Taajuusmuuttajien valmistaminen omin käsin on melko vaikeaa, koska sinun täytyy olla erittäin perehtynyt tehoelektroniikkaan ja puolijohdetekniikkaan. Mutta ennen kuin ajattelet tämän laitteen suunnittelua, sinun on selvitettävä, mihin tarkoituksiin niitä käytetään. Sinun tulee myös tietää, mitkä ovat näiden elektronisten järjestelmien pääkomponentit.
Mikä on taajuusmuuttaja?
Kaikki tietävät, että verkossa on vaihtovirtaa ja sillä on tietty taajuus. Venäjällä standardi on 50 hertsiä. Joissakin länsimaissa hieman erilainen standardi on 60 hertsiä. Monien laitteiden toiminta riippuu virran taajuudesta. Muuntimia käytetään asynkronisten moottoreiden tehostamiseen. Sähköisten välineiden käyttöön on monia syitä. Esimerkiksi teollisuudessa invertterit ovat yleistyneet niiden käytön jälkeenavulla voit päästä eroon v altavista mekanismeista.
Tarkemmin sanottuna voit muuttaa kuljettimen hihnan pyörimisnopeutta käyttämällä vaihteistoa, joka perustuu eräänlaiseen auton vaihteistoon. Lisäksi se voi olla joko mekaaninen (useaa vaihdetta käyttävä) tai CVT. Mutta on paljon tehokkaampaa muuttaa moottoria syöttävän virran parametreja. Säädettävän vastuksen kääntäminen muuttaa kuljettimen pyörimisnopeutta. Lisäksi taajuutta voidaan muuttaa laajalla alueella.
Mitä muita ominaisuuksia taajuusmuuttajilla on?
Lisäksi invertterin asetukset sallivat sähkömoottorin nostaa nopeutta asteittain useiden sekuntien aikana. Käyttäjä asettaa ajan taajuusmuuttajan toimintoohjelmoimalla. Samoin voit tehdä moottorin ankkurin pysäyttämisajan. Tämä vähentää aseman kuormitusta, mikä vaikuttaa suoraan sen resursseihin.
Lisäksi pienille yrityksille, joilla ei ole kykyä hankkia itselleen kolmivaiheista verkkoa, mutta sille on tarvetta, taajuusmuuttajien käyttö on todellinen ihmelääke. On olemassa monia malleja tällaisista laitteista, jotka on kytketty yksivaiheiseen vaihtovirtaverkkoon, ja ne tuottavat kolme ulostulossa. Siksi on mahdollista kytkeä sähkömoottori tavalliseen pistorasiaan. Ja tässä tapauksessa se ei menetä tehoa, sen toiminta on oikein.
Muuntimien tehokomponentit
Kaikki taajuusmuuttajat käyttävät tehokkaita IGBT- tai MOSFET-transistoreja. Ne sopivat ihanteellisesti tämän tyyppiseen työhön. Ne on asennettu erillisiin moduuleihin. Tämä asennustapa voi parantaa elektronisen laitteen suorituskykyä. Nämä transistorit toimivat avaintilassa, ohjaus tapahtuu mikroprosessorijärjestelmän avulla. Tosiasia on, että kaikki ohjaus on pienvirtaa, korkeita jännitteitä ei tarvita. Siksi tämä voidaan saavuttaa käyttämällä yksinkertaisinta mikroprosessoria.
Yleimmin käytetyt IR2132- ja IR2130-sarjan erikoiskokoonpanot. Ne koostuvat kuudesta kuljettajasta, jotka ohjaavat avaimia. Kolmea käytetään alaosassa ja kolmea yläosassa. Tämän kokoonpanon avulla voit toteuttaa yksinkertaisen taajuusmuuttajan kaskadin. Lisäksi sillä on useita suojausasteita. Esimerkiksi oikosulkua ja ylikuormitusta vastaan. Kaikkien elementtien tarkemmat ominaisuudet löytyvät oppaista. Mutta kaikilla tehoelementeillä on v altava haittapuoli - tuotteiden korkeat kustannukset.
Muunnin rakennekaavio
Jokaisessa moottorin taajuusmuuttajassa on kolme päälohkoa - tasasuuntaaja, suodattimet, invertteri. Osoittautuu, että AC-jännite muunnetaan ensin DC:ksi ja sitten suodatetaan. Kaiken tämän jälkeen se käännetään muuttujaksi. Mutta on kolmas lohko - invertterin mikroprosessoriohjaus. Ja tarkemmin sanottuna tehokkaat IGBT-transistorit. Jos olet koskaan käsitellyttaajuusmuuttajat, tiedät, että niiden etupaneelissa on useita painikkeita ohjelmointia varten.
