Skim penukar kekerapan amatur

Salah satu litar penyongsang yang pertama untuk menggerakkan motor tiga fasa telah diterbitkan dalam majalah Radio No. 11 tahun 1999. Pemaju skim M. Mukhin pada masa itu adalah pelajar kelas 10 dan terlibat dalam bulatan radio.

Penukar ini bertujuan untuk menggerakkan motor tiga fasa kecil DID-5TA, yang digunakan dalam mesin untuk menggerudi papan litar bercetak. Perlu diingatkan bahawa kekerapan operasi enjin ini adalah 400Hz, dan voltan bekalan adalah 27V. Di samping itu, titik tengah motor (apabila menyambungkan lilitan dengan "bintang") telah dikeluarkan, yang membolehkan penyederhanaan litar sangat mudah: ia hanya mengambil tiga isyarat output, dan setiap fasa hanya memerlukan satu kunci keluaran. Litar penjana ditunjukkan dalam Rajah 1.

Seperti yang dapat dilihat dari gambar rajah, penukar terdiri daripada tiga bahagian: penjana penjana denyut turutan tiga fasa pada DD1 ... DD3 microcircuits, tiga kekunci pada transistor komposit (VT1 ... VT6) dan motor elektrik sebenar M1.

Rajah 2 menunjukkan rajah masa denyutan yang dijana oleh penjana penjana. Pengayun tuan dibuat pada cip DD1. Menggunakan perintang R2, anda boleh menetapkan kelajuan enjin yang dikehendaki, dan juga mengubahnya dalam had tertentu. Maklumat lebih terperinci tentang litar boleh didapati di log di atas. Harus diingat bahawa menurut terminologi moden, penjana tersebut dipanggil pengawal.

Rajah 1

Rajah 2. Gambar rajah masa penjana denyutan.

Berdasarkan pengawal A. Dubrovsky dari bandar Novopolotsk, rantau Vitebsk. Reka bentuk pemacu frekuensi ubah untuk enjin yang dikuasakan oleh 220V AC telah dibangunkan. Gambar rajah litar telah diterbitkan dalam jurnal Radio 2001. Nombor 4.

Dalam skema ini, praktikal tidak berubah, pengawal yang dikaji semata-mata digunakan mengikut skema M. Mukhin. Isyarat keluaran dari elemen DD3.2, DD3.3 dan DD3.4 digunakan untuk mengawal kunci output A1, A2, dan A3, yang mana motor elektrik disambungkan. Rajah menunjukkan kekunci A1, selebihnya adalah sama. Gambarajah lengkap peranti ditunjukkan dalam Rajah 3.

Rajah 3

Menyambungkan motor ke output penyongsang tiga fasa

Untuk membiasakan diri dengan sambungan enjin ke kekunci keluaran, ia patut mempertimbangkan rajah ringkas yang ditunjukkan dalam Rajah 4.

Rajah 4

Angka ini menunjukkan motor M, dikawal oleh kekunci V1 ... V6. Unsur-unsur semikonduktor untuk menyederhanakan litar yang ditunjukkan dalam bentuk hubungan mekanikal. Motor elektrik dihidupkan oleh voltan malar Ud diperolehi daripada penyearah (tidak ditunjukkan dalam angka). Dalam kes ini, kekunci V1, V3, V5 dipanggil atas, dan kekunci V2, V4, V6 lebih rendah.

Ia agak jelas bahawa pembukaan kunci atas dan bawah pada masa yang sama, iaitu dengan pasangan V1 & V6, V3 & V6, V5 & V2, tidak dapat diterima: litar pintas akan berlaku. Oleh itu, untuk operasi normal skim utama sedemikian, adalah penting bahawa pada masa kunci rendah dibuka, kunci atas telah ditutup. Untuk tujuan ini, pengawal membentuk jeda, sering disebut sebagai "zon mati".

Besarnya jeda ini adalah seperti untuk memastikan penutupan transistor kuasa yang dijamin. Sekiranya jeda ini tidak mencukupi, mungkin seketika membuka kunci atas dan bawah pada masa yang sama. Ini menyebabkan transistor output menjadi panas, sering menyebabkan kegagalan mereka. Keadaan ini dipanggil melalui arus.

Marilah kita kembali ke litar yang ditunjukkan dalam Rajah 3. Dalam kes ini, suis atas adalah transistor 1VT3, dan yang lebih rendah 1VT6. Adalah mudah untuk melihat bahawa kekunci bawah terhubung ke peranti kawalan dan di antara mereka sendiri.Oleh itu, isyarat kawalan dari output 3 elemen DD3.2 melalui resistor 1R1 dan 1R3 diberi makan terus ke pangkalan transistor komposit 1VT4 ... 1VT5. Transistor komposit ini hanyalah penggerak utama yang lebih rendah. Tepat juga dari unsur-unsur DD3, DD4, transistor komposit pemacu utama saluran A2 dan A3 dikawal. Ketiga saluran ini dikuasakan oleh penerus yang sama. pada jambatan diod VD2.

Kunci atas komunikasi galvanik dengan wayar biasa dan peranti kawalan tidak mempunyai, oleh itu, untuk mengawalnya, sebagai tambahan kepada pemandu, pada transistor komposit 1VT1 ... 1VT2, 1U1 optocoupler tambahan terpasang pada setiap saluran. Transistor optocoupler output dalam litar ini juga melakukan fungsi penyongsang tambahan: apabila output 3 elemen DD3.2 adalah tahap yang tinggi, transistor suis atas 1VT3 terbuka.

Penyesuai berasingan 1VD1, 1C1 digunakan untuk menggerakkan setiap pemacu utama. Setiap penyearah dikuasakan oleh penggubah pengubah individu, yang boleh dianggap sebagai kelemahan litar.

Kapasitor 1C2 menyediakan kelewatan penukaran utama kira-kira 100 microseconds, optocoupler 1U1 memberikan jumlah yang sama, dengan itu membentuk zon mati yang disebutkan di atas.

Adakah kekerapan peraturan cukup?

Dengan penurunan kekerapan bekalan voltan berselang, rintangan induktif dari belitan motor jatuh (hanya ingat rumusan rintangan induktif), yang membawa kepada kenaikan arus melalui lilitan, dan, sebagai akibatnya, kepada pemanasan melampau. Juga, litar magnet stator adalah tepu. Untuk mengelakkan akibat negatif ini, apabila frekuensi berkurangan, nilai berkesan voltan pada lilitan motor juga perlu dikurangkan.

Satu cara untuk menyelesaikan masalah dalam chastotnik amatur telah dicadangkan untuk mengawal nilai yang paling berkesan ini menggunakan LATR, hubungan bergerak yang mempunyai sambungan mekanikal dengan perintang yang berubah-ubah pengawal selia frekuensi. Kaedah ini disyorkan dalam artikel oleh S. Kalugin, "Penyempurnaan pengawal kelajuan tiga fasa motor tak segerak". Jurnal Radio 2002, No. 3, ms 31.

Dalam keadaan amatur, pemasangan mekanikal ternyata menjadi rumit dan, yang paling penting, tidak boleh dipercayai. Cara yang lebih mudah dan lebih dipercayai untuk menggunakan autotransformer dicadangkan oleh E. Muradkhanian dari Yerevan dalam majalah Radio No. 12 2004. Gambarajah peranti ini ditunjukkan dalam Rajah 5 dan 6.

Voltan utama 220V dibekalkan kepada T1 autotransformer, dan dari sentuhan bergerak ke jambatan penerus VD1 dengan penapis C1, L1, C2. Pada output penapis, voltan malar berubah Ureg diperolehi, yang digunakan untuk menggerakkan motor itu sendiri.

Rajah 5

Voltan Ureg melalui perintang R1 juga dibekalkan kepada osilator induk DA1, dibuat pada cip KR1006VI1 (versi import NE555) Hasil daripada sambungan ini, penjana gelombang persegi konvensional bertukar menjadi VCO (penjana yang dikawal voltan). Oleh itu, dengan peningkatan voltan Ureg, kekerapan penjana DA1 juga meningkat, yang membawa kepada peningkatan kelajuan enjin. Dengan pengurangan voltan Ureg, kekerapan pengayun induk juga berkurangan secara berkala, yang mengelakkan terlalu panas dari belitan dan supersaturasi litar magnet stator.

Rajah 6

Dalam artikel jurnal yang sama, penulis menawarkan variasi pengayun induk, yang membolehkan anda untuk menyingkirkan penggunaan alat autotransformer. Litar penjana ditunjukkan dalam Rajah 7.

Rajah 7

Penjana dibuat pada pencetus kedua cip DD3, dalam gambar rajah yang ditetapkan sebagai DD3.2. Frekuensi ditetapkan oleh kapasitor C1, kekerapan dikawal oleh perintang variabel R2. Bersama dengan kekerapan kawalan, durasi nadi pada output penjana juga berubah: dengan kekerapan yang berkurang, durasi berkurang, jadi voltan pada lintasan motor turun. Prinsip kawalan ini dipanggil modulasi lebar pulsa (PWM).

Di dalam litar amatur yang dipertimbangkan, kuasa enjin kecil, enjinnya dikuasakan oleh denyutan empat segi, jadi PWM agak primitif. Secara nyata penukar frekuensi industri Kuasa tinggi PWM direka untuk menghasilkan voltan sinusoidal pada output, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 8, dan untuk melaksanakan kerja dengan pelbagai beban: pada tork berterusan, pada kuasa tetap dan pada beban peminat.

Rajah 8. Bentuk voltan keluaran satu fasa penyongsang tiga fasa dengan PWM.

Kuasa bahagian litar

Chastotnik berjenama moden mempunyai keluaran MOSFET atau Transistor Kuasa IGBTdireka khas untuk operasi dalam penukar kekerapan. Dalam sesetengah kes, transistor ini digabungkan menjadi modul, yang pada amnya meningkatkan prestasi keseluruhan struktur. Transistor ini dikawal menggunakan microcircuits pemandu khusus. Dalam sesetengah model, pemandu boleh didapati di dalam modul transistor.

Pada masa ini, cip dan transistor yang paling biasa adalah International Rectifier. Dalam skema yang dinyatakan, agak mungkin untuk menggunakan pemacu IR2130 atau IR2132. Dalam satu kes cip tersebut terdapat enam pemandu sekali gus: tiga untuk kunci rendah dan tiga untuk bahagian atas, yang menjadikannya mudah untuk memasang peringkat output jambatan tiga fasa. Sebagai tambahan kepada fungsi utama, pemandu ini juga mengandungi beberapa tambahan, contohnya perlindungan terhadap beban dan litar pintas. Maklumat yang lebih terperinci tentang pemandu ini boleh didapati dalam huraian teknikal Data Sheet untuk cip masing-masing.

Dengan semua kelebihannya, satu-satunya kelemahan mikrosirkuit ini adalah harga yang tinggi, jadi pengarang pembinaan menjadi berbeza, lebih mudah, lebih murah, dan pada masa yang sama boleh dilaksanakan: pemacu mikroelektrik pemacu khusus telah digantikan oleh chip pemasa bersepadu KR1006VI1 (NE555).

Kunci Output pada Pemasa Bersepadu

Jika kita kembali kepada Rajah 6, kita dapat melihat bahawa litar mempunyai isyarat keluaran untuk masing-masing tiga fasa, yang ditetapkan sebagai "H" dan "B". Kehadiran isyarat ini membolehkan kawalan berasingan kekunci atas dan bawah. Pemisahan ini membolehkan anda membuat jeda di antara penukaran kekunci atas dan bawah dengan menggunakan unit kawalan, dan bukannya sendiri, seperti yang ditunjukkan dalam rajah dalam Rajah 3.

Susunan kekunci output menggunakan KR1006VI1 (NE555) microcircuits ditunjukkan pada Rajah 9. Sememangnya, untuk penukar tiga fasa, tiga salinan kekunci tersebut diperlukan.

Rajah 9

Sebagai pemacu kekunci atas (VT1) dan lebih rendah (VT2), KR160VI1 mikroelektrik digunakan, yang disertakan mengikut skema pemicu Schmidt. Dengan bantuan mereka, boleh mendapatkan arus gelang denyut sekurang-kurangnya 200 mA, yang memungkinkan untuk mendapatkan kawalan transistors output yang boleh dipercayai dan cepat.

Cip kekurangan bawah DA2 mempunyai sambungan galvanik dengan bekalan kuasa + 12V dan, dengan itu, dengan unit kawalan, sehingga mereka dikuasakan dari sumber ini. Microchip kunci atas boleh dikuasai dengan cara yang sama seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3 menggunakan penerus tambahan dan belitan berasingan pada pengubah. Tetapi dalam skema ini, kaedah pemakanan yang berlainan yang dipanggil "pantas" digunakan, maksudnya adalah seperti berikut. Mikroelektrik DA1 menerima kuasa daripada kapasitor elektrolitik C1, caj yang berlaku melalui litar: + 12V, VD1, C1, sebuah transistor terbuka VT2 (melalui elektrod-alur keluar adalah sumber), "biasa".

Dengan kata lain, caj pada kapasitor C1 berlaku semasa transistor utama yang lebih rendah terbuka. Pada masa ini, terminal minus kapasitor C1 hampir diselaraskan dengan dawai biasa (rintangan saliran terbuka - bahagian sumber transistor kesan medan yang kuat adalah 1000 Ohm!), Yang memungkinkan untuk mengecasnya.

Dengan transistor VT2 ditutup, diode VD1 juga akan ditutup, caj kapasitor C1 akan berhenti sehingga pembukaan seterusnya transistor VT2.Tetapi caj kapasitor C1 cukup untuk kuasa cip DA1 sementara transistor VT2 ditutup. Sememangnya, pada masa ini, transistor kunci atas berada dalam keadaan tertutup. Skema kekunci kuasa ternyata sangat baik sehingga ia digunakan tanpa perubahan dalam rekaan amatur yang lain.

Artikel ini membincangkan hanya skema yang paling sederhana dalam inovatif tiga fasa amatur pada mikrosirkuit tahap integrasi kecil dan sederhana, yang semuanya bermula, dan di mana anda juga boleh mempertimbangkan segala-galanya dari dalam menggunakan litar. Reka bentuk yang lebih moden dibuat menggunakan mikrokontroler, selalunya PIC siri, skim yang juga telah diterbitkan berulang kali dalam majalah Radio.

Unit kawalan mikropengawal mengikut skema adalah lebih mudah daripada pada mikrosirkuit tahap integrasi sederhana, mereka mempunyai fungsi yang diperlukan seperti memulakan enjin lancar, perlindungan terhadap beban dan litar pintas dan lain-lain lagi. Dalam blok ini semuanya dilaksanakan dengan mengorbankan program kawalan atau kerana ia dipanggil "firmware". Unit kawalan bagi penyongsang tiga fasa akan bergantung kepada program-program ini.

Litar yang cukup mudah untuk pengawal inverter tiga fasa diterbitkan dalam jurnal Radio 2008 No. 12. Artikel ini dipanggil "Pengayun induk untuk inverter tiga fasa." Penulis artikel ini juga merupakan pengarang siri artikel mengenai mikrokontroler dan banyak reka bentuk lain. Artikel ini membentangkan dua litar mudah pada mikrokontroler PIC12F629 dan PIC16F628.

Kekerapan putaran dalam kedua-dua skema diubah langkah demi langkah dengan bantuan suis tunggal tiang, yang cukup banyak dalam banyak kes praktikal. Terdapat juga pautan di mana anda boleh memuat turun "firmware" yang sedia dibuat, dan, lebih-lebih lagi, satu program khas yang anda boleh menukar parameter "firmware" mengikut budi bicara anda. Ia juga mungkin operasi "penjana" mode penjana. Dalam mod ini, frekuensi penjana berkurangan sebanyak 32 kali, yang membolehkan visual menggunakan LED untuk melihat operasi penjana. Ia juga menyediakan cadangan untuk menyambungkan unit kuasa.

Tetapi, jika anda tidak mahu terlibat dalam pengaturcaraan mikropengawal, Motorola telah mengeluarkan pengawal pintar khusus MC3PHAC, yang direka untuk sistem kawalan motor 3 fasa. Atas dasarnya, adalah mungkin untuk mencipta sistem yang murah dari pemacu tiga fasa laras yang mengandungi semua fungsi yang diperlukan untuk kawalan dan perlindungan. Mikrokontroler sedemikian semakin digunakan dalam pelbagai peralatan rumah, contohnya, dalam mesin basuh pinggan mangkuk atau peti sejuk.

Lengkap dengan pengawal MC3PHAC adalah mungkin untuk menggunakan modul kuasa off-the-shelf, contohnya IRAMS10UP60A yang dibangunkan oleh Rectifier Antarabangsa. Modul mengandungi enam suis kuasa dan litar kawalan. Untuk butiran lanjut tentang unsur-unsur ini, lihat dokumentasi Lembaran Data mereka, yang mudah dicari di Internet.

Boris Aladyshkin