Частотный регулятор своими руками. Частотный преобразователь своими руками: пошаговая инструкция по сборке

Основные функциональные блоки:

• Выпрямитель — преобразует входное переменное напряжение в постоянное
• Конденсаторы — сглаживают пульсации выпрямленного напряжения
• Инвертор — формирует трехфазное напряжение регулируемой частоты
• Микроконтроллер — управляет работой инвертора по заданному алгоритму
• Датчики — измеряют ток и напряжение для обратной связи

Это базовая структура, которая может дополняться различными элементами защиты, фильтрами, интерфейсами управления и т.д.

Пошаговая инструкция по сборке частотного преобразователя

Процесс изготовления частотного преобразователя своими руками включает следующие основные этапы:

1. Подготовка и проверка всех необходимых компонентов
2. Изготовление или заказ печатной платы по разработанной схеме
3. Монтаж силовых компонентов на радиатор охлаждения
4. Пайка электронных компонентов на печатную плату
5. Подключение силовых и сигнальных цепей
6. Установка собранного устройства в корпус
7. Программирование микроконтроллера
8. Настройка и тестирование частотного преобразователя

Важно соблюдать меры электробезопасности при работе с высоким напряжением и мощными токами. Рекомендуется начинать с простых схем малой мощности.

Программирование микроконтроллера частотного преобразователя

Программное обеспечение для микроконтроллера частотного преобразователя выполняет следующие основные функции:

• Формирование сигналов управления IGBT-транзисторами инвертора
• Реализация алгоритма широтно-импульсной модуляции (ШИМ)
• Обработка сигналов с датчиков тока и напряжения
• Реализация защитных функций
• Обеспечение заданных режимов работы (разгон, торможение и т.д.)
• Обмен данными с внешними устройствами управления

Для программирования можно использовать языки C/C++ и среды разработки Arduino IDE, Atmel Studio и другие. Готовые библиотеки управления двигателями существенно упрощают разработку программного обеспечения.

Настройка и тестирование самодельного частотника

После сборки и программирования необходимо выполнить настройку и тестирование частотного преобразователя:

1. Проверка работы без нагрузки на холостом ходу
2. Калибровка датчиков тока и напряжения
3. Настройка параметров ПИД-регулятора
4. Проверка работы защитных функций
5. Тестирование под нагрузкой на разных частотах
6. Проверка температурного режима силовых элементов
7. Настройка плавного пуска и торможения

Важно постепенно увеличивать нагрузку и внимательно контролировать все параметры работы. При возникновении нештатных ситуаций следует немедленно отключать устройство от сети.

Меры безопасности при работе с частотным преобразователем

• Использовать качественные изолированные инструменты
• Не прикасаться к токоведущим частям под напряжением
• Обеспечить надежное заземление корпуса устройства
• Не превышать допустимые токи и напряжения компонентов
• Обеспечить эффективное охлаждение силовых элементов
• Защитить устройство от попадания влаги и посторонних предметов
• Регулярно проверять затяжку всех электрических соединений

При соблюдении этих мер самодельный частотный преобразователь может стать надежным и эффективным устройством для управления асинхронными электродвигателями. Однако следует помнить, что работа связана с высоким напряжением и требует соответствующих навыков и осторожности.

Как сделать 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.

Поиск данных по Вашему запросу:

Как сделать частотный преобразователь своими руками

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

Содержание:

• Трехфазный инвертор своими руками
• Частотник для трехфазного электродвигателя своими руками
• Веспер ремонт своими руками
• Частотный преобразователь для асинхронного двигателя на AVR
• Принцип работы и изготовление частотного преобразователя
• Трехфазный инвертор своими руками
• Частотный преобразователь своими руками
• Принцип работы и изготовление частотного преобразователя
• Частотный преобразователь для электродвигателя и принцип работы

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Народный частотник 4 кВт, плюс самодельный компресор

Трехфазный инвертор своими руками

Впервые мир познакомился с таким устройством, как трехфазный асинхронный электродвигатель , еще в конце 19 столетия. И начиная с того времени, его стали применять на каждом промышленном предприятии, где он стал обязательным элементом. Во время эксплуатации электродвигателя важно обеспечить его плавный пуск и остановку.

