kategorier: Utvalgte artikler » Praktisk elektronikk
Antall visninger: 368329
Kommentarer til artikkelen: 5
Ordninger med amatørfrekvensomformere
En av de første omformerkretsene for å drive en trefaset motor ble publisert i Radio Magazine nr. 11 fra 1999. Ordningsutvikler M. Mukhin var på den tiden student i 10. klasse og var engasjert i en radiokrets.
Omformeren var beregnet på å drive miniatyrfase-motoren DID-5TA, som ble brukt i maskinen for å bore kretskort. Det skal bemerkes at driftsfrekvensen til denne motoren er 400Hz, og forsyningsspenningen er 27V. I tillegg ble midtpunktet til motoren (når du koblet viklingene med en "stjerne") hentet ut, noe som gjorde det mulig å ekstremt forenkle kretsen: den tok bare tre utsignaler, og hver fase krevde bare en utgangsnøkkel. Generatorkretsen er vist på figur 1.
Som det fremgår av diagrammet, består omformeren av tre deler: en trefase-sekvenspulsgenerator-generator på DD1 ... DD3-mikrokretser, tre nøkler på kompositttransistorer (VT1 ... VT6) og den faktiske elektriske motoren M1.
Figur 2 viser tidsdiagrammer for pulser generert av generatorgeneratoren. Hovedoscillatoren er laget på DD1-brikken. Ved å bruke motstand R2 kan du stille inn ønsket motorhastighet, samt endre den innenfor visse grenser. Mer detaljert informasjon om kretsen finner du i loggen ovenfor. Det skal bemerkes at i henhold til moderne terminologi kalles slike generatorer kontrollører.
Figur 1
Figur 2. Tidsdiagrammer over generatorpulsene.
Basert på kontrolleren A. Dubrovsky fra byen Novopolotsk, Vitebsk-regionen. Utformingen av en frekvensomformer for en motor drevet av 220V AC ble utviklet. Kretsdiagrammet ble publisert i tidsskriftet Radio 2001. Nummer 4.
I denne ordningen, praktisk talt uendret, brukes den nettopp gjennomgåtte kontrolleren i henhold til ordningen til M. Mukhin. Utgangssignalene fra elementene DD3.2, DD3.3 og DD3.4 brukes til å kontrollere utgangstastene A1, A2 og A3, som den elektriske motoren er koblet til. Diagrammet viser nøkkelen A1, resten er identiske. Et komplett diagram over enheten er vist på figur 3.
Figur 3
Koble motoren til utgangen til en trefaset omformer
For å gjøre deg kjent med tilkoblingen av motoren til utgangstastene, er det verdt å vurdere et forenklet diagram vist i figur 4.
Figur 4
Figuren viser motoren M, styrt av tastene V1 ... V6. Halvlederelementer for å forenkle kretsen vist i form av mekaniske kontakter. Den elektriske motoren drives av konstant spenning Ud hentet fra likeretteren (ikke vist på figuren). I dette tilfellet kalles tastene V1, V3, V5 øvre, og tastene V2, V4, V6 nedre.
Det er ganske åpenbart at åpningen av øvre og nedre taster samtidig, nemlig med parene V1 & V6, V3 & V6, V5 & V2, er helt uakseptabel: en kortslutning vil oppstå. Derfor er det viktig for normal drift av et slikt nøkkelopplegg at den øvre nøkkelen allerede er lukket når den nedre tasten åpnes. For dette formål danner kontrollerne en pause, ofte referert til som en "død sone".
Størrelsen på denne pausen er slik at den sikrer garantert lukking av krafttransistorer. Hvis denne pausen er utilstrekkelig, er det mulig å åpne øvre og nedre tastene kort samtidig. Dette får utgangstransistorene til å varme, noe som ofte fører til at de svikter. Denne situasjonen kalles gjennom strømmer.
La oss gå tilbake til kretsen vist i figur 3. I dette tilfellet er de øvre bryterne transistorer 1VT3, og de nedre 1VT6. Det er lett å se at de nedre tastene er galvanisk koblet til kontrollenheten og seg imellom.Derfor føres styresignalet fra utgangen 3 fra elementet DD3.2 gjennom motstandene 1R1 og 1R3 direkte til basen til kompositt-transistoren 1VT4 ... 1VT5. Denne sammensatte transistoren er ikke noe annet enn en nøkkeldriver. Nøyaktig også fra elementene DD3, DD4, er de sammensatte transistorene til den nedre nøkkeldriveren for kanalene A2 og A3 kontrollert. Alle tre kanalene drives av den samme likeretteren. på diodebroen VD2.
De øvre tastene for galvanisk kommunikasjon med en felles ledning og kontrollanordning har derfor ikke for å kontrollere dem, i tillegg til driveren, på en sammensatt transistor 1VT1 ... 1VT2, en ekstra optokoppling 1U1 måtte installeres i hver kanal. Utgangsoptokopplingstransistoren i denne kretsen utfører også funksjonen til en ekstra omformer: når utgangen 3 fra DD3.2-elementet er et høyt nivå, er transistoren til den øvre bryteren 1VT3 åpen.
En egen likeretter 1VD1, 1C1 brukes til å drive hver toppnøkkel-driver. Hver likeretter drives av en individuell transformatorvikling, som kan betraktes som en ulempe av kretsen.
Kondensator 1C2 tilveiebringer en nøkkelomkoblingsforsinkelse på omtrent 100 mikrosekunder, den samme mengden optokoppler 1U1 gir, og danner derved den nevnte "døde sone".
Er frekvensregulering nok?
Med en reduksjon i frekvensen på vekselvis spenning i forsyningen, synker motorens viklingers induksjonsmotstand (bare husk formelen for induktiv motstand), noe som fører til en økning i strømmen gjennom viklingene, og som et resultat til overoppheting av viklingene. Statorens magnetiske krets er også mettet. For å unngå disse negative konsekvensene, må også den effektive verdien av spenningen på motorviklingene reduseres når frekvensen synker.
En måte å løse problemet på amatørchastotniks ble foreslått å regulere denne mest effektive verdien ved å bruke LATR, hvis bevegelige kontakt hadde en mekanisk forbindelse med en variabel motstand av frekvensregulatoren. Denne metoden ble anbefalt i artikkelen av S. Kalugin, "Avslutning av hastighetskontrolleren til trefasede asynkronmotorer". Journal of Radio 2002, nr. 3, s. 31.
Under amatørforhold viste den mekaniske enheten seg å være kompleks og, viktigst, upålitelig. En enklere og mer pålitelig måte å bruke en autotransformator ble foreslått av E. Muradkhanian fra Yerevan i Radiomagasinet nr. 12 2004. Et diagram av denne enheten er vist i figur 5 og 6.
Nettspenningen på 220V tilføres autotransformatoren T1, og fra dens bevegelige kontakt til likeretterbroen VD1 med et filter Cl, L1, C2. Ved filterutgangen oppnås en variabel konstant spenning Ureg, som brukes til å drive motoren selv.
Figur 5
Spenningen Ureg gjennom motstanden R1 blir også levert til masteroscillatoren DA1, laget på brikken KR1006VI1 (importert versjon NE555). Som et resultat av denne forbindelsen blir en konvensjonell firkantbølgenerator til en VCO (spenningsstyrt generator). Med økning i spenning Ureg øker derfor også frekvensen til generatoren DA1, noe som fører til en økning i motorhastigheten. Med en reduksjon i spenning Ureg, reduseres også frekvensen til masteroscillatoren proporsjonalt, noe som unngår overoppheting av viklingene og overmettet av statormagnetkretsen.
Figur 6
I samme tidsskriftartikkel tilbyr forfatteren en variant av masteroscillatoren, som lar deg kvitte deg med bruken av en autotransformator. Generatorkretsen er vist på figur 7.
