Vyrobit frekvenční měniče vlastníma rukama je docela obtížné, protože musíte být velmi dobře zběhlí ve výkonové elektronice a polovodičové technologii. Než se ale zamyslíte nad návrhem tohoto zařízení, musíte zjistit, k jakým účelům slouží. Budete také potřebovat vědět, jaké jsou hlavní součásti těchto elektronických systémů.
Co je to frekvenční měnič?
Každý ví, že v síti je střídavý proud a má určitou frekvenci. V Rusku je standardem 50 Hertzů. V některých západních zemích je mírně odlišný standard 60 Hertzů. Provoz mnoha zařízení závisí na frekvenci proudu. Pro napájení asynchronních motorů se používají měniče. Existuje mnoho důvodů pro použití elektronických prostředků. Například v průmyslu se střídače od svého použití rozšířilyvám umožní zbavit se obrovských mechanismů.
Podrobněji lze rychlost otáčení pásu na dopravníku měnit pomocí převodovky, která vychází z jakési automobilové převodovky. Navíc může být buď mechanický (s několika převodovými stupni) nebo CVT. Mnohem efektivnější je ale změnit parametry proudu, který napájí motor. Otáčením proměnného odporu se mění rychlost otáčení dopravníku. Frekvenci lze navíc měnit v širokém rozsahu.
Jaké další funkce mají frekvenční měniče?
Navíc nastavení invertoru umožňuje elektromotoru postupně nabírat rychlost během několika sekund. Čas nastavuje uživatel pomocí programování funkcí měniče kmitočtu. Podobně si vystačíte s časem zastavení kotvy motoru. To snižuje zatížení disku, což přímo ovlivňuje jeho zdroje.
Navíc pro malé podniky, které nemají schopnost zajistit si třífázovou síť, ale je zde potřeba, je použití frekvenčních měničů skutečným všelékem. Existuje mnoho modelů takových zařízení, která jsou připojena k jednofázové síti střídavého proudu a na výstupu produkují tři. Proto je možné zapojit elektromotor do běžné zásuvky. A v tomto případě neztratí sílu, jeho práce bude správná.
Výkonové součásti měničů
Všechny frekvenční měniče používají výkonné tranzistory IGBT nebo MOSFET. Jsou ideální pro tento typ práce. Jsou namontovány v samostatných modulech. Tento způsob instalace může zlepšit výkon elektronického zařízení. Tyto tranzistory pracují v režimu klíče, řízení se provádí pomocí mikroprocesorového systému. Faktem je, že veškeré ovládání je nízkoproudé, spínání vysokých napětí není nutné. Proto toho lze dosáhnout pomocí nejjednoduššího mikroprocesoru.
Nejčastěji používané speciální sestavy řady IR2132 a IR2130. Skládají se ze šesti ovladačů, které ovládají klávesy. Tři se používají pro spodní a tři pro horní. Tato sestava umožňuje realizovat jednoduchou kaskádu frekvenčního měniče. Navíc má několik stupňů ochrany. Například proti zkratu a přetížení. Podrobnější charakteristiku všech prvků naleznete v manuálech. Ale všechny výkonové prvky mají obrovskou nevýhodu - vysoké náklady na produkty.
Strukturní schéma převodníku
Jakýkoli frekvenční měnič pro motor má tři hlavní bloky – usměrňovač, filtry, měnič. Ukazuje se, že střídavé napětí je nejprve převedeno na stejnosměrné a poté filtrováno. Po tom všem je invertován do proměnné. Je tu ale ještě třetí blok – mikroprocesorové řízení měniče. A přesněji řečeno výkonné IGBT tranzistory. Pokud jste se někdy zabývalifrekvenční měniče, pak víte, že na předním panelu mají několik tlačítek pro programování.
Návod k obsluze měniče vás provede nastavením všech funkcí. To je velmi komplikovaná záležitost, protože i v tom nejjednodušším zařízení je poměrně hodně nastavení. Kromě toho, že elektronické zařízení umožňuje měnit frekvenci otáčení kotvy motoru, upravovat dobu zrychlení a doběhu, existuje také několik stupňů ochrany. Například nadproud. V případě použití takového zařízení není potřeba instalovat automatické přepínače.
