W tym artykule omówimy przemiennik częstotliwości do silnika elektrycznego, zasadę jego działania i główne komponenty. Główny nacisk zostanie położony na teorię, aby zrozumieć zasadę działania przetwornicy częstotliwości i móc dalej projektować i produkować własnymi rękami. Ale najpierw potrzebujesz małego kursu wprowadzającego, który powie Ci, czym jest przetwornica częstotliwości i do jakich celów jest potrzebna.
Funkcje falownika
Lwią część przemysłu mają silniki asynchroniczne. I zawsze trudno było nimi zarządzać, ponieważ mają stałą prędkość wirnika, a zmiana napięcia wejściowego okazuje się bardzo trudna, a czasem nawet niemożliwa. Ale przetwornica częstotliwości całkowicie zmienia obraz. A jeśli wcześniej używano np. różnych przekładni do zmiany prędkości przenośnika, to dziś wystarczy jedno urządzenie elektroniczne.
Dodatkowo chastotniki pozwalają uzyskać nie tylko możliwość zmiany parametrów napędu, ale także kilka dodatkowych stopni ochrony. Nie ma potrzeby stosowania rozruszników elektromagnetycznych, a czasaminie jest nawet konieczne posiadanie sieci trójfazowej, aby zapewnić normalną pracę silnika indukcyjnego. Wszystkie te obowiązki związane z przełączaniem i włączaniem napędu elektrycznego są przenoszone na przetwornicę częstotliwości. Pozwala na zmianę faz na wyjściu, częstotliwości prądu (a co za tym idzie prędkości wirnika), regulację rozruchu i hamowania, a także można zaimplementować wiele innych funkcji. Wszystko zależy od mikrokontrolera zastosowanego w obwodzie sterowania.
Zasada działania
Wykonanie przemiennika częstotliwości do silnika elektrycznego własnymi rękami, którego schemat podano w artykule, jest dość proste. Pozwala na zamianę jednej fazy na trzy. Dzięki temu możliwe staje się stosowanie asynchronicznego silnika elektrycznego w życiu codziennym. Jednocześnie jego wydajność i moc nie zostaną utracone. Przecież wiesz, że po włączeniu silnika w sieci z jedną fazą parametry te spadają prawie o połowę. A chodzi o kilka przekształceń napięcia dostarczanego na wejście urządzenia.
Prostownik jest pierwszym w schemacie. Zostanie to omówione bardziej szczegółowo poniżej. Po wyprostowaniu napięcie jest filtrowane. Do wejścia falownika dostarczany jest czysty prąd stały. Zamienia prąd stały na prąd przemienny o wymaganej liczbie faz. Ta kaskada może być poddawana korektom. Składa się z półprzewodników, do których podłączony jest obwód sterujący na mikrokontrolerze. Ale teraz o wszystkich węzłach bardziej szczegółowo.
Prostownik
Może być dwojakiego rodzaju - jedno- i trójfazowe. Pierwszy typ prostownika może być używany w dowolnej sieci. Jeśli masz trójfazowy, wystarczy podłączyć do jednego. Obwód chastotnik dla silnika elektrycznego nie jest kompletny bez prostownika. Ponieważ istnieje różnica w liczbie faz, oznacza to, że należy zastosować określoną liczbę diod półprzewodnikowych. Jeśli mówimy o przetwornicach częstotliwości zasilanych jednofazowo, wymagany jest prostownik czterodiodowy. Są zmostkowane.
Pozwala zmniejszyć różnicę między wartością napięcia na wejściu i wyjściu. Oczywiście można również zastosować obwód półfalowy, ale jest on nieefektywny i występuje duża liczba oscylacji. Ale jeśli mówimy o połączeniu trójfazowym, konieczne jest zastosowanie w obwodzie sześciu półprzewodników. Dokładnie ten sam obwód w prostowniku generatora samochodowego, nie ma różnic. Jedyne, co można tu dodać, to trzy dodatkowe diody zabezpieczające przed odwrotnym napięciem.
