Scheme de convertoare de frecvență amatori

Unul din primele circuite convertoare pentru alimentarea unui motor trifazat a fost publicat în revista Radio nr. 11 din 1999. Dezvoltatorul schemei M. Mukhin la acea vreme era student în clasa a 10-a și era angajat într-un cerc radio.

Convertorul a fost conceput pentru a alimenta motorul monofazic trifazat DID-5TA, care a fost utilizat în mașină pentru găurirea plăcilor de circuit imprimat. Trebuie menționat că frecvența de funcționare a acestui motor este de 400Hz, iar tensiunea de alimentare este de 27V. În plus, a fost ridicat punctul mediu al motorului (la conectarea înfășurărilor cu o „stea”), ceea ce a făcut posibilă simplificarea extremă a circuitului: a fost nevoie de doar trei semnale de ieșire și fiecare fază a necesitat o singură cheie de ieșire. Circuitul generatorului este prezentat în figura 1.

După cum puteți vedea din diagramă, convertorul este format din trei părți: un generator-generator de impulsuri de secvență trifazat pe microcircuite DD1 ... DD3, trei taste pe tranzistoarele compuse (VT1 ... VT6) și motorul electric M1 în sine.

Figura 2 prezintă schemele de sincronizare a impulsurilor generate de generatorul generatorului. Oscilatorul principal este realizat pe cipul DD1. Folosind rezistența R2, puteți seta viteza dorită a motorului, precum și o puteți schimba în anumite limite. Informații mai detaliate despre circuit pot fi găsite în jurnalul de mai sus. Trebuie menționat că, potrivit terminologiei moderne, astfel de generatoare sunt numite controlere.

Figura 1

Figura 2. Scheme de sincronizare a impulsurilor generatorului.

Pe baza controlorului A. Dubrovski din orașul Novopolotsk, regiunea Vitebsk. A fost dezvoltat proiectarea unei unități de frecvență variabilă pentru un motor alimentat cu 220V AC. Schema circuitului a fost publicată în revista Radio 2001. Numărul 4.

În această schemă, practic neschimbată, controlorul recent revizuit este utilizat conform schemei lui M. Mukhin. Semnalele de ieșire de la elementele DD3.2, DD3.3 și DD3.4 sunt utilizate pentru a controla tastele de ieșire A1, A2 și A3, la care este conectat motorul electric. Diagrama arată cheia A1, restul sunt identice. În figura 3 este prezentată o diagramă completă a dispozitivului.

Figura 3

Conectarea motorului la ieșirea unui invertor trifazat

Pentru a vă familiariza cu conexiunea motorului la tastele de ieșire, merită să luați în considerare o diagramă simplificată prezentată în figura 4.

Figura 4

Figura arată motorul M, controlat de tastele V1 ... V6. Elemente semiconductoare pentru simplificarea circuitului prezentat sub formă de contacte mecanice. Motorul electric este alimentat de o tensiune constantă Ud obținută de la redresor (nu este prezentat în figură). În acest caz, tastele V1, V3, V5 sunt numite superior, iar tastele V2, V4, V6 inferioară.

Este destul de evident că deschiderea tastelor superioare și inferioare în același timp, și anume cu perechile V1 și V6, V3 și V6, V5 și V2, este complet inacceptabilă: va avea loc un scurtcircuit. Prin urmare, pentru funcționarea normală a unei astfel de scheme de chei, este imperativ ca până la deschiderea tastei inferioare, tasta superioară să fie deja închisă. În acest scop, controlerele formează o pauză, adesea numită „zonă moartă”.

Mărimea acestei pauze este de natură să asigure închiderea garantată a tranzistoarelor de putere. Dacă această pauză este insuficientă, este posibil să deschideți scurt tastele superioare și inferioare în același timp. Acest lucru face ca tranzistorii de ieșire să se încălzească, ducând adesea la eșecul acestora. Această situație este numită prin curenți.

