Принцип роботи і виготовлення частотного перетворювача

Вперше світ познайомився з таким пристроєм, як трифазний асинхронний електродвигун, ще в кінці 19 століття. І починаючи з того часу, його стали застосовувати на кожному промисловому підприємстві, де він став обов'язковим елементом. Під час експлуатації електродвигуна важливо забезпечити його плавний пуск і зупинку. Це можна зробити тільки при наявності спеціального пристрою – перетворювача частоти.

В першу чергу, доцільно оснащувати перетворювачем великі електродвигуни, що володіють високими показниками потужності. Користь від наявності такого пристрою полягає в можливості змінювати пускові струми, задаючи необхідну їх величину.

Принцип роботи частотного перетворювача

Звичайно, можна регулювати пусковий струм і вручну, однак в цьому випадку буде витрачатися певна кількість енергії даремно, що негативним чином позначиться на експлуатаційному ресурсі електродвигуна. Спостережуваний в пристроях, що не мають подібного пристосування, ток має величину, що перевищує в 5-7 разів номінальну напругу. В таких умовах неможливо створити нормальні умови для роботи обладнання.

Дія такого пристрою, як перетворювач частоти, ґрунтується на використанні електронного механізму, Який контролює роботу двигуна. Але його можливості не обмежуються лише м'яким пуском. За допомогою перетворювача частоти можна здійснювати плавну настройку роботи приводу, вибираючи оптимальний показник між напругою і частотою, який розраховується строго по заданій формулі.

Серед достоїнств такого пристрою головним слід назвати те, що воно допомагає зменшити витрату електроенергії в середньому на 50%. До того ж частотний перетворювач дозволяє виставляти такий режим роботи, який в найбільш широкому сенсі враховувати потреби певного виробництва.

Дія подібного перетворювача грунтується на принципі подвійного перетворення напруги.

1. На початковому етапі виконується регулювання напруги мережі шляхом його випрямлення і фільтрування, що досягається за допомогою використання системи конденсаторів.
2. Далі настає черга електронного управління, завдяки якому для струму виставляється частота, відповідна заздалегідь обраному режиму.

В результаті виникають прямокутні імпульси, які коригуються обмоткою статора двигуна, що дозволяє вивести її на рівень синусоїди.

На що звернути увагу при виборі?

Якщо звернути увагу на доступні сьогодні моделі перетворювачів, то визначальним фактором стає саме ціна Частотники. Справа в тому, що найбільшим функціоналом володіють лише дорогі моделі пребразователей частоти. Однак, щоб обираний перетворювач зміг успішно справлятися з необхідними завданнями, потрібно виходити з конкретних умов його використання.

• Перетворювач частоти може передбачати два типи управління: векторне і скалярне. У першому випадку можна виставити з високою точністю необхідну величину струму. Особливістю скалярного управління є те, що пристрій працює лише в одному заданому співвідношенні між частотою і напругою на виході. Такі пристрої можуть використовуватися лише для звичайних побутових пристроїв, на зразок вентилятора.
• характеристики потужності багато в чому впливають на універсальність перетворювача частоти. Це не тільки розширює його можливості, а й створює менше проблем при обслуговуванні.
• Для роботи пристрою повинна бути передбачено мережу, що володіє максимально широким діапазоном напруги. У цьому випадку зменшується небезпека, що пристрій вийде з ладу в разі різких стрибків.Найбільшу загрозу для обладнання представляє підвищення напруги, що може призвести до вибуху мережевих конденсаторів.
• Важливим параметром є і частота, значення якої повинно бути достатнім для задоволення потреб виробництва. За його нижньої межі можна зрозуміти, наскільки широкі можливості є для вибору оптимальної швидкості приводу. Якщо є необхідність в пристрої, що володіє більш широким діапазоном частоти, то слід звернути увагу на моделі з векторним керуванням. На практиці ж найбільш поширені частоти з діапазоном 10-60 Гц, в рідкісних випадках використовуються до 100 Гц.
• Наявність різних входів і виходів, Використовуваних для управління. Набагато зручніше користуватися пристроєм, у якого кількість подібних роз'ємів досить велике. Однак це ж призводить до збільшення вартості обладнання, а також створює труднощі з правильною настроюванням. У пристроях подібного типу можуть бути передбачені три типи роз'ємів: дискретні, цифрові, аналогові. Основне призначення перших полягає у введенні команд управління і виведення повідомлень про події. За допомогою цифрових роз'ємів здійснюється введення сигналів цифрових датчиків. Аналогові ж роз'єми покликані вирішувати завдання по введенню сигналів зворотного зв'язку.
• При виборі моделі перетворювача слід звертати увагу на шину управління, характеристики якої повинні відповідати можливостям схеми частотного перетворювача, що проявляється у відповідній кількості роз'ємів. Оптимальний варіант, коли їх є достатня кількість на випадок можливої ​​модернізації.
• перевантажувальні здібності. Рекомендується віддавати перевагу моделям частотники, запас потужності яких на 15% перевершує потужність використовуваного двигуна. Щоб уникнути помилок не завадить перед прийняттям рішення ознайомитися з документацією. У них зазвичай наводяться всі основні характеристики двигуна. Якщо стоїть завдання підібрати Частотники, здатне витримувати пікові навантаження, то рекомендується віддавати перевагу обладнанню, яке зможе зберігати значення струму в умовах пікової роботи на 10% більше зазначеного.

Щоб зробити своїми руками частотний перетворювач для однофазного електродвигуна, необхідно підготувати наступне:

• IR2135 (IR2133) – драйвер трифазного моста;
• AT90SPWM3B – мікроконтроллёр (використовується як генератор PWM);
• програматор (наприклад, AVReAl);
• шість штук транзисторів IRG4BC30W;
• РКІ індикатор;
• шість кнопок.

