Преобразователь частоты для асинхронного двигателя своими руками

Частотник для трехфазного электродвигателя своими руками

Сегодня асинхронные двигатели являются основными тяговыми приводами для станков, конвейеров, и прочих промышленных агрегатов. Для того чтобы моторы могли нормально функционировать, им нужен частотный преобразователь. Он позволяет оптимизировать работу агрегата и продлить срок его службы. Покупать устройство необязательно — частотник для трехфазного электродвигателя можно сделать своими руками.

Назначение частотного преобразователя
Принцип работы устройства
Самостоятельное изготовление прибора Делаем трехфазный преобразователь
Частотник для однофазного двигателя
Возможные проблемы при проверке

Варианты замены

Получить источник напряжения 380 В можно и через использование трёх фаз от источников электрического питания с напряжением 220 В, однако в высотных домах делать это рекомендуется только с согласия осуществляющей энергетический надзор компании. При наличии возможности подсоединения электрооборудования к трёхфазному щитку распределения, который обычно находится в подъезде, преобразователь напряжения не нужен — достаточно трёхфазного удлинителя

Существующие способы преобразования однофазного тока в трёхфазный хоть и эффективны, однако имеют некоторые минусы:

нередкая потеря мощности двигателя;
невозможность получения трёхфазного тока без присутствия помех;
мощностные ограничения частотных преобразователей;
наличие видов электрических двигателей, которые не получится запустить подобными способами в однофазной сети;
конденсаторы мощности не очень удобны в использовании, так как система получается большой и представляет опасность для помещения.

Сделать подобный прибор в домашних условиях возможно, но достаточно проблематично и трудозатратно, поэтому покупка инвертора будет куда более простым и безопасным решением, учитывая широкий выбор товаров в этом сегменте.

Функциональная схема подключения частотного преобразователя

При ее использовании получается произвести достаточно хорошую синусоидальную ШИМ с возможностью изменять напряжение. Крутим мотор-колесо коляски рукой, нажимаем кнопку «Пуск». Можно делать копии содержимого данной папки в родительской, переименовывать её и одноименные файлы с расширениями ewp, ewd, dep.

Обычный инвертор тока промежуточной цепи изменяющегося напряжения.

Способ ограничения зависит от вида модуляции. А так же функцию обработки прерывания таймера.

А так же функцию обработки прерывания таймера.

Они обеспечивают широкий диапазон регулировки частот, обладают высоким КПД и другими отличными техническими характеристиками. Справа от моста изображены операционные усилители нормирующие сигналы датчиков тока.

Преимуществом управляемых выпрямителей является их способность возвращать энергию в питающую сеть. Имеются три основных варианта задания режимов коммутации в инверторе с управлением посредством широтно-импульсной модуляции.

При этом амплитуда и частота напряжения на выходе преобразователя регулируются по скольжению и нагрузочному току, но без использования обратных связей по скорости вращения ротора. ПОДКЛЮЧЕНИЕ ЧАСТОТНИКА к однофазному асинхронному двигателю.

Ниже представлена схема преобразователя частоты.

Он состоит из 3 преобразующих звеньев:

выпрямителя, формирующего напряжение постоянного тока при подключении к питающей электросети, который может быть управляемым или неуправляемым,
фильтра, сглаживающего уже выпрямленное напряжение (для этого применяют конденсаторы),
инвертора, формирующего нужную частоту напряжения, являющегося последним звеном перед электродвигателем.

Использование современных инверторов

Современные преобразователи производятся с использованием микроконтроллеров. Это намного расширило функциональные возможности инверторов в области алгоритмов управления и контроля за безопасностью работы.

Преобразователи с большим успехом применяют в следующих областях:

в системах водоснабжения, теплоснабжения для регулирования скорости насосов горячей и холодной воды,
в машиностроении,
в текстильной промышленности,
в топливно-энергетической области,
для скважинных и канализационных насосов,
для автоматизации систем управления технологическими процессами.

Цены источников бесперебойного питания напрямую зависят от наличия в нем частотника. Они становятся «проводниками» в будущее. Благодаря им, малая энергетика станет наиболее развитой отраслью экономики.

Источник: electricvdele.ru

Частотный преобразователь своими руками

Частотный преобразователь своими руками — представляю вам небольшую статью о асинхронном двигателе и частотном преобразователе, который мне ранее приходилось делать. Вот и теперь потребовался хороший привод для циркулярной пилы. Конечно можно было бы взять в магазине фирменный частотник, но все-таки вариант самостоятельного изготовления оказался для меня наиболее приемлемым.

