrováno. Po tom všem je to obrácené k proměnné. Existuje však třetí jednotka - mikroprocesorové řízení střídače. A přesněji, silné IGBT-tranzistory. Jestli se jedná o freestandery, pak víte, že na předním panelu mají několik tlačítek pro programování.

Pokyn frekvenčního měniče vám sdělí, jak provést nastavení všech funkcí. Jedná se o velmi komplikovanou záležitost, protože existuje poměrně málo nastavení i v nejjednodušším zařízení. Navíc, že ​​elektronické zařízení umožňuje měnit otáčky motoru, nastavit dobu zrychlení a zpomalování, existuje několik stupňů ochrany. Například při překročení proudu. Pokud je toto zařízení používáno, není třeba instalovat jističů.

Usměrňovací blok

V závislosti na účelu frekvenčního měniče se používají různé stupně usměrňovače. Varianta napájení může být buď z třífázové sítě nebo z jednofázové sítě. Ale na výstupu měniče je v každém případě trojfázové střídavé napětí. Ovšem, aby bylo možné provést současnou kontrolu, je nutné ji nejprve vyrovnat. Věc je, že je velmi obtížné řídit proměnné - je třeba použít velké reostaty, což není příliš výhodné. Navíc, nyní je čas pro mikroelektroniku a automatizaci uplatňovat zastaralé technologie nejen neopodstatněný, ale také velmi nevýnosný.

Pro opravu proměnné třífázový proud Používá se elektronické zařízení sestávající ze šesti polovodičových diod. Jsou obsaženy v můstkovém obvodu, ukazuje se, že každá dvojice diod slouží k narovnání jedné fáze. Na výstupu jednotky usměrňovače se objevuje konstantní napětí, její hodnota se rovná hodnotě, která proudí na vstup. V této fázi jsou všechny transformace dokončeny, na tomto bloku není provedena žádná kontrola. V případě, že je napájení napájeno z jednofázové sítě, postačuje kaskáda usměrňovače, dokonce i z jedné diody. Ale je efektivnější používat mostový obvod čtyř.

Blok filtru

Tento modul se používá k filtrování stejnosměrného napětí. Nejjednodušší verzí jednotky je induktor zahrnutý do přerušení plusového ramene. Mezi póly je spojen elektrolytický kondenzátor. Má jednu funkci - zbavit se proměnné komponenty. Věc je, že usměrňovač se nedokáže zcela zbavit pulzů. Zůstává malá složka střídavého proudu, která může během provozu způsobit značnou interferenci.

Aby se zohlednil princip filtrového bloku, je nutné provést analýzu nahrazením prvků. Při provozu v DC podmínkách je indukčnost nahrazena odpor, kondenzátor toto je nahrazeno přerušením řetězce. Při použití střídavého proudu se však kapacita vymění za odpor. V důsledku toho zmizí celá variabilní součást, protože v tomto případě nastane zkrat. To je těžké pochopit, je třeba porozumět teoretickým základům elektrotechniky. Frekvenční měnič 3fáze však nemůže být proveden bez tohoto.

Invertorová kaskáda

A zde začíná nejzajímavější - použití výkonných IGBT tranzistorů. Jsou řízeny mikroprocesorovým systémem, výkon celého frekvenčního měniče závisí na kvalitě jejich fungování. Takový systém měnič napětí je rozšířená. Ve skutečnosti pomocí výkonových tranzistorů můžete invertovat jakékoliv napětí. Celkem se v nejjednodušším schématu používá šest prvků - dva pro každou fázi. Frekvenční měnič 220 voltů produkuje v každé fázi s ohledem na nulu.

Chcete-li se zbavit výskytu zpětného napětí, je nutné použít polovodičové diody. Přepínají se mezi kolektor a vysílač silových tranzistorů. Ovládání se provádí na vstupu základny. Jak již bylo zmíněno dříve, měniče kmitočtu vyrobené samy o sobě mají dva tranzistory na jednu fázi v invertorové kaskádě. Zahrnout svá p-n-křižovatka do série. Fáze je odstraněna ze středu každého ramena. Hotové moduly jsou v prodeji, mají svorky pro napájení stejnosměrného napětí, stejně jako tři kontakty pro odpojení třífázového střídavého proudu. Kromě toho je k dispozici konektor pro připojení mikrokontroléru.