Usměrňovací jednotka
V závislosti na účelu frekvenčního měniče se používají různé stupně usměrňovače. A možnost napájení může být buď z třífázové sítě, nebo z jednofázové sítě. Ale na výstupu měniče je v každém případě třífázové střídavé napětí. Ale aby bylo možné ovládat proud, musí být nejprve usměrněn. Jde o to, že je poměrně obtížné ovládat proměnnou - je nutné použít velké reostaty, což není příliš pohodlné. Navíc, nyní je doba mikroelektroniky a automatizace, je nejen nerozumné používat zastaralé technologie, ale také velmi nerentabilní.
Elektronické zařízení sestávající ze šesti polovodičových diod se používá k usměrnění třífázového střídavého proudu. Zapínají se v můstkovém obvodu, ukazuje se, že každá dvojice diod slouží k usměrnění jedné fáze. Na výstupu usměrňovací jednotky se objeví konstantní napětí, jehohodnota je rovna té, která proudí na vstup. V této fázi jsou všechny transformace dokončeny, neprovádí se žádná kontrola tohoto bloku. V případě napájení z jednofázové sítě stačí usměrňovací stupeň i z jedné diody. Ale efektivnější je použít čtyřčlenný můstkový obvod.
Pole filtru
Tento modul se používá pro filtrování stejnosměrného napětí. Nejjednodušší verzí bloku je induktor zahrnutý v mezeře kladného ramene. Mezi póly je zapojen elektrolytický kondenzátor. Má jednu funkci – zbavit se proměnné složky. Jde o to, že usměrňovač není schopen zcela zbavit zvlnění. Zůstává malé množství střídavého proudu, které může během provozu produkovat značný hluk.
Pro zvážení principu fungování filtračního bloku je nutné provést analýzu výměnou prvků. Při provozu v podmínkách stejnosměrného proudu je indukčnost nahrazena odporem, kondenzátor je nahrazen otevřeným obvodem. Ale při napájení střídavým proudem je kapacita nahrazena odporem. Tím zmizí celá proměnná složka, protože v tomto případě dojde ke zkratu. Abychom to pochopili, je to docela obtížné, je nutné pochopit teoretické základy elektrotechniky. Bez toho však nelze vyrobit třífázový frekvenční měnič.
Stupeň měniče
A tady začíná zábava – použití výkonných IGBT tranzistorů. Jsou řízeny mikroprocesorovým systémem, odkvalita jejich funkce závisí na provozu celého frekvenčního měniče. Takový obvod měniče napětí je široce používán. Ve skutečnosti lze pomocí výkonových tranzistorů invertovat jakékoli napětí. Celkem je v nejjednodušším obvodu použito šest prvků - dva pro každou fázi. Frekvenční měnič produkuje 220 voltů na každé fázi s ohledem na nulu.
Abyste se zbavili výskytu zpětného napětí, je nutné použít polovodičové diody. Jsou zapojeny mezi kolektor a emitor výkonových tranzistorů. Řízení se provádí u vstupu na základnu. Jak již bylo zmíněno dříve, frekvenční měniče typu „udělej si sám“mají dva tranzistory pro každou fázi v kaskádě měničů. Zapněte jejich p-n přechody v sérii. Fáze je odstraněna ze středu každého ramene. K prodeji jsou hotové moduly, které mají přívody pro napájení stejnosměrného napětí a tři kontakty pro odstranění třífázového střídavého. Navíc je zde konektor pro připojení řídicího systému mikrokontroléru.
Řízení mikroprocesorem
Slouží ke změně otáček hřídele motoru měničem, napětí, jehož výchozí frekvence je 50 Hz, lze měnit v amplitudě v širokém rozsahu. A přesněji řečeno, od nuly po frekvenci, kterou může poskytnout mikroprocesor. Hlavním požadavkem na druhé jmenované je možnost připojení více zařízení. Když vásnavrhnout převodník, jehož napětí, jehož frekvence se mění proměnným odporem, musí řídit procesor. Vybírá se pečlivě, musí mít dostatečný počet I/O portů.
Systém můžete trochu zkomplikovat připojením LCD displeje k mikrokontroléru. Není od něj vyžadováno vysoké barevné podání, stačí monochromatický jako v jednoduchých kalkulačkách. Na vstupně-výstupní porty jsou také připojena tlačítka pro programování. Takto si můžete vyrobit jednoduchý frekvenční měnič. Cena všech prvků nebude vyšší než dva tisíce rublů. Ale náklady na měnič s výkonem 200-750 wattů se pohybují od 6500 do 12000 rublů. Vše závisí na výrobci a možnostech zařízení.
Pouzdro na zařízení
Udělej si sám frekvenční měniče musí mít spolehlivé pouzdro. Závisí na tom nejen snadnost použití, ale také účinnost. Základna je vyrobena z hliníku. Důvodem použití tohoto materiálu je potřeba kvalitního chlazení. Během provozu se IGBT modul velmi zahřívá a také stoupá teplota polovodičových diod. A je úplně jedno, jestli máte frekvenční měnič 380 nebo 220 V.
Zbytek těla je vyroben z plastu. Je nutné, aby jím byly skryty všechny výkonové prvky, aby během provozu nedošlo k náhodnému kontaktu s vysokonapěťovými svorkami. V přední části je nutné zajistit otvor pro LCD displej a tlačítka. Samostatně, vna vhodném místě je instalován proměnný odpor. Při programování mikrokontroléru je nutné počítat s tím, že tento odpor mění frekvenci výstupního proudu.
Výměna tepla prvků systému
Zvláštní pozornost by měla být věnována odvodu tepla. Čím výkonnější je vyvíjené zařízení, tím spolehlivější by měl být chladicí systém. Jak bylo uvedeno výše, základna musí být vyrobena z hliníku. Obvod měniče napětí musí poskytovat ochranu proti přehřátí. Za tímto účelem je nutné vyvrtat otvor do pouzdra, v něm je namontován snímač teploty. Z něj je signál přiváděn přes odpovídající zařízení do mikrokontroléru. Při překročení maximální teploty musí být zátěž odpojena. Proto se modul výkonového tranzistoru vypne.
Pro zlepšení odvodu tepla je nutné použít ventilátory. Jejich umístění musí být zvoleno tak, aby proudění vzduchu ochlazovalo žebra chladiče skříně. Chcete-li zvýšit účinnost chladicího systému, musíte použít teplovodivou pastu. Rozumnější je zapnout ventilátory v době spouštění zařízení. Ale je také možné programovat regulátor pomocí signálu z teplotního čidla. Když teplota dosáhne poloviny teploty, při které dojde k nouzovému vypnutí zařízení, zapnou se ventilátory.
Obvodová deska
Jako obvodovou desku je nejlepší použít hotové možnosti. V prodeji jsou desky různých velikostí s otvory, kolem kterýchmalé pocínované kontakty. Hovorově se jim říká „ryby“. Jediné, co stojí za zvážení, je možnost výměny procesoru a mikroobvodů. K tomuto účelu je potřeba použít konektory, které jsou připájeny k desce. Udělej si sám frekvenční měniče je nejlepší vyrobit s očekáváním rychlé výměny prvků. IC nebo ovladač se jednoduše zapojí do této zásuvky, jako když zástrčka do zásuvky.
Závěry
Můžete si také vytvořit svůj vlastní frekvenční měnič. Cena analogů, jak jsme zjistili, je mnohem vyšší. I když příležitostí mají samozřejmě více. Ale ve skutečnosti, když se podíváte blíže, ukáže se, že ve skutečnosti není použito více než pět funkcí. Když je pohon v chodu, je nutné změnit rychlost otáčení a upravit časy zrychlení a zpomalení. Trochu méně často se používá zpětná funkce a změna maximálního povoleného proudu.