К тому же, качество регулировки скорости привода пилорамы не требовало абсолютной точности. Однако с нагрузками ударного типа и длительными перегрузками он должен справляться. К тому же хотелось сделать управление наиболее простым, без всяких там параметров, а просто установить пару кнопок.

Главные преимущества привода с регулировкой частоты:

Создаем из однофазного напряжения 220v полновесные три фазы 220v, сдвиг у которых будет 120°, при этом получаем абсолютный вращательный момент с мощностью на валу
Повышенный момент старта с плавным запуском без максимального пускового тока
Нет сильного замагничивания и излишнего перегрева мотора, как это бывает когда применяются конденсаторы
При необходимости можно свободно управлять скоростью вращения и менять направление

Ниже показана принципиальная схема устройства:

Трехфазный мост выполнен на гибридных IGBT транзисторах c диодами обратной проводимости. В целом это представляет собой бустрепное управление микроконтроллером PIC16F628A, осуществляемое с помощью специализированных оптодрайверов HCPL-3120. Во входном тракте установлен конденсатор гашения напряжения, выполняющего функцию мягкой зарядки электролитических конденсаторов в цепи постоянного напряжения.

Принцип работы регулятора оборотов

Регулятор оборотов представляет собой устройство, состоящее из следующих трех основных подсистем:

Двигателя переменного тока;
Главного контроллера привода;
Привода и дополнительных деталей.

Когда двигатель переменного тока запускается на полную мощность, происходит передача тока с полной мощностью нагрузки, такое повторяется 7-8 раз. Этот ток сгибает обмотки двигателя и вырабатывает тепло, которое будет выделяться продолжительное время. Это может значительно снизить долговечность двигателя. Иными словами, преобразователь – это своеобразный ступенчатый инвертор, который обеспечивает двойное преобразование энергии.

Фото — схема регулятора для коллекторного двигателя

В зависимости от входящего напряжения, частотный регулятор числа оборотов трехфазного или однофазного электродвигателя, происходит выпрямление тока 220 или 380 вольт. Это действие осуществляется при помощи выпрямляющего диода, который расположен на входе энергии. Далее ток проходит фильтрацию при помощи конденсаторов. Далее формируется ШИМ, за это отвечает электросхема. Теперь обмотки асинхронного электродвигателя готовы к передаче импульсного сигнала и их интеграции к нужной синусоиде. Даже у микроэлектродвигателя эти сигналы выдаются, в прямом смысле слова, пачками.

Фото — синусоида нормальной работы электродвигателя

Подключение частотного преобразователя

Если используемая проводка имеет одну фазу и напряжение 220В, то в качестве предпочтительной схемы подключения используется вариант «треугольник». Важно помнить о том, что ток на выходе может быть больше номинального не более, чем на 50%. Если речь идет о трехфазной проводке с напряжением 380В, то для подключения к двигателю частотного преобразователя выбирается схема «звезда». Для простоты выполнения этой процедуры на преобразователе присутствуют клеммы, на поверхности которых имеются подсказки в виде букв.

R, S, T– к этим контактам подводят провода сети в любом порядке;
U , V , W – при помощи их выполняется включение асинхронного двигателя (в тех случаях, когда двигатель работает в режиме реверса, для возвращения к нормальному вращению достаточно любой из двух проводов поменять местами на контактах).

Обязательно в конструкции имеется клемма, используемая для заземления.

На что обратить внимание при выборе?

Если обратить внимание на доступные сегодня модели преобразователей, то определяющим фактором становится именно цена частотника . Дело в том, что наибольшим функционалом обладают лишь дорогие модели пребразователей частоты. Однако, чтобы выбираемый преобразователь смог успешно справляться с необходимыми задачами, нужно исходить из конкретных условий его использования.