Figur 7
Generatoren er laget på den andre utløseren av DD3-brikken, i diagrammet er den betegnet som DD3.2. Frekvensen stilles inn av kondensator Cl, frekvensen styres av en variabel motstand R2. Sammen med frekvensstyringen endres også pulsvarigheten ved generatorutgangen: med synkende frekvens reduseres varigheten, så spenningen på motorviklingene synker. Dette kontrollprinsippet kalles PWM.
I amatørkretsen som er vurdert er motoreffekten liten, motoren drives av rektangulære pulser, så PWM er ganske primitiv. Virkelig industrielle frekvensomformere high power PWM er designet for å generere nesten sinusformet spenning ved utgangen, som vist i figur 8, og for å implementere arbeid med forskjellige belastninger: med konstant dreiemoment, ved konstant kraft og ved viftebelastning.
Figur 8. Formen på utgangsspenningen til en fase av en trefaseomformer med PWM.
Strømdel av kretsen
Moderne merkede chastotniks har en utgang MOSFET eller IGBT krafttransistorerspesialdesignet for bruk i frekvensomformere. I noen tilfeller er disse transistorene kombinert i moduler, noe som generelt forbedrer ytelsen til hele strukturen. Disse transistorene styres ved hjelp av spesialiserte drivermikrokretser. I noen modeller er drivere tilgjengelige integrert i transistormoduler.
For øyeblikket er de vanligste chips og transistorer International Rectifier. I det beskrevne skjemaet er det fullt mulig å bruke driverne IR2130 eller IR2132. I et tilfelle av en slik chip er det seks drivere samtidig: tre for den nedre tasten og tre for den øvre, noe som gjør det enkelt å montere et trefaset broutgangstrinn. I tillegg til hovedfunksjonen, inneholder disse driverne også flere andre, for eksempel beskyttelse mot overbelastning og kortslutning. Mer detaljert informasjon om disse driverne finner du i databladets tekniske beskrivelser for de respektive brikkene.
Med alle fordelene, er den eneste ulempen med disse mikrokretsene deres høye pris, så forfatteren av designen gikk en annen, enklere, billigere og samtidig gjennomførbar måte: spesialiserte sjåførmikrokretser ble erstattet av integrerte tidtakerschips КР1006ВИ1 (NE555).
Utgangstaster på integrerte tidtakere
Hvis vi går tilbake til figur 6, kan vi se at kretsen har utgangssignaler for hver av de tre fasene, betegnet som “H” og “B”. Tilstedeværelsen av disse signalene tillater separat kontroll av de øvre og nedre tastene. Denne separasjonen lar deg opprette en pause mellom bytte av øvre og nedre tast ved hjelp av kontrollenheten, i stedet for selve tastene, som vist i diagrammet i figur 3.
Oppsettet av utgangstastene ved bruk av KR1006VI1 (NE555) mikrokretser er vist i figur 9. Naturligvis vil det for en trefasekonverter være behov for tre kopier av slike nøkler.
Figur 9
Som drivere for øvre (VT1) og nedre (VT2) nøkler brukes KR1006VI1 mikrokretser, som er inkludert i henhold til Schmidt trigger-ordningen. Med deres hjelp er det mulig å oppnå en pulsgrindstrøm på minst 200 mA, noe som gjør det mulig å oppnå en tilstrekkelig pålitelig og rask kontroll av utgangstransistorene.
Brikkene til de nedre tastene DA2 har galvanisk forbindelse med + 12V strømforsyningen og følgelig med kontrollenheten, slik at de får strøm fra denne kilden. Mikrobrikkene til de øvre tastene kan drives på samme måte som vist på figur 3 ved bruk av ekstra likerettere og separate viklinger på transformatoren. Men i dette skjemaet brukes en annen, såkalt "rask" ernæringsmetode, som betyr som følger. DA1-mikrokretsen mottar strøm fra den elektrolytiske kondensatoren C1, hvis ladning skjer gjennom kretsløpet: + 12V, VD1, C1, en åpen transistor VT2 (gjennom elektrodene er avløpet kilden), "vanlig".
Med andre ord, ladningen på kondensator Cl oppstår mens den nedre nøkkeltransistoren er åpen. I dette øyeblikket er minuspolen på kondensatoren C1 nesten kortsluttet til den vanlige ledningen (motstanden til det åpne avløpet - kildeseksjonen til kraftige felteffekttransistorer er tusendels Ohm!), Noe som gjør det mulig å lade den.
Når transistoren VT2 er lukket, vil dioden VD1 også stenge, ladningen til kondensatoren C1 vil stoppe til neste åpning av transistoren VT2.Men ladningen til kondensator C1 er tilstrekkelig til å drive DA1-brikken mens transistoren VT2 er lukket. Naturlig, i dette øyeblikket er transistoren til den øvre nøkkelen i lukket tilstand. Denne ordningen med strømnøkler viste seg å være så god at den brukes uten endringer i andre amatørdesign.
Denne artikkelen diskuterer bare de enkleste skjemaene for amatør-trefasede omformere på mikrokretser med liten og middels integrasjonsgrad, som det hele begynte med, og hvor du til og med kan vurdere alt fra innsiden ved å bruke kretsen. Mer moderne design er laget bruker mikrokontrollere, oftest PIC-serier, ordninger som også gjentatte ganger er blitt publisert i Radiomagasiner.
Enheter for mikrokontroller i henhold til ordningen er enklere enn på mikrokretser med middels integrasjonsgrad, de har så nødvendige funksjoner som jevn motorstart, beskyttelse mot overbelastning og kortslutning og noen andre. I disse blokkene blir alt implementert på bekostning av kontrollprogrammer eller som de kalles firmware. Kontrollenheten til en trefaset omformer avhenger nøyaktig av disse programmene.
Ganske enkle kretsløp for trefaset inverterkontrollere er publisert i tidsskriftet Radio 2008 nr. 12. Artikkelen heter "Hovedoscillatoren for en trefaset omformer." Forfatteren av artikkelen er også forfatteren av en serie artikler om mikrokontrollere og mange andre design. Artikkelen presenterer to enkle kretsløp på mikrokontrollere PIC12F629 og PIC16F628.
Rotasjonsfrekvensen i begge ordninger endres trinnvis ved hjelp av enpolige brytere, noe som er ganske nok i mange praktiske tilfeller. Det er også en lenke der du kan laste ned ferdig "firmware", og dessuten et spesielt program som du kan endre parametrene til "firmware" etter eget skjønn. Det er også mulig å betjene generatormodusen "demo". I denne modusen reduseres generatorens frekvens med 32 ganger, noe som gjør det mulig å visuelt bruke lysdiodene til å observere generatorenes drift. Den gir også anbefalinger for tilkobling av strømmen.
Men hvis du ikke vil delta i programmering av mikrokontroller, har Motorola gitt ut en spesialisert intelligent kontroller MC3PHAC, designet for 3-fasers motorstyringssystemer. På grunnlag av dette er det mulig å lage billige systemer for en justerbar trefaset stasjon som inneholder alle nødvendige funksjoner for kontroll og beskyttelse. Slike mikrokontrollere blir i økende grad brukt i forskjellige husholdningsapparater, for eksempel i oppvaskmaskiner eller kjøleskap.
Komplett med MC3PHAC-kontrolleren er det mulig å bruke elektriske moduler, for eksempel IRAMS10UP60A utviklet av International Rectifier. Modulene inneholder seks strømbrytere og en kontrollkrets. For mer informasjon om disse elementene, se deres datablad, som er lett å finne på Internett.
Boris Aladyshkin
Se også på elektrohomepro.com
: