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Schemata von Amateur-Frequenzumrichtern

 

Schemata von Amateur-FrequenzumrichternEine der ersten Wandlerschaltungen zur Stromversorgung eines Drehstrommotors wurde im Radio-Magazin Nr. 11 von 1999 veröffentlicht. Der Schemaentwickler M. Mukhin war zu dieser Zeit ein Schüler der 10. Klasse und war in einem Radiokreis engagiert.

Der Konverter sollte den Miniatur-Dreiphasenmotor DID-5TA antreiben, der in der Maschine zum Bohren von Leiterplatten verwendet wurde. Es ist zu beachten, dass die Betriebsfrequenz dieses Motors 400 Hz und die Versorgungsspannung 27 V beträgt. Zusätzlich wurde der Mittelpunkt des Motors (beim Verbinden der Wicklungen mit einem „Stern“) hervorgehoben, wodurch die Schaltung extrem vereinfacht werden konnte: Es wurden nur drei Ausgangssignale benötigt, und für jede Phase war nur ein Ausgangsschlüssel erforderlich. Die Generatorschaltung ist in Abbildung 1 dargestellt.

Wie aus dem Diagramm ersichtlich ist, besteht der Wandler aus drei Teilen: einem dreiphasigen Sequenzimpulsgenerator-Generator auf DD1 ... DD3-Mikroschaltungen, drei Schlüsseln auf zusammengesetzten Transistoren (VT1 ... VT6) und dem eigentlichen Elektromotor M1.

Abbildung 2 zeigt die Zeitdiagramme der vom Generatorgenerator erzeugten Impulse. Der Master-Oszillator wird auf dem DD1-Chip hergestellt. Mit dem Widerstand R2 können Sie die gewünschte Motordrehzahl einstellen und innerhalb bestimmter Grenzen ändern. Weitere Informationen zur Schaltung finden Sie im obigen Protokoll. Es ist zu beachten, dass solche Generatoren nach der modernen Terminologie als Steuerungen bezeichnet werden.

Schemata von Amateur-Frequenzumrichtern

Abbildung 1

Abbildung 2. Zeitdiagramme der Generatorimpulse.

Basierend auf dem Controller A. Dubrovsky aus der Stadt Novopolotsk, Region Vitebsk. Das Design eines Frequenzumrichters für einen Motor mit 220 V Wechselstrom wurde entwickelt. Der Schaltplan wurde in der Zeitschrift Radio 2001 veröffentlicht. Nummer 4.


In diesem praktisch unveränderten Schema wird der gerade überprüfte Controller gemäß dem Schema von M. Mukhin verwendet. Die Ausgangssignale der Elemente DD3.2, DD3.3 und DD3.4 dienen zur Steuerung der Ausgangstasten A1, A2 und A3, an die der Elektromotor angeschlossen ist. Das Diagramm zeigt den Schlüssel A1, der Rest ist identisch. Ein vollständiges Diagramm des Geräts ist in Abbildung 3 dargestellt.

Schemata von Amateur-Frequenzumrichtern

Abbildung 3


Anschließen des Motors an den Ausgang eines Drehstromwechselrichters

Um sich mit dem Anschluss des Motors an die Ausgabetasten vertraut zu machen, sollten Sie ein vereinfachtes Diagramm in Abbildung 4 betrachten.

Anschließen des Motors an den Ausgang eines Drehstromwechselrichters

Abbildung 4

Die Abbildung zeigt den Motor M, der über die Tasten V1 ... V6 gesteuert wird. Halbleiterelemente zur Vereinfachung der gezeigten Schaltung in Form von mechanischen Kontakten. Der Elektromotor wird von einer konstanten Spannung Ud angetrieben, die vom Gleichrichter erhalten wird (in der Figur nicht gezeigt). In diesem Fall heißen die Tasten V1, V3, V5 oben und die Tasten V2, V4, V6 unten.

