Трехфазный инвертор своими руками: Самодельный частотник. Разрабатываем преобразователь вместе

Частотник для трехфазного электродвигателя своими руками (схема)

С целью охраны окружающей среды везде вводятся правила, рекомендующие производителям электрооборудования выпускать продукцию, экономно расходующую электроэнергию. Зачастую это достигается эффективным управлением скорости электродвигателя.

Частотник для трехфазного электродвигателя или частотный преобразователь имеет множество наименований: инвертор, преобразователь частоты переменного тока, частотно регулируемый привод. На сегодняшний день частотники производят многие фирмы, но есть немало энтузиастов, создающих преобразователи своими руками.

Содержание

Назначение и принцип работы инвертора

Частотный преобразователь на трехфазный двигательИнвертор управляет скоростью вращения асинхронных электродвигателей, т. е. двигателей, преобразующих энергию электрическую в механическую. Полученное вращение приводными устройствами трансформируется в другой вид движения. Это очень удобно и благодаря этому асинхронные электродвигатели приобрели большую популярность во всех областях человеческой жизни.

Важно отметить, что скорость вращения могут регулировать и другие устройства, но все они имеют множество недостатков:

  • сложность в использовании,
  • высокую цену,
  • низкое качество работы,
  • недостаточный диапазон регулирования.

Многим известно, что использование частотных преобразователей для регулировки скорости является самым эффективным методом. Это устройство обеспечивает плавный пуск и остановку, а также осуществляет контроль всех процессов, которые происходят в двигателе. Риск возникновения аварийных ситуаций, при использовании преобразователя частоты, крайне незначителен.

Схема частотного преобразователя

Для обеспечения плавной регулировки и быстродействия разработана специальная схема частотного преобразователя. Его использование в значительной мере увеличивает время непрерывной работы трехфазного двигателя и экономит электроэнергию. Преобразователь позволяет довести КПД до 98%. Это достигается увеличением частоты коммутации. Механические регуляторы на такое не способны.

Регулировка скорости инвертором

Первоначально он изменяет поступающее из сети напряжение. Затем из преобразованного напряжения формирует трехфазное, необходимой амплитуды и частоты, которое подается на электродвигатель.

Диапазон регулировки достаточно широкий. Есть возможность крутить ротор двигателя и в обратном направлении. Во избежание его поломки необходимо учитывать паспортные данные, где указаны максимально допустимые обороты и мощность в кВт.

Составные части регулируемого привода

Ниже представлена схема преобразователя частоты.

Схема преобразователя частоты

Он состоит из 3 преобразующих звеньев:

  • выпрямителя, формирующего напряжение постоянного тока при подключении к питающей электросети, который может быть управляемым или неуправляемым,
  • фильтра, сглаживающего уже выпрямленное напряжение (для этого применяют конденсаторы),
  • инвертора, формирующего нужную частоту напряжения, являющегося последним звеном перед электродвигателем.

Режимы управления

Частотники различают по видам управления:

  • скалярный тип (отсутствие обратной связи),
  • векторный тип (наличие обратной связи, или ее отсутствие).

При первом режиме подлежит управлению магнитное поле статора. В случае векторного режима управления учитывается взаимодействие магнитных полей ротора и статора, оптимизируется момент вращения при работе на разной скорости. Это является главным различием двух режимов.

Кроме этого, векторный способ более точен, эффективен. Однако в обслуживании — более затратен. Рассчитан он на специалистов с большим багажом знаний и навыков. Скалярный способ проще. Он применим там, где параметры на выходе не требуют точной регулировки.

Подключение инвертора «звезда — треугольник»

После приобретения инвертора по доступной цене возникает вопрос: как подключить его к двигателю своими руками? Прежде чем это сделать будет нелишним поставить обесточивающий автомат. В случае возникновения короткого замыкания хотя бы в одной фазе, вся система будет немедленно отключена.

Подключение преобразователя к электродвигателю можно осуществить по схемам «треугольник» и «звезда».

Способы подключения преобразователя

Если регулируемый привод однофазный, клеммы электродвигателя подключают по схеме «треугольник». В этом случае потерь мощности не происходит. Максимальная мощность такого частотника 3 кВт.

Трехфазные инверторы более совершенны. Они получают питание от промышленных трехфазных сетей. Подключаются по схеме «звезда».

Чтобы ограничить пусковой ток и снизить пусковой момент во время запуска электродвигателя мощностью более 5 кВт используют вариант переключения «звезда-треугольник».

При пуске напряжения на статор используется вариант «звезда». Когда скорость двигателя станет номинальной, питание переключается на схему «треугольник». Но такой способ применяется там, где существует возможность подключения по обеим схемам.

Важно отметить, что в схеме «звезда-треугольник» резкие скачки токов неизбежны. В момент переключения на второй вариант скорость вращения резко снижается. Чтобы восстановить частоту оборотов, необходимо увеличить силу тока.

Наибольшей популярностью пользуются преобразователи для электродвигателей мощностью от 0,4 кВт до 7,5 кВт.

Инвертор своими руками

Наряду с выпуском промышленных инверторов многие изготавливают их своими руками. Особой сложности в этом нет. Такой частотник может преобразовать одну фазу в три. Электродвигатель с подобным преобразователем можно использовать в быту, тем более что мощность его не теряется.

Схема частотного преобразователя своими руками

Выпрямительный блок идет в схеме первым. Затем идут фильтрующие элементы, отсекающие переменную составляющую тока. Как правило, для изготовления таких инверторов используют IGBT-транзисторы. Цена всех составляющих частотника, изготовленного своими руками, намного меньше цены готового производственного изделия.

Частотники подобного типа пригодны для электродвигателей мощностью от 0,1 кВт до 0,75 кВт

Использование современных инверторов

Современные преобразователи производятся с использованием микроконтроллеров. Это намного расширило функциональные возможности инверторов в области алгоритмов управления и контроля за безопасностью работы.

Преобразователи с большим успехом применяют в следующих областях:

  • в системах водоснабжения, теплоснабжения для регулирования скорости насосов горячей и холодной воды,
  • в машиностроении,
  • в текстильной промышленности,
  • в топливно-энергетической области,
  • для скважинных и канализационных насосов,
  • для автоматизации систем управления технологическими процессами.

Цены источников бесперебойного питания напрямую зависят от наличия в нем частотника. Они становятся «проводниками» в будущее. Благодаря им, малая энергетика станет наиболее развитой отраслью экономики.

Простой преобразователь частоты для асинхронного электродвигателя.
РадиоКот >Схемы >Питание >Преобразователи и UPS >

Простой преобразователь частоты для асинхронного электродвигателя.

Итак коль уж асинхронный двигатель так распространён и трехфазная система напряжения созданная М. О. Доливо-Добровольским так удобна.  А  современная элементная база так хороша. То сделать преобразователь частоты –это лишь вопрос личного желания и некоторых финансовых возможностей.  Возможно кто  то скажет « Ну, зачем мне инвертор , я поставлю фазосдвигающий  конденсатор и все решено» . Но при этом обороты не покрутишь и в мощности потеряешь и потом это не интересно.

Возьмём за основу – в быту есть однофазная  сеть 220в, народный размер двигателя до 1 кВт.  Значить соединяем обмотки двигателя треугольником.  Дальше –проще, понадобится драйвер трехфазного моста IR2135(IR2133) выбираем  такой потому, что он применяется в промышленной технике имеет вывод  SD и удобное расположение выводов. Подойдёт и IR2132 , но у неё dead time больше и выхода SD нет. В качестве генератора PWM выберем микроконтроллер AT90SPWM3B  - доступен, всем понятен, имеет массу возможностей и недорого стоит, есть  простой программатор   -https://real.kiev.ua/avreal/. Силовые транзисторы  6 штук IRG4BC30W выберем с некоторым запасом по току  - пусковые токи АД могут превышать номинальные в 5-6 раз. И пока  не ставим "тормозной"  ключ и резистор, будем тормозить и намагничивать перед пуском  ротор постоянным током, но об этом позже .... Весь процесс работы отображается на 2-х строчном ЖКИ индикаторе.  Для управления достаточно 6 кнопок (частота +, частота -, пуск, стоп, реверс, меню).

Получилась вот такая схема.

Я вовсе не претендую  на законченность конструкции и предлагаю  брать данную конструкцию за некую основу для энтузиастов домашнего  электропривода.  Приведённые здесь платы были сделаны под имеющиеся в моём распоряжении детали.

Конструктивно инвертор выполнен на двух платах – силовая часть ( блок питания , драйвер и транзисторы моста , силовые клеммы) и цифровая часть (микроконтроллер + индикатор ). Электрически платы соединены гибким шлейфом. Такая конструкция выбрана для  перехода в будущем  на контроллер TMS320 или STM32 или STM8.

