kategória: Najlepšie články » Praktická elektronika
Počet zobrazení: 368329
Komentáre k článku: 5
Schémy amatérskych frekvenčných prevodníkov
Jeden z prvých invertorových obvodov na napájanie trojfázového motora bol publikovaný v časopise Rádio č. 11 z roku 1999. Vývojár schémy M. Mukhin bol v tom čase študentom 10. ročníka a bol zapojený do rádiového kruhu.
Konvertor bol určený na napájanie miniatúrneho trojfázového motora DID-5TA, ktorý sa používal v stroji na vŕtanie dosiek s plošnými spojmi. Je potrebné poznamenať, že prevádzková frekvencia tohto motora je 400 Hz a napájacie napätie je 27 V. Okrem toho bol vyvedený stred motora (pri spájaní vinutí s „hviezdou“), čo umožnilo extrémne zjednodušiť obvod: trvalo iba tri výstupné signály a každá fáza vyžadovala iba jeden výstupný kľúč. Obvod generátora je znázornený na obrázku 1.
Ako je zrejmé z diagramu, prevodník sa skladá z troch častí: trojfázový sekvenčný generátor impulzov-generátor na mikroobvodoch DD1 ... DD3, tri kľúče na zložených tranzistoroch (VT1 ... VT6) a skutočný elektrický motor M1.
Obrázok 2 zobrazuje časové schémy impulzov generovaných generátorom generátora. Hlavný oscilátor je vyrobený na čipe DD1. Pomocou odporu R2 môžete nastaviť požadované otáčky motora a tiež ich v rámci určitých limitov zmeniť. Podrobnejšie informácie o okruhu nájdete vo vyššie uvedenom denníku. Je potrebné poznamenať, že podľa modernej terminológie sa také generátory nazývajú kontroléry.
Obrázok 1
Obrázok 2. Časové diagramy impulzov generátora.
Na základe kontroléra A. Dubrovského z mesta Novopolotsk, región Vitebsk. Bola vyvinutá konštrukcia pohonu s premenlivou frekvenciou pre motor poháňaný striedavým napätím 220V. Schéma zapojenia bola publikovaná v časopise Radio 2001. Číslo 4.
V tejto schéme, prakticky nezmenenej, sa práve kontrolovaný kontrolór používa podľa schémy M. Mukhina. Výstupné signály z prvkov DD3.2, DD3.3 a DD3.4 sa používajú na ovládanie výstupných tlačidiel A1, A2 a A3, ku ktorým je pripojený elektrický motor. Schéma ukazuje kľúč A1, ostatné sú rovnaké. Kompletná schéma zariadenia je znázornená na obrázku 3.
Obrázok 3
Pripojenie motora na výstup trojfázového meniča
Aby ste sa oboznámili s pripojením motora k výstupným kľúčom, je potrebné zvážiť zjednodušený diagram znázornený na obrázku 4.
Obrázok 4
Obrázok ukazuje motor M, ovládaný tlačidlami V1 ... V6. Polovodičové prvky na zjednodušenie obvodu znázorneného vo forme mechanických kontaktov. Elektromotor je napájaný konštantným napätím Ud získaným z usmerňovača (na obrázku nie je zobrazené). V tomto prípade sa klávesy V1, V3, V5 nazývajú horné a klávesy V2, V4, V6 nižšie.
Je celkom zrejmé, že otváranie horných a dolných klávesov súčasne, konkrétne pomocou párov V1 a V6, V3 a V6, V5 a V2, je úplne neprijateľné: dôjde ku skratu. Preto je pre normálnu činnosť takejto schémy kľúčov nevyhnutné, aby v čase otvorenia spodného kľúča bol horný kľúč už zatvorený. Na tento účel riadiace jednotky tvoria pauzu, často označovanú ako „mŕtve pásmo“.
Rozsah tejto pauzy je taký, aby zabezpečil zaručené uzavretie výkonových tranzistorov. Ak táto prestávka nie je dostatočná, je možné súčasne krátko otvoriť horné aj dolné tlačidlo. To spôsobuje, že sa výstupné tranzistory zahrievajú, čo často vedie k ich zlyhaniu. Táto situácia sa nazýva prúdmi.
Vráťme sa k obvodu znázornenému na obrázku 3. V tomto prípade sú horné spínače tranzistory 1VT3 a dolné 1VT6. Je ľahké vidieť, že dolné tlačidlá sú galvanicky spojené s ovládacím zariadením a medzi sebou.Preto sa riadiaci signál z výstupu 3 prvku DD3.2 cez odpory 1R1 a 1R3 privádza priamo do základne zloženého tranzistora 1VT4 ... 1VT5. Tento zložený tranzistor nie je ničím iným ako meničom nižších kľúčov. Presne tiež z prvkov DD3, DD4 sú riadené kompozitné tranzistory dolného kľúčového budiča kanálov A2 a A3. Všetky tri kanály sú napájané rovnakým usmerňovačom. na diódovom mostíku VD2.
Horné kľúče galvanickej komunikácie so spoločným drôtom a ovládacím zariadením preto nemusia ovládať, okrem vodiča, na zloženom tranzistore 1VT1 ... 1VT2, v každom kanáli musel byť nainštalovaný ďalší optočlen 1U1. Výstupný optočlenový tranzistor v tomto obvode tiež plní funkciu prídavného meniča: keď je výstup 3 prvku DD3.2 na vysokej úrovni, tranzistor horného spínača 1VT3 je otvorený.
Na napájanie každého ovládača najvyššej kľúče sa používa samostatný usmerňovač 1VD1, 1C1. Každý usmerňovač je napájaný samostatným vinutím transformátora, ktoré možno považovať za nevýhodu obvodu.
Kondenzátor 1C2 poskytuje oneskorenie spínania kľúča asi 100 mikrosekúnd, optočlen 1U1 dáva rovnaké množstvo, čím vytvára vyššie uvedenú „mŕtvu zónu“.
Je regulácia frekvencie dostatočná?
Pri poklese frekvencie napájacieho striedavého napätia klesá induktívny odpor vinutí motora (pamätajte iba na vzorec induktívneho odporu), čo vedie k zvýšeniu prúdu vinutím a v dôsledku toho k prehriatiu vinutí. Magnetický obvod statora je tiež nasýtený. Aby sa predišlo týmto negatívnym dôsledkom, musí sa pri poklese frekvencie tiež znížiť účinná hodnota napätia na vinutiach motora.
Jeden spôsob riešenia problému v amatérskych chastotnikoch bol navrhnutý na reguláciu tejto najúčinnejšej hodnoty pomocou LATR, ktorého pohyblivý kontakt mal mechanické spojenie s variabilným odporom regulátora frekvencie. Túto metódu odporúčal v článku S. Kalugin, „Finalizácia regulátora otáčok trojfázových asynchrónnych motorov“. Journal of Radio 2002, No. 3, s. 31.
V amatérskych podmienkach sa ukázalo, že mechanická zostava je zložitá a predovšetkým nespoľahlivá. Jednoduchší a spoľahlivejší spôsob použitia autotransformátora navrhol E. Muradkhanian z Jerevanu v časopise Radio č. 12 2004. Schéma tohto zariadenia je znázornená na obrázkoch 5 a 6.
Sieťové napätie 220 V je dodávané do autotransformátora Tl a z jeho pohyblivého kontaktu do usmerňovacieho mostíka VD1 s filtrom C1, L1, C2. Na výstupe filtra sa získa premenlivé konštantné napätie Ureg, ktoré sa používa na pohon samotného motora.
Obrázok 5
Napätie Ureg cez odpor R1 sa dodáva aj do hlavného oscilátora DA1, ktorý je vyrobený na čipe KR1006VI1 (importovaná verzia) NE555). V dôsledku tohto pripojenia sa konvenčný generátor štvorcových vĺn zmení na VCO (generátor riadený napätím). Preto so zvyšovaním napätia Ureg sa tiež zvyšuje frekvencia generátora DA1, čo vedie k zvýšeniu otáčok motora. Pri poklese napätia Ureg sa úmerne zníži aj frekvencia hlavného oscilátora, čím sa zabráni prehriatiu vinutí a presýteniu magnetického obvodu statora.
Obrázok 6
V tom istom článku v časopise autor ponúka variant hlavného oscilátora, ktorý vám umožní zbaviť sa použitia autotransformátora. Obvod generátora je zobrazený na obrázku 7.
Obrázok 7
Generátor je vyrobený na druhom spúšťači čipu DD3, v diagrame je označený ako DD3.2. Frekvencia je nastavená kondenzátorom C1, frekvencia je riadená premenlivým odporom R2. Spolu s reguláciou frekvencie sa doba pulzu na výstupe generátora tiež mení: s klesajúcou frekvenciou sa doba trvania znižuje, takže napätie na vinutí motora klesá. Tento riadiaci princíp sa nazýva modulácia šírky impulzu (PWM).
V uvažovanom amatérskom obvode je výkon motora malý, motor je poháňaný pravouhlými impulzmi, takže PWM je pomerne primitívny. V skutočnosti priemyselné meniče frekvencie Vysokovýkonný PWM je určený na generovanie takmer sínusového napätia na výstupe, ako je znázornené na obrázku 8, a na vykonávanie práce s rôznymi záťažami: pri konštantnom krútiacom momente, pri konštantnom výkone a pri zaťažení ventilátora.
Obrázok 8. Tvar výstupného napätia jednej fázy trojfázového striedača s PWM.
Napájacia časť obvodu
Výstup má moderné značkové chastotníky Výkonové tranzistory MOSFET alebo IGBTosobitne navrhnuté na prevádzku vo frekvenčných meničoch. V niektorých prípadoch sú tieto tranzistory kombinované do modulov, čo všeobecne zlepšuje výkon celej štruktúry. Tieto tranzistory sú riadené pomocou špeciálnych mikroobvodov vodiča. V niektorých modeloch sú ovládače integrované do tranzistorových modulov.
V súčasnosti sú najbežnejšími čipmi a tranzistormi medzinárodný usmerňovač. V opísanej schéme je celkom možné použiť ovládače IR2130 alebo IR2132. V jednom prípade takého čipu je súčasne šesť ovládačov: tri pre spodný kľúč a tri pre horný, čo uľahčuje zostavenie výstupnej fázy trojfázového mostíka. Okrem hlavnej funkcie obsahujú tieto ovládače aj niekoľko ďalších ovládačov, napríklad ochranu pred preťažením a skratom. Podrobnejšie informácie o týchto ovládačoch nájdete v technických popisoch príslušných čipov.
So všetkými výhodami je jedinou nevýhodou týchto mikroobvodov ich vysoká cena, takže autor dizajnu prešiel iným, jednoduchším, lacnejším a zároveň uskutočniteľným spôsobom: špecializované mikroobvody vodiča boli nahradené integrovanými časovými čipmi КР1006ВИ1 (NE555).
Výstupné klávesy na integrovaných časovačoch
Ak sa vrátime k obrázku 6, vidíme, že obvod má výstupné signály pre každú z troch fáz označených ako „H“ a „B“. Prítomnosť týchto signálov umožňuje samostatné ovládanie horného a dolného tlačidla. Toto oddelenie umožňuje vytvoriť pauzu medzi prepínaním horných a dolných klávesov pomocou ovládacej jednotky a nie samotných klávesov, ako je znázornené na obrázku na obrázku 3.
Obvod výstupných kľúčov využívajúcich mikroobvody KR1006VI1 (NE555) je znázornený na obrázku 9. Pre trojfázový prevodník sú samozrejme potrebné tri kópie takýchto kľúčov.
Obrázok 9
Ako ovládače horných (VT1) a dolných (VT2) klávesov sa používajú mikroobvody KR1006VI1, ktoré sú zahrnuté podľa Schmidtovho spúšťacieho systému. S ich pomocou je možné získať impulzný hradlový prúd najmenej 200 mA, čo umožňuje dostatočne spoľahlivé a rýchle riadenie výstupných tranzistorov.
Čipy spodných kľúčov DA2 majú galvanické spojenie so zdrojom + 12V a podľa toho s riadiacou jednotkou, takže sú napájané z tohto zdroja. Mikročipy horných klávesov môžu byť napájané rovnakým spôsobom, ako je znázornené na obrázku 3, s použitím ďalších usmerňovačov a samostatných vinutí na transformátore. V tejto schéme sa však používa iný, tzv. Rýchly spôsob výživy, ktorého význam je nasledujúci. Mikroobvod DA1 prijíma energiu z elektrolytického kondenzátora C1, ktorého náboj sa vyskytuje v obvode: + 12 V, VD1, C1, otvorený tranzistor VT2 (cez elektródy je zdrojom vývod), „spoločný“.