Это можно сделать только при наличии специального устройства — преобразователя частоты. В первую очередь, целесообразно оснащать преобразователем крупные электродвигатели, обладающие высокими показателями мощности. Польза от наличия такого устройства заключается в возможности менять пусковые токи, задавая необходимую их величину. Конечно, можно регулировать пусковой ток и вручную, однако в этом случае будет тратиться определенное количество энергии впустую, что негативным образом скажется на эксплуатационном ресурсе электродвигателя.

Наблюдаемый в устройствах, не имеющих подобного приспособления, ток имеет величину, превышающую в раз номинальное напряжение.

В таких условиях невозможно создать нормальные условия для работы оборудования. Действие такого устройства, как преобразователь частоты, основывается на использовании электронного механизма , который контролирует работу двигателя. Но его возможности не ограничиваются лишь мягким пуском.

При помощи преобразователя частоты можно осуществлять плавную настройку работы привода, выбирая оптимальный показатель между напряжением и частотой, который рассчитывается строго по заданной формуле.

К тому же частотный преобразователь позволяет выставлять такой режим работы, который будет в максимальной степени учитывать потребности определённого производства. Действие подобного преобразователя основывается на принципе двойного преобразования напряжения. В результате возникают прямоугольные импульсы, которые корректируются обмоткой статора двигателя, что позволяет вывести ее на уровень синусоиды.

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

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

Общий радиатор используется для размещения не только транзисторов, но и диодного моста. Обязательным является наличие оптронов ОС, 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 Если мощность двигателя составляет Вт , то он может работать и без термодатчика. С задачей по измерению напряжения сети успешно может справиться и DA усилитель. Следует позаботиться о защите кнопок, установив на них пластиковые толкатели, управление же осуществляется посредством опторазвязки. Во время работы ротора двигателя можно выбирать любую скорость пределах частоты 1: В режиме работы малых частот следует задействовать режим фиксированного напряжения.

Для простоты выполнения этой процедуры на преобразователе присутствуют клеммы, на поверхности которых имеются подсказки в виде букв. Чтобы собранный своими руками частотный преобразователь смог успешно выполнять свои функции на протяжении длительного времени, владелец должен выполнять следующие рекомендации:.

Частотный преобразователь является необходимым оборудованием, повышающим эффективность работы асинхронного двигателя. При необходимости его можно изготовить своими силами. Для этого достаточно подготовить необходимые материалы и в точности следовать схеме сборки.

При этом следует уделить особое внимание обслуживанию частотного преобразователя, так как при отсутствии должного внимания к его состоянию это оборудование может довольно скоро выйти из строя, что негативным образом скажется и на работе электродвигателя. Добавить комментарий Не отвечать. Уважаемые читатели! Мы не приемлем в комментариях мат, оскорбления других участников, спам и ссылки на сторонние ресурсы, враждебные заявления в сторону администрации и посетителей ресурса.

Комментарии, нарушающие правила сайта, будут удалены. Следить за комментариями этой статьи. Если Вам нравятся статьи, подпишитесь на наш канал в Яндекс Дзене, чтобы не пропустить свежие публикации. Вы с нами? Главная Электрооборудование Электродвигатель Принцип работы и изготовление частотного преобразователя. Принцип работы и изготовление частотного преобразователя. Содержание 1 Принцип работы частотного преобразователя. Войти с помощью:.

Задать вопрос эксперту. В ближайшее время мы опубликуем информацию.

Частотник для трехфазного электродвигателя своими руками

С целью охраны окружающей среды везде вводятся правила, рекомендующие производителям электрооборудования выпускать продукцию, экономно расходующую электроэнергию. Зачастую это достигается эффективным управлением скорости электродвигателя. Частотник для трехфазного электродвигателя или частотный преобразователь имеет множество наименований: инвертор, преобразователь частоты переменного тока, частотно регулируемый привод. На сегодняшний день частотники производят многие фирмы, но есть немало энтузиастов, создающих преобразователи своими руками. Инвертор управляет скоростью вращения асинхронных электродвигателей, т. Это очень удобно и благодаря этому асинхронные электродвигатели приобрели большую популярность во всех областях человеческой жизни.

То сделать преобразователь частоты –это лишь вопрос личного Получилась вот такая схема. 1- Частотное управление all-audio.pro

Веспер ремонт своими руками

В данной статье речь пойдет о частотном преобразователе, в простонародье, частотнике. Данный частотник, а в дальнейшем частотный привод, способен управлять 3-х фазным асинхронным двигателем. В качестве управляющего контроллера использую ATmega На данном фото полностью рабочий экземпляр, проверенный и обкатанный не имеет панельки расположен слева. Второй для теста atmega 48 перед отправкой расположен справа. Следует отметить ,что напряжение при намагничивании, как и при торможении, является напряжением вольт добавки и меняется одновременно. К слову, преобразователь частоты является скалярным, то есть с ростом выходной частоты увеличивается выходное напряжение. С этого момента привод готов к запуску. В этом управлении есть одно Но.

Частотный преобразователь для асинхронного двигателя на AVR

Полезные советы. Самодельный частотник. Разрабатываем преобразователь вместе. Частотник для трехфазного электродвигателя своими руками схема. Инвертор для электродвигателя.

Огромное значение для современной промышленности имеют мощные асинхронные электродвигатели.

Принцип работы и изготовление частотного преобразователя

Для стабилизации электрического тока используются различные устройства. Предлагаем рассмотреть, что такое электромашинный преобразователь частоты, как работает высоковольтный, тиристорный и однофазный прибор, его назначение, где можно купить, а также схема, как его сделать своими руками. Простейший преобразователь напряжения тока или частоты ПЧ — это электромагнитный, электронный или электромеханический прибор, который преобразует переменный ток одной частоты в переменный ток другой. Преобразователь напряжение-частота широко используется для того, чтобы сохранить энергию механических систем, к примеру, двигателя, насоса, вентилятора и т. Выбираются приборы в соответствии с кривыми двигателя для обеспечения оптимальной скорости и нагрузки, транзисторный преобразователь может помочь сэкономить энергию двигателя, снижая потери энергии и увеличивая КПД.

Трехфазный инвертор своими руками

ATmega берет на себя полный контроль над элементами управления, ЖК-дисплеем и генерацией трех фаз. Предполагалось, что проект будет работать на готовых платах, таких как Arduino или Uno, но это не было реализовано. В отличие от других решений, синусоида не вычисляется здесь, а выводится из таблицы. Это экономит ресурсы, объем памяти и позволяет МК обрабатывать и отслеживать все элементы управления. Расчеты с плавающей точкой в программе не производятся. Аналогичным образом обеспечивается внешнее управление через 2 аналоговых входа. Направление вращения двигателя определяется перемычкой или переключателем.

Частотный преобразователь для электродвигателя и принцип работы Следующая схема отображает принцип работы преобразователя частоты Во всемирной сети выложена не одна схема и инструкция, как это сделать.

Частотный преобразователь своими руками

Как сделать частотный преобразователь своими руками

Перейти к содержимому. У вас отключен JavaScript. Некоторые возможности системы не будут работать.

Принцип работы и изготовление частотного преобразователя

Зачем нужно делать самому преобразователь для 3-фазного электромотора, и как смастерить его своими руками? Чтобы защитить окружающую природу повсюду создаются правила, которые рекомендуют изготовителям электрических устройств делать продукцию, которая будет экономить электрическую энергию. Часто это бывает достигнуто правильным управлением частотой вращения электромотора. Преобразователь частоты легко решает эту задачу.

Впервые мир познакомился с таким устройством, как трехфазный асинхронный электродвигатель , еще в конце 19 столетия.

Частотный преобразователь для электродвигателя и принцип работы

Забыли пароль? Изменен п. Расшифровка и пояснения — тут. Автор: Naildjan , 7 июня в Электропривод. Здравствуйте, форумчане! Хочу поднять тему о тиристорном преобразователе частоты для асинхронного двигателя, имеющий короткозамкнутый ротор, точнее мне нужна схема. Различные процессы, имеющие разные потребности, имеют разные автоматизированные электроприводы.

Частотный преобразователь применяется для того, чтобы из одной фазы получить три. Трехфазное питание используется, в основном, в промышленности. Однако и в бытовых ситуациях потребуется управление, например, трехфазным асинхронным двигателем. На этот случай вполне можно обойтись самостоятельным изготовлением частотника, что позволит использовать устройство с минимальными потерями мощности.

Открытый проект частотного преобразователя для управления электродвигателями / Хабр

Цель проекта

Сделать компактный, встраиваемый  и недорогой частотный преобразователь с питанием от однофазной сети 230-240 В 50Гц, способный управлять асинхронными 220 В 3-х фазными двигателями 1..2 кВт, для плавного разгона и остановки и поддержания частоты вращения от 0 до 1500 об. в мин. Связь с устройством через полевую шину CAN или RS485.

Решиться делать свой ЧП непросто, потому что есть масса готовых на любой вкус.  Своя мелкосерийная разработка по цене будет неконкурентной. Однако если в ЧП перенести часть функциональности конечного агрегата помимо управления мотором, то можно удешевить аппаратную обвязку вокруг ЧП и экономически оправдать его создание. 

Поиск интегрированных решений

В сети есть открытые проекты и отладочные платы частотных преобразователей с полной документацией и неплохо документированным софтом. Остаются неясными только вопросы оптимальности архитектуры, альтернативной компонентной базы, безопасности, электромагнитной эмиссии, надежности и прочая мелочь вроде диагностики, зазоров, клем, ремонтопригодности… Словом вопросов остается много.

Мы начали с покупки, казалось бы, солидного решения от фирмы Microchip. Коллеги по соседству тоже делали ЧП на Microchip, и я подумал что это то что нужно. Да, там еще был и корректор мощности.

Эта плата сгорела после первого же подключения реального 1 кВт AC мотора. Изучив трассировку плат, стало понятно, что не сгореть это не могло. Вспыхнула пара дорожек под процессорным модулем. Что-то не рассчитали с их шириной. От решений Microchip сразу отказались и больше не возвращались. Все-таки нишевые микроконтроллерные архитектуры — это не наше. А тут еще такой фейл.

Были еще рассмотрены решения от ST, TI, NXP(Freescale), Infineon. Все хотят привязать разработчика к своим семействам микроконтроллеров. Используют для этого все средства — от лицензионных соглашений, до закрытых библиотек и программных инструментов. Этот мир вдруг показался неуютным.

Изучение других ЧП

Так как наборы разработчика от производителей чипов перестали вызывать доверие, то вторым шагом было посмотреть, как сделаны промышленные ЧП. Интересно узнать какие там микроконтроллеры, сколько их, какие силовые элементы, драйверы и прочее. 

HANNING ELEKTRO-WERKE GmbH & Co. KG.

Это изделия, относящиеся к классу встраиваемых. Имеют пассивное охлаждение, т. е. в них отсутствуют вентиляторы. Лишены всяких элементов ручного управления и индикации, поскольку ставятся в труднодоступных местах. Предполагается подключение к неким внешним панелям управления через интерфейс RS485. Теоретически должны быть идеально согласованы с управляемыми ими моторами.

Правда опыт эксплуатации несколько испортил впечатление. Несмотря на наличие усиленных EMI фильтров и специализированных микроконтроллеров несколько таких преобразователей у нас сгорело просто потому, что заклинивало редукторы у моторов. Ниже показаны снимки внутренности одного из ЧП данной серии.

OMRON 3G3MX2-A4040-E.

Это ЧП общего применения c 3-фазным входом. Очень многофункциональный. Настолько, что одних только регулируемых параметров в нем около 700. Мануал 350 страниц. Состоят из четырёх многослойных плат с двухсторонним монтажом. Решение довольно дорогое для мелкосерийной разработки, но все равно интересное с точки зрения применяемых вычислительных ресурсов.   

Преобразователь OMRON не имеет корректора мощности, но в случае необходимости дополнительного подавления пульсация тока в разрыв DC шины можно подключить внешний мощный дроссель. Также нет стартового реле с ограничителем тока при подаче напряжения, эту роль скорее всего выполняет твердотельный ключ с резистором 13 Ом. Обмен с сервисной программой несмотря на USB очень медленный. ЭМИ-фильтра на борту нет. Отличаются повышенной перегрузочной способностью, видимо обусловленной оригинальным исполнением IGBT модуля.

Invertek OPTIDRIVE P2

Частотный преобразователь OPTIDRIVE P2 очень технологично скомпонован и послужил образцом для нашего проекта. Выполнен также на двух микроконтроллерах, но до второго добраться не удалось. В качестве силового элемента использована сборка SPM 45 Series от фирмы FAIRCHILD.

Еще изучались преобразователи Lenze SMVector (выполнен на MC9S12E128, 16 bit, 128 KB Flash, 8 KB RAM, 50 MHz и  MC68H0908, 8 bit, 32 KB Flash, 512 B RAM, 8 MHz) 

Shenzhen INVT Electric Goodrive20-EU

И наконец на самом пике дефицита пришлось изучить преобразователь, разработанный в Китае — Goodrive20-EU. Надо признать, что Goodrive20 явился примером экономии на всем: меньший чем у остальных размер радиатора, меньшая емкость конденсаторов, всего один микроконтроллер, отсутствие ЭМИ-фильтра, лаконичная документация, сравнительно бедный набор регулируемых параметров.   

И тем не менее он работал не хуже чем Omron MX2 в некоторых применениях, хотя и с нюансами в способе управления. В частности, долго инициализируется после подачи питания.

Обобщенная структурная схема ЧП

В результате сформировалось представление об обобщенной архитектуре ЧП.
Во-первых, во всех исследованных ЧП применяются интегрированные IGBT модули. На дискретных транзисторах изделий не попадалось. Всегда есть узел ограничителя тока включения. Даже до мощностей в 3 кВт с питанием от однофазной сети не встречаются корректоры мощности (ККМ). Наличие EMI фильтра тоже не является обязательным. Не бывает в ЧП и предохранителей. ЧП всегда включают через защитные автоматы.
Интерфейсная часть ЧП гальванически развязана от силовой части. Силовая часть находится под управлением микроконтроллера с архитектурой DSP или RISC. Микроконтроллеры при этом не самые быстрые по современным меркам, не более 80 МГц. Интерфейсная часть может содержать, а может и не содержать отдельного микроконтроллера. Измерители токов фаз на двигателе делаются на основе шунтов, присоединённых к минусу DC шины. Важным компонентом промышленных ЧП является сдублированный узел экстренного гарантированного отключения мотора (safe torque off, STO). Это узел позволяет отказаться от пары внешних контакторов для отключения питания ЧП в экстренных случаях.

В результате анализа было решено для своего ЧП использовать один микроконтроллер, но более производительный. Им стал MK60FN1M0VLQ12 (ARM® Cortex®-M4, 120 МГц, 1 MB Flash, 128 KB RAM). В пользу такого выбора было несколько аргументов. На тот момент фирма Freescale выложила хороший программный инструментарий для разработки ПО управления двигателями и его отладки. И был расчёт на применение вычислений с плавающей точкой вместо вычислений с фиксированной. Это облегчило бы отладку, моделирование и тестирование. Про остальные аргументы было в этой статье.

Конструкция ЧП

Поскольку ЧП встраиваемый, то он не нуждается в специальном корпусе. Поэтому был изготовлен простой кожух из листовой стали с креплением двух вентиляторов. Была цель максимально упростить сборку и разборку ЧП. Пилотная версия нашего ЧП в свое время размещалась на одной плате. В этой версии стало три платы. Таким образом ЧП получился более компактным. А его модульность позволяет удешевить модификации функциональности и проще выполнять изменения в компонентной базе.

ЧП состоит из трех основных плат:

• Управляющая плата с микроконтроллером и внешними интерфейсами.

• Плата DC шины, на которой расположен блок питания и блок конденсаторов

• Силовая плата, на которой расположен IGBT модуль, силовые входы и выходы, измерители тока, EMI фильтр.

Компоненты ЧП

Управляющая плата

На управляющей плате находится микроконтроллер и гальвано изолированные внешние интерфейсы:

• интерфейс для подключения внешнего квадратурного энкодера

• интерфейс RS232

• интерфейс CAN

• интерфейс USB

• три дискретных выхода и один дискретный вход

  Управляющая плата соединяется с силовой платой двумя плоскими шлейфами через разъемы X7 и X8. Через X7 проходят сигналы управления затворами IGBT модуля. Через X8 проходят сигналы измерения тока и напряжения, линии I2C и несколько других сигналов. Похожая схема применяется в Goodrive20-EU.

Кроме того, на управляющей плате находится литиевый аккумулятор для поддержания энергонезависимой работы часов реального времени, держатель для uSD карты и зуммер. Это не обязательные компоненты, но полезные на этапе разработки, отладки и диагностики ПО.

Плата DC шины

DC шина находится под напряжением 310…340 В и через нее проходит средний ток до 10А на максимальной мощности. На плате размещен блок питания в виде отдельного модуля. Так решено было сделать питание просто ради упрощения дизайна платы. На плате находится транзисторный ключ Q3 управляющий вентиляторами. Вентиляторы включаются только при достижении IGBT модулем определенной заданной температуры.

Силовая плата

Главным элементом всего устройства является IGBT модуль.

В нашем случае использован модуль FSBB30CH60C. Модуль порадовал своей исключительной надежностью. В течении разработки не сгорел ни один модуль. Некоторое время назад это был самый доступный и недорогой модуль. Модуль управляется напрямую логическими сигналами и имеет встроенные защиты от недонапряжения и короткого замыкания.

Немного усложняет дело отсутствие температурного сенсора, встроенного в модуль. Термосенсор пришлось сделать отдельно на микросхеме MAX31725MTA+ на своей маленькой плате и разместить под корпусом IGBT модуля. Проект термосенсора находится в директории TempSensor. Термосенсор соединен с микроконтроллером интерфейсом I2C.

Измерение токов на трех выходах IGBT модуля сделано иначе чем в обычных ЧП. Вместо шунтов поставлены гальвано изолированные датчики Холла ACS759LCB-050B-PFF-T. Это более дорогое решение, но позволяющее более креативно подойти к выбору способов модуляции и упростить трассировку. Традиционные шунты в нижних плечах силовых транзисторов ограничивают возможные типы модуляций. Это не проблема в промышленных ЧП, но наш сделан еще и в экспериментальных целях и мог бы быть применен не только с асинхронными двигателями, но и с синхронными, и с более экзотическими.

Программное обеспечение

Фирмаваре ЧП состоит из двух частей: начального загрузчика и основного приложения.

Начальный загрузчик находится в директории Firmware/Inverter_bootloader и позволяет загружать основное приложение через CAN и через интерфейс RS232. Бинарный образ приложения создается утилитой BIB. Утилита находится в директории Firmware/Loader.
Помимо прочего образ может быть утилитой зашифрован. Загрузчик умеет расшифровывать образы.

Сам проект рабочего приложения находится в директории Firmware/Inverter_firmware. Компилируются проекты в среде EWARM, версии не выше 670.3

Представленное программное обеспечение расчитано на очень простое подключение ЧП.

ЧП управляется по шине CAN в режиме скалярного управления.

Почему скалярного? Скалярное управление несмотря на все недостатки при этом характеризуется более низким уровнем шума издаваемым мотором, по крайней мере, когда имеем дело с ЧП, описанными выше и безсенсорным управлением. При стабильной нагрузке и номинальной скорости двигателя в основном рабочем цикле скалярное управление хорошо себя показывает.

Принято считать («Practical Variable Speed Drives and Power Electronics», Malcolm Barnes 2003 ) что безсенсорное скалярное управление обеспечивает точность скорости в 1% и время отклика момента 100 мс, а векторное безсенсорное соответственно 0. 5% и 10 мс.

Результаты качества потребления энергии частотным преобразователем на разных мощностях при частоте модуляции 16 КГц:

Используемы в таблице обозначения:

• V(V) – текущее действующее входное напряжение однофазной сети в вольтах

• THD V(%) – total harmonic distortion, Коэффициент нелинейных искажений по напряжению

• I(A) – действующее значение тока в амперах

• THD I(%) – total harmonic distortion, Коэффициент нелинейных искажений по току

• I peak (A) – пиковое значение тока в амперах

• CF I (A) – Коэффициент амплитуды сигнала (крест-фактор) в амперах

• |P| (W) – Активная потребляемая мощность в ваттах

• Q (Var) – Реактивная потребляемая мощность. Единица измерения – вар

• S (VA) – Полная потребляемая мощность. Единица измерения ВА

• PF — Коэффициент мощности

• COS PHI – косинус фи

Несколько слов о безопасности

Сначала о сохранности самого преобразователя. Всегда надо помнить о такой вещи как реформинг. Может случиться так что высоковольтные электролитические конденсаторы, установленные в ЧП где-то долго хранились, или сам ЧП не был подключен в сеть более года. В таком случае у конденсаторов истончается диэлектрический слой, и они могут не выдержать быстрой подачи на них полного номинального напряжения и рабочего тока. Тогда требуется реформинг или, иными словами, осторожное постепенное включение.

Защита от возгорания. Она организуется несколькими способами. Сами печатные платы должны быть изготовлены по соответствующей технологии и иметь UL маркировку. Далее необходимо обеспечить ширину силовых проводников на плате, исключающую их возгорание раньше, чем произойдёт выключение внешних силовых расцепителей.

Электробезопасность. Корпус ЧП обязательно должен заземляться. Варисторы на входе