Преобразователь частоты может предусматривать два типа управления: векторное и скалярное. В первом случае можно выставить с высокой точностью необходимую величину тока. Особенностью скалярного управления является то, что устройство работает лишь в одном заданном соотношении между частотой и напряжением на выходе. Такие устройства могут использоваться лишь для обычных бытовых устройств, наподобие вентилятора.
Характеристики мощности во многом влияют на универсальность преобразователя частоты. Это не только расширяет его возможности, но и создает меньше проблем при обслуживании.
Для работы устройства должна быть предусмотрено сеть, обладающая максимально широким диапазоном напряжения. В этом случае уменьшается опасность, что устройство выйдет из строя в случае резких скачков. Наибольшую угрозу для оборудования представляет повышение напряжения, что может привести к взрыву сетевых конденсаторов.
Важным параметром является и частота, значение которой должно быть достаточным для удовлетворения потребностей производства. По его нижнему пределу можно понять, насколько широкие возможности имеются для выбора оптимальной скорости привода. Если имеется необходимость в устройстве, обладающем более широким диапазоном частоты, то следует обратить внимание на модели с векторным управлением. На практике же наиболее распространены частоты с диапазоном 10-60 Гц, в редких случаях используются до 100 Гц.
Наличие различных входов и выходов, используемых для управления. Гораздо удобнее пользоваться устройством, у которого количество подобных разъемов достаточно велико. Однако это же приводит к увеличению стоимости оборудования, а также создает трудности с правильной настройкой. В устройствах подобного типа могут быть предусмотрены три типа разъемов: дискретные, цифровые, аналоговые. Основное назначение первых заключается во вводе команд управления и вывода сообщений о событиях. При помощи цифровых разъёмов осуществляется ввод сигналов цифровых датчиков. Аналоговые же разъемы призваны решать задачу по вводу сигналов обратной связи.
При выборе модели преобразователя следует обращать внимание на шину управления, характеристики которой должны соответствовать возможностям схемы частотного преобразователя, что проявляется в соответствующем количестве разъемов. Оптимальный вариант, когда их имеется достаточное количество на случай возможной модернизации.
Перегрузочные способности. Рекомендуется отдавать предпочтение моделям частотников, запас мощности которых на 15% превосходит мощность используемого двигателя. Во избежание ошибок не помешает перед принятием решения ознакомиться с документацией. В них обычно приводятся все основные характеристики двигателя. Если стоит задача подобрать частотник, способное выдерживать пиковые нагрузки, то рекомендуется отдавать предпочтение оборудованию, которое сможет сохранять значение тока в условиях пиковой работы на 10% больше указанного.

Материалы

Чтобы сделать своими руками частотный преобразователь для однофазного электродвигателя, необходимо подготовить следующее:

IR2135(IR2133) – драйвер трёхфазного моста;
AT90SPWM3B – микроконтроллёр (используется как генератор PWM);
программатор (например, AVReAl);
шесть штук транзисторов IRG4BC30W;
ЖКИ индикатор;
шесть кнопок.

Самостоятельная сборка преобразователя частоты

Не стоит отказываться от идеи сделать своими силами преобразователь. Эту задачу решить по силам любому владельцу, учитывая, что в сети можно найти большое количество инструкций и схем по сборке подобного устройства и его подключению к асинхронному двигателю.

Рассматривая такой вариант, главное, о чем следует помнить – собираемая своими руками модель должна отличаться не только доступной ценой, но и надежностью, а также быть способна успешно решать задачи в бытовых условиях. Если же имеется потребность в устройстве для промышленного использования, то, естественно, оптимальным выбором будут преобразователи, предлагаемые магазинами.

Порядок действий по сборке схемы частотного преобразователя

Приводимая ниже схема рассчитана на проводку с напряжением 220В и одной фазой. Устройство предназначено для двигателя, мощность которого не превышает 1 кВт.

Вначале необходимо соединить между собой обмотки двигателя, для чего используется вариант «треугольник».

Основу конструкции оборудования образуют две платы. Первая будет уступать место для размещения таких элементов, как блок питания и драйвер. Помимо них здесь будут установлены транзисторы и силовые клеммы. Вторая плата используется для крепления микроконтроллера и индикатора. Для соединения плат друг с другом используется гибкий шлейф.

Для изготовления импульсного блока питания используется обычная схема, которую можно найти в сети.

Чтобы контролировать работу двигателя, нет необходимости воздействовать на ток при помощи внешних устройств. Однако нелишним будет добавить в конструкцию микросхему(IL300) путем введения линейной развязки.

Общий радиатор используется для размещения не только транзисторов, но и диодного моста.

Обязательным является наличие оптронов ОС2-4, назначение которых заключается в дублировании кнопок управления. На ОС-1 возлагается задача по выполнению пользовательских функций.

Если выбираемый частотный преобразователь имеет одну фазу, то он может работать без трансформатора. Альтернативой ему может служить токовый шунт, который выполняется в виде четырех витков манганинового провода сечением 0,5 км на оправе 3мм. Используемый шунт можно дополнить и усилителем DA-1.

