Je dosť ťažké vyrobiť frekvenčné meniče vlastnými rukami, pretože musíte byť veľmi dobre oboznámení s výkonovou elektronikou a polovodičovou technológiou. Ale predtým, než budete premýšľať o dizajne tohto zariadenia, musíte zistiť, na aké účely sa používajú. Budete tiež potrebovať vedieť, aké sú hlavné komponenty týchto elektronických systémov.
Čo je to frekvenčný menič?
Každý vie, že v sieti je striedavý prúd, ktorý má určitú frekvenciu. V Rusku je štandardom 50 Hertzov. V niektorých západných krajinách je mierne odlišný štandard 60 Hertzov. Prevádzka mnohých zariadení závisí od frekvencie prúdu. Pre napájanie asynchrónnych motorov sa používajú meniče. Existuje mnoho dôvodov na používanie elektronických prostriedkov. Napríklad v priemysle sa meniče rozšírili už od ich používaniavám umožní zbaviť sa obrovských mechanizmov.
Podrobnejšie môžete rýchlosť otáčania pásu na dopravníku meniť pomocou prevodovky, ktorá vychádza z akejsi automobilovej prevodovky. Okrem toho môže byť buď mechanická (pomocou niekoľkých prevodových stupňov) alebo CVT. Ale oveľa efektívnejšie je zmeniť parametre prúdu, ktorý napája motor. Otáčaním premenlivého odporu sa mení rýchlosť otáčania dopravníka. Okrem toho možno frekvenciu meniť v širokom rozsahu.
Aké ďalšie funkcie majú frekvenčné meniče?
Navyše nastavenia meniča umožňujú elektromotoru postupne naberať rýchlosť v priebehu niekoľkých sekúnd. Čas nastavuje užívateľ prostredníctvom programovania funkcie frekvenčného meniča. Podobne si vystačíte s časom zastavenia kotvy motora. Tým sa zníži zaťaženie disku, čo priamo ovplyvňuje jeho zdroj.
Okrem toho pre malé podniky, ktoré nemajú možnosť zabezpečiť si trojfázovú sieť, no potrebujú ju, je použitie frekvenčných meničov skutočným všeliekom. Existuje veľa modelov takýchto zariadení, ktoré sú pripojené k jednofázovej sieti striedavého prúdu a na výstupe produkujú tri. Preto je možné zapojiť elektromotor do bežnej zásuvky. A v tomto prípade nestratí výkon, jeho práca bude správna.
Výkonové komponenty meničov
Všetky frekvenčné meniče používajú výkonné IGBT alebo MOSFET tranzistory. Sú ideálne pre tento typ práce. Sú namontované v samostatných moduloch. Tento spôsob inštalácie môže zlepšiť výkon elektronického zariadenia. Tieto tranzistory pracujú v kľúčovom režime, riadenie sa vykonáva pomocou mikroprocesorového systému. Faktom je, že všetko ovládanie je nízkoprúdové, nie je potrebné prepínanie vysokých napätí. Preto sa to dá dosiahnuť pomocou najjednoduchšieho mikroprocesora.
Najbežnejšie používané špeciálne zostavy série IR2132 a IR2130. Pozostávajú zo šiestich ovládačov, ktoré ovládajú klávesy. Tri sa používajú na spodok a tri na vrch. Táto zostava umožňuje realizovať jednoduchú kaskádu frekvenčného meniča. Okrem toho má niekoľko stupňov ochrany. Napríklad proti skratu a preťaženiu. Podrobnejšie charakteristiky všetkých prvkov nájdete v návodoch. Všetky výkonové prvky však majú obrovskú nevýhodu – vysoké náklady na produkty.
Štrukturálny diagram prevodníka
Akýkoľvek frekvenčný menič pre motor má tri hlavné bloky – usmerňovač, filtre, menič. Ukazuje sa, že striedavé napätie sa najskôr prevedie na jednosmerné a potom sa filtruje. Po tomto všetkom je invertovaný na premennú. Ale je tu ešte tretí blok – mikroprocesorové riadenie meniča. A presnejšie, výkonné IGBT tranzistory. Ak ste sa niekedy zaoberalifrekvenčné meniče, potom viete, že na prednom paneli majú niekoľko tlačidiel na programovanie.