Inými slovami, nabíjanie kondenzátora C1 nastáva, keď je tranzistor spodného kľúča otvorený. V tomto okamihu je mínus terminál kondenzátora C1 takmer skratovaný k spoločnému vodiču (odpor otvoreného odtoku - časť zdroja výkonných tranzistorov s efektom poľa je tisíciny Ohmu!), Čo umožňuje jeho nabíjanie.
Keď je tranzistor VT2 uzavretý, dióda VD1 sa tiež uzavrie, nabíjanie kondenzátora Cl sa zastaví až do nasledujúceho otvorenia tranzistora VT2.Avšak náboj kondenzátora C1 je dostatočný na napájanie čipu DA1, zatiaľ čo tranzistor VT2 je uzavretý. V tomto okamihu je tranzistor horného kľúča prirodzene v zatvorenom stave. Táto schéma vypínačov sa ukázala byť tak dobrá, že sa používa bez zmien v iných amatérskych dizajnoch.
Tento článok pojednáva iba o najjednoduchších schémach amatérskych trojfázových invertorov na mikroobvodoch malého a stredného stupňa integrácie, z ktorých všetko začalo a kde môžete dokonca vziať do úvahy všetko zvnútra pomocou schémy. Vyrábajú sa modernejšie vzory pomocou mikrokontrolérov, najčastejšie série PIC, ktorých schémy boli opakovane uverejňované aj v rozhlasových časopisoch.
Riadiace jednotky mikrokontrolérov podľa schémy sú jednoduchšie ako na mikroobvodoch so stredným stupňom integrácie, majú také potrebné funkcie, ako sú plynulý štart motora, ochrana proti preťaženiu a skratom a iným. V týchto blokoch je všetko implementované na úkor riadiacich programov alebo ako sa nazývajú „firmvér“. Riadiaca jednotka trojfázového striedača bude presne závisieť od týchto programov.
Do časopisu Radio 2008 č. 12 sú publikované pomerne jednoduché obvody pre trojfázové meniče. Tento článok sa nazýva „Hlavný oscilátor pre trojfázový menič.“ Autor článku je tiež autorom série článkov o mikrokontroléroch a mnohých ďalších dizajnoch. Článok predstavuje dva jednoduché obvody na mikrokontroléroch PIC12F629 a PIC16F628.
Frekvencia rotácie v oboch schémach sa postupne mení pomocou jednopólových spínačov, čo v mnohých praktických prípadoch stačí. K dispozícii je tiež odkaz, kde si môžete stiahnuť hotový „firmvér“ a navyše špeciálny program, pomocou ktorého môžete zmeniť parametre „firmvéru“ podľa vlastného uváženia. Je tiež možné prevádzkovať režim „demo“ generátorov. V tomto režime je frekvencia generátora znížená 32-krát, čo umožňuje vizuálne použitie diód LED na sledovanie činnosti generátorov. Poskytuje tiež odporúčania na pripojenie napájacej jednotky.
Ak sa však nechcete zapojiť do programovania mikrokontrolérov, spoločnosť Motorola vydala špecializovaný inteligentný ovládač MC3PHAC, navrhnutý pre trojfázové systémy riadenia motora. Na jeho základe je možné vytvoriť lacné systémy nastaviteľného trojfázového pohonu, ktoré obsahujú všetky potrebné funkcie na riadenie a ochranu. Takéto mikrokontroléry sa čoraz viac používajú v rôznych domácich spotrebičoch, napríklad v umývačkách riadu alebo chladničke.
Spolu s radičom MC3PHAC je možné používať napájacie moduly, ktoré sú bežne k dispozícii, napríklad IRAMS10UP60A vyvinuté spoločnosťou International Rectifier. Moduly obsahujú šesť výkonových spínačov a riadiaci obvod. Viac podrobností o týchto prvkoch nájdete v dokumentácii k údajom, ktorú je možné ľahko nájsť na internete.
Boris Aladyshkin
Pozri tiež na electro-sk.tomathouse.com
: