Είναι αρκετά δύσκολο να φτιάξετε μετατροπείς συχνότητας με τα χέρια σας, καθώς πρέπει να είστε πολύ καλά γνώστες των ηλεκτρονικών ισχύος και της τεχνολογίας ημιαγωγών. Αλλά προτού σκεφτείτε να σχεδιάσετε αυτήν τη συσκευή, πρέπει να μάθετε για ποιους σκοπούς χρησιμοποιούνται. Θα χρειαστεί επίσης να γνωρίζετε ποια είναι τα κύρια στοιχεία αυτών των ηλεκτρονικών συστημάτων.
Τι είναι ο μετατροπέας συχνότητας;
Όλοι γνωρίζουν ότι υπάρχει εναλλασσόμενο ρεύμα στο δίκτυο και έχει μια συγκεκριμένη συχνότητα. Στη Ρωσία, το πρότυπο είναι 50 Hertz. Σε ορισμένες δυτικές χώρες, ένα ελαφρώς διαφορετικό πρότυπο είναι τα 60 Hertz. Η λειτουργία πολλών συσκευών εξαρτάται από τη συχνότητα του ρεύματος. Οι μετατροπείς χρησιμοποιούνται για την τροφοδοσία ασύγχρονων κινητήρων. Υπάρχουν πολλοί λόγοι για τη χρήση ηλεκτρονικών μέσων. Για παράδειγμα, στη βιομηχανία, οι μετατροπείς έχουν γίνει ευρέως διαδεδομένοι, από τη χρήση τουςσας επιτρέπει να απαλλαγείτε από τεράστιους μηχανισμούς.
Πιο αναλυτικά, μπορείτε να αλλάξετε την ταχύτητα περιστροφής του ιμάντα στον μεταφορέα χρησιμοποιώντας ένα κιβώτιο ταχυτήτων, το οποίο βασίζεται σε ένα είδος κιβωτίου ταχυτήτων αυτοκινήτου. Επιπλέον, μπορεί να είναι είτε μηχανικό (με χρήση πολλών γραναζιών) είτε CVT. Αλλά είναι πολύ πιο αποτελεσματικό να αλλάζετε τις παραμέτρους του ρεύματος που τροφοδοτεί τον κινητήρα. Η περιστροφή της μεταβλητής αντίστασης αλλάζει την ταχύτητα περιστροφής του μεταφορέα. Επιπλέον, η συχνότητα μπορεί να αλλάξει σε μεγάλο εύρος.
Τι άλλες δυνατότητες έχουν οι μετατροπείς συχνότητας;
Επιπλέον, οι ρυθμίσεις του μετατροπέα επιτρέπουν στον ηλεκτροκινητήρα να αποκτά σταδιακά ταχύτητα μέσα σε μερικά δευτερόλεπτα. Η ώρα ορίζεται από τον χρήστη μέσω του προγραμματισμού λειτουργίας μετατροπέα συχνότητας. Αντίστοιχα, μπορείτε να κάνετε και με το χρόνο διακοπής του οπλισμού του κινητήρα. Αυτό μειώνει το φορτίο στη μονάδα δίσκου, το οποίο επηρεάζει άμεσα τον πόρο της.
Επιπλέον, για τις μικρές επιχειρήσεις που δεν έχουν τη δυνατότητα να εφοδιαστούν με τριφασικό δίκτυο, αλλά υπάρχει ανάγκη, η χρήση μετατροπέων συχνότητας είναι πραγματική πανάκεια. Υπάρχουν πολλά μοντέλα τέτοιων συσκευών που συνδέονται σε μονοφασικό δίκτυο εναλλασσόμενου ρεύματος και παράγουν τρία στην έξοδο. Επομένως, είναι δυνατό να συνδέσετε έναν ηλεκτρικό κινητήρα σε μια κανονική πρίζα. Και σε αυτή την περίπτωση, δεν θα χάσει την ισχύ του, η δουλειά του θα είναι σωστή.