Если мощность двигателя составляет 400 Вт, то он может работать и без термодатчика. С задачей по измерению напряжения сети успешно может справиться и DA-1-2 (усилитель).

Следует позаботиться о защите кнопок, установив на них пластиковые толкатели, управление же осуществляется посредством опторазвязки.

Если будут присутствовать длинные провода, то к ним следует добавить помехоподавляющие кольца.

Во время работы ротора двигателя можно выбирать любую скорость пределах частоты 1: 40. В режиме работы малых частот следует задействовать режим фиксированного напряжения.

Из чего состоит привод регулирования?

Он имеет в составе три звена:

выпрямитель, дающий потенциал постоянного тока при включении к питанию электрической сети. Сеть может быть управляемой или нет;
фильтрующий элемент, который сглаживает выходное напряжение (применяется емкость);
инвертор, который производит нужную частоту потенциала, крайнего звена возле электромотора.

Второй способ – фазовый сдвиг

Этот вариант получения трехфазного напряжения основан на свойствах индуктивности (ток отстает от напряжения сети на условные 90 градусов угла между векторами) и емкости (напряжение опережает ток в электрической цепи на условные 90 градусов угла между векторами). Комбинируя совместно с нагрузкой индуктивные и емкостные элементы, при их определенном сочетании получается фазовый сдвиг в 120 градусов по напряжению в специальной схеме, показанной далее. Каждому значению мощности потребуются соответствующие по величине элементы. Они приведены в таблице № 1.

Схема

Таблица № 1 для получения трехфазного напряжения на активной нагрузке

Для асинхронного движка, в котором эквивалент обмоток статора – это параллельно соединенные сопротивления и емкости, схема и величины элементов будут иными. Они приведены далее в таблице № 2 вместе со схемой.

Схема

Таблица № 2 для получения трехфазного напряжения на обмотках асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Для схемы нужны металлобумажные конденсаторы с номинальным напряжением от 250 В. Для индуктивностей рекомендуется использовать сердечник от трансформатора мощностью 200 ВА. Число витков подбирается по измеряемой силе тока в электрической цепи из дросселя и резистора с известным сопротивлением, соединенных последовательно. Эта цепь вместе с мультиметром присоединяется к генератору 100…300 Гц. Дополнительно величина индуктивности корректируется воздушным зазором в сердечнике. Его наличие обязательно.

Увеличение индуктивности приведет к уменьшению тока, и наоборот. Совпадение измеряемого значения с расчетным свидетельствует о получении индуктивности необходимой величины. Такой способ целесообразен только для статичной нагрузки на вале асинхронного двигателя. При отклонениях ее фазовые характеристики напряжения в обмотках изменятся вместе с крутящим моментом. То есть эффективность двигателя ухудшится.

Настройка преобразователя частоты

При настройке частотника нужно обратить внимание на следующие моменты:

По возможности ограничить время разгона и торможения с целью уменьшения нагрева ПЧ и двигателя. Тоже самое касается и количества циклов включения/выключения в единицу времени.
Выбрать скалярный режим частотного управления.
Отключить контроль обрыва фаз на выходе ПЧ.
Перед первым пуском обязательно провести автоматическую настройку (адаптацию) согласно инструкции.

Здесь нужно обратить внимание на один важный момент. Однофазный двигатель имеет КПД ниже, чем трехфазный с теми же параметрами. Это следует учитывать при выборе пары ПЧ/двигатель. Для повышения КПД и уменьшения нагрева можно экспериментально выставить точки на вольт-частотном графике. Как вариант, можно отключить пусковой конденсатор, а выводы от пусковой и рабочей обмоток подключить к выходу трехфазного преобразователя. Далее провести настройку, как указано выше.

Меры безопасности

Основные правила безопасности при преобразовании энергии:

Необходимо работать только с проверенными и технически исправными приборами во избежание короткого замыкания или пожара;
Минимальная мощность в приборах должна быть больше 400 Вт для корректного преобразования напряжения;
В процессе преобразования необходимо пользоваться мультиметром, для того чтобы отслеживать результат;
В щитке необходимо установить устройство защитного отключения, чтобы при скачках напряжения бытовые приборы не вышли из строя;
При работе по подключению все помещения должны быть обесточены, а щиток отключен;
Если на проводах есть скрутки, то их необходимо заменить, чтобы они не закоротили в процессе работы;
Не должно быть оголенной изоляции в проводах, так как при соприкосновении может случиться короткое замыкание или электротравмы.

