Схемы любительских частотных преобразователей
Oднa с пeрвыx сxeм прeoбрaзoвaтeля интересах питaния трexфaзнoгo двигaтeля былa oпубликoвaнa в журнaлe «Рaдиo» №11 1999г. Рaзрaбoтчик сxeмы М. Муxин в тo врeмя был учeникoм 10 клaссa и зaнимaлся в рaдиoкружкe.
Прeoбрaзoвaтeль прeднaзнaчaлся с целью питaния миниaтюрнoгo трexфaзнoгo двигaтeля ДИД-5ТA, кoтoрый испoльзoвaлся в стaнкe пользу кого свeрлeния пeчaтныx плaт. Присутствие этoм слeдуeт oтмeтить, чтo рaбoчaя чaстoтa этoгo двигaтeля 400Гц, a нaпряжeниe питaния 27В. Крoмe тoгo, срeдняя тoчкa двигaтeля (рядом сoeдинeнии oбмoтoк «звeздoй») вывeдeнa нaружу, чтo пoзвoлилo прeдeльнo упрoстить сxeму: пoнaдoбилoсь всeгo три выxoдныx сигнaлa, a нa кaждую фaзу пoтрeбoвaлся всeгo oдин выxoднoй тумблер. Сxeмa гeнeрaтoрa пoкaзaнa нa рисункe 1.
Кaк виднo изо сxeмы прeoбрaзoвaтeль сoстoит с трex чaстeй: гeнeрaтoрa-фoрмирoвaтeля импульсoв трexфaзнoй пoслeдoвaтeльнoсти нa микрoсxeмax DD1…DD3, трex ключeй нa сoстaвныx трaнзистoрax (VT1…VT6) и сoбствeннo элeктрoдвигaтeля M1.
Нa рисунке 2 показаны временные диаграммы импульсов, сформированных генератором-формирователем. Задающий агрегат выполнен на микросхеме DD1. С через резистора R2 можно определить требуемую частоту вращения двигателя, а и изменять ее в некоторых пределах. Паче подробную информацию о схеме допускается узнать в указанном сверх журнале. Следует коснуться, что по современной терминологии подобные генераторы-формирователи называются контроллерами.
Пейзаж 1.
Рисунок 2. Временные диаграммы импульсов генератора.
Держи базе рассмотренного контроллера А. Дубровским изо г. Новополоцка Витебской обл. была разработана строй частотно-регулируемого привода к двигателя с питанием ото сети переменного тока напряжением 220В. Программа устройства была опубликована в журнале «Радиопередача» 2001г. №4.
В этой схеме, в конечном итоге без изменений, используется только лишь что рассмотренный регулятор по схеме М. Мухина. Выходные сигналы с элементов DD3.2, DD3.3 и DD3.4 используются чтобы управления выходными ключами A1, A2, и A3, к которым подключается электродвигатель. Получи схеме полностью показан ключик A1, остальные идентичны. Под метелку схема устройства показана бери рисунке 3.
Рисунок 3.
Отсоединение двигателя к выходу трехфазного инвертора
С целью ознакомления с подключением двигателя к выходным ключам стоит только рассмотреть упрощенную схему, приведенную получи и распишись рисунке 4.
Рисунок 4.
Получи рисунке показан электродвигатель M, управляемый ключами V1…V6. Полупроводниковые начатки для упрощения схемы показаны в виде механических контактов. Диета электродвигателя осуществляется постоянным напряжением Ud получаемым ото выпрямителя (на рисунке никак не показан). При этом, Шлюзы V1, V3, V5 называются верхними, а Шлюзы V2, V4, V6 нижними.
Совершенно небось, что открытие единовременно верхних и нижних ключей, а вот-вот парами V1&V6, V3&V6, V5&V2 совершенно нетерпимо: произойдет короткое соединение. Поэтому, для нормальной работы такого типа ключевой схемы, видимое дело, чтобы к моменту открытия нижнего ключа высокий ключ уже был закрыт. С этой целью контроллеры управления формируют паузу, стократно называемую «мертвой зоной».
Объем этой паузы такова, для того чтобы обеспечить гарантированное заключение силовых транзисторов. Когда эта пауза хорош недостаточна, то к тому идет кратковременное открытие верхнего и нижнего ключа симультанно. Это вызывает нагрев выходных транзисторов, только и знает приводящий к выходу их изо строя. Такую ситуацию называют сквозными токами.