Στοιχεία ισχύος μετατροπέων
Όλοι οι μετατροπείς συχνότητας χρησιμοποιούν ισχυρά τρανζίστορ IGBT ή MOSFET. Είναι ιδανικά για τέτοιου είδους εργασίες. Τοποθετούνται σε ξεχωριστές μονάδες. Αυτή η μέθοδος εγκατάστασης μπορεί να βελτιώσει την απόδοση μιας ηλεκτρονικής συσκευής. Αυτά τα τρανζίστορ λειτουργούν σε λειτουργία κλειδιού, ο έλεγχος πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας ένα σύστημα μικροεπεξεργαστή. Το γεγονός είναι ότι όλος ο έλεγχος είναι χαμηλού ρεύματος, δεν απαιτείται εναλλαγή υψηλών τάσεων. Επομένως, αυτό μπορεί να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας τον απλούστερο μικροεπεξεργαστή.
Τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα ειδικά συγκροτήματα της σειράς IR2132 και IR2130. Αποτελούνται από έξι προγράμματα οδήγησης που ελέγχουν τα κλειδιά. Τρία χρησιμοποιούνται για το κάτω μέρος και τρία για το πάνω μέρος. Αυτό το συγκρότημα σάς επιτρέπει να εφαρμόσετε έναν απλό καταρράκτη του μετατροπέα συχνότητας. Επιπλέον, έχει αρκετούς βαθμούς προστασίας. Για παράδειγμα, έναντι βραχυκυκλώματος και υπερφόρτωσης. Αναλυτικότερα χαρακτηριστικά όλων των στοιχείων μπορείτε να βρείτε στα εγχειρίδια. Αλλά όλα τα στοιχεία ισχύος έχουν ένα τεράστιο μειονέκτημα - το υψηλό κόστος των προϊόντων.
Δομικό διάγραμμα του μετατροπέα
Οποιοσδήποτε μετατροπέας συχνότητας για έναν κινητήρα έχει τρία κύρια μπλοκ - έναν ανορθωτή, φίλτρα, έναν μετατροπέα. Αποδεικνύεται ότι η τάση AC μετατρέπεται πρώτα σε συνεχές ρεύμα και στη συνέχεια φιλτράρεται. Μετά από όλα αυτά, αναστρέφεται σε μεταβλητή. Αλλά υπάρχει ένα τρίτο μπλοκ - έλεγχος μικροεπεξεργαστή του μετατροπέα. Και για να είμαστε πιο ακριβείς, ισχυρά τρανζίστορ IGBT. Αν έχετε ασχοληθεί ποτέ μεμετατροπείς συχνότητας, τότε ξέρετε ότι στον μπροστινό πίνακα έχουν πολλά κουμπιά για προγραμματισμό.
Το εγχειρίδιο οδηγιών του μετατροπέα θα σας καθοδηγήσει πώς να ρυθμίσετε όλες τις λειτουργίες. Αυτό είναι ένα πολύ περίπλοκο θέμα, καθώς υπάρχουν πολλές ρυθμίσεις ακόμα και στην πιο απλή συσκευή. Εκτός από το γεγονός ότι η ηλεκτρονική συσκευή σας επιτρέπει να αλλάξετε τη συχνότητα περιστροφής του οπλισμού του κινητήρα, να ρυθμίσετε τον χρόνο επιτάχυνσης και επιβράδυνσης, υπάρχουν επίσης αρκετοί βαθμοί προστασίας. Για παράδειγμα, υπερένταση. Σε περίπτωση χρήσης μιας τέτοιας συσκευής, δεν χρειάζεται να εγκαταστήσετε αυτόματους διακόπτες.
Μονάδα ανορθωτή
Ανάλογα με τον σκοπό του μετατροπέα συχνότητας, χρησιμοποιούνται διαφορετικά στάδια ανορθωτή. Και η επιλογή τροφοδοσίας μπορεί να είναι είτε από τριφασικό είτε από μονοφασικό. Αλλά στην έξοδο του μετατροπέα, σε κάθε περίπτωση, υπάρχει μια τριφασική εναλλασσόμενη τάση. Αλλά για να ελέγξετε το ρεύμα, πρέπει πρώτα να διορθωθεί. Το θέμα είναι ότι είναι αρκετά δύσκολο να ελέγξετε τη μεταβλητή - είναι απαραίτητο να χρησιμοποιήσετε μεγάλους ρεοστάτες, κάτι που δεν είναι πολύ βολικό. Επιπλέον, τώρα είναι η ώρα της μικροηλεκτρονικής και του αυτοματισμού, δεν είναι μόνο παράλογο να χρησιμοποιούνται απαρχαιωμένες τεχνολογίες, αλλά και πολύ ασύμφορο.
Μια ηλεκτρονική συσκευή που αποτελείται από έξι διόδους ημιαγωγών χρησιμοποιείται για την ανόρθωση ενός τριφασικού εναλλασσόμενου ρεύματος. Ενεργοποιούνται σε ένα κύκλωμα γέφυρας, αποδεικνύεται ότι κάθε ζεύγος διόδων χρησιμεύει για την ανόρθωση μιας φάσης. Μια σταθερή τάση εμφανίζεται στην έξοδο της μονάδας ανορθωτή, τηςη τιμή είναι ίση με αυτή που ρέει στην είσοδο. Σε αυτό το στάδιο, ολοκληρώνονται όλοι οι μετασχηματισμοί, δεν εκτελείται έλεγχος αυτού του μπλοκ. Στην περίπτωση που τροφοδοτείται από μονοφασικό δίκτυο, αρκεί μια βαθμίδα ανορθωτή ακόμη και από μία μόνο δίοδο. Αλλά είναι πιο αποτελεσματικό να χρησιμοποιείτε ένα κύκλωμα γέφυρας τεσσάρων.
Πλαίσιο φίλτρου
Αυτή η μονάδα χρησιμοποιείται για φιλτράρισμα τάσης DC. Η απλούστερη έκδοση του μπλοκ είναι ένας επαγωγέας που περιλαμβάνεται στο κενό του θετικού ώμου. Ένας ηλεκτρολυτικός πυκνωτής συνδέεται μεταξύ των πόλων. Έχει μία λειτουργία - να απαλλαγούμε από το μεταβλητό στοιχείο. Το θέμα είναι ότι ο ανορθωτής δεν είναι σε θέση να απαλλαγεί εντελώς από τους κυματισμούς. Παραμένει μια μικρή ποσότητα AC που μπορεί να παράγει σημαντικό θόρυβο κατά τη λειτουργία.
Για να λάβετε υπόψη την αρχή λειτουργίας του μπλοκ φίλτρου, είναι απαραίτητο να αναλύσετε αντικαθιστώντας τα στοιχεία. Όταν λειτουργεί σε συνθήκες συνεχούς ρεύματος, η αυτεπαγωγή αντικαθίσταται από αντίσταση, ο πυκνωτής αντικαθίσταται από ένα ανοιχτό κύκλωμα. Αλλά όταν τροφοδοτείται από εναλλασσόμενο ρεύμα, η χωρητικότητα αντικαθίσταται από αντίσταση. Επομένως, ολόκληρο το μεταβλητό στοιχείο εξαφανίζεται, καθώς σε αυτήν την περίπτωση εμφανίζεται βραχυκύκλωμα. Για να γίνει κατανοητό αυτό είναι αρκετά δύσκολο, είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε τα θεωρητικά θεμέλια της ηλεκτρικής μηχανικής. Αλλά ένας μετατροπέας συχνότητας 3 φάσεων δεν μπορεί να κατασκευαστεί χωρίς αυτό.
Στάδιο μετατροπέα
Και εδώ αρχίζει η διασκέδαση - η χρήση ισχυρών τρανζίστορ IGBT. Ελέγχονται από σύστημα μικροεπεξεργαστή, απόη ποιότητα της λειτουργίας τους εξαρτάται από τη λειτουργία ολόκληρου του μετατροπέα συχνότητας. Ένα τέτοιο κύκλωμα μετατροπέα τάσης χρησιμοποιείται ευρέως. Στην πραγματικότητα, με τη βοήθεια τρανζίστορ ισχύος, οποιαδήποτε τάση μπορεί να αντιστραφεί. Συνολικά, έξι στοιχεία χρησιμοποιούνται στο απλούστερο κύκλωμα - δύο για κάθε φάση. Ο μετατροπέας συχνότητας παράγει 220 βολτ σε κάθε φάση σε σχέση με το μηδέν.