Návod na obsluhu meniča vás prevedie nastavením všetkých funkcií. Ide o veľmi komplikovanú záležitosť, keďže aj v tom najjednoduchšom zariadení je pomerne veľa nastavení. Okrem toho, že elektronické zariadenie umožňuje meniť frekvenciu otáčania kotvy motora, nastavovať čas zrýchlenia a dobehu, existuje aj niekoľko stupňov ochrany. Napríklad nadprúd. V prípade použitia takéhoto zariadenia nie je potrebné inštalovať automatické prepínače.
Usmerňovacia jednotka
V závislosti od účelu frekvenčného meniča sa používajú rôzne stupne usmerňovača. A možnosť napájania môže byť buď z trojfázovej siete, alebo z jednofázovej siete. Ale na výstupe meniča je v každom prípade trojfázové striedavé napätie. Aby však bolo možné kontrolovať prúd, musí sa najskôr usmerniť. Ide o to, že je dosť ťažké ovládať premennú - je potrebné použiť veľké reostaty, čo nie je príliš pohodlné. Navyše, teraz je doba mikroelektroniky a automatizácie, je nielen nerozumné používať zastarané technológie, ale aj veľmi nerentabilné.
Elektronické zariadenie pozostávajúce zo šiestich polovodičových diód sa používa na usmernenie trojfázového striedavého prúdu. Sú zapnuté v mostíkovom obvode, ukazuje sa, že každý pár diód slúži na usmernenie jednej fázy. Na výstupe usmerňovacej jednotky sa objaví konštantné napätiehodnota sa rovná tej, ktorá prúdi na vstup. V tejto fáze sú všetky transformácie ukončené, nevykonáva sa žiadna kontrola tohto bloku. V prípade, že je napájanie napájané z jednofázovej siete, postačuje usmerňovací stupeň aj z jednej diódy. Ale efektívnejšie je použiť štvorčlenný mostík.
Pole filtra
Tento modul sa používa na filtrovanie jednosmerného napätia. Najjednoduchšou verziou bloku je induktor zahrnutý v medzere kladného ramena. Medzi pólmi je zapojený elektrolytický kondenzátor. Má jednu funkciu – zbaviť sa variabilnej zložky. Ide o to, že usmerňovač nie je schopný úplne zbaviť zvlnenia. Zostáva malé množstvo striedavého prúdu, ktoré môže počas prevádzky vytvárať značný hluk.
Na zváženie princípu fungovania filtračného bloku je potrebné analyzovať výmenou prvkov. Pri prevádzke v podmienkach jednosmerného prúdu je indukčnosť nahradená odporom, kondenzátor je nahradený otvoreným obvodom. Ale pri napájaní striedavým prúdom je kapacita nahradená odporom. Preto zmizne celá variabilná zložka, pretože v tomto prípade dôjde ku skratu. Aby sme to pochopili, je to dosť ťažké, je potrebné pochopiť teoretické základy elektrotechniky. Bez toho však nie je možné vyrobiť 3-fázový frekvenčný menič.
Štádium meniča
A tu začína zábava – použitie výkonných IGBT tranzistorov. Sú riadené mikroprocesorovým systémom, odkvalita ich fungovania závisí od prevádzky celého frekvenčného meniča. Takýto obvod meniča napätia je široko používaný. V skutočnosti je možné pomocou výkonových tranzistorov prevrátiť akékoľvek napätie. Celkovo sa v najjednoduchšom obvode používa šesť prvkov - dva pre každú fázu. Frekvenčný menič produkuje 220 voltov na každej fáze vzhľadom na nulu.
Aby sme sa zbavili výskytu spätného napätia, je potrebné použiť polovodičové diódy. Sú zapojené medzi kolektor a emitor výkonových tranzistorov. Riadenie sa vykonáva pri vchode do základne. Ako už bolo spomenuté, frekvenčné meniče typu „urob si sám“majú dva tranzistory pre každú fázu v kaskáde meniča. Zapnite ich p-n križovatky v sérii. Fáza sa odstráni zo stredu každého ramena. Na predaj sú k dispozícii hotové moduly, ktoré majú vodiče na napájanie jednosmerného napätia, ako aj tri kontakty na odstránenie trojfázového striedania. Okrem toho je tu konektor na pripojenie riadiaceho systému mikrokontroléra.
Mikroprocesorové ovládanie
Používa sa na zmenu otáčok hriadeľa motora meničom, napätie, ktorého predvolená frekvencia je 50 Hz, možno meniť v amplitúde v širokom rozsahu. A konkrétnejšie, od nuly po frekvenciu, ktorú môže poskytnúť mikroprocesor. Hlavnou požiadavkou na druhú možnosť je možnosť pripojenia viacerých zariadení. Keď tynavrhnite menič, ktorého napätie, ktorého frekvencia sa mení premenlivým odporom, musí byť riadené procesorom. Vyberá sa starostlivo, musí mať dostatočný počet I/O portov.