Es ist ziemlich offensichtlich, dass das gleichzeitige Öffnen der oberen und unteren Taste, nämlich bei den Paaren V1 und V6, V3 und V6, V5 und V2, völlig inakzeptabel ist: Es tritt ein Kurzschluss auf. Für den normalen Betrieb eines solchen Schlüsselschemas ist es daher unbedingt erforderlich, dass der obere Schlüssel zum Zeitpunkt des Öffnens des unteren Schlüssels bereits geschlossen ist. Zu diesem Zweck bilden die Steuerungen eine Pause, die oft als "Totzone" bezeichnet wird.

Die Größe dieser Pause ist so bemessen, dass ein garantiertes Schließen der Leistungstransistoren gewährleistet ist. Wenn diese Pause nicht ausreicht, können Sie die obere und die untere Taste gleichzeitig kurz öffnen. Dies führt zu einer Erwärmung der Ausgangstransistoren, was häufig zu deren Ausfall führt. Diese Situation wird durch Ströme aufgerufen.

Kehren wir zu der in Abbildung 3 gezeigten Schaltung zurück. In diesem Fall sind die oberen Schalter die Transistoren 1VT3 und die unteren 1VT6. Es ist leicht zu erkennen, dass die unteren Tasten galvanisch mit dem Steuergerät und untereinander verbunden sind.Daher wird das Steuersignal vom Ausgang 3 des Elements DD3.2 über die Widerstände 1R1 und 1R3 direkt der Basis des Verbundtransistors 1VT4 ... 1VT5 zugeführt. Dieser zusammengesetzte Transistor ist nichts anderes als ein Treiber mit niedrigerem Schlüssel. Genau auch von den Elementen DD3, DD4 werden die zusammengesetzten Transistoren des unteren Schlüsseltreibers der Kanäle A2 und A3 gesteuert. Alle drei Kanäle werden von demselben Gleichrichter gespeist. auf der Diodenbrücke VD2.

Die oberen Tasten der galvanischen Kommunikation mit einem gemeinsamen Draht und einer gemeinsamen Steuervorrichtung müssen daher nicht zusätzlich zum Treiber auf einem Verbundtransistor 1VT1 ... 1VT2 einen zusätzlichen Optokoppler 1U1 in jedem Kanal installieren. Der Ausgangstransistor des Optokopplers in dieser Schaltung erfüllt auch die Funktion eines zusätzlichen Wechselrichters: Wenn der Ausgang 3 des DD3.2-Elements einen hohen Pegel aufweist, ist der Transistor des oberen Schalters 1VT3 offen.

Ein separater Gleichrichter 1VD1, 1C1 wird verwendet, um jeden Top-Key-Treiber mit Strom zu versorgen. Jeder Gleichrichter wird von einer einzelnen Transformatorwicklung gespeist, was als Nachteil der Schaltung angesehen werden kann.

Der Kondensator 1C2 liefert eine Schlüsselschaltverzögerung von ungefähr 100 Mikrosekunden, die gleiche Menge an Optokoppler 1U1 ergibt, wodurch die zuvor erwähnte "Totzone" gebildet wird.


Ist Frequenzregelung ausreichend?

Mit abnehmender Frequenz der Versorgungswechselspannung sinkt der induktive Widerstand der Motorwicklungen (beachten Sie nur die induktive Widerstandsformel), was zu einer Erhöhung des Stroms durch die Wicklungen und damit zu einer Überhitzung der Wicklungen führt. Auch der Statormagnetkreis ist gesättigt. Um diese negativen Folgen zu vermeiden, muss bei abnehmender Frequenz auch der effektive Wert der Spannung an den Motorwicklungen verringert werden.

Ein Weg, um das Problem bei Amateur-Chastotniks zu lösen, wurde vorgeschlagen, um diesen effektivsten Wert unter Verwendung von LATR zu regulieren, dessen beweglicher Kontakt eine mechanische Verbindung mit einem variablen Widerstand des Frequenzreglers hatte. Diese Methode wurde in dem Artikel von S. Kalugin „Finalisierung des Drehzahlreglers von Drehstrom-Asynchronmotoren“ empfohlen. Journal of Radio 2002, Nr. 3, S. 31.

Unter Amateurbedingungen erwies sich die mechanische Montage als kompliziert und vor allem unzuverlässig. Eine einfachere und zuverlässigere Methode zur Verwendung eines Spartransformators wurde von E. Muradkhanian aus Eriwan im Radio-Magazin Nr. 12 2004 vorgeschlagen. Ein Diagramm dieses Geräts ist in den Abbildungen 5 und 6 dargestellt.