Збирання перетворювача частоти

Не варто відмовлятися від ідеї зробити своїми силами перетворювач. Цю задачу вирішити під силу будь-якому власникові, враховуючи, що в мережі можна знайти велика кількість інструкцій і схем по збірці подібного пристрою і його підключення до асинхронного двигуна.

Розглядаючи такий варіант, головне, про що слід пам'ятати – що збирається своїми руками модель повинна відрізнятися не тільки доступною ціною, але і надійністю, а також бути здатна успішно вирішувати завдання в побутових умовах. Якщо ж є потреба в пристрої для промислового використання, то, природно, оптимальним вибором будуть перетворювачі, пропоновані магазинами.

Порядок дій по збірці схеми частотного перетворювача

Наведена нижче схема розрахована на проводку з напругою 220В і однією фазою. Пристрій призначений для двигуна, потужність якого не перевищує 1 кВт.

Спочатку необхідно з'єднати між собою обмотки двигуна, для чого використовується варіант «трикутник».

Основу конструкції обладнання утворюють дві плати. Перша буде поступатися місцем для розміщення таких елементів, як блок живлення і драйвер. Крім них тут будуть встановлені транзистори і силові клеми. Друга плата використовується для кріплення мікроконтролера і індикатора. Для з'єднання плат один з одним використовується гнучкий шлейф.

Для виготовлення імпульсного блоку живлення використовується звичайна схема, яку можна знайти в мережі.

Щоб контролювати роботу двигуна, немає необхідності впливати на струм за допомогою зовнішніх пристроїв. Однак не зайвим буде додати в конструкцію мікросхему (IL300) шляхом введення лінійної розв'язки.

Загальний радіатор використовується для розміщення не тільки транзисторів, але і діодного моста.

Обов'язковою є наявність оптронов ОС2-4, призначення яких полягає в дублюванні функцій проектора. На ОС-1 покладається завдання щодо виконання призначених для користувача функцій.

Якщо обирається частотний перетворювач має одну фазу, то він може працювати без трансформатора. Альтернативою йому може служити струмовий шунт, який виконується у вигляді чотирьох витків манганінового дроти перетином 0,5 км на оправі 3 мм. Використовуваний шунт можна доповнити і підсилювачем DA-1.

якщо потужність двигуна становить 400 Вт, То він може працювати і без термодатчика. Із завданням по вимірюванню напруги мережі успішно може впоратися і DA-1-2 (підсилювач).

Слід подбати про захист кнопок, встановивши на них пластикові штовхачі, управління ж здійснюється за допомогою опторазвязкі.

Якщо будуть присутні довгі дроти, то до них слід додати помехоподавляющие кільця.

Під час роботи ротора двигуна можна вибирати будь-яку швидкість межах частоти 1: 40. У режимі роботи малих частот слід задіяти режим фіксованого напруги.

Підключення частотного перетворювача

Якщо використовувана проводка має одну фазу і напруга 220В, то в якості кращою схеми підключення використовується варіант «трикутник». Важливо пам'ятати про те, що ток на виході може бути більше номінального не більше, ніж на 50%.

Якщо мова йде про трифазної проводці з напругою 380В, То для підключення до двигуна частотного перетворювача вибирається схема «зірка». Для простоти виконання цієї процедури на перетворювачі присутні клеми, на поверхні яких є підказки у вигляді букв.

• R, S, T- до цих контактах підводять дроти мережі в будь-якому порядку;
• U, V, W – за допомогою їх виконується включення асинхронного двигуна (в тих випадках, коли двигун працює в режимі реверсу, для повернення до нормального обертанню достатньо будь-якої з двох проводів поміняти місцями на контактах).

Обов'язково в конструкції є клема, яка використовується для заземлення.

Рекомендації по обслуговуванню обладнання

Щоб зібраний своїми руками частотний перетворювач зміг успішно виконувати свої функції протягом тривалого часу, власник повинен виконувати наступні рекомендації:

1. Стежити за станом внутрішніх елементів, не допускаючи скупчення на них пилу. При необхідності використовують невеликий компресор, оскільки пилососа може бути не під силу видалити пил, що лежить щільним шаром.
2. Перевіряти працездатність вузлів і міняти їх при необхідності. Нормальним для електролітичних конденсаторів вважається термін служби тривалістю 5 років, для запобіжників – 10 років. Вентилятори охолодження слід міняти вже після 2-3 років експлуатації. Внутрішні ж шлейфи допускається використовувати не більше 6 років.
3. Необхідно стежити за температурою внутрішніх механізмів, а також напругою на шині постійного струму. У разі зростання температури виникає небезпека засихання термопровідних пасти, що може закінчитися виходом з ладу конденсаторів. Необхідно взяти за правило наносити не рідше як мінімум кожні три роки новий шар пасти на силові компоненти приводу.
4. Необхідно в точності дотримуватися умов експлуатації. Оптимальним вважається температурний режим навколишнього середовища на рівні до + 40 градусів. Вкрай негативний вплив на роботу елементів надають підвищена вологість і запиленість повітря.

висновок

Частотний перетворювач є необхідним обладнанням, що підвищує ефективність роботи асинхронного двигуна. При необхідності його можна виготовити своїми силами. Для цього досить підготувати необхідні матеріали і в точності слідувати схемі збірки. При цьому слід приділити особливу увагу обслуговуванню частотного перетворювача, так як при відсутності належної уваги до його станом це обладнання може досить скоро вийти з ладу, що негативним чином позначиться і на роботі електродвигуна.