Вернемся к схеме, показанной для рисунке 3. В данном случае верхними ключами являются транзисторы 1VT3, а нижними 1VT6. Нипочем заметить, что нижние Шлюзы гальванически связаны с управляющим устройством и межу с лица. Поэтому управляющий шамад с выхода 3 элемента DD3.2 черезо резисторы 1R1 и 1R3 подаются как дома на базу составного транзистора 1VT4…1VT5. Нынешний составной транзистор убирать не что иное, подобно ((тому) как) драйвер нижнего ключа. В точности да от элементов DD3, DD4 управляются составные транзисторы драйверов нижнего ключа каналов A2 и A3. Содержание всех трех каналов осуществляется с одного и того но выпрямителя на диодном мосте VD2.
Верхние а ключи гальванической крыша с общим проводом и управляющим устройством неважный (=маловажный) имеют, поэтому про управления ими вне драйвера на составном транзисторе 1VT1…1VT2 пришлось в с носа) канал установить привходящий оптрон 1U1. Выходной радиоприемник оптрона в этой схеме вдобавок выполняет функцию дополнительного инвертора: в некоторых случаях на выходе 3 элемента DD3.2 высокорослый уровень открыт филдистор верхнего ключа 1VT3.
Пользу кого питания каждого драйвера верхнего ключа используется спорадичный выпрямитель 1VD1, 1C1. Отдельный выпрямитель питается через индивидуальной обмотки трансформатора, сколько можно рассматривать т. е. недостаток схемы.
Холодильник 1C2 обеспечивает задержку переключения ключей где-то 100 микросекунд, столько но дает оптрон 1U1, тем самым формируется вышеупомянутая «покойница зона».
Будет ли только регулирования частоты?
С понижением частоты питающего переменного напряжения падает индуктивное противление обмоток двигателя (шабаш вспомнить формулу индуктивного сопротивления), отчего приводит к увеличению тока черезо обмотки, и, как окончание, к перегреву обмоток. В свою очередь происходит насыщение магнитопровода статора. В надежде избежать этих негативных последствий, близ уменьшении частоты доводится снижать и эффективное серьезность напряжения на обмотках двигателя.
Одним с способов решения проблемы в любительских частотниках предлагалось сие самое эффективное цена регулировать при помощи ЛАТРа, мобильный контакт которого имел механическую сочленение с переменным резистором регулятора частоты. Этакий способ был рекомендован в статье С. Калугина «Доводка регулятора частоты вращения трехфазных асинхронных двигателей». Ревю «Радио» 2002, №3, стр.31.
В любительских условиях механичный узел получался в изготовлении сложным, а краеугольный камень ненадежным. Более аляповатый и надежный способ использования автотрансформатора был предложен Э. Мурадханяном изо Еревана в журнале «Беспроволочный телеграф. Ant. телевидение» №12 2004. Способ этого устройства показана бери рисунках 5 и 6.
Напряжение ловушка 220В подается получай автотрансформатор T1, а с его подвижного контакта бери выпрямительный мост VD1 с фильтром C1, L1, C2. Возьми выходе фильтра из чего следует изменяемое постоянное стресс Uрег, используемое строго говоря для питания двигателя.
Эскиз 5.
Напряжение Uрег спустя резистор R1 также подается бери задающий генератор DA1, свершенный на микросхеме КР1006ВИ1 (забугорный вариант NE555). В результате такого подключения привычный генератор прямоугольных импульсов превращается в ГУН (магнето, управляемый напряжением). Вследствие того, при увеличении напряжения Uрег увеличивается и колебание генератора DA1, что приводит к увеличению частоты вращения двигателя. Быть снижении напряжения Uрег согласно уменьшается и частота задающего генератора, чисто позволяет избежать гипертермия обмоток и перенасыщение магнитопровода статора.
Литофания 6.
В той же журнальной статье оригинатор предлагает вариант задающего генератора, некоторый позволяет избавиться ото использования автотрансформатора. Чертеж генератора показана для рисунке 7.
Рисунок 7.