Filtruj elementy
Za prostownikiem jest filtr. Jego głównym celem jest odcięcie całej zmiennej składowej prądu wyprostowanego. Aby uzyskać wyraźniejszy obraz, musisz sporządzić równoważny obwód. Więc plus przechodzi przez cewkę. A potem kondensator elektrolityczny jest podłączony między plusem a minusem. To jest interesujące w obwodzie wymiany. Jeśli cewka zostanie zastąpiona reaktancją, to kondensator, jeśli jest obecny,inny prąd może być przewodnikiem lub przerwą.
Jak już zostało powiedziane, wyjście prostownika jest prądem stałym. A kiedy zostanie nałożony na kondensator elektrolityczny, nic się nie dzieje, ponieważ ten ostatni jest obwodem otwartym. Ale w prądzie jest mała zmienna. A jeśli płynie prąd przemienny, to w obwodzie równoważnym kondensator staje się przewodnikiem. Dlatego następuje zamknięcie plusa na minus. Te wnioski są wyciągane zgodnie z prawami Kirchhoffa, które są fundamentalne w elektrotechnice.
Falownik tranzystorowy mocy
A teraz dotarliśmy do najważniejszego węzła - kaskady tranzystorów. Zrobili falownik - konwerter DC-AC. Jeśli samodzielnie wykonujesz przetwornicę częstotliwości do silnika elektrycznego, zaleca się stosowanie zespołów tranzystorów IGBT, które można znaleźć w dowolnym sklepie z częściami radiowymi. Co więcej, koszt wszystkich komponentów do produkcji przetwornicy częstotliwości będzie dziesięciokrotnie niższy niż cena gotowego produktu, nawet wyprodukowanego w Chinach.
Dwa tranzystory są używane na każdą fazę. Są one zawarte między plusem a minusem, jak pokazano na schemacie w artykule. Ale każdy tranzystor ma cechę – wyjście sterujące. W zależności od tego, jaki sygnał zostanie do niego zastosowany, zmieniają się właściwości elementu półprzewodnikowego. Co więcej, można to zrobić zarówno za pomocą ręcznego przełączania (na przykład doprowadzenie napięcia do niezbędnych wyjść sterujących za pomocą kilku mikroprzełączników), jak i automatycznego. Chodzi oto drugie i zostanie omówione dalej.
Schemat sterowania
A jeśli podłączenie przetwornicy częstotliwości do silnika elektrycznego jest proste, wystarczy podłączyć odpowiednie zaciski, wtedy wszystko jest znacznie bardziej skomplikowane z obwodem sterującym. Chodzi o to, że istnieje potrzeba zaprogramowania urządzenia, aby uzyskać z niego maksymalne możliwe ustawienia. Sercem jest mikrokontroler, do którego podłączone są czytniki i aktuatory. Dlatego konieczne jest posiadanie przekładników prądowych, które będą stale monitorować moc pobieraną przez napęd elektryczny. A w przypadku przekroczenia należy wyłączyć przetwornicę częstotliwości.
Podłączanie obwodu sterującego
Dodatkowo zapewniona jest ochrona przed przegrzaniem. Wyjścia sterujące tranzystorów IGBT są połączone z wyjściem mikrokontrolera za pomocą pasującego urządzenia (zespół Darlington). Ponadto konieczna jest wizualna kontrola parametrów, dlatego w obwodzie należy uwzględnić wyświetlacz LED. Do czytników należy dodać przyciski, które pozwolą przełączać się między trybami programowania, a także zmienną rezystancję, obracając ją zmienia się prędkość obrotowa wirnika silnika elektrycznego.
Wniosek
Chciałbym zauważyć, że możesz również wykonać własną przetwornicę częstotliwości do silnika elektrycznego, cena gotowego produktu zaczyna się od 5000 rubli. Dotyczy to silników elektrycznych, których moc nie przekracza 0,75 kW. Jeśli potrzebujesz więcej zarządzaćmocny napęd, będziesz potrzebować droższego chastotnika. Do użytku w życiu codziennym wystarczy schemat omówiony poniżej. Powodem jest to, że nie ma potrzeby stosowania dużej liczby funkcji i ustawień, najważniejszą rzeczą jest możliwość zmiany prędkości wirnika.