Die Netzspannung von 220 V wird dem Spartransformator T1 und von seinem beweglichen Kontakt zur Gleichrichterbrücke VD1 mit einem Filter C1, L1, C2 zugeführt. Am Ausgang des Filters wird ein Ureg mit variabler konstanter Spannung erhalten, mit dem der Motor selbst angetrieben wird.

Abbildung 5

Die Spannung Ureg über den Widerstand R1 wird auch dem Masteroszillator DA1 zugeführt, der auf dem Chip KR1006VI1 (importierte Version) hergestellt ist NE555) Durch diese Verbindung wird aus einem herkömmlichen Rechteckgenerator ein VCO (spannungsgesteuerter Generator). Daher steigt mit zunehmender Spannung Ureg auch die Frequenz des Generators DA1 an, was zu einer Erhöhung der Motordrehzahl führt. Mit abnehmender Spannung Ureg nimmt auch die Frequenz des Masteroszillators proportional ab, wodurch eine Überhitzung der Wicklungen und die Übersättigung des Statormagnetkreises vermieden werden.

Abbildung 6

Im selben Zeitschriftenartikel bietet der Autor eine Variante des Master-Oszillators an, mit der Sie auf die Verwendung eines Spartransformators verzichten können. Die Generatorschaltung ist in Abbildung 7 dargestellt.

Abbildung 7

Der Generator wird am zweiten Trigger des DD3-Chips hergestellt und im Diagramm als DD3.2 bezeichnet. Die Frequenz wird durch den Kondensator C1 eingestellt, die Frequenz wird durch einen variablen Widerstand R2 gesteuert. Zusammen mit der Frequenzregelung ändert sich auch die Impulsdauer am Generatorausgang: Mit abnehmender Frequenz nimmt die Dauer ab, so dass die Spannung an den Motorwicklungen abfällt. Dieses Steuerprinzip wird als Pulsweitenmodulation (PWM) bezeichnet.

In der betrachteten Amateurschaltung ist die Motorleistung klein, der Motor wird durch Rechteckimpulse angetrieben, so dass die PWM ziemlich primitiv ist. In echt industrielle Frequenzumrichter Hochleistungs-PWM ist so ausgelegt, dass sie am Ausgang eine nahezu sinusförmige Spannung erzeugt, wie in Abbildung 8 dargestellt, und Arbeiten mit verschiedenen Lasten ausführt: bei konstantem Drehmoment, konstanter Leistung und Lüfterlast.

Die Form der Ausgangsspannung einer Phase eines dreiphasigen Wechselrichters mit PWM

Abbildung 8. Die Form der Ausgangsspannung einer Phase eines dreiphasigen Wechselrichters mit PWM.


Leistungsteil der Schaltung

Moderne Marken-Chastotniks haben eine Ausgabe MOSFET- oder IGBT-Leistungstransistorenspeziell für den Betrieb in Frequenzumrichtern konzipiert. In einigen Fällen werden diese Transistoren zu Modulen kombiniert, was im Allgemeinen die Leistung der gesamten Struktur verbessert. Diese Transistoren werden unter Verwendung spezieller Treibermikroschaltungen gesteuert. In einigen Modellen sind Treiber verfügbar, die in Transistormodule integriert sind.

Derzeit sind die am häufigsten verwendeten Chips und Transistoren International Rectifier. In dem beschriebenen Schema ist es durchaus möglich, die Treiber IR2130 oder IR2132 zu verwenden. In einem Fall eines solchen Chips gibt es sechs Treiber gleichzeitig: drei für den unteren Schlüssel und drei für den oberen, was die Montage einer dreiphasigen Brückenausgangsstufe erleichtert. Neben der Hauptfunktion enthalten diese Treiber mehrere zusätzliche Treiber, beispielsweise den Schutz vor Überlast und Kurzschluss. Weitere Informationen zu diesen Treibern finden Sie in den technischen Beschreibungen des Datenblatts für die jeweiligen Chips.