Invertterin käyttöohje opastaa sinua kaikkien toimintojen määrittämisessä. Tämä on erittäin monimutkainen asia, koska asetuksia on melko paljon jopa yksinkertaisimmassa laitteessa. Sen lisäksi, että elektronisen laitteen avulla voit muuttaa moottorin ankkurin pyörimistaajuutta, säätää kiihtyvyys- ja hidastusaikaa, on myös useita suojausasteita. Esimerkiksi ylivirta. Tällaista laitetta käytettäessä automaattisia kytkimiä ei tarvitse asentaa.
Tasasuuntaajayksikkö
Taajuusmuuttajan käyttötarkoituksesta riippuen käytetään erilaisia tasasuuntausasteita. Ja virtalähde voi olla joko kolmivaiheisesta verkosta tai yksivaiheisesta verkosta. Mutta invertterin lähdössä on joka tapauksessa kolmivaiheinen vaihtojännite. Mutta virran hallitsemiseksi se on ensin korjattava. Asia on, että muuttujaa on melko vaikea hallita - on käytettävä suuria reostaatteja, mikä ei ole kovin kätevää. Lisäksi nyt on mikroelektroniikan ja automaation aika, ei ole vain kohtuutonta käyttää vanhentuneita teknologioita, vaan se on myös erittäin kannattamatonta.
Kolmivaiheisen vaihtovirran tasasuuntaamiseen käytetään elektronista laitetta, joka koostuu kuudesta puolijohdediodista. Ne kytketään päälle siltapiirissä, käy ilmi, että jokainen diodipari toimii yhden vaiheen tasasuuntaamisessa. Tasasuuntausyksikön lähtöön ilmestyy vakiojännite, senarvo on yhtä suuri kuin tuloon virtaava arvo. Tässä vaiheessa kaikki muunnokset on suoritettu, tämän lohkon ohjausta ei suoriteta. Siinä tapauksessa, että virta syötetään yksivaiheisesta verkosta, tasasuuntaajaaste riittää jopa yhdestä diodista. Mutta on tehokkaampaa käyttää neljän siltapiiriä.
Suodatinlaatikko
Tätä moduulia käytetään tasajännitteen suodattamiseen. Lohkon yksinkertaisin versio on kela, joka sisältyy positiivisen olakkeen rakoon. Napojen väliin on kytketty elektrolyyttikondensaattori. Sillä on yksi toiminto - muuttuvan komponentin poistaminen. Asia on, että tasasuuntaaja ei pysty täysin pääsemään eroon a altoilusta. Jäljellä on pieni määrä vaihtovirtaa, joka voi tuottaa merkittävää melua käytön aikana.
Suodatinlohkon toimintaperiaatteen huomioon ottamiseksi on tarpeen analysoida vaihtamalla elementit. Tasavirtaolosuhteissa käytettäessä induktanssi korvataan resistanssilla, kondensaattori korvataan avoimella piirillä. Mutta kun virtaa käytetään vaihtovirralla, kapasitanssi korvataan vastuksella. Siksi koko muuttuva komponentti katoaa, koska tässä tapauksessa tapahtuu oikosulku. Tämän ymmärtäminen on melko vaikeaa, on välttämätöntä ymmärtää sähkötekniikan teoreettiset perusteet. Mutta 3-vaiheista taajuusmuuttajaa ei voida tehdä ilman tätä.
Invertterivaihe
Ja tästä hauskuus alkaa – tehokkaiden IGBT-transistoreiden käyttö. Niitä ohjataan mikroprosessorijärjestelmälläniiden toiminnan laatu riippuu koko taajuusmuuttajan toiminnasta. Tällaista jännitteenmuunninpiiriä käytetään laaj alti. Itse asiassa tehotransistoreiden avulla mikä tahansa jännite voidaan kääntää. Kaiken kaikkiaan yksinkertaisimmassa piirissä käytetään kuutta elementtiä - kaksi jokaisessa vaiheessa. Taajuusmuuttaja tuottaa 220 volttia jokaisessa vaiheessa nollan suhteen.
Käänteisen jännitteen esiintymisen välttämiseksi on käytettävä puolijohdediodeja. Ne on kytketty tehotransistorien kollektorin ja emitterin väliin. Hallinto suoritetaan tukikohdan sisäänkäynnillä. Kuten aiemmin mainittiin, tee-se-itse-taajuusmuuttajassa on kaksi transistoria kutakin vaihetta kohden invertterikaskadissa. Kytke niiden p-n-liitokset päälle sarjassa. Vaihe poistetaan kunkin olkapään keskipisteestä. Myynnissä on valmiita moduuleja, joissa on johdot tasajännitteen syöttämiseen sekä kolme kosketinta kolmivaiheisen vaihtovirran irrottamiseen. Lisäksi siinä on liitin mikro-ohjaimen ohjausjärjestelmän kytkemistä varten.
Mikroprosessoriohjaus
Käytetään moottorin akselin nopeuden muuttamiseen invertterillä. Jännitteen, jonka oletustaajuus on 50 Hz, amplitudia voidaan muuttaa laajalla alueella. Ja tarkemmin sanottuna nollasta taajuuteen, jonka mikroprosessori voi tarjota. Päävaatimus jälkimmäiselle on kyky yhdistää useita laitteita. Kun sinäsuunnittele muuntaja, jonka jännitettä, jonka taajuutta muutetaan muuttuvalla resistanssilla, on ohjattava prosessorilla. Se on valittu huolella, siinä on oltava riittävä määrä I/O-portteja.
Voit monimutkaistaa järjestelmää hieman kytkemällä LCD-näytön mikro-ohjaimeen. Siitä ei vaadita korkeaa värintoistoa, yksivärinen riittää, kuten yksinkertaisissa laskimissa. Myös ohjelmointipainikkeet on kytketty tulo-lähtöportteihin. Näin voit tehdä yksinkertaisen taajuusmuuttajan. Kaikkien elementtien hinta on enintään kaksi tuhatta ruplaa. Mutta 200-750 watin tehon invertterin hinta vaihtelee 6500 - 12000 ruplaa. Kaikki riippuu valmistajasta ja laitteen ominaisuuksista.
Laitekotelo
Tee-se-itse-taajuusmuuttajissa on oltava luotettava kotelo. Siitä ei riipu vain helppokäyttöisyys, vaan myös tehokkuus. Pohja on valmistettu alumiinista. Syynä tämän materiaalin käyttöön on laadukkaan jäähdytyksen tarve. Käytön aikana IGBT-moduuli kuumenee erittäin kuumaksi ja myös puolijohdediodien lämpötila nousee. Ja sillä ei ole ollenkaan väliä, onko sinulla 380 vai 220 voltin taajuusmuuttaja.
Muu rungon osa on muovia. On välttämätöntä, että kaikki tehoelementit ovat piilossa sen edessä, jotta korkeajänniteliittimiin ei pääse vahingossa käytön aikana. Etuosassa on tarpeen tehdä reikä LCD-näytölle ja painikkeille. Erikseen sisäänkätevä paikka, muuttuva vastus on asennettu. Mikrokontrolleria ohjelmoitaessa on otettava huomioon, että tämä vastus muuttaa lähtövirran taajuutta.
Järjestelmän elementtien lämmönvaihto
Lämmönpoistoon tulee kiinnittää erityistä huomiota. Mitä tehokkaampi kehitettävä laite, sitä luotettavampi jäähdytysjärjestelmän tulee olla. Kuten edellä mainittiin, pohjan tulee olla alumiinia. Jännitteenmuunninpiirin on suojattava ylikuumenemiselta. Tätä tarkoitusta varten koteloon on porattava reikä, siihen on asennettu lämpötila-anturi. Siitä signaali syötetään sovituslaitteen kautta mikrokontrolleriin. Jos enimmäislämpötila ylittyy, kuorma on irrotettava. Siksi tehotransistorimoduuli sammuu.
Lämmönpoiston parantamiseksi on käytettävä tuulettimia. Niiden sijainti on valittava siten, että ilmavirta jäähdyttää kotelon jäähdyttimen ripoja. Jäähdytysjärjestelmän tehokkuuden lisäämiseksi sinun on käytettävä lämpöpastaa. On järkevämpää kytkeä tuulettimet päälle laitteen käynnistyksen yhteydessä. Mutta on myös mahdollista ohjelmoida säädin lämpötila-anturin signaalilla. Kun lämpötila saavuttaa puolet siitä lämpötilasta, jossa laitteen hätäpysäytys tapahtuu, puh altimet käynnistyvät.
Piirikortti
Piirilevynä on parasta käyttää valmiita vaihtoehtoja. Myynnissä on erikokoisia lautoja, joiden ympärillä on reikiäpienet tinatut kontaktit. Niitä kutsutaan puhekielessä "kaloiksi". Ainoa harkitsemisen arvoinen asia on mahdollisuus vaihtaa prosessori ja mikropiirit. Tätä tarkoitusta varten sinun on käytettävä liittimiä, jotka on juotettu levyyn. Tee-se-itse-taajuusmuuttajat valmistetaan parhaiten elementtien nopean vaihdon odotuksella. IC tai ohjain liitetään yksinkertaisesti tähän pistorasiaan, kuten pistoke pistorasiaan.
Johtopäätökset
Voit myös tehdä oman taajuusmuuttajan. Analogien hinta, kuten huomasimme, on paljon korkeampi. Vaikka heillä on tietysti enemmän mahdollisuuksia. Mutta itse asiassa, jos katsot tarkemmin, käy ilmi, että todellisuudessa käytetään enintään viittä toimintoa. Kun käyttö on käynnissä, on tarpeen muuttaa pyörimisnopeutta sekä säätää kiihtyvyys- ja hidastusaikoja. Hieman harvemmin käytetään käänteistä toimintoa ja suurimman sallitun virran muutosta.
