Meglehetősen nehéz saját kezűleg frekvenciaváltót készíteni, mivel nagyon jól kell ismernie a teljesítményelektronikát és a félvezető technológiát. De mielőtt az eszköz tervezésén gondolkodna, meg kell találnia, milyen célokra használják őket. Azt is tudnia kell, melyek ezeknek az elektronikus rendszereknek a fő összetevői.
Mi az a frekvenciaváltó?
Mindenki tudja, hogy van váltóáram a hálózatban, és van egy bizonyos frekvenciája. Oroszországban a szabvány 50 Hertz. Egyes nyugati országokban egy kissé eltérő szabvány a 60 Hertz. Számos eszköz működése függ az áram frekvenciájától. Az átalakítókat az aszinkron motorok táplálására használják. Az elektronikus eszközök használatának számos oka van. Például az iparban az inverterek széles körben elterjedtek használatuk ótalehetővé teszi, hogy megszabaduljon a hatalmas mechanizmusoktól.
Részletesebben, a szállítószalagon lévő heveder forgási sebességét egy hajtómű használatával változtathatja meg, amely egyfajta autó sebességváltón alapul. Ezenkívül lehet mechanikus (több sebességfokozattal) vagy CVT. De sokkal hatékonyabb a motort tápláló áram paramétereinek megváltoztatása. A változtatható ellenállás elforgatása megváltoztatja a szállítószalag forgási sebességét. Ráadásul a frekvencia széles tartományban változtatható.
Milyen egyéb jellemzőkkel rendelkeznek a frekvenciaváltók?
Ezen túlmenően az inverter beállításai lehetővé teszik, hogy az elektromos motor fokozatosan, néhány másodperc alatt felgyorsuljon. Az időt a felhasználó állítja be a frekvenciaváltó funkció programozásával. Hasonlóképpen megteheti a motor armatúrájának leállításának idejét. Ez csökkenti a meghajtó terhelését, ami közvetlenül befolyásolja annak erőforrásait.
Emellett azon kisvállalkozások számára, amelyek nem képesek háromfázisú hálózatot biztosítani maguknak, de szükség van rá, a frekvenciaváltók használata igazi csodaszer. Számos ilyen eszköz létezik, amelyek egyfázisú váltakozó áramú hálózathoz csatlakoznak, és hármat gyártanak a kimeneten. Ezért lehetséges az elektromos motor normál konnektorba való csatlakoztatása. És ebben az esetben nem veszíti el az erejét, a működése megfelelő lesz.
Átalakítók teljesítményelemei
Minden frekvenciaváltó erős IGBT vagy MOSFET tranzisztort használ. Ideálisak az ilyen típusú munkákhoz. Külön modulokba vannak felszerelve. Ez a telepítési módszer javíthatja az elektronikus eszközök teljesítményét. Ezek a tranzisztorok kulcs módban működnek, a vezérlés mikroprocesszoros rendszerrel történik. A helyzet az, hogy minden vezérlés kisáramú, nagyfeszültség kapcsolása nem szükséges. Ezért ezt a legegyszerűbb mikroprocesszorral lehet elérni.
Az IR2132 és IR2130 sorozat leggyakrabban használt speciális szerelvényei. Hat meghajtóból állnak, amelyek vezérlik a kulcsokat. Három az alsó és három a felső. Ez az összeállítás lehetővé teszi a frekvenciaváltó egyszerű kaszkádjának megvalósítását. Ezenkívül több fokozatú védelemmel rendelkezik. Például rövidzárlat és túlterhelés ellen. Az összes elem részletesebb jellemzői a kézikönyvekben találhatók. De minden erőelemnek van egy hatalmas hátránya – a termékek magas költsége.
A konverter szerkezeti diagramja
Minden motor frekvenciaváltójának három fő blokkja van – egyenirányító, szűrők, inverter. Kiderült, hogy az AC feszültséget először egyenárammá alakítják, majd szűrik. Mindezek után változóvá válik. De van egy harmadik blokk - az inverter mikroprocesszoros vezérlése. És hogy pontosabb legyek, erős IGBT tranzisztorok. Ha valaha is foglalkozottfrekvenciaváltók, akkor tudod, hogy az előlapon több gomb található a programozáshoz.