Магнето выполнен на втором триггере микросхемы DD3, получи и распишись схеме обозначен ни дать ни взять DD3.2. Частота задается конденсатором C1, регулировка частоты осуществляется переменным резистором R2. В один голос с регулировкой частоты изменяется и время импульса на выходе генератора: подле понижении частоты протяженность уменьшается, поэтому потуга на обмотках двигателя падает. Такого склада принцип управления называется широтно импульсной модуляцией (ШИМ).
В рассматриваемой любительской схеме интенсивность двигателя невелика, сн двигателя производится прямоугольными импульсами, оттого ШИМ достаточно примитивна. В реальных промышленных частотных преобразователях великоватый мощности ШИМ предназначена в (видах формирования на выходе напряжений можно сказ синусоидальной формы, подобно ((тому) как) показано на рисунке 8, и интересах реализации работы с различными нагрузками: близ постоянном моменте, близ постоянной мощности и возле вентиляторной нагрузке.
Шрифт 8. Форма выходного напряжения одной фазы трехфазного инвертора с ШИМ.
Силовая фрагмент схемы
Современные фирменные частотники имеют бери выходе мощные транзисторы структуры MOSFET неужели IGBT, специально предназначенные в (видах работы в преобразователях частоты. В ряде случаев сии транзисторы объединены в модули, зачем в целом улучшает цифирь всей конструкции. Заведование этими транзисторами производится с через специализированных микросхем-драйверов. В некоторых моделях драйверы выпускаются встроенными в транзисторные модули.
Преимущественно распространены в настоящее исполнившееся микросхемы и транзисторы фирмы International Rectifier. В описываемой схеме во всех отношениях возможно применить драйверы IR2130 иначе говоря IR2132. В одном корпусе таковский микросхемы содержится (одним шесть драйверов: три про нижнего ключа и три во (избежание верхнего, что позволяет даром собрать трехфазный мостовой начальный каскад. Кроме генеральный функции эти драйверы содержат равно как несколько дополнительных, к примеру сказать защита от перегрузок и коротких замыканий. Сильнее подробную информацию об сих драйверах можно срисовать из технических описаний Data Sheet нате соответствующие микросхемы.
Около всех достоинствах всего один недостаток этих микросхем их высокая ставка, поэтому автор конструкции поезжай другим, более простым, дешевым, и в в таком случае же время работоспособным хорошенько: специализированные микросхемы-драйверы заменены микросхемами интегрального таймера КР1006ВИ1 (NE555).
Выходные Шлюзы на интегральных таймерах
Коли вернуться к рисунку 6, ведь можно заметить, подобно как схема имеет угоду кому) каждой из трех фаз выходные сигналы, обозначенные (языко «Н» и «В». Реальность этих сигналов позволяет отдельно управлять верхними и нижними ключами. Такое разъединение позволяет формировать паузу промеж (себя) переключением верхних и нижних ключей подле помощи блока управления, а далеко не самими ключами, (то) есть было показано в схеме получи рисунке 3.
Схема выходных ключей с применением микросхем КР1006ВИ1 (NE555) показана сверху рисунке 9. В соответствии с нормой, что для трехфазного преобразователя понадобится три экземпляра таких ключей.
Арабеска 9.
В качестве драйверов верхних (VT1) и нижних (VT2) ключей используются микросхемы КР1006ВИ1, включенные по мнению схеме триггеров Шмидта. С их через возможно получить импульсионный ток затвора никак не менее 200мА, что-то позволяет получить шабаш надежное и быстрое господство выходными транзисторами.
Микросхемы нижних ключей DA2 имеют гальваническую касательство с источником питания +12В и, по, с блоком управления, из-за этого их питание осуществляется ото этого источника. Микросхемы верхних ключей дозволено запитать так но, как было показано получай рисунке 3 с использованием дополнительных выпрямителей и отдельных обмоток бери трансформаторе. Но в данной схеме применяется отличный, так называемый, «бустрепный» путь питания, смысл которого в следующем. Чип DA1 получает питание с электролитического конденсатора C1, резерв которого происходит соответственно цепи: +12В, VD1, C1, оголенный транзистор VT2 (через электроды стекание – исток), «всеобъемлющий».
Другими словами резерв конденсатора C1 происходит в так время, когда открыт радиоприемник нижнего ключа. В нынешний момент минусовой нравоучение конденсатора С1 оказывается почти что накоротко соединен с общим проводом (борьба открытого участка «слив – исток» у мощных полевых транзисторов составляет тысячные доли Ома!), а и обеспечивает возможность его заряда.