Για να απαλλαγείτε από την εμφάνιση αντίστροφης τάσης, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιήσετε διόδους ημιαγωγών. Συνδέονται μεταξύ του συλλέκτη και του πομπού των τρανζίστορ ισχύος. Η διαχείριση πραγματοποιείται στην είσοδο της βάσης. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, οι μετατροπείς συχνότητας «φτιάξ' το μόνος σου» έχουν δύο τρανζίστορ για κάθε φάση στον καταρράκτη του μετατροπέα. Ενεργοποιήστε τις διασταυρώσεις τους p-n σε σειρά. Η φάση αφαιρείται από το μέσο κάθε ώμου. Διατίθενται προς πώληση έτοιμα δομοστοιχεία, διαθέτουν καλώδια για παροχή άμεσης τάσης, καθώς και τρεις επαφές για την αφαίρεση τριφασικών εναλλασσόμενων. Επιπλέον, υπάρχει ένας σύνδεσμος για τη σύνδεση ενός συστήματος ελέγχου μικροελεγκτή.
Έλεγχος μικροεπεξεργαστή
Χρησιμοποιείται για την αλλαγή της ταχύτητας του άξονα του κινητήρα από τον μετατροπέα, η τάση, του οποίου η προεπιλεγμένη συχνότητα είναι 50 Hz, μπορεί να αλλάξει σε πλάτος σε μεγάλο εύρος. Και πιο συγκεκριμένα, από το μηδέν στη συχνότητα που μπορεί να παρέχει ο μικροεπεξεργαστής. Η κύρια απαίτηση για το τελευταίο είναι η δυνατότητα σύνδεσης πολλαπλών συσκευών. Οταν εσύσχεδιάστε έναν μετατροπέα, η τάση, η συχνότητα του οποίου μεταβάλλεται από μια μεταβλητή αντίσταση, πρέπει να ελέγχεται από τον επεξεργαστή. Επιλέγεται προσεκτικά, πρέπει να έχει επαρκή αριθμό θυρών I/O.
Μπορείτε να περιπλέκετε λίγο το σύστημα συνδέοντας μια οθόνη LCD στον μικροελεγκτή. Δεν απαιτείται υψηλή χρωματική απόδοση από αυτό, αρκεί η μονόχρωμη, όπως στις απλές αριθμομηχανές. Τα κουμπιά προγραμματισμού συνδέονται επίσης με τις θύρες εισόδου-εξόδου. Έτσι μπορείτε να φτιάξετε έναν απλό μετατροπέα συχνότητας. Η τιμή όλων των στοιχείων δεν θα είναι μεγαλύτερη από δύο χιλιάδες ρούβλια. Αλλά το κόστος ενός μετατροπέα με ισχύ 200-750 watt κυμαίνεται από 6500 έως 12000 ρούβλια. Όλα εξαρτώνται από τον κατασκευαστή και τις δυνατότητες της συσκευής.
Θήκη συσκευής
Οι μετατροπείς συχνότητας Do-it-yourself πρέπει να έχουν αξιόπιστο περίβλημα. Από αυτό εξαρτάται όχι μόνο η ευκολία χρήσης, αλλά και η 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 θερμαίνεται πολύ και η θερμοκρασία των διόδων ημιαγωγών αυξάνεται επίσης. Και δεν έχει καθόλου σημασία αν έχετε μετατροπέα συχνότητας 380 ή 220 Volt.
Το υπόλοιπο σώμα είναι κατασκευασμένο από πλαστικό. Είναι απαραίτητο όλα τα στοιχεία ισχύος να είναι κρυμμένα από αυτό, έτσι ώστε να μην υπάρχει τυχαία επαφή με ακροδέκτες υψηλής τάσης κατά τη λειτουργία. Στο μπροστινό μέρος, είναι απαραίτητο να υπάρχει μια τρύπα για την οθόνη LCD και τα κουμπιά. Ξεχωριστά, σεένα βολικό μέρος, έχει εγκατασταθεί μια μεταβλητή αντίσταση. Κατά τον προγραμματισμό του μικροελεγκτή, είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη ότι αυτή η αντίσταση αλλάζει τη συχνότητα του ρεύματος εξόδου.
ανταλλαγή θερμότητας στοιχείων συστήματος
Ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δοθεί στην απαγωγή θερμότητας. Όσο πιο ισχυρή είναι η συσκευή που αναπτύσσεται, τόσο πιο αξιόπιστο θα πρέπει να είναι το σύστημα ψύξης. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, η βάση πρέπει να είναι κατασκευασμένη από αλουμίνιο. Το κύκλωμα μετατροπέα τάσης πρέπει να παρέχει προστασία από υπερθέρμανση. Για το σκοπό αυτό, απαιτείται να τρυπήσετε μια τρύπα στο περίβλημα, ένας αισθητήρας θερμοκρασίας είναι τοποθετημένος σε αυτό. Από αυτό, το σήμα τροφοδοτείται μέσω μιας αντίστοιχης συσκευής στον μικροελεγκτή. Σε περίπτωση υπέρβασης της μέγιστης θερμοκρασίας, το φορτίο πρέπει να αποσυνδεθεί. Επομένως, η μονάδα τρανζίστορ ισχύος απενεργοποιείται.
Για να βελτιωθεί η απαγωγή θερμότητας, πρέπει να χρησιμοποιούνται ανεμιστήρες. Η θέση τους πρέπει να επιλέγεται έτσι ώστε η ροή του αέρα να ψύχει τα πτερύγια του ψυγείου της θήκης. Για να αυξήσετε την απόδοση του συστήματος ψύξης, πρέπει να χρησιμοποιήσετε θερμική πάστα. Είναι πιο λογικό να ενεργοποιείτε τους ανεμιστήρες κατά την εκκίνηση της συσκευής. Αλλά είναι επίσης δυνατός ο προγραμματισμός του ελεγκτή χρησιμοποιώντας ένα σήμα από έναν αισθητήρα θερμοκρασίας. Όταν η θερμοκρασία φτάσει στο μισό της θερμοκρασίας στην οποία συμβαίνει το κλείσιμο έκτακτης ανάγκης της συσκευής, οι ανεμιστήρες ενεργοποιούνται.
Πλακέτα κυκλώματος
Ως πλακέτα κυκλώματος, είναι καλύτερο να χρησιμοποιείτε έτοιμες επιλογές. Στην πώληση υπάρχουν σανίδες διαφορετικών μεγεθών με τρύπες γύρω από τις οποίεςμικρές κονσερβοποιημένες επαφές. Στην καθομιλουμένη αναφέρονται ως «ψάρια». Το μόνο που αξίζει να εξεταστεί είναι η δυνατότητα αντικατάστασης του επεξεργαστή και των μικροκυκλωμάτων. Για το σκοπό αυτό, πρέπει να χρησιμοποιήσετε συνδέσμους που είναι κολλημένοι στην πλακέτα. Οι μετατροπείς συχνότητας Do-it-yourself γίνονται καλύτερα με την προσδοκία γρήγορης αντικατάστασης στοιχείων. Το IC ή ο ελεγκτής είναι απλά συνδεδεμένο σε αυτήν την πρίζα, όπως ένα βύσμα σε μια πρίζα.
Συμπεράσματα
Μπορείτε επίσης να φτιάξετε τον δικό σας μετατροπέα συχνότητας. Η τιμή των αναλόγων, όπως διαπιστώσαμε, είναι πολύ υψηλότερη. Αν και, φυσικά, έχουν περισσότερες ευκαιρίες. Αλλά στην πραγματικότητα, αν ρίξετε μια πιο προσεκτική ματιά, αποδεικνύεται ότι στην πραγματικότητα δεν χρησιμοποιούνται περισσότερες από πέντε λειτουργίες. Όταν ο ηλεκτροκινητήρας λειτουργεί, είναι απαραίτητο να αλλάξετε την ταχύτητα περιστροφής, καθώς και να ρυθμίσετε τους χρόνους επιτάχυνσης και επιβράδυνσης. Λίγο λιγότερο συχνά, χρησιμοποιείται η αντίστροφη λειτουργία και η αλλαγή του μέγιστου επιτρεπόμενου ρεύματος.