Să revenim la circuitul prezentat în figura 3. În acest caz, comutatoarele superioare sunt tranzistoarele 1VT3, iar cele inferioare 1VT6. Este ușor de observat că tastele inferioare sunt conectate galvanic la dispozitivul de control și între ele.Prin urmare, semnalul de control de la ieșirea 3 a elementului DD3.2 prin rezistențele 1R1 și 1R3 sunt alimentate direct la baza tranzistorului compus 1VT4 ... 1VT5. Acest tranzistor compus nu este altceva decât un driver cu cheie inferioară. Exact, de asemenea, din elementele DD3, DD4, sunt controlate tranzistoarele compuse ale driverului de chei inferioare ale canalelor A2 și A3. Toate cele trei canale sunt alimentate de același redresor. pe podul diodei VD2.

Tastele superioare ale comunicării galvanice cu un cablu comun și un dispozitiv de control nu trebuie, prin urmare, să le controleze, pe lângă șofer, pe un tranzistor compozit 1VT1 ... 1VT2, a trebuit să fie instalat un optocuplaș suplimentar 1U1 pe fiecare canal. Tranzistorul optocoupler de ieșire din acest circuit îndeplinește, de asemenea, funcția de invertor suplimentar: când ieșirea 3 a elementului DD3.2 este un nivel ridicat, tranzistorul comutatorului superior 1VT3 este deschis.

Un redresor separat 1VD1, 1C1 este utilizat pentru a alimenta fiecare driver cu cheie superioară. Fiecare redresor este alimentat de o înfășurare individuală a transformatorului, care poate fi considerată un dezavantaj al circuitului.

Condensatorul 1C2 asigură o întârziere de comutare la cheie de aproximativ 100 de microsecunde, optocupla 1U1 oferă aceeași cantitate, formând astfel „zona moartă” menționată anterior.

Reglarea frecvenței este suficientă?

Odată cu scăderea frecvenței tensiunii alternative de alimentare, rezistența inductivă a înfășurărilor motorului scade (amintiți-vă doar de formula de rezistență inductivă), ceea ce duce la o creștere a curentului prin înfășurări și, ca urmare, la supraîncălzirea înfășurărilor. De asemenea, circuitul magnetic al statorului este saturat. Pentru a evita aceste consecințe negative, atunci când frecvența scade, valoarea efectivă a tensiunii pe înfășurările motorului trebuie de asemenea redusă.

O modalitate de soluționare a problemei la chastotniks amatori a fost propusă pentru a regla această valoare cea mai eficientă cu ajutorul LATR, al cărui contact mobil a avut o conexiune mecanică cu o rezistență variabilă a regulatorului de frecvență. Această metodă a fost recomandată în articolul de S. Kalugin, „Finalizarea regulatorului de viteză al motoarelor asincrone trifazate”. Journal of Radio 2002, nr. 3, p. 31.

În condiții amatoare, ansamblul mecanic s-a dovedit a fi complex și, cel mai important, nesigur. O modalitate mai simplă și mai fiabilă de a folosi un autotransformator a fost propusă de E. Muradkhanian de la Erevan în revista Radio nr. 12 2004. O diagramă a acestui dispozitiv este prezentată în figurile 5 și 6.

Tensiunea de rețea de 220V este furnizată autotransformatorului T1, iar de la contactul său mobil la puntea de redresare VD1 cu un filtru C1, L1, C2. La ieșirea filtrului, se obține o Ureg de tensiune constantă variabilă, care este utilizată pentru a alimenta motorul în sine.

Figura 5

Tensiunea Ureg prin rezistența R1 este de asemenea furnizată oscilatorului principal DA1, realizat pe cip KR1006VI1 (versiunea importată NE555). Ca urmare a acestei conexiuni, un generator de unde pătrate convenționale se transformă într-un VCO (generator controlat cu tensiune). Prin urmare, cu o creștere a tensiunii Ureg, frecvența DA1 a generatorului crește, ceea ce duce la o creștere a turației motorului. Cu o scădere a tensiunii Ureg, frecvența oscilatorului principal scade, de asemenea, proporțional, ceea ce evită supraîncălzirea înfășurărilor și suprasaturarea circuitului magnetic al statorului.

Figura 6

În același articol de jurnal, autorul oferă o variantă a oscilatorului principal, care vă permite să scăpați de utilizarea unui autotransformator. Circuitul generatorului este prezentat în figura 7.

Figura 7

Generatorul este realizat pe al doilea declanșator al cipului DD3, în diagramă este desemnat DD3.2. Frecvența este setată de condensatorul C1, frecvența este controlată de o rezistență variabilă R2. Împreună cu controlul frecvenței, durata impulsului la ieșirea generatorului se schimbă și ea: cu frecvență în scădere, durata scade, deci tensiunea pe înfășurările motorului scade. Acest principiu de control se numește modularea lățimii pulsului (PWM).

În circuitul amator analizat, puterea motorului este mică, motorul este alimentat cu impulsuri dreptunghiulare, deci PWM este destul de primitiv. În realitate convertoare de frecvență industriale PWM de mare putere este proiectat pentru a genera tensiune aproape sinusoidală la ieșire, așa cum se arată în figura 8, și pentru a implementa lucrări cu diferite sarcini: la cuplu constant, la putere constantă și la sarcină ventilator.

Figura 8. Forma tensiunii de ieșire a unei faze a invertorului trifazat cu PWM.

Putere parte a circuitului

Chastotnik-urile de marcă moderne au o producție Tranzistoare MOSFET sau IGBTspecial conceput pentru funcționarea în convertoare de frecvență. În unele cazuri, aceste tranzistoare sunt combinate în module, ceea ce îmbunătățește, în general, performanța întregii structuri. Aceste tranzistoare sunt controlate folosind microcircuite sofer specializate. În unele modele, driverele sunt disponibile integrate în modulele tranzistorului.

În prezent, cele mai frecvente cipuri și tranzistoare sunt International Rectifier. În schema descrisă, este foarte posibil să folosiți drivere IR2130 sau IR2132. Într-un caz al unui astfel de cip există șase șoferi simultan: trei pentru cheia inferioară și trei pentru cel superior, ceea ce face ușor să asamblați un stadiu de ieșire a podului trifazat. În plus față de funcția principală, acești drivere conțin și câteva mai multe, de exemplu, protecție împotriva suprasarcinelor și a scurtcircuitelor. Informații mai detaliate despre acești drivere pot fi găsite în fișa tehnică a descrierilor tehnice pentru jetoanele respective.

Cu toate avantajele, singurul dezavantaj al acestor microcircuite este prețul lor ridicat, astfel că autorul proiectului a mers pe o cale diferită, mai simplă, mai ieftină și în același timp funcțională: microcircuitele șoferului specializate au fost înlocuite cu cipuri de cronometru integrate КР1006ВИ1 (NE555).

Taste de ieșire pentru cronometre integrate

Dacă revenim la figura 6, putem vedea că circuitul are semnale de ieșire pentru fiecare din cele trei faze, desemnate „H” și „B”. Prezența acestor semnale permite controlul separat al tastelor superioare și inferioare. Această separare vă permite să creați o pauză între comutarea tastelor superioare și inferioare folosind unitatea de control, mai degrabă decât tastele în sine, așa cum s-a arătat în diagrama din figura 3.

Dispunerea tastelor de ieșire folosind microcircuite KR1006VI1 (NE555) este prezentată în figura 9. În mod firesc, pentru un convertor trifazat, vor fi necesare trei copii ale acestor chei.

Figura 9

Ca drivere ale tastelor superioare (VT1) și inferioare (VT2), sunt utilizate microcircuitele KR1006VI1, care sunt incluse în conformitate cu schema de declanșare Schmidt. Cu ajutorul lor, este posibilă obținerea unui curent de poartă de impuls de cel puțin 200 mA, ceea ce face posibilă obținerea unui control suficient de fiabil și rapid al tranzistoarelor de ieșire.