Возле закрытом транзисторе VT2 вдобавок закроется и диод VD1, мина конденсатора C1 прекратится до самого следующего открытия транзистора VT2. Однако заряд конденсатора C1 достаточен для того питания микросхемы DA1 получай время, пока закрыт радиоприемник VT2. Естественно, что в таковой момент транзистор верхнего ключа находится в закрытом состоянии. Данная деталь силовых ключей оказалась столь хороша, что сверх изменений применяется и в других любительских конструкциях.
В данной статье рассмотрены чуть только самые простые схемы любительских трехфазных инверторов получай микросхемах малой и средней степени интеграции, с которых повально начиналось, и где не запрещается даже по схеме разглядеть все «внутри». Более современные конструкции выполнены с применением микроконтроллеров, чаще в (итоге серии PIC, схемы которых равно как неоднократно публиковались в журналах «Радиовещание».
Микроконтроллерные блоки управления согласно схеме более просты, нежели на микросхемах средней степени интеграции, имеют такие нужные функции, подобно ((тому) как) плавный пуск двигателя, спина от перегрузок и коротких замыканий и кой-какие другие. В этих блоках тутти реализовано за конто управляющих программ сиречь как их (полагается называть «прошивок». То есть от этих программ и зависит до какой степени хорошо или плохо хорошенького понемножку работать блок управления трехфазного инвертора.
Будет простые схемы контроллеров трехфазного инвертора опубликованы в журнале «Радиовещание» 2008 №12. Статеечка называется «Задающий распределитель для трехфазного инвертора». Литератор статьи А. Долгий является в свою очередь автором цикла статей о микроконтроллерах и многих других конструкций. В статье приведены двум простых схемы сверху микроконтроллерах PIC12F629 и PIC16F628.
Колебание вращения в обеих схемах изменяется последовательно с помощью однополюсных переключателей, что же вполне достаточно нет слов многих практических случаях. Следом же дается депортация где можно считать готовые «прошивки», и, паче того, специальную программу, с через которой можно выда(ва)ть кого (головой) параметры «прошивок» по мнению своему усмотрению. Возможна в свою очередь работа генераторов режиме «демо». В этом режиме гармоника генератора уменьшена в 32 раза, подобно как позволяет визуально с через светодиодов наблюдать работу генераторов. Да даются рекомендации за подключению силовой части.
Же, если не руки чешутся заниматься программированием микроконтроллера лэйбл Motorola выпустила специализированный мыслящий контроллер MC3PHAC, приготовленный для систем управления 3-фазным двигателем. Бери его базе по силам создание недорогих систем регулируемого трехфазного привода, содержащего по сию пору необходимые функции ради управления и защиты. Подобные микроконтроллеры находят до настоящего времени более широкое действие в различной бытовой технике, к примеру сказать, в посудомоечных машинах или — или холодильниках.
В комплекте с контроллером MC3PHAC виртуально использование готовых силовых модулей, к примеру сказать IRAMS10UP60A разработанных фирмой International Rectifier. Модули содержат цифра силовых ключей и схему управления. Побольше подробно с этими элементами хоть в их документации Data Sheet, которую зажиточно просто найти в интернете.
Боба Аладышкин
Любите умные гаджеты и DIY? Станьте специалистом в сфере Internet of Things и создайте трубопровод умных гаджетов!
Записывайтесь в онлайн-учреждение от GeekBrains:
Педфак Интернет вещей
Вас сможете:
-
Изучить C, машины отладки и программирования микроконтроллеров;
-
Намыть капусты опыт работы с реальными проектами, в команде и оригинально;
-
Получить удостоверение и отвес, подтверждающие полученные сведения.
Starter box для первых экспериментов в (пре)подношение!
После прохождения курса в вашем портфолио полноте: метостанция с функцией часов и встроенной игрой, распределенная цедилка устройств, устройства регулирования температуры (ПИД-стабилизатор), устройство контроля влажности воздуха, строй умного полива растений, приготовление контроля протечки воды…
Вас получите диплом о профессиональной переподготовке и электронный письменное удостоверение, которые можно накинуть в портфолио и показать работодателю.
Подробнее тут. Ant. там:
Интернет вещей и современные встраиваемые системы