Блок питания собран по классической схеме и в комментариях не нуждается. Микросхема  IL300 линейная опто развязка  для управления током 4-20Ма. Оптроны ОС2-4 просто дублируют  кнопки «старт, стоп, реверс» для гальванически развязанного управления. Выход оптрона  ОС-1 «функция пользователя» (сигнализация и пр.)
Силовые транзисторы и диодный мост закреплены на общий радиатор. Шунт  4 витка манганинового провода диаметром 0.5мм  на оправке 3 мм.
Сразу замечу некоторые узлы и элементы вовсе не обязательны.  Для того что бы просто крутить двигатель ,  не нужно внешнее управление током 4-20 Ма. Нет необходимости в трансформаторе тока, для оценочного измерения подойдёт и токовый шунт. Не нужна внешняя сигнализация.  При мощности  двигателя 400 Вт и площади радиатора 100см2  нет нужды в термодатчике.

ВАЖНО! – имеющиеся на плате  кнопки управления изолированы от сети питания только пластмассовыми толкателями. Для безопасного управления необходимо использовать опторазвязку.

Возможные изменения в схеме в зависимости от микропрограммы.

Усилитель DA-1 можно подключать к трансформатору тока или к шунту. Усилитель DA-1-2 может быть использован для измерения напряжения сети или для измерения сопротивления терморезистора если не используется термодатчик  PD-1.
В случае длинных соединительных  проводов необходимо на каждый провод хотя бы надеть помехоподавляющие кольцо.  Имеют место помехи. Так например –пока я этого не сделал у меня «мышь» зависала.
Так же считаю важным отметить проверку надёжности изоляции АД –т.к. при коммутации силовых транзисторов выбросы напряжение на обмотках могут достигать значений 1,3 Uпит.

Общий вид.

Немного про управление.

Начитавшись  книжек с длинными  формулами в основном описывающих как делать синусоиду при помощи PWM. И как стабилизировать скорость вращения вала двигателя посредством таходатчика и ПИД регулятора. Я пришёл к выводу –АД имеет достаточно  жёсткую характеристику во всём диапазоне допустимых нагрузок на валу.
Поэтому для личных нужд вполне подойдет  управление описанное законом Костенко М.П. или как его ещё называют  скаляроное.  Достаточное для большинства практических случаев применения частотно регулируемого электропривода с диапазоном регулирования частоты вращения двигателя до 1:40.  Т.е. грубо говоря мы в самом простом случае делаем обычную 3-х фазную розетку с переменной частотой и напряжением меняющимися в прямой зависимости.  С небольшими «но» на начальных участках характеристики необходимо выполнять IR компенсацию т.е. на малых частотах нужно фиксированное напряжение . Втрое «но» в питающие двигатель напряжение замешать 3 гармонику.  Всё остальное сделают за нас физические принципы  АД.  Более подробно про это можно прочесть в документе AVR494.PDF

Основываясь на моих личных наблюдениях и скромном опыте именно эти   методы без особых изысков чаще всего применяются в приводах мощностью до 15 кВт.
Далее не буду углубляться в теорию и  описание мат моделей АД. Это и без меня достаточно хорошо изложили профессора ещё в 60-х.
 
Но ни  в коем случае не стоит недооценивать сложности управления АД. Все мои упрощения  оправданны только некоммерческим применением инвертора.

Плата силовых элементов.

В программе V-1.0 для AT90SPWM3B  реализовано
1-  Частотное  управление  АД .Форма напряжения синусоида с 3 гармоникой.
2-  Частота  задания 5 Гц -50 Гц с шагом  1 Гц. Частота ШИМ  4 кГц.
3-  Фиксированное время разгона –торможения
4-  Реверс (только через кнопку СТОП)
5-  Разгон до заданной частоты с шагом 1 Гц
6 – Индикация показаний канала АЦП 6 (разрядность 8 бит.,  оконный фильтр апертура 4 бита)
       я использую этот канал для замера тока  шунта.
7 – Индикация режима работы START,STOP,RUN,RAMP, и Частота в Гц.
8-  Обработка сигнала авария от мс IR2135

Торможение двигателя принудительное – без выбега. При этом нужно помнить – если на валу будет висеть огромный вентилятор или маховик  то напряжение на звене постоянного тока может достичь опасных значений. Но я думаю вертолёты с приводом от АД строить никто не будет

Функции микропрограммы в будущих версиях    

1 -намагничивание ротора перед пуском
2- торможение постоянным током
3 –прямой реверс
4 – частота задания 1 -400  Гц.
5 – ограничение, контроль  тока двигателя.
6 -  переключаемые зависимости U/F
7 – контроль звена постоянного тока.
8 – некоторые макросы управления –это вообще в далёких планах.

Испытания.
Данная конструкции была проверена с двигателем 0.18кВт  и  0.4 кВт  и  0.8 кВт. Все двигатели остались довольны.
Только при малых оборотах и долговременной работе необходимо принудительное охлаждение АД.


 Строка для программатора
av_28r4.exe -aft2232 -az  +90pwm3b -e -w -v -fckdiv=1,psc2rb=0,psc1rb=0,psc0rb=0,pscrv=0,bodlevel=5 -c01.hex

Небольшое "вечернее" видео испытаний

Файлы:
плата микроконтроллера -layout5.0
силовой модуль -layout5.0
Программа для МК
Схема
схема S_plan7 -архив rar

Все вопросы в Форум.


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

Частотный преобразователь своими руками - с асинхронным приводом

Частотный преобразователь своими руками

Частотный преобразователь своими руками-1Частотный преобразователь своими руками-1

Частотный преобразователь своими руками — представляю вам небольшую статью о асинхронном двигателе и частотном преобразователе, который мне ранее приходилось делать. Вот и теперь потребовался хороший привод для циркулярной пилы. Конечно можно было бы взять в магазине фирменный частотник, но все-таки вариант самостоятельного изготовления оказался для меня наиболее приемлемым.

К тому же, качество регулировки скорости привода пилорамы не требовало абсолютной точности. Однако с нагрузками ударного типа и длительными перегрузками он должен справляться. К тому же хотелось сделать управление наиболее простым, без всяких там параметров, а просто установить пару кнопок.

Главные преимущества привода с регулировкой частоты:

  • Создаем из однофазного напряжения 220v полновесные три фазы 220v, сдвиг у которых будет 120°, при этом получаем абсолютный вращательный момент с мощностью на валу
  • Повышенный момент старта с плавным запуском без максимального пускового тока
  • Нет сильного замагничивания и излишнего перегрева мотора, как это бывает когда применяются конденсаторы
  • При необходимости можно свободно управлять скоростью вращения и менять направление

Ниже показана принципиальная схема устройства:

Частотный преобразователь своими руками-2Частотный преобразователь своими руками-2

Трехфазный мост выполнен на гибридных IGBT транзисторах c диодами обратной проводимости. В целом это представляет собой бустрепное управление микроконтроллером PIC16F628A, осуществляемое с помощью специализированных оптодрайверов HCPL-3120. Во входном тракте установлен конденсатор гашения напряжения, выполняющего функцию мягкой зарядки электролитических конденсаторов в цепи постоянного напряжения.

Быстродействующая защита

Далее по схеме он зашунтирован электромагнитным реле, при этом на PIC16F628A подается цифровой логический уровень готовности. В схеме предусмотрена быстродействующая защита по току от короткого замыкания и критической перегрузке мотора, выполненная по триггерной схеме. Все это управляется при помощи двух кнопок и одного переключателя, который изменяет направление вращения вала.

Частотный преобразователь своими руками, в частности участок силовых напряжений был собран методом навесного монтажа, а контроллер размещен на печатной плате, которая показана ниже:

Частотный преобразователь своими руками-3Частотный преобразователь своими руками-3

Постоянные резисторы с номиналом 270к, шунтирующие конденсаторы установленные в цепи затвора IGBT, запаял со стороны дорожек, так как упустил из виду сделать для них площадки. Их конечно можно заменить на smd.

Здесь показано фото печатной платы контроллера после распайки компонентов:

Частотный преобразователь своими руками-4Частотный преобразователь своими руками-4

А это с противоположной стороны

Частотный преобразователь своими руками-5Частотный преобразователь своими руками-5

Для подачи напряжения питания в модуль управления был изготовлен стандартный обратноходовой импульсный источник питания.

Принципиальная схема блока питания:

Частотный преобразователь своими руками-6Частотный преобразователь своими руками-6

Чтобы изготовить частотный преобразователь своими руками в принципе можно использовать практически любой источник питания с выходным напряжением 24v. Однако, этот блок питания должен быть стабилизированный и с задержкой напряжения на выходе с момента исчезновения напряжения сети, хотябы в пределах 3-х секунд. Это обусловлено тем, что двигатель смог отключится в случае возникновения ошибки по DC. Достигается подбором электролитического конденсатора С1 с большим значением емкости.

Ну, а теперь нужно подробнее разобраться в самом важном компоненте данного устройства — в программе микроконтроллера. В интернете подходящей для меня информации по этому вопросу я не нашел, хотя были предложения установить специальные фирменные контроллеры. Но как я уже говорил, мне принципиально нужно было установить, что-то собственной разработки. Приступил во всех подробностях анализировать ШИМ модуляцию, в какое время и каким способом открыть определенный транзистор…

Программа формирования задержек

Выяснились некоторые закономерности и получился образец несложной программы формирования задержек. При ее использовании получается произвести достаточно хорошую синусоидальную ШИМ с возможностью изменять напряжение. Естественно контроллер делать какие либо вычисления не успевал, задержки не давали того эффекта, который был нужен. Следовательно, такой вариант обсчитывания ШИМ на микроконтроллере PIC16F628A я забраковал сразу.

В результате образовалась констант матрица, а ее уже отрабатывал PIC16F628A. Они формировали и диапазон частоты и напряжение питания. Конечно эта работа по созданию данного устройства несколько затянулась. Циркуляркой уже полным ходом пилили на конденсаторах, когда появился необходимый вариант прошивки. Первоначально тестировал схему на моторе от вентилятора, мощностью 180 Вт. Вот фото прибора на стадии экспериментальных работ:

Частотный преобразователь своими руками-7Частотный преобразователь своими руками-7

Тестирование устройства

Чуть позже, в процессе испытания программа подвергалась усовершенствованию, а после запуска двигателя мощностью на 4 кВт я практически был удовлетворен итогом своей работы. Защита от короткого замыкания прекрасно срабатывает, полутора-киловаттный мотор на 1440об/мин с диском 300мм свободно справлялся с приличными брусками. Шкивы были установлены одинаковые, что на двигатель, что на вал циркулярки. При попадании пилы на сучок сетевое напряжение немного падало, хотя двигатель продолжал работать.

По ходу работы потребовалось немного натянуть ремень, поскольку при увеличении нагрузки он начинал скользить на шкиве. В дальнейшем применили двойную передачу. Но на этом решил не останавливаться, поэтому сейчас начал усовершенствовать программу, в итоге она будет значительно эффективней. Принцип работы ШИМ-контролера немного усложняется, появится больше режимов, появится ресурс раскручивания выше номинального значения.

В конце статьи файлы для того самого простого варианта устройства, которое прекрасно работает с циркулярной пилой уже больше года.

Характеристики:

  • Частота на выходе: 2,5-50Гц, шаг 1,25Гц; Частота ШИМ-контроллера синхронная, с возможностью изменения. Диапазон частот в пределах 1750-3350Гц.; Скалярное управление частотным преобразователем, мощность мотора около 4кВт. Самая меньшая частота работы при разовом нажатии кнопки «Пуск» — составляет 10Гц.
  • Во время удержании кнопки нажатой появляется разгоняющий момент, а когда кнопка отпускается, то частота буде той, до какой смог разогнаться. Частота по максимуму — 50Гц информирует светодиодный индикатор. Номинальное время разгоняющего момента составляет 2 секунды.
  • Индикатор «Готов» сообщает о готовности устройства к старту двигателя.

Файлы:
Программа ШИММ1.0r для PIC16F628(A)
Плата управления в SPLANe

частотный преобразователь своими руками, как сделать

Прибор частотникСегодня асинхронные двигатели являются основными тяговыми приводами для станков, конвейеров, и прочих промышленных агрегатов.

Для того чтобы моторы могли нормально функционировать, им нужен частотный преобразователь. Он позволяет оптимизировать работу агрегата и продлить срок его службы. Покупать устройство необязательно — частотник для трехфазного электродвигателя можно сделать своими руками.

Назначение частотного преобразователя

Назначение частотникаАсинхронный электродвигатель может работать и без частотника, но в этом случае у него будет постоянная скорость без возможности регулировки. К тому же отсутствие частотного преобразователя приведет к возрастанию пускового тока в 5−7 раз от номинального, что вызовет увеличение ударных нагрузок, повысит потери электроэнергии и приведет к существенному сокращению срока службы агрегата.

Для нивелирования всех вышеперечисленных негативных факторов были изобретены преобразователи частоты для асинхронных двигателей трехфазного и однофазного тока.

Частотник дает возможность в широких пределах регулировать скорость электродвигателя, обеспечивает плавный пуск, позволяет регулировать как скорость запуска, так и скорость торможения, подключать трехфазный мотор к однофазной сети и многое другое. Все эти функции зависят от микроконтроллера, на котором он построен, и могут отличаться у разных моделей.

Принцип работы устройства

Схема частотникаПеременный ток поступает из сети на диодный мост, где он выпрямляется и попадает на батарею сглаживающих конденсаторов, где окончательно превращается в постоянный ток, который поступает на стоки мощных IGBT транзисторов, управляемых главным контроллером. Истоки транзисторов, в свою очередь, подключены к двигателю.

Вот упрощенная схема преобразователя частоты для трехфазного асинхронного двигателя.

Теперь рассмотрим, что происходит с транзисторами и как они работают.

Полевой транзистор (он же ключ, мосфет и пр.) — это электронный выключатель, принцип его действия основан на возникновении проводимости между двумя выводами (сток и исток) мосфета, при появлении на управляющем выводе (затворе) напряжения, превышающего напряжение стока.

В отличие от обычных реле, ключи работают на очень высоких частотах (от нескольких герц до сотен килогерц) так что заменить их на реле не получится.

Как используется частотникС помощью этих быстродействующих переключателей микроконтроллер получает возможность управления силовыми цепями.

К контроллеру, кроме мосфетов, также подключены датчики тока, органы управления частотником, и другая периферия.

При работе частотного преобразователя микроконтроллер измеряет потребляемую мощность и, в соответствии с установленными на панели управления параметрами, изменяет длительность и частоту периодов, когда транзистор открыт (включен) или закрыт (выключен), тем самым изменяя или поддерживая скорость вращения электродвигателя.

Самостоятельное изготовление прибора

Несмотря на множество агрегатов заводского производства, люди делают преобразователи частоты самостоятельно, благо на сегодняшний день все его компоненты можно купить в любом радиомагазине или заказать из Китая. Такой частотник обойдется вам значительно дешевле покупного, к тому же вы не будете сомневаться в качестве его сборки и надежности.

Делаем трехфазный преобразователь

Трехфазный частотник своими рукамиСобирать наш преобразователь будем на мосфетах G4PH50UD, которыми будет управлять контроллер PIC16F628A посредством оптодрайверов HCPL3120.

Собранный частотник при подключении в однофазную сеть 220 В будет иметь на выходе три полноценные фазы 220 В, со сдвигом 120°, и мощность 3 КВт.

Схема частотника выглядит так:

Так как частотный преобразователь состоит из частей, работающих как на высоком (силовая часть), так и на низком (управление) напряжении, то логично будет разбить его на три платы (основная плата, плата управления, и низковольтный блок питания для неё) для исключения возможности пробоя между дорожками с высоким и низким напряжением и выхода устройства из строя.

Вот так выглядит разводка платы управления:

Для питания платы управления можно использовать любой блок питания на 24 В, с пульсациями не более 1 В в размахе, с задержкой прекращения подачи питания на 2−3 секунды с момента исчезновения питающего напряжения 220 В.

Блок питания можно собрать и самим по этой схеме:

Обратите внимание, что номиналы и названия всех радиокомпонентов на схемах уже подписаны, так что собрать по ним работающее устройство может даже начинающий радиолюбитель.

Перед тем как приступить к сборке преобразователя, убедитесь:

  1. Прибор частотникВ наличии у вас всех необходимых компонентов;
  2. В правильности разводки платы;
  3. В наличии всех нужных отверстий для установки радиодеталей на плате;
  4. В том, что не забыли залить в микроконтроллер прошивку из этого архива:

Если вы все сделали правильно и ничего не забыли, можете приступать к сборке.

После сборки у вас получится что-то похожее:

Самодельный частотникТеперь вам осталось проверить устройство: для этого подключаем двигатель к частотнику и подаем на него напряжение. После того как загорится светодиод, сигнализирующий о готовности, нажмите на кнопку «Пуск». Двигатель должен начать медленно вращаться. При удержании кнопки двигатель начинает разгоняться, при отпускании — поддерживает обороты на том уровне, до которого успел разогнаться. При нажатии кнопки «Сброс» двигатель останавливается с выбегом. Кнопка «Реверс» задействуется только при остановленном двигателе.

Если проверка прошла успешно, то можете начинать изготавливать корпус и собирать в нем частотник. Не забудьте сделать в корпусе отверстия для притока холодного и оттока горячего воздуха от радиатора IGBT транзисторов.

Частотник для однофазного двигателя

Принцип работы частотникаПреобразователь частоты для однофазного двигателя отличается от трехфазного тем, что имеет на выходе две фазы (ошибки тут нет, двигатель однофазный, при подключении без частотника рабочая обмотка подключается в сеть напрямую, а пусковая — через конденсатор; но при использовании частотника пусковая обмотка подключается через вторую фазу) и одну нейтраль — в отличие от трех фаз у последнего, так что сделать частотник для однофазного электродвигателя, используя в качестве основы схему от трехфазного, не получится, поэтому придется начинать все сначала.

В качестве мозга этого преобразователя мы будем использовать МК ATmega328 с загрузчиком ардуины. В принципе, это и есть Arduino, только без своей обвязки. Так что, если у вас в закромах завалялась ардуинка с таким микроконтроллером, можете смело выпаивать его и использовать для дела, предварительно залив на него скетч (прошивку) из этого архива:

К атмеге будет подключен драйвер IR2132, а уже к нему — мосфеты IRG4BC30, к которым мы подключим двигатель мощностью до 1 КВт включительно.

Схема частотного преобразователя для однофазного двигателя:

Также для питания ардуины (5в) и для питания силового реле (12в), нам понадобятся 2 стабилизатора. Вот их схемы:

Стабилизатор на 12 вольт.

Стабилизатор на 5 вольт.

Принцип работы стабилизатораВнимание! Эта схема не из простых. Возможно, придется настраивать и отлаживать прошивку для достижения полной работоспособности устройства, но это несложно, и мануалов по программированию Arduino в интернете — великое множество. К тому же сам скетч содержит довольно подробные комментарии к каждому действию. Но если для вас это слишком сложно, то вы можете попробовать найти такой частотник в магазине. Пусть они и не так распространены, как частотники для трехфазных двигателей, но купить их можно, пусть и не в каждом магазине.

Еще обратите внимание на то, что включать схему без балласта нельзя — сгорят выходные ключи. Балласт нужно подключать через диод, обращенный анодом к силовому фильтрующему конденсатору. Если подключите балласт без диода — опять выйдут из строя ключи.

Если вас все устраивает, можете приступать к изготовлению платы, а затем — к сборке всей схемы. Перед сборкой убедитесь в правильности разводки платы и отсутствии дефектов в ней, а также — в наличии у вас всех указанных на схеме радиодеталей. Также не забудьте установить IGBT-транзисторы на массивный радиатор и изолировать их от него путем использования термопрокладок и изолирующих шайб.

Сборка частотникаПосле сборки частотника можете приступать к его проверке. В идеале у вас должен получиться такой функционал: кнопка «S1» — пуск, каждое последующее нажатие добавляет определенное (изменяется путем редактирования скетча) количество оборотов; «S2» — то же самое, что и «S1», только заставляет двигатель вращаться в противоположном направлении; кнопка «S3» — стоп, при её нажатии двигатель останавливается с выбегом.

Обратите внимание, что реверс осуществляется через полную остановку двигателя, при попытке сменить направление вращения на работающем двигателе произойдет его мгновенная остановка, а силовые ключи сгорят от перегрузки. Если вам не жаль денег, которые придется потратить на замену мосфетов, то можете использовать эту особенность в качестве аварийного тормоза.

Возможные проблемы при проверке

Если при проверке частотника схема не заработала или заработала неправильно, значит, вы где-то допустили ошибку. Отключите частотник от сети и проверьте правильность установки компонентов, их исправность и отсутствие разрывов/замыканий дорожек там, где их быть не должно. После обнаружения неисправности устраните её и проверьте преобразователь снова. Если с этим все в порядке, приступайте к отладке прошивки.

Самодельный сварочный аппарат: однофазный инвертор СВАРОГ в трехфазный . Ч.2.

Рисуем схему подключения трехфазного сварочного аппарата:

Схема подключения 3-х фазной сети к инвертору Сварог TIG 200P AC_DC

Алгоритм работы будет таким:
1. Если воткнуть штатную вилку в 220v, то срабатывает пускатель К1 (25А на контакт), который одной парой контактов восстанавливает разрезанный нами провод идущий к переключателю ВКЛ\ВЫКЛ сварочного аппарата.

А его вторая пара контактов замкнет сделанные нами разрезы дорожек на печатной плате, которые подводят силовое напряжение к штатному однофазному полноволновому выпрямителю.

ВСЕ!

Больше ни для чего К1 не нужен. Он лишь восстанавливает исходную схему питания сварочного аппарата после перерезания двух проводов и двух дорожек. (хотя, есть еще одна функция – К1 не позволяет быть штатной вилке сварАппа под напряжением, когда он подключен к трехфазному питанию. Это очень хорошо!)

2. Пускатель К2 (10А на контакт) используется для подключения трех фазной части питания в схему аппарата. Он поменьше и подешевле, так как от него требуется замыкание всего двух проводов, которые мы пропустим через спаренные 10А-ные контактны е группы. Собственно, это все.
Сначала, я купил трехфазные розетки 3р+N+E, что означает четыре контакта фаз и нуля и пятый земля. Провод купил четырехжильный диаметром 2,5мм на жилу. Выпрямительные диоды на радиаторе я планировал разместить внутри сварАппа. Однако, в процессе работы, мне пришло в голову более изящное и безопасное решение.

Смысл сводился в том, что я размещу 3х-фазный выпрямитель в отдельном боксе непосредственно около входного щитка, и на сварочный пущу уже выпрямленное напряжение по одному проводу, по второму любую из фаз на схему запуска электроники сварАппа (без этого никак), по третьему пущу NULL, и у меня остается еще четвертый провод, по которому я приделаю от входного щитка настоящую честную ЗЕМЛЮ на корпус аппарата (она у меня во входном щитке реально есть).

Таким образом у меня получается обеспечение всех типов безопасности для пользователя и сварАппа, вилки и розетки можно поставить четырехпиновые, т.е. 3р+Е. Это я счел более удобным.


Чтобы диоды не были «день и ночь» под напряжением в щитке, ну и для удобства, конечно, я подключил их через дешевый отключатель нагрузки на 40А. Это не автомат, их хватает вместе с УЗО в основном щитке, это просто трехконтактный выключатель. Диоды подойдут «на любой вкус и цвет», у меня на помойке были Д242Б из одной партии, я их запараллелил и ввернул на радиатор от какого-то старенького компьтерного процессора.
Провода брал медные, тоже обрывки пособирал в хозяйстве, те которые потоньше складывал парой – одним концом в шуруповерт и закручиваем: выходит красивенько жесткой косичкой. Общее сечение меди достаточно 2мм2. Больше не имеет особого смысла. Очень удобно брать медь одной толстой жилой. Она сразу будет служить жестким конструктивом и грамотнее зажимается в клемниках. Да, и приготовьте паяльник ватт на 60-100, чтобы делать сборку культурно там где потребуется, мы же не китайцы.
Теперь, призываем в помощь всю нашу внимательность и делаем, как я сказал:
(для тех , кто до сих пор плавает в нашей теме и подзабыл правила саперной техники)
ШАГ 1.

Апгрейд ШАГ 1

Самодельный трехфазный сварочный аппарат: ШАГ 1

Размещаем пускатель 25А в удобном для него месте (даже не крепим его, если провода у нас будут жесткие), прикидываем на глаз на каком расстоянии лучше обрезать фазу и нейтраль в презервативе, идущие на выключатель ВКЛ\ВЫКЛ и… смело срубаем шашкой!
Образовавшиеся культи зачищаем от оплетки, красиво залуживаем и зажимаем в двух верхних на фото клемниках К1.

Самодельный трехфазный сварочный аппарат: ШАГ 1

Подсказка – перед шагом 1, приготовьте и прикрутите подходящий проводок к катушке К1 и сразу спаяйте его с концами нейтрали и фазы идущей от фильтра ВЧ помех (это нижний на фото разрезанный кусок).
Смело зажимайте эти концы на клеммах катушки пускателя в любом
порядке. Если вы сделали шаг 1, то можно включить провод сварочника в розетку и убедиться, что он продолжает работать как и прежде, единственное, что нас сначала выводит из себя то, что при включении провода в розетку раздается щелчок пускателя. От этого поначалу вздрагиваешь, но потом привыкаешь.

Апгрейд ШАГ 2

Самодельный трехфазный сварочный аппарат: ШАГ 2

Берем в руки ножовочное полотно и аккуратно, шириной не меньше 1,5мм, поглубже в текстолит, разрезаем дорожки, которые идут к паре четверок из желтых проводов в разъемах. Здесь поближе, обратите внимание – желтый маленький кружок вокруг контакта варистора, который мы перерезали (черная черточка обозначает бывшую дорожку). А красная полоска, это перемычка, которую необходимо не забыть позже припаять! Иначе не будут гаситься переходные импульсные всплески напряжения.
Справа, овалом обведены контакты релюшки (белая), которая с некоторой задержкой замыкается после подачи питания на сварАпп. Это, собственно и есть все контрольные точки, на которых будет обращено наше внимание в манипуляциях дальше. А дальше – мы раскладываем от К1 провода, чтобы замкнуть ее контактами разрез, сделанный нами. Не полностью отключая голову доверяемся нашим прямым ручкам…

Вот там мы разложили, а здесь концы припаяли. (НЕ ЗАБЫВ ПРО ПЕРЕМЫЧКУ ОТ ВАРИСТОРА! Не видно на фото ?)

Самодельный трехфазный сварочный аппарат: ШАГ 2

 

Снова включаем девайс и убеждаемся в его полной работе от однофазной сети.

А сейчас, простой, но очень ответственный момент. Припаиваем к концам разрезанных дорожек (самые слева по фотке, идущие на выпрямитель) двухжильный не толстый проводок, который идет на катушку К2. Соединяем четырьмя коротенькими (оранжевые) перемычками контакты К2 попарно.

Самодельный трехфазный сварочный аппарат: ШАГ 2

 

На фото, правые контакты К2 короткими проводами скручиваем и зажимаем вместе с контактами К1, идущими туда же, откуда бросили провод на катушку К2.

Провод, который в «обычной жизни» идет сначала на «белую релюшку» тот черный, на него мы посадим (в трехфазном подключении) любую нами выбранную фазу для запитывания пусковой электроники сварАппа. А провод, который идет без разрыва от ВКЛ\ВЫКЛ (толстый красный) на штатный выпрямитель через желтые повода в белых разъемах, мы спаяем с NULLевым проводом от нашей трехфазной розетки.

Самодельный трехфазный сварочный аппарат: ШАГ 2

 

Внимательно смотрим на схему и с умным выражением лица тыкаем тестером в клеммы, проверяя соответствие разводки проводов схеме.

Если вы полностью убеждены что « все по схеме», то соберите\подогните аккуратненько повода с К1 и К2, уложите вовнутрь СварАппа, полюбуйтесь и еще раз убедитесь, что он до сих пор работает от одной фазы! Лениться не стоит..

Апгрейд ШАГ 3

Самодельный трехфазный сварочный аппарат: ШАГ 3

ШАГ 3. Самый интересный и захватывающий.
Я сначала сделал его прямо на операционном столе. Синий плетеный провод подрезанный рамкой кадра – спаян с плетеным желто\синим и прикручен к радиатору (плюсу) трехфазного выпрямителя (он временный). Этот силовой плюс , уходит к спаренным контактам пускателя К2 (на фотке хорошо видно). На К1 от 3-х фазной розетки идет пара фаза\ноль и силовой ноль.

ВНИМАНИЕ!
Напоминаю, что на этом ФОТО розетка с 5-ю контактами, позже, когда я вынесу выпрямитель в щиток, розетка будет четырехконтактной. (см.схему)

Самодельный трехфазный сварочный аппарат: ШАГ 3

ИТАК, подаем три фазы на самодельный сварочный аппарат, и переключаемВКЛ/ВЫКЛ на ВКЛ! Щелкнули пускатели…. И все заработало!!

Апгрейд ШАГ 4

Втыкиваем силовые кабели, выкручиваем ..

Самодельный трехфазный сварочный аппарат: ШАГ 4

Ого! на 202А ручку тока, в сарае находим самый толстый и древний электрод. У меня таким оказалась протухшая в плесени со времен перестройки 4-ка.

Самодельный трехфазный сварочный аппарат: ШАГ 4 — Самодельная сварка

Хватаем черную железяку, в месте где она толщиной 10мм, бессовестно упираем и давим электрод… В первое мгновение он подлипает, с шипением выкипает из него вода с грибами(реально, прямо супом запахло!) и…… при полном нажиме секунды за три-четыре жжем сквозную дырку! Переживаем первую радость\гордость, и следующие пару вечеров уже вдумчиво и неспешно экспериментируем с нашей прелестью в разных позах и режимах…..

Апгрейд ШАГ 5 (Уборка и упаковка собранной схемы)

Аккуратно и окончательно укладываем провода, пускатели. Не жалея сил, подергаем в разные стороны симулируя жесткое падение сварАппа с крыши. Если никакой пускатель не цепляет контактами окружающие железочки – то все у нас надежно.

Самодельный трехфазный сварочный аппарат: ШАГ 5 Уборка и упаковка собранной схемы

Последний штрих – затягиваем где есть возможность, жгутами (у меня зеленые были, уже не помню где экспроприировал). Любуемся, и принимаемся за оформление вывода проводов для трехфазной розетки.

Выводим четыре провода примерно в центр верха самодельного трехфазного инвертора. Это провод +250v от трехфазного выпрямителя, NULL, одна любая фаза, и прикручиваем желтый с зеленой полосой провод к корпусу устройства, это он будет нашей «честной землей». Снимаем с силового кабеля небольшой кусок оплетки и обхватываем все кабеля в том месте, где они будут проходить через отверстие в крышке инвертора, ну, и обматываем изоляцией.

Ниже – фото новых четырехпиновых розеток\вилок, выкл ючателя нагрузки на 40А и уютный домик для радиатора с выпрямительными диодами от MAKEL (кстати, с поэтическим названием – «сива-остю-сигорта-кутусю»). По русски, все более прозаично – Электрощиток Накладной.

Сверлим 14-м сверлом отверстие в крышке сварАппа под вывод наших силовых поводов, прикручиваем одну из розеток, прикручиваем концы проводов и т.д. и т.п…

Самодельный трехфазный сварочный аппарат: Завершающий этап

Самодельный трехфазный сварочный аппарат: Завершающий этап

Вот что получилось:

Самодельный трехфазный сварочный аппарат: Что получилось…

Самодельный трехфазный инвертор из Сварога

Делаем предподготовку соединения второй розетки и щитка с выпрямителем и отключателем нагрузки, тестером проверяем чтобы в розетках не было перепутывания проводов и идем прикручивать щиток на стенку.

Подготовка соединения второй розетки и щитка с выпрямителем и отключателем нагрузки

Щитовая

Вот что получилось в «щитовой».

Левый разъем для самодельного сварочника

Правый разъем – есть розетка 3ф+N+E – это для подключения обычных 3-х фазных девайсов. А вот левый – исключительно для нашей прелести.
На этом, собственно все. На текущий момент спалил баллон аргона балуясь с сварАппом на 3-х фазах. Работает безукоризненно.

Начало статьи : Апгрейд: однофазный инвертор СВАРОГ в трехфазный. Ч.1

Частотный преобразователь своими руками - RadioRadar

Частотный преобразователь применяется для того, чтобы из одной фазы получить три. Трехфазное питание используется, в основном, в промышленности. Однако и в бытовых ситуациях потребуется управление, например, трехфазным асинхронным двигателем. На этот случай вполне можно обойтись самостоятельным изготовлением частотника, что позволит использовать устройство с минимальными потерями мощности.

Существует много схем, которые дают возможность запустить трехфазный двигатель. Но, часть из них не предусматривает плавного включения или выключения, или же создают дополнительные неудобства, которые не дадут использовать двигатель полноценно. Исходя из этого, и были изобретены частотные преобразователи. Они позволяют полностью контролировать работу двигателя, при экономичном расходе электроэнергии и безопасности эксплуатации.

Рис. 1. Схема запуска трехфазного двигателя

Составляющие частотного преобразователя

Для наглядности, схему можно разбить на три составляющих или три взаимосвязанных блока:

1. Выпрямитель.

2. Фильтр, предназначение которого есть сглаживание напряжения на выходе.

3. Инвертор, который собственно и отвечает за производство необходимой частоты.

Его использование дает значительное уменьшение пускового тока, при включении оборудования, что существенно продлевает эксплуатационный срок двигателя и устройства, где данный двигатель используется. Естественно, что избавившись таким образом от высоких показаний пускового тока, удается и сэкономить электроэнергию, которая уходила ранее при запуске оборудования. А это особенно актуально в условиях, где предусмотрены частые запуски и остановки устройств.

Рис. 2. Составляющие частотного преобразователя

 

Современные покупные инверторы широко используются в таких сферах, как производство, водоснабжение, энергетика, сельское и городское хозяйства, в электронике, и в автоматических линиях и комплексах.

Стоимость фирменного частотного преобразователя слишком высока, для того, чтобы изучить его процессы работы или использовать в быту или домашней мастерской. Поэтому часто используются в таких ситуациях самодельные частотники.

 

Сборка устройства

Стоит обратить внимание на то, что в домашних условиях крайне не рекомендуется использование двигателей, рассчитанных на мощность большую, чем 1 кВт. Таковы особенности домашней сети. 

Имея необходимый двигатель, потребуется для начала соединить его обмотки между собой способом "треугольник".

Рис. 3. Трёхфазный двигатель

 

Рис. 4. Соединение треугольник

 

Рис. 5. Соединение треугольник

 

 

Схема самого частотного преобразователя.

Рис. 6. Схема частотного преобразователя

 

Питание осуществляется от блока питания 27 Вольт постоянного напряжения. Это может быть, как регулируемый БП, так и сделанный собственноручно, рассчитанный на данное напряжение. Схема подключения двигателя;

Рис. 7. Схема подключения двигателя

 

Схема простая и проверенная и не содержит компонентов, которые сложно будет купить. Но, к сожалению, не лишена недостатков и годится для применения лишь в быту.
Более сложная в сборке схема, но и более результативная представлена ниже.

Рис. 8. Схема подключения двигателя

 

На данный момент это самая обсуждаемая схема частотного преобразователя, который можно сделать собственноручно. Прошивки микроконтроллера изобилуют на тематических форумах. Потребуется не только умение грамотно паять, но и прошивать микроконтроллеры.

Печатная плата.

Рис. 9. Печатная плата

 

Потребуется надежный источник питания на 24 Вольта. Предлагается его также изготовить собственноручно по схеме.
 

Рис. 10. Схема источника питания

 

Естественно, что устройство можно приобрести и готовым. Они бывают фирменными или сделанными народными мастерами, которые обладают положительными рекомендациями.

Автор: RadioRadar

Частотник для трехфазного электродвигателя-принцип работы

Создание трёхфазного асинхронного электродвигателя пришлось на конец XIX века. С тех пор, никакие промышленные работы не являются возможными без его использования. Наиболее значимый момент в рабочем процессе — плавный пуск и торможение двигателя. Это требование в полной мере выполняется при помощи частотного преобразователя.

Существует несколько вариантов названий частотника для трёхфазного электродвигателя. В том числе, он может называться:

  • Инвертором;
  • Преобразователем частоты переменного тока;
  • Частотным преобразователем;
  • Частотно регулируемым приводом.

С помощью инвертора осуществляется регуляция вращательной скорости асинхронного электродвигателя, предназначенного для преобразования электрической энергии в механическую. Осуществляемое при этом движение можно трансформировать в движение другого типа.

Специально разработанная схема частотного преобразователя позволяет доводить КПД двигателя до уровня в 98%.

Наиболее значимо использование преобразователя в конструкции электрического двигателя большой мощности. Частотник позволяет осуществлять изменения пусковых токов и задавать для них требуемую величину.

Принцип работы частотного преобразователя

Использование ручного управления пускового тока чревато излишними энергозатратами и уменьшением срока эксплуатации электрического двигателя. При отсутствии преобразователя также наблюдается превышение номинального значения напряжения в несколько раз. Из-за работы в таком режиме, также наблюдается негативное влияние.

Кроме того, частотный преобразователь обеспечивает плавность управления функционированием двигателя, ориентируясь на балансировку значений напряжения и частоты, и снижает энергопотребление вдвое.

Весь приведённый перечень положительных моментов возможен благодаря принципу двойного преобразования напряжения. Действует он следующим образом:

  1. Сетевое напряжение регулируется через выпрямление и фильтрование в звене прямого тока.
  2. Выполнение электронного управления, которое формирует определённую частоту, в соответствии с предварительно обозначенным режимом, и трёхфазное напряжение.
  3. Происходит продуцирование прямоугольных импульсов с последующей корректировкой амплитуды при помощи обмотки статора.

Как правильно подобрать преобразователь частот

Наиболее значимо при покупке частотника — не жалеть денег. В случае с преобразователем, дешёвый всегда означает малофункциональный, а это делает покупку бесполезной.

Также следует обратить внимание на тип управления преобразователя:

Высокоточная установка величины тока.

Рабочий режим ограничен заданным выходным соотношением частоты и напряжения. Данный тип управления уместен только для бытовых приборов простейшего типа.

Далее следует обратить внимание на мощность преобразователя частоты. Тут всё просто: чем больше, тем лучше.

Питающая сеть должна обеспечивать достаточно широкий диапазон напряжений. Это снижает риск поломки при резких скачках. Чрезмерно высокое напряжение может спровоцировать взрыв конденсаторов.

Показатели частоты должны удовлетворять производственным потребностям. Их нижний порог определяет широту возможностей для управления приводной скорости. Максимальный частотный диапазон возможен только при векторном управлении.

Число входящих/выходящих управляющих разъёмов должно быть немного больше минимально необходимого. Но это, конечно, отражается на повышении цены и возникновении затруднений при установке устройства.

Наконец, требуется обратить внимание на совпадение характеристик управляющей шины и параметров частотника. Это определяется по соответствию числа разъёмов.

Важно отметить способность переносить перегрузки. Запас мощности преобразователя частоты должен на 15% превосходить мощность двигателя.

Комплектация регулируемого привода

Частотный преобразователь формируется из трёх компонентов:

  1. Управляемый, либо неуправляемый выпрямитель, отвечающий за формирование напряжения ПТ (постоянного тока), поступающего от питания.
  2. Фильтр (в виде конденсатора), осуществляющий дополнительное сглаживание напряжения.
  3. Инвертор, моделирующий напряжение нужной частоты.

Самостоятельное подключение преобразователя

Перед тем, как приступать к подключению устройства следует воспользоваться обесточивающим автоматом, он обеспечит отключение всей системы в случае короткого замыкания на любой из фаз.

Существует две схемы соединения электродвигателя с частотным преобразователем:

  1. «Треугольник».

Схема актуальна, если требуется управлять однофазным приводом. Уровень мощности преобразователя в схеме при этом составляет до трёх киловатт, а мощность не теряется.

  1. «Звезда».

Способ, подходящий для подключения клемм трёхфазных частотников, питаемых промышленными трёхфазными сетями.

На рисунке схема подключения частотника 8400 Vector

Для ограничения пускового тока и снижения пускового момента при запуске электрического двигателя по мощности превосходящего 5 кВт, применяется переключение «звезда-треугольник».

Когда на статор пускается напряжение, то фигурирует подключение устройства по типу «звезда». Как только значение скорости двигателя начинает соответствовать номинальному, поступление питания осуществляется по схеме «треугольник». Но этот приём используется, только когда технические возможности позволяют подключаться по двум схемам.

В объединённой схеме «звезды» и «треугольника» наблюдаются резкие скачки токов. При переходе на второй тип подключения показания по вращательной скорости значительно уменьшаются. Для восстановления прежнего режима работы и частоты оборотов следует осуществить увеличение силы тока.

Наиболее активно применяются частотники в конструкции электрического двигателя с уровнем мощности 0,4 — 7,5 кВт.

Сборка преобразователя частот своими руками

Одновременно с промышленным производством частотных преобразователей, остаётся актуальной сборка подобного устройства своими руками. Особенно этому способствует относительная простота процесса. В результате работы инвертора производится преобразование одной фазы в три.

Применение в бытовых условиях электрических двигателей, имеющих в комплектации подобное устройство, не вызывает никаких дополнительных затруднений. Поэтому можно смело браться за дело.

На рисунке структурная схема частотных преобразователей со звеном постоянного тока.

Схемы частотного преобразователя, используемые при сборке, состоят из выпрямительного блока, фильтрующих элементов (отвечающих за отсечение переменной составляющей тока и конструируемых из IGBT-транзисторов). По стоимости покупка отдельных компонентов преобразователя и выполнение сборки своими руками обходится дешевле, чем приобретение готового устройства.

Применять самосборные частотные преобразователи можно в электродвигателях имеющих мощность 0,1 — 0,75 кВт.

В то же время, современные заводские частотники имеют расширенную функциональность, усовершенствованные алгоритмы и улучшенный контроль безопасности рабочего процесса ввиду того, что при их производстве используются микроконтроллеры.

Сферы применения преобразователей:

  • Машиностроение;
  • Текстильная промышленность;
  • Топливно-энергетические комплексы;
  • Скважинные и канализационные насосы;
  • Автоматизация управления технологическим процессом.

Стоимость электродвигателей находится в прямой зависимости от того, есть ли в его комплектации преобразователей.

Самодельный частотный преобразователь 220-380V собственной сборки


Watch this video on YouTube

Простая трехфазная инверторная схема

В статье обсуждается, как создать трехфазную инверторную схему, которую можно использовать вместе с любой обычной однофазной инверторной прямоугольной цепью. Схема была запрошена одним из заинтересованных читателей этого блога.


ОБНОВЛЕНИЕ : Ищете дизайн на основе Arduino? Это может оказаться полезным:

3-фазный инвертор Arduino


Принципиальная схема

3-фазная нагрузка может работать от однофазного преобразователя с использованием следующих объясненных ступеней схемы.

По существу, задействованные каскады можно разделить на три группы:

На первой диаграмме ниже показана ступень генератора ШИМ, что можно понять по следующим пунктам:

Генератор и каскад ШИМ

Микросхема 4047 подключена как стандартный генератор выходных сигналов триггера со скоростью желаемой частоты сети, установленной VR1 и C1.

Размерная двухтактная ШИМ теперь становится доступной на стыке E / C двух транзисторов BC547.
Этот ШИМ применяется к входу 3-фазного генератора, описанного в следующем разделе.

Следующая схема показывает простую трехфазную генераторную схему, которая преобразует вышеуказанный входной двухтактный сигнал в 3 дискретных выхода, сдвинутых по фазе на 120 градусов.

Эти выходы дополнительно раздваиваются отдельными двухтактными каскадами, выполненными из ступеней НЕ ворот. Эти 3 дискретных ШИМ с двухфазным сдвигом на 120 градусов теперь становятся входными входными сигналами (HIN, LIN) для последней ступени 3-фазного драйвера, описанной ниже.

Этот генератор сигналов использует один источник питания 12 В, а не двойной.

Полное объяснение можно найти в этой статье генератора 3-фазных сигналов.

На схеме ниже показан каскад схемы инвертора 3-фазного инвертора, использующий конфигурацию H-моста с полозьями, которая получает ШИМ со сдвигом фазы от вышеуказанной ступени и преобразует их в соответствующее высокое напряжение. Выходы переменного тока для управления подключенной трехфазной нагрузкой, обычно это трехфазный двигатель.

Высокое напряжение 330 на отдельных секциях драйверов полевого двигателя получают от любого стандартного однофазного инвертора, встроенного в показанные сливы полевого двигателя, для питания требуемой трехфазной нагрузки.

Трехфазный драйвер полного моста

В приведенной выше схеме трехфазного генератора (вторая последняя диаграмма) использование синусоидальной волны не имеет смысла, потому что 4049 в конечном итоге преобразует его в прямоугольные и, более того, ИС драйверов. в последнем проекте используются цифровые ИС, которые не будут реагировать на синусоидальные волны.

Поэтому лучше использовать трехфазный генератор прямоугольных сигналов для питания последней ступени драйвера.

Вы можете обратиться к статье, в которой объясняется, как создать трехфазную схему солнечного инвертора, для понимания функционирования ступени генератора трехфазного сигнала и деталей реализации.

с использованием IC IR2103

Сравнительно более простой вариант вышеуказанной схемы 3-фазного инвертора можно изучить ниже, используя ICS драйвер полумоста IC IR2103. В этой версии отсутствует функция выключения, поэтому, если вы не хотите включать функцию выключения, вы можете попробовать следующую более простую конструкцию.

Упрощение вышеприведенных конструкций

В описанной выше схеме трехфазного инвертора каскад 3-фазного генератора выглядит излишне сложным, и поэтому я решил поискать альтернативный более простой вариант для замены этого конкретного раздела.

После некоторых поисков я нашел следующую интересную схему трехфазного генератора, которая выглядит довольно легко и просто с ее настройками.

Поэтому теперь вы можете просто полностью заменить ранее объясненную IC 4047 и секцию операционного усилителя и интегрировать эту конструкцию с входами HIN, LIN для схемы 3-фазного драйвера.

Но помните, что вам все равно придется использовать вентили N1 ---- N6 между этой новой цепью и схемой драйвера полного моста.

Создание солнечной схемы 3-фазного инвертора

До сих пор мы узнали, как создать базовую схему 3-фазного инвертора, теперь мы увидим, как можно создать солнечный инвертор с 3-фазным выходом с использованием очень простых интегральных схем и пассивных компонентов. ,

Концепция в основном та же, я только что изменил 3-фазный генератор для применения.

Основные требования к инвертору

Для получения 3-фазного выхода переменного тока от любого однофазного источника или источника постоянного тока нам потребуются три основных ступени цепи:

  1. 3-фазный генератор или схема процессора
  2. 3-фазная схема силового каскада драйвера.
  3. Схема повышающего преобразователя
  4. Солнечная панель (с соответствующим рейтингом)

Чтобы узнать, как согласовать солнечную панель с батареей и инвертором, вы можете прочитать следующий учебник:

Расчет солнечных панелей для инверторов


В этой статье может быть рассмотрен один хороший пример, который объясняет простую схему 3-фазного инвертора.

. В настоящий дизайн мы также включили эти три основных этапа, давайте сначала узнаем о схеме процессора 3-фазного генератора из следующего обсуждения:

Как это Работает

На схеме выше показана базовая схема процессора, которая выглядит сложной, но на самом деле это не так.Схема состоит из трех частей: IC 555, которая определяет трехфазную частоту (50 Гц или 60 Гц), IC 4035, которая разбивает частоту на необходимые 3 фазы, разделенные фазовым углом 120 градусов.

R1, R2 и C должны быть соответствующим образом выбраны для получения частоты 50 Гц или 60 Гц при рабочем цикле 50%.

8 цифр НЕ вентилей от N3 до N8 можно увидеть встроенными просто для разделения сгенерированных трех фаз на пары логических выходов высокого и низкого уровня.

Эти ворота НЕ могут быть получены от двух 4049 ИС.

Эти пары высоких и низких выходов через показанные вентили НЕ становятся необходимыми для питания нашего следующего трехфазного силового каскада драйвера.

В приведенном ниже пояснении приведено подробное описание схемы 3-фазного драйвера солнечного 3-фазного источника питания

Примечание. Если не используется, отключающий вывод должен быть подключен к линии заземления, в противном случае схема не будет работать

. Как видно из приведенного выше На рисунке показан этот раздел, построенный на 3 отдельных интегральных схемах драйвера полумоста, использующих IRS2608, которые предназначены для управления парами ползуна с высокой и низкой стороны.

Конфигурация выглядит довольно просто благодаря этой чрезвычайно сложной ИС драйвера от международного выпрямителя.

Каждая ступень IC имеет свои собственные входные контакты HIN (высокий вход) и LIN (низкий вход), а также соответствующие выводы Vcc / заземления питания.

Все Vcc должны быть соединены вместе и соединены с линией питания 12 В первого контура (вывод 4/8 IC555), чтобы все ступени цепи стали доступны для источника питания 12 В, получаемого от солнечной панели.

Точно так же все штыри и линии заземления должны быть сделаны в общей шине.

HIN и LIN должны быть соединены с выходами, сгенерированными из вентилей NOT, как указано на второй диаграмме.

Приведенная выше схема обеспечивает трехфазную обработку и усиление, однако, поскольку трехфазная выходная мощность должна быть на уровне сети, а солнечная панель может быть рассчитана максимум на 60 В, у нас должна быть схема, которая позволила бы увеличить эту мощность. солнечная панель 60 вольт до требуемого уровня 220В или 120В.

Использование интегральной схемы обратного усиления / ускорения на базе микросхемы 555

Это можно легко реализовать с помощью простой схемы повышающего преобразователя на основе микросхемы 555, как это может быть изучено ниже: сложный, и может быть построен с использованием очень простых компонентов.

IC 555 сконфигурирована как нестабильная с частотой приблизительно от 20 до 50 кГц. Эта частота подается на затвор коммутационного мосфета через двухтактный BJT-каскад.

Сердце цепи повышения напряжения формируется с помощью компактного трансформатора с ферритовым сердечником, который получает частоту возбуждения от преобразователя мощности и преобразует входной сигнал 60 В в требуемый выходной сигнал 220 В.

Этот 220 В постоянного тока, наконец, присоединяется с ранее объясненным каскадом привода Mosfet через стоки 3-фазных усилителей для достижения 3-фазного выхода 220 В.

Трансформатор повышающего преобразователя может быть построен на любом подходящем узле сердечника / шпульки EE, используя 1 мм 50 оборотов первичного (два 0.5-миллиметровый бифилярный провод (параллельно), и вторичный с использованием магнита o.5 мм с 200 витками

О Swagatam

Я инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель, разработчик схем / печатных плат, производитель. Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными идеями и учебными пособиями.
Если у вас есть запрос, связанный со схемой, вы можете взаимодействовать через комментарии, я буду рад помочь!

Схема трехфазного инвертора

Все мы знаем об инверторе - это устройство, которое преобразует постоянный ток в переменный. Ранее мы узнали о различных типах инверторов и построили однофазный инвертор с напряжением от 12 до 220 В. 3-фазный инвертор преобразует напряжение постоянного тока в 3-фазный источник переменного тока. Здесь, в этом уроке, мы узнаем о трехфазном инверторе и его работающем , но прежде чем идти дальше, давайте взглянем на формы напряжения на трехфазной линии. В вышеупомянутой схеме трехфазная линия подключена к резистивной нагрузке, и нагрузка получает питание от линии.Если мы нарисуем кривые напряжения для каждой фазы, у нас будет график, показанный на рисунке. На графике мы видим, что три формы напряжения не совпадают по фазе друг с другом на 120º .

В этой статье мы обсудим схему 3-фазного инвертора , которая используется в качестве преобразователя постоянного тока в 3-фазный переменный ток . Помните, что даже в наши дни получить полностью синусоидальную форму волны для различных нагрузок чрезвычайно сложно и нецелесообразно.Поэтому здесь мы обсудим работу идеальной схемы трехфазного преобразователя , игнорируя все вопросы, связанные с практическим трехфазным преобразователем.

3-фазный инвертор работает

Теперь давайте рассмотрим схему 3-фазного инвертора и ее идеальную упрощенную форму.

Ниже приведена принципиальная схема трехфазного инвертора , разработанная с использованием тиристоров и диода (для защиты от скачков напряжения)

3 Phase Inverter Circuit using Thyristor and Diode

И ниже приведена принципиальная схема трехфазного инвертора , разработанная с использованием только переключателей.Как вы видите, эта установка с шестью механическими переключателями более полезна для понимания 3-фазного инвертора , работающего , чем громоздкой тиристорной цепи.

3 Phase Inverter Circuit using Switches

Здесь мы будем открывать и симметрично замыкать эти шесть переключателей, чтобы получить трехфазное выходное напряжение для резистивной нагрузки. Существует два возможных способа включения переключателей для достижения желаемого результата: один, при котором переключатели ведут на 180º, а другой - на переключатели только на 120º.Давайте обсудим каждую модель ниже:

A) Трехфазный инвертор - режим проводимости 180 градусов

Идеальная схема рисуется до того, как ее можно разделить на три сегмента, а именно сегмент один, сегмент два и сегмент три, и мы будем использовать эти обозначения в последующем разделе статьи. Сегмент один состоит из пары коммутаторов S1 & S2, , сегмент два состоит из пары коммутации S3 & S4, а сегмент состоит из пары коммутации S5 & S6.В любой момент времени оба переключателя в одном и том же сегменте никогда не должны быть замкнуты, так как это приводит к короткому замыканию батареи, что приводит к сбою всей настройки, поэтому этот сценарий следует всегда избегать.

Теперь давайте начнем последовательность переключения, замкнув переключатель S1 в первом сегменте идеальной цепи и назовем начало 0 °. Поскольку выбранное время проводимости составляет 180º, переключатель S1 будет замкнут от 0º до 180º.

Three Phase Inverter 180 Degree Conduction Mode

Но после 120º первой фазы вторая фаза также будет иметь положительный цикл, как видно на графике трехфазного напряжения, поэтому переключатель S3 будет замкнут после S1.Этот S3 также будет оставаться закрытым еще 180º. Таким образом, S3 будет закрыт с 120º до 300º и будет открыт только после 300º.

Three Phase Inverter- 180 Degree Conduction Mode

Аналогичным образом, третья фаза также имеет положительный цикл после положительного цикла второй фазы 120º, как показано на графике в начале статьи. Таким образом, переключатель S5 будет закрыт после 120º S3, т.е. 240º. После того, как выключатель замкнут, он будет оставаться замкнутым до прихода 180º перед тем, как его разомкнуть, при этом S5 будет закрыт с 240º до 60º (второй цикл).

Three Phase Inverter- 180 Degree Conduction Mode

До сих пор все, что мы делали, это предполагали, что проводимость выполняется, как только выключатели верхнего уровня замкнуты, но для прохождения тока из цепи необходимо завершить. Кроме того, помните, что оба переключателя в одном и том же сегменте никогда не должны находиться в замкнутом положении одновременно, поэтому, если один переключатель замкнут, другой должен быть разомкнут.

Для удовлетворения вышеупомянутых обоих условий, мы закроем S2, S4 и S6 в заранее определенном порядке. Так что только после того, как S1 откроется, нам придется закрыть S2. Аналогично, S4 будет закрыт после того, как S3 откроется при 300º, и точно так же S6 будет закрыт после того, как S5 завершит цикл проводимости. Этот цикл переключения между переключателями одного и того же сегмента можно увидеть на рисунке ниже. Здесь S2 следует за S1, S4 следует за S3 и S6 следует за S5.

Three Phase Inverter- 180 Degree Conduction Mode

Следуя этому симметричному переключению, мы можем достичь желаемого трехфазного напряжения, представленного на графике.Если мы заполним начальную последовательность переключения в приведенной выше таблице, у нас будет полная схема переключения для режима проводимости 180º, как показано ниже.

Three Phase Inverter- 180 Degree Conduction Mode

Из приведенной таблицы видно, что:

От 0-60: S1, S4 и S5 замкнуты, а остальные три выключателя разомкнуты.

Из 60-120: S1, S4 и S6 замкнуты, а остальные три выключателя разомкнуты.

Из 120-180: S1, S3 и S6 замкнуты, а остальные три выключателя разомкнуты.

И последовательность переключения так продолжается. Теперь давайте нарисуем упрощенную схему для каждого шага, чтобы лучше понять параметры тока и напряжения.

Шаг 1: (для 0-60) S1, S4 и S5 замкнуты, а остальные три переключателя разомкнуты. В таком случае упрощенная схема может быть такой, как показано ниже.

Three Phase Inverter- 180 Degree Conduction Mode

Таким образом, от 0 до 60: Vao = Vco = Vs / 3; Vbo = -2Vs / 3

Используя их, мы можем получить линейные напряжения как:

Vab = Vao - V bo = Vs
Vbc = Vbo - Vco = -Vs
Vca = Vco - Vao = 0 

Шаг 2: (от 60 до 120) S1, S4 и S6 замкнуты, а остальные три выключателя разомкнуты.В таком случае упрощенная схема может быть такой, как показано ниже.

Three Phase Inverter- 180 Degree Conduction Mode

Таким образом, от 60 до 120: Vbo = Vco = -Vs / 3; Vao = 2Vs / 3

Используя их, мы можем получить линейные напряжения как:

Vab = Vao - Vbo = Vs
Vbc = Vbo - Vco = 0
Vca = Vco - Vao = -Vs 

Шаг 3: (от 120 до 180) S1, S3 и S6 замкнуты, а остальные три переключателя разомкнуты. В таком случае упрощенная схема может быть нарисована, как показано ниже.

Three Phase Inverter- 180 Degree Conduction Mode

Таким образом, для 120 до 180: Vao = Vbo = Vs / 3; Vco = -2Vs / 3

Используя их, мы можем получить линейные напряжения как:

Vab = Vao - V bo = 0
Vbc = Vbo - Vco = Vs
Vca = Vco - Vao = -Vs 

Аналогично, мы можем вывести фазные напряжения и линейные напряжения для следующих шагов в последовательности.И это может быть показано на рисунке ниже:

Three Phase Inverter voltage lines for180 Degree Conduction Mode

A) Трехфазный инвертор - режим проводимости 120 градусов

Режим 120º аналогичен 180º во всех аспектах, за исключением того, что время закрытия каждого переключателя сокращено до 120, которые были 180 ранее.

Как обычно, давайте начнем последовательность переключения, замкнув переключатель S1 в первом сегменте и начальный номер будет равен 0º. Поскольку выбранное время проводимости составляет 120º, переключатель S1 будет разомкнут после 120º, поэтому S1 был закрыт от 0º до 120º.

Three Phase Inverter- 120 Degree Conduction Mode

Поскольку полупериод синусоидального сигнала идет от 0 до 180º, в течение оставшегося времени S1 будет разомкнут и представлен серой областью выше.

Теперь после 120º первой фазы вторая фаза также будет иметь положительный цикл, как упоминалось ранее, поэтому переключатель S3 будет закрыт после S1. Этот S3 также будет закрыт в течение еще 120º. Так что S3 будет закрыт от 120º до 240º.

Three Phase Inverter- 120 Degree Conduction Mode

Аналогичным образом, третья фаза также имеет положительный цикл после 120º положительного цикла второй фазы, поэтому переключатель S5 будет замкнут после 120º замыкания S3.После того, как переключатель замкнут, он будет оставаться закрытым в течение 120º перед его открытием, и с этим переключатель S5 будет закрыт с 240º до 360º

.

Three Phase Inverter- 120 Degree Conduction Mode

Этот цикл симметричного переключения будет продолжен для достижения желаемого трехфазного напряжения. Если мы заполним начальную и конечную последовательность переключения в приведенной выше таблице, у нас будет полная схема переключения для режима проводимости 120º, как показано ниже.

Three Phase Inverter- 120 Degree Conduction Mode

Из приведенной таблицы видно, что:

От 0-60: S1 и S4 замкнуты, а остальные выключатели разомкнуты.

Из 60-120: S1 и S6 замкнуты, а остальные выключатели разомкнуты.

Из 120-180: S3 и S6 закрыты, в то время как остальные выключатели открыты.

С 180-240: S2 и S3 закрыты, а остальные выключатели открыты

Из 240-300: S2 и S5 закрыты, а остальные выключатели открыты

Из 300-360: S4 и S5 закрыты, а остальные выключатели открыты

И эта последовательность шагов продолжается так.Теперь давайте нарисуем упрощенную схему для каждого шага, чтобы лучше понять параметры тока и напряжения в цепи 3-фазного инвертора.

Шаг 1: (для 0-60) S1, S4 замкнуты, а остальные четыре выключателя разомкнуты. В таком случае упрощенная схема может быть показана, как показано ниже.

Three Phase Inverter Circuit- 120 Degree Conduction Mode

Таким образом, для 0 до 60: Vao = Vs / 2, Vco = 0; Vbo = -Vs / 2

Используя их, мы можем получить линейные напряжения как:

Vab = Vao - V bo = Vs
Vbc = Vbo - Vco = -Vs / 2
Vca = Vco - Vao = -Vs / 2 

Шаг 2: (от 60 до 120) S1 и S6 замкнуты, а остальные выключатели разомкнуты.В таком случае упрощенная схема может быть показана, как показано ниже.

Three Phase Inverter Circuit- 120 Degree Conduction Mode

Таким образом, для 60 - 120: Vbo = 0, Vco = -Vs / 2 & Vao = Vs / 2

Используя их, мы можем получить линейные напряжения как:

Vab = Vao - Vbo = Vs / 2
Vbc = Vbo - Vco = Vs / 2
Vca = Vco - Vao = -Vs 

Шаг 3: (от 120 до 180) S3 и S6 замкнуты, а остальные выключатели разомкнуты. В таком случае упрощенная схема может быть показана, как показано ниже.

Three Phase Inverter Circuit- 120 Degree Conduction Mode

Таким образом, от 120 до 180: Vao = 0, Vbo = Vs / 2 & Vco = -Vs / 2

Используя их, мы можем получить линейные напряжения как:

Vab = Vao - V bo = -Vs / 2
Vbc = Vbo - Vco = Vs
Vca = Vco - Vao = -Vs / 2 

Аналогично, мы можем вывести фазные напряжения и линейные напряжения для следующих последующих этапов.И если мы нарисуем график для всех шагов, то получим что-то вроде ниже.

Three Phase Inverter Circuit- 120 Degree Conduction Mode

На выходных графиках случаев переключения 180º и 120º видно, что мы достигли переменного трехфазного напряжения на трех выходных клеммах. Хотя выходной сигнал не является синусоидальным, он напоминает трехфазный сигнал напряжения. Это простая идеальная схема и примерная форма волны для понимания работы 3-фазного инвертора. Вы можете создать рабочую модель, основанную на этой теории, используя тиристоры, схемы переключения, управления и защиты.

,

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о