Az inverter használati útmutatója eligazítja az összes funkció beállítását. Ez egy nagyon bonyolult dolog, hiszen a legegyszerűbb készüléken is elég sok beállítás található. Amellett, hogy az elektronikus eszköz lehetővé teszi a motorarmatúra forgási frekvenciájának megváltoztatását, a gyorsítási és lassítási idő beállítását, több fokú védelem is létezik. Például túláram. Ilyen eszköz használata esetén nincs szükség automatikus kapcsolók telepítésére.
Egyenirányító egység
A frekvenciaváltó céljától függően különböző egyenirányító fokozatokat használnak. És a tápegység lehet háromfázisú hálózatból vagy egyfázisú hálózatból. De az inverter kimenetén mindenesetre háromfázisú váltakozó feszültség van. De az áram szabályozásához először egyenirányítani kell. A helyzet az, hogy meglehetősen nehéz szabályozni a változót - nagy reosztátokat kell használni, ami nem túl kényelmes. Ráadásul most a mikroelektronika és az automatizálás ideje van, nemcsak ésszerűtlen az elavult technológiák alkalmazása, hanem nagyon veszteséges is.
A háromfázisú váltóáram egyenirányításához hat félvezető diódából álló elektronikus eszközt használnak. Egy hídáramkörben kapcsolják be, kiderül, hogy minden diódapár egy fázis egyenirányítására szolgál. Az egyenirányító egység kimenetén állandó feszültség jelenik meg, annakaz érték egyenlő azzal, ami a bemenetre áramlik. Ebben a szakaszban az összes átalakítás befejeződött, ennek a blokknak a vezérlése nem történik meg. Abban az esetben, ha egyfázisú hálózatról táplálják az áramot, egy egyenirányító fokozat elegendő akár egyetlen diódáról is. De hatékonyabb egy négyes hídáramkör használata.
Szűrődoboz
Ez a modul egyenfeszültség szűrésére szolgál. A blokk legegyszerűbb változata egy induktor, amely a pozitív váll résében van. A pólusok közé elektrolit kondenzátor van csatlakoztatva. Egyetlen funkciója van - megszabadulni a változó komponenstől. A helyzet az, hogy az egyenirányító nem képes teljesen megszabadulni a hullámoktól. Marad egy kis mennyiségű váltakozó áram, amely jelentős zajt kelthet működés közben.
A szűrőblokk működési elvének figyelembevételéhez az elemek cseréjével kell elemezni. Egyenáramú üzemelés esetén az induktivitás helyére ellenállás, a kondenzátor helyére szakadt áramkör kerül. De ha váltakozó árammal táplálják, a kapacitást ellenállás váltja fel. Ezért a teljes változó komponens eltűnik, mivel ebben az esetben rövidzárlat lép fel. Ennek megértése meglehetősen nehéz, meg kell érteni az elektrotechnika elméleti alapjait. De 3-fázisú frekvenciaváltó e nélkül nem készíthető.
Inverter fokozat
És itt kezdődik a móka – az erős IGBT tranzisztorok használata. Ezeket egy mikroprocesszoros rendszer vezérli, aműködésük minősége a teljes frekvenciaváltó működésétől függ. Az ilyen feszültségátalakító áramkört széles körben használják. Valójában a teljesítménytranzisztorok segítségével bármilyen feszültség megfordítható. Összesen hat elemet használnak a legegyszerűbb áramkörben - kettő mindegyik fázishoz. A frekvenciaváltó minden fázisban 220 voltot termel a nullához képest.
A fordított feszültség előfordulásának elkerülése érdekében félvezető diódákat kell használni. A teljesítménytranzisztorok kollektora és emittere közé vannak kötve. A kezelés a bázis bejáratánál történik. Amint azt korábban említettük, a barkácsoló frekvenciaváltók két-két tranzisztorral rendelkeznek az inverterkaszkád minden fázisához. Kapcsolja be a p-n csomópontjaikat sorosan. A fázist minden váll felezőpontjától eltávolítjuk. Eladó kész modulok, egyenfeszültség táplálására szolgáló vezetékekkel, valamint három érintkezővel a háromfázisú váltakozó eltávolítására. Ezen kívül van egy csatlakozó a mikrokontroller vezérlőrendszer csatlakoztatásához.
Mikroprocesszoros vezérlés
A motor tengelyfordulatszámának inverter általi megváltoztatására szolgál, a feszültség, amelynek alapértelmezett frekvenciája 50 Hz, széles tartományban változtatható amplitúdójában. Pontosabban, nullától a mikroprocesszor által biztosított frekvenciáig. Ez utóbbival szemben a fő követelmény több eszköz csatlakoztatásának lehetősége. Amikor tealakítsunk ki egy átalakítót, melynek feszültségét, melynek frekvenciáját változó ellenállással változtatjuk, a processzornak kell szabályoznia. Gondosan van kiválasztva, elegendő számú I/O porttal kell rendelkeznie.