Jetoanele tastelor inferioare DA2 au o comunicație galvanică cu sursa de alimentare + 12V și, în consecință, cu unitatea de control, astfel încât sunt alimentate de la această sursă. Microcipurile tastelor superioare pot fi alimentate la fel cum s-a arătat în figura 3 folosind redresoare suplimentare și înfășurări separate pe transformator. Însă în această schemă se folosește o metodă de nutriție „rapidă”, așa-numita „rapidă”, a cărei semnificație este următoarea. Microcircuitul DA1 primește putere de la condensatorul electrolitic C1, a cărui încărcare se produce prin circuit: + 12V, VD1, C1, un tranzistor VT2 deschis (prin electrozi, scurgerea este sursa), „comună”.

Cu alte cuvinte, încărcarea condensatorului C1 apare în timp ce tranzistorul cu cheie inferioară este deschis. În acest moment, terminalul minus al condensatorului C1 este aproape scurtcircuitat la sârmă comună (rezistența scurgerii deschise - secțiunea sursă a tranzistorilor cu efect de câmp puternic este de mii de Ohm!), Ceea ce face posibilă încărcarea acestuia.

Cu tranzistorul VT2 închis, dioda VD1 se va închide, încărcarea condensatorului C1 se va opri până la următoarea deschidere a tranzistorului VT2.Dar încărcarea condensatorului C1 este suficientă pentru a alimenta cipul DA1 în timp ce tranzistorul VT2 este închis. Firește, în acest moment, tranzistorul cheii superioare este în stare închisă. Această schemă a tastelor de alimentare s-a dovedit a fi atât de bună încât este aplicată fără modificări în alte modele de amatori.

Acest articol discută doar cele mai simple scheme ale invertoarelor trifazate amator pe microcircuite de grad mic și mediu de integrare, de la care a pornit totul și unde puteți chiar să luați în considerare totul din interior folosind schema. Sunt realizate modele mai moderne folosind microcontrolere, cel mai adesea seria PIC, ale căror scheme au fost publicate în mod repetat în revistele Radio.

Unitățile de control pentru microcontroller în conformitate cu schema sunt mai simple decât pe microcircuitele de grad mediu de integrare, au funcții atât de necesare ca pornire lină a motorului, protecție împotriva supraîncărcărilor și a scurtcircuitelor și a altora. În aceste blocuri, totul este implementat în detrimentul programelor de control sau cum sunt numite „firmware”. Unitatea de control a unui invertor trifazat va depinde tocmai de aceste programe.

Circuite destul de simple pentru regulatoare invertoare trifazate sunt publicate în revista Radio 2008 nr. 12. Articolul se numește "Oscilatorul principal pentru un invertor trifazat." Autorul articolului este, de asemenea, autorul unei serii de articole despre microcontrolere și multe alte modele. Articolul prezintă două circuite simple pe microcontrolere PIC12F629 și PIC16F628.

Frecvența de rotație în ambele scheme este modificată treptat cu ajutorul întrerupătorilor cu un singur pol, ceea ce este destul de mare în multe cazuri practice. Există, de asemenea, un link de unde puteți descărca „firmware-ul” gata pregătit și, în plus, un program special cu care puteți modifica parametrii „firmware-ului” la discreția dvs. Este posibilă și funcționarea modului generator „demo”. În acest mod, frecvența generatorului este redusă de 32 de ori, ceea ce permite utilizarea vizuală a LED-urilor pentru a observa funcționarea generatoarelor. De asemenea, oferă recomandări pentru conectarea unității de alimentare.

Însă, dacă nu doriți să vă angajați în programarea microcontrolerului, Motorola a lansat un controler inteligent special MC3PHAC, conceput pentru sistemele de control cu ​​motoare trifazate. Pe baza sa, este posibil să se creeze sisteme ieftine dintr-o unitate trifazică reglabilă care să conțină toate funcțiile necesare pentru control și protecție. Astfel de microcontrolere sunt din ce în ce mai utilizate în diverse aparate de uz casnic, de exemplu, în mașinile de spălat vase sau frigidere.

Complet cu controlerul MC3PHAC este posibil să utilizați module de alimentare de pe raft, de exemplu IRAMS10UP60A dezvoltat de International Rectifier. Modulele conțin șase întrerupătoare de putere și un circuit de control. Pentru mai multe detalii despre aceste elemente, consultați documentația lor cu fișa tehnică, care este ușor de găsit pe Internet.

Boris Aladyshkin