Systém môžete trochu skomplikovať pripojením LCD displeja k mikrokontroléru. Nevyžaduje sa od neho vysoké podanie farieb, stačí monochromatický, ako v jednoduchých kalkulačkách. Na vstupno-výstupné porty sú pripojené aj tlačidlá na programovanie. Takto si môžete vyrobiť jednoduchý frekvenčný menič. Cena všetkých prvkov nebude vyššia ako dvetisíc rubľov. Ale náklady na menič s výkonom 200-750 wattov sa pohybujú od 6500 do 12000 rubľov. Všetko závisí od výrobcu a možností zariadenia.
Puzdro na zariadenie
Urob si sám frekvenčné meniče musia mať spoľahlivé puzdro. Závisí od toho nielen jednoduchosť použitia, ale aj účinnosť. Základňa je vyrobená z hliníka. Dôvodom použitia tohto materiálu je potreba kvalitného chladenia. Počas prevádzky sa IGBT modul veľmi zahrieva a teplota polovodičových diód tiež stúpa. A vôbec nezáleží na tom, či máte 380 alebo 220 V frekvenčný menič.
Zvyšok tela je vyrobený z plastu. Je potrebné, aby ním boli skryté všetky výkonové prvky, aby počas prevádzky nedošlo k náhodnému kontaktu s vysokonapäťovými svorkami. V prednej časti je potrebné zabezpečiť otvor pre LCD displej a tlačidlá. Samostatne, vna vhodnom mieste je nainštalovaný premenlivý odpor. Pri programovaní mikrokontroléra je potrebné vziať do úvahy, že tento odpor mení frekvenciu výstupného prúdu.
Výmena tepla prvkov systému
Špeciálnu pozornosť treba venovať odvodu tepla. Čím výkonnejšie je vyvíjané zariadenie, tým spoľahlivejší by mal byť chladiaci systém. Ako bolo uvedené vyššie, základňa musí byť vyrobená z hliníka. Obvod meniča napätia musí poskytovať ochranu proti prehriatiu. Na tento účel je potrebné vyvŕtať otvor do krytu, v ktorom je namontovaný snímač teploty. Z neho je signál privádzaný cez zodpovedajúce zariadenie do mikrokontroléra. Pri prekročení maximálnej teploty je potrebné odpojiť záťaž. Preto sa modul výkonového tranzistora vypne.
Na zlepšenie odvodu tepla je potrebné použiť ventilátory. Ich umiestnenie musí byť zvolené tak, aby prúdenie vzduchu ochladzovalo rebrá chladiča skrine. Na zvýšenie účinnosti chladiaceho systému musíte použiť tepelnú pastu. Je rozumnejšie zapnúť ventilátory v čase spustenia zariadenia. Ale je tiež možné naprogramovať regulátor pomocou signálu z teplotného snímača. Keď teplota dosiahne polovicu teploty, pri ktorej dôjde k núdzovému vypnutiu zariadenia, zapnú sa ventilátory.
Doska s plošnými spojmi
Ako dosku s plošnými spojmi je najlepšie použiť hotové možnosti. V predaji sú dosky rôznych veľkostí s otvormi, okolo ktorýchmalé pocínované kontakty. Hovorovo sa im hovorí „ryby“. Jediná vec, ktorá stojí za zváženie, je možnosť výmeny procesora a mikroobvodov. Na tento účel je potrebné použiť konektory, ktoré sú prispájkované k doske. Urob si svojpomocne frekvenčné meniče sa najlepšie vyrábajú s očakávaním rýchlej výmeny prvkov. IC alebo ovládač sa jednoducho zasunú do tejto zásuvky, podobne ako zástrčka do zásuvky.
Závery
Môžete si tiež vytvoriť svoj vlastný frekvenčný menič. Cena analógov, ako sme zistili, je oveľa vyššia. Aj keď, samozrejme, majú viac príležitostí. Ale v skutočnosti, ak sa pozriete bližšie, ukáže sa, že v skutočnosti sa nepoužíva viac ako päť funkcií. Pri bežiacom pohone je potrebné zmeniť rýchlosť otáčania, ako aj upraviť časy zrýchlenia a spomalenia. Trochu menej často sa používa funkcia spätného chodu a zmena maximálneho povoleného prúdu.