Egy kicsit bonyolíthatja a rendszert, ha LCD kijelzőt csatlakoztat a mikrokontrollerhez. Magas színvisszaadás nem szükséges tőle, elég a monokróm, mint az egyszerű számológépeknél. A programozáshoz szükséges gombok is csatlakoznak a bemeneti-kimeneti portokhoz. Így készíthetsz egy egyszerű frekvenciaváltót. Az összes elem ára nem haladja meg a kétezer rubelt. De a 200-750 watt teljesítményű inverter ára 6500 és 12000 rubel között mozog. Minden a gyártótól és az eszköz képességeitől függ.
Eszköztok
A barkácsoló frekvenciaváltóknak megbízható házzal kell rendelkezniük. Nemcsak a könnyű használhatóság múlik rajta, hanem a hatékonyság is. A talp alumíniumból készült. Ennek az anyagnak az oka a jó minőségű hűtés szükségessége. Működés közben az IGBT modul nagyon felforrósodik, és a félvezető diódák hőmérséklete is megemelkedik. És egyáltalán nem mindegy, hogy 380 vagy 220 voltos frekvenciaváltóval rendelkezik.
A test többi része műanyagból készült. Minden erőelemet el kell rejteni vele, hogy üzem közben ne érintkezzen véletlenül a nagyfeszültségű kivezetésekkel. Az elülső részen egy lyukat kell kialakítani az LCD kijelző és a gombok számára. Külön, bekényelmes helyen változtatható ellenállás van felszerelve. A mikrokontroller programozásánál figyelembe kell venni, hogy ez az ellenállás megváltoztatja a kimeneti áram frekvenciáját.
Rendszerelemek hőcseréje
Különös figyelmet kell fordítani a hőelvezetésre. Minél erősebb a fejlesztés alatt álló eszköz, annál megbízhatóbbnak kell lennie a hűtőrendszernek. Mint fentebb említettük, az alapnak alumíniumból kell készülnie. A feszültségátalakító áramkörnek védelmet kell nyújtania a túlmelegedés ellen. Ebből a célból egy lyukat kell fúrni a házba, amelybe egy hőmérséklet-érzékelő van felszerelve. Ebből a jel egy illesztő eszközön keresztül jut a mikrokontrollerhez. A maximális hőmérséklet túllépése esetén a terhelést le kell választani. Ezért a teljesítménytranzisztor modul kikapcsol.
A hőelvezetés javítása érdekében ventilátorokat kell használni. Helyüket úgy kell megválasztani, hogy a légáramlás lehűtse a ház radiátor bordáit. A hűtőrendszer hatékonyságának növelése érdekében hőpasztát kell használni. Ésszerűbb a ventilátorokat a készülék indításakor bekapcsolni. De lehetőség van a szabályozó programozására egy hőmérséklet-érzékelő jelével is. Amikor a hőmérséklet eléri annak a hőmérsékletnek a felét, amelynél a készülék vészleállítása megtörténik, a ventilátorok bekapcsolnak.
Árköri lap
Áramköri lapként a legjobb, ha kész opciókat használ. Eladóak különböző méretű táblák, amelyek körül lyukak vannakkis ónozott érintkezők. A köznyelvben "halnak" nevezik őket. Az egyetlen dolog, amit érdemes megfontolni, a processzor és a mikroáramkörök cseréjének lehetősége. Erre a célra olyan csatlakozókat kell használni, amelyek a táblához vannak forrasztva. A barkácsoló frekvenciaváltók a legjobbak az elemek gyors cseréjének elvárása mellett. Az IC-t vagy a vezérlőt egyszerűen ebbe az aljzatba kell bedugni, mint a dugót az aljzatba.
Következtetések
Saját frekvenciaváltót is készíthet. Az analógok ára, mint megtudtuk, sokkal magasabb. Bár természetesen több lehetőségük van. Valójában azonban, ha közelebbről megnézzük, kiderül, hogy valójában legfeljebb öt funkciót használnak. Amikor a hajtás működik, módosítani kell a forgási sebességet, valamint be kell állítani a gyorsítási és lassítási időket. Kicsit ritkábban használják a fordított funkciót és a maximálisan megengedett áramerősséget.