Řízení mikroprocesorem

Při změně rychlosti převodníku hřídele motoru může být napětí, jehož kmitočet je 50 Hz, změněno v amplitudě v širokém rozmezí. A konkrétněji od nuly k frekvenci, kterou může mikroprocesor poskytnout. Poslední požadavek je základní - je to schopnost připojit více zařízení. Při konstrukci měniče musí být napětí, jehož frekvence se mění s proměnným odporem, řízeno procesorem. Je vybrán pečlivě, musí mít dostatečný počet vstupních a výstupních portů.

Je možné, že systém trochu komplikuje připojením LCD displeje k mikrokontroléru. Nevyžaduje vysoké vykreslení barev, dostatečně monochromatické, jako u jednoduchých kalkulaček. Tlačítka pro programování jsou také připojena k I / O portům. Tak můžete vytvořit jednoduchý měnič kmitočtu. Cena všech prvků nebude větší než dvě tisíce rublů. Cena střídače s výkonem 200-750 wattů se však pohybuje v rozmezí od 6500 do 12000 rublů. Závisí na výrobci a schopnostech zařízení.

Pouzdro pro zařízení

Převodníky kmitočtu vyrobené samy o sobě musí mít spolehlivé pouzdro. Závisí nejen na snadnosti používání, ale také na efektivitě. Základna je vyrobena z hliníku. Důvodem použití tohoto materiálu je potřeba vysoce kvalitního chlazení. Při provozu se modul IGBT stává velmi horkým a teplota se také zvyšuje u polovodičových diod. A vůbec nezáleží na tom, frekvenční měnič je 380 nebo stejný jako 220 voltů pro vás.

Zbytek těla je z plastu. Je nutné, aby všechny elektrické prvky byly skryty, aby nedošlo k náhodnému kontaktu vysokonapěťových závěrů v práci. V přední části je nutné opatřit otvor pro LCD displej a tlačítka. Odděleně je na vhodném místě instalován proměnný odpor. Při programování mikrokontroléru je třeba vzít v úvahu, že tento odpor mění kmitočet výstupního proudu.

Tepelně výměnné prvky systému

Zvláštní pozornost by měla být věnována odvádění tepla. Čím silnější je vyvíjené zařízení, tím spolehlivější je chladicí systém. Jak již bylo zmíněno výše, podklad musí být z hliníku. Obvod měniče napětí musí zajistit ochranu před přehřátím. Pro tento účel je nutné vyvrtat otvor ve skříni, v něm je namontován snímač teploty. Z něj je signál přenášen odpovídající zařízení k mikrokontroléru. Pokud je překročena maximální teplota, musí být zatížení odpojeno. V důsledku toho je modul výkonového tranzistoru vypnutý.

Pro zlepšení přenosu tepla je nutno používat ventilátory. Jejich umístění by mělo být zvoleno tak, aby proud vzduchu ochlazoval žebra chladiče. Pro zvýšení účinnosti chladicího systému je nutné použít tepelnou pastu. Je rozumnější zapnout ventilátory při spuštění zařízení. Ovladač je také možné programovat pomocí signálu ze snímače teploty. Když se teplota rovná polovině hodnoty, při níž dochází k nouzovému vypnutí přístroje, jsou ventilátory zapnuté.

Montážní deska

Jako obvodovou desku je nejlepší použít hotové volby. V prodeji jsou desky různých velikostí s otvory, kolem kterých jsou malé konzervované kontakty. V běžném jazyce se říká "ryba". Jediná věc, kterou je třeba vzít v úvahu, je možnost nahrazení procesoru a čipů. Pro tento účel je třeba použít konektory, které jsou připájeny k desce. Frekvenční měniče s vlastními rukama pro nejlepší výrobu s výpočtem rychlé výměny prvků. Do tohoto konektoru se jednoduše instaluje čip nebo regulátor, jako zástrčka do zásuvky.

Závěry

Můžete také vytvořit měnič kmitočtu sami. Cena analogů, jak jsme zjistila, je mnohem vyšší. Ačkoli samozřejmě mají více příležitostí. Ale ve skutečnosti, pokud se podíváte pozorně, ukazuje se, že se skutečně používá pouze pět funkcí. Při ovládání pohonu je nutné měnit rychlost otáčení a také nastavit dobu zrychlení a zpomalování. Mírně méně se používá reverzní funkce a změny maximálního přípustného proudu.