Преобразователь 220 в 380 своими руками с конденсатором
Внимание! Нельзя пренебрегать правилами безопасности, иначе это может привести не только к выходу из строя бытовых приборов, но и к возгоранию, порче проводки и щитка оборудования. Подобной работой должен заниматься только опытный электромонтер, либо человек, обладающий достаточными познаниями в электрике

Чтобы понять, как с 380 взять 220, необходимо изучить принцип действия всех приборов для преобразования энергии. Опытные мастера рекомендуют применять только трансформаторы или двигатели с конденсаторами. С данными устройствами сможет справиться даже новичок, при соблюдении всех правил безопасности

Подобной работой должен заниматься только опытный электромонтер, либо человек, обладающий достаточными познаниями в электрике. Чтобы понять, как с 380 взять 220, необходимо изучить принцип действия всех приборов для преобразования энергии. Опытные мастера рекомендуют применять только трансформаторы или двигатели с конденсаторами. С данными устройствами сможет справиться даже новичок, при соблюдении всех правил безопасности.

Устройство защитного отключения

Итак, было расмотрено несколько методик преобразования тока. В заключении необходимо отметить, что процесс это достаточно сложный. В некоторых случаях необходимо специальное разрешение и допуск для работы. Некачественно выполненная работа может привести к КЗ и пожарам, нарушению целостности изоляции. Считается, что для подключения стандартных электроприборов в квартирах достаточно 220 В.

Способы преобразования энергии

В данном разделе описаны основные методы преобразования 220 Вольт в увеличенную трёхфазную энергию с напряжением 380 В. Существует множество способов, однако опытные специалисты выделяют только пять основных:

Использование электрического преобразователя энергии;
Использование трансформаторов тока;
Преобразование тока из двухфазного в трёхфазный;
Применение трёхфазного мотора в роли генератора;
Использование преобразователя конденсаторного плана.

Инвертор напряжения

Преобразователь энергии

Одно из самых простых устройств для моментального преобразования энергии – это инвертор, устройство, повышающее номинальное напряжение в сети до требуемых показателей, величина которых зависит от технических характеристик конкретного прибора.

Бытовые инверторы формируют стабильное напряжение и не требуют специальных навыков при эксплуатации. К сожалению, мощность подобных приборов невысока, но в то же время они подходят почти для всех трёхфазных бытовых устройств.

Подключение звездой и треугольником

Внутри прибор оснащен опцией защиты от скачков напряжения и коротких замыканий, что позволяет стабилизировать частоту подачи тока, исключив внезапное изменение амплитуды в электрической цепи, нередко приводящее к поломкам.

Внимание! Постоянная энергия с минимумом перепадов напряжения получается благодаря принципу действия преобразователя. Первым делом, он обеспечивает снижение частотности переменного тока, после чего формирует трёхфазное напряжение с необходимой частотой

Способ применения трех фаз

При стандартном инженерном оснащении в распределительных этажных щитах подключено три фазы, но в каждое обособленное жилое помещение заводится лишь одна из них.

Щитки, как правило, устанавливают в коридорах, либо на лестничных клетках, откуда можно подвести в помещение две дополнительные фазы, однако для этого необходимо заручиться письменным разрешением эксплуатирующих служб.

Документ на подведение двух фаз можно запросить у энергоснабжающей организации или согласовать с управляющей компанией дома. Также необходимо установить трёхфазный прибор для коммерческого учета электроэнергии.

Схема преобразования

Микропроцессорное управление

Используется для изменения скорости вала двигателя преобразователь, напряжение, частота которого по умолчанию составляет 50 Герц, может быть изменено по амплитуде в широком диапазоне. А если конкретнее, то от нуля и до той частоты, которую может обеспечить микропроцессор. К последнему требование основное – это возможность подключения нескольких устройств. Когда вы конструируете преобразователь, напряжение, частота которого меняется переменным сопротивлением, должно контролироваться процессором. Выбирается он тщательно, у него должно быть достаточное количество портов ввода-вывода.

Немного усложнить систему можно, подключив к микроконтроллеру ЖК-дисплей. Не требуется от него высокая цветопередача, достаточно монохромного, как в простых калькуляторах. К портам ввода-вывода подключаются также и кнопки для осуществления программирования. Вот так можно сделать несложный преобразователь частоты. Цена всех элементов составит не более двух тысяч рублей. А вот стоимость ПЧ с мощностью 200-750 Ватт колеблется в интервале от 6500 до 12000 рублей. Зависит все от производителя и возможностей устройства.