Mit all den Vorteilen ist der einzige Nachteil dieser Mikroschaltungen ihr hoher Preis, so dass der Autor der Konstruktion einen anderen, einfacheren, billigeren und gleichzeitig praktikablen Weg eingeschlagen hat: Spezielle Treiber-Mikroschaltungen wurden durch integrierte Zeitgeberchips KR1006VI1 (NE555) ersetzt.


Ausgabetasten für integrierte Timer

Wenn wir zu 6 zurückkehren, können wir sehen, dass die Schaltung Ausgangssignale für jede der drei Phasen hat, die als "H" und "B" bezeichnet sind. Das Vorhandensein dieser Signale ermöglicht die getrennte Steuerung der oberen und unteren Taste. Mit dieser Trennung können Sie eine Pause zwischen dem Umschalten der oberen und unteren Taste mithilfe der Steuereinheit und nicht der Tasten selbst erstellen, wie in der Abbildung in Abbildung 3 dargestellt.

Das Layout der Ausgangstasten unter Verwendung von Mikroschaltungen KR1006VI1 (NE555) ist in Abbildung 9 dargestellt. Für einen Dreiphasenwandler werden natürlich drei Kopien dieser Tasten benötigt.

Abbildung 9

Als Treiber der oberen (VT1) und unteren (VT2) Tasten werden die Mikroschaltungen KR1006VI1 verwendet, die gemäß dem Schmidt-Triggerschema enthalten sind. Mit ihrer Hilfe ist es möglich, einen Puls-Gate-Strom von mindestens 200 mA zu erhalten, was es ermöglicht, eine ausreichend zuverlässige und schnelle Steuerung der Ausgangstransistoren zu erhalten.

Die Chips der unteren Tasten DA2 haben eine galvanische Verbindung mit der + 12V-Stromversorgung und dementsprechend mit der Steuereinheit, sodass sie von dieser Quelle gespeist werden. Die Mikrochips der oberen Tasten können auf die gleiche Weise wie in Abbildung 3 dargestellt mit zusätzlichen Gleichrichtern und separaten Wicklungen am Transformator betrieben werden. In diesem Schema wird jedoch eine andere, sogenannte "flotte" Ernährungsmethode verwendet, deren Bedeutung wie folgt lautet. Die DA1-Mikroschaltung erhält Strom vom Elektrolytkondensator C1, dessen Ladung über die Schaltung erfolgt: +12 V, VD1, C1, ein offener Transistor VT2 (über die Elektroden ist der Drain die Source), "gemeinsam".

Mit anderen Worten tritt die Ladung am Kondensator C1 auf, während der untere Schlüsseltransistor offen ist. In diesem Moment ist der Minuspol des Kondensators C1 fast kurzgeschlossen mit dem gemeinsamen Draht (der Widerstand des Open-Drain-Source-Abschnitts leistungsstarker Feldeffekttransistoren beträgt Tausendstel Ohm!), Was das Laden ermöglicht.

Wenn der Transistor VT2 geschlossen ist, schließt auch die Diode VD1, und die Ladung des Kondensators C1 stoppt bis zur nächsten Öffnung des Transistors VT2.Die Ladung des Kondensators C1 reicht jedoch aus, um den DA1-Chip mit Strom zu versorgen, während der Transistor VT2 geschlossen ist. In diesem Moment befindet sich der Transistor des oberen Schlüssels natürlich im geschlossenen Zustand. Dieses Schema der Einschalttasten erwies sich als so gut, dass es ohne Änderungen in anderen Amateurdesigns angewendet wird.

In diesem Artikel werden nur die einfachsten Schemata von Amateur-Dreiphasen-Wechselrichtern auf Mikroschaltungen mit kleinem und mittlerem Integrationsgrad beschrieben, mit denen alles begann und bei denen Sie mithilfe der Schaltung sogar alles von innen betrachten können. Es werden modernere Designs hergestellt unter Verwendung von Mikrocontrollern, meistens PIC-Serien, deren Programme auch wiederholt in Radiomagazinen veröffentlicht wurden.

Mikrocontroller-Steuereinheiten gemäß dem Schema sind einfacher als bei Mikroschaltungen mit mittlerem Integrationsgrad und haben solche notwendigen Funktionen wie reibungsloser Motorstart, Schutz vor Überlast und Kurzschluss und einigen anderen. In diesen Blöcken wird alles auf Kosten von Steuerprogrammen oder als "Firmware" bezeichnet. Die Steuereinheit eines Drehstromwechselrichters hängt genau von diesen Programmen ab.

Ziemlich einfache Schaltungen für dreiphasige Wechselrichtersteuerungen sind in der Zeitschrift Radio 2008 Nr. 12 veröffentlicht. Der Artikel heißt "Der Hauptoszillator für einen dreiphasigen Wechselrichter". Der Autor des Artikels ist auch Autor einer Reihe von Artikeln über Mikrocontroller und viele andere Designs. Der Artikel enthält zwei einfache Schaltkreise für die Mikrocontroller PIC12F629 und PIC16F628.

Die Drehfrequenz in beiden Schemata wird mit Hilfe von einpoligen Schaltern schrittweise geändert, was in vielen praktischen Fällen völlig ausreicht. Es gibt auch einen Link, über den Sie vorgefertigte "Firmware" herunterladen können, und darüber hinaus ein spezielles Programm, mit dem Sie die Parameter der "Firmware" nach eigenem Ermessen ändern können. Es ist auch möglich, den Generatormodus "Demo" zu betreiben. In diesem Modus wird die Frequenz des Generators um das 32-fache reduziert, wodurch die LEDs visuell verwendet werden können, um den Betrieb der Generatoren zu beobachten. Es enthält auch Empfehlungen zum Anschließen des Netzteils.

Wenn Sie sich jedoch nicht mit der Programmierung von Mikrocontrollern befassen möchten, hat Motorola einen speziellen intelligenten Controller MC3PHAC herausgebracht, der für dreiphasige Motorsteuerungssysteme entwickelt wurde. Auf seiner Basis ist es möglich, kostengünstige Systeme eines einstellbaren Dreiphasenantriebs zu schaffen, die alle notwendigen Funktionen zur Steuerung und zum Schutz enthalten. Solche Mikrocontroller werden zunehmend in verschiedenen Haushaltsgeräten eingesetzt, beispielsweise in Geschirrspülern oder Kühlschränken.

Zusammen mit dem MC3PHAC-Controller können handelsübliche Leistungsmodule verwendet werden, z. B. IRAMS10UP60A, das von International Rectifier entwickelt wurde. Die Module enthalten sechs Netzschalter und einen Steuerkreis. Weitere Informationen zu diesen Elementen finden Sie in der Dokumentation zum Datenblatt, die im Internet leicht zu finden ist.

Boris Aladyshkin

Siehe auch auf i.electricianexp.com:

  • Treiber für MOSFET-Transistoren auf einem 555-Timer
  • Einfacher Wandler 12V zu 220V 50Hz
  • PWM - 555 Motordrehzahlregler
  • Transistortestsonde
  • Bootstrap-Kondensator in einer Halbbrücken-Steuerschaltung

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    Kommentare:

    # 1 schrieb: alexey | [Zitat]

     
     

    Vielen Dank!

     
    Kommentare:

    # 2 schrieb: vva | [Zitat]

     
     


    ich du !!!! Na ja !!! HabaHaba !!!

     
    Kommentare:

    # 3 schrieb: | [Zitat]

     
     

    Sehr gute, verständliche Beschreibung des Wechselrichterbetriebs, Schaltungsmerkmale.

     
    Kommentare:

    # 4 schrieb: | [Zitat]

     
     

    Anstelle des KR1185-Chips kann tl431 mit Erfolg eingesetzt werden. Stellen Sie 5,3 Volt anstelle von 100k ein. Der Abstimmwiderstand beträgt ebenfalls 100.000 oder weniger, jedoch zusätzlich bis zu 100.000. KP1185 habe ich nirgendwo gefunden.

    Danke für den Artikel, für die Arbeit!

     
    Kommentare:

    # 5 schrieb: Sergey | [Zitat]

     
     

    Wow so lala = Motorola hat ein Special herausgegeben. Chip für billige Designs =.
    Und was haben wir? Suche gibt einen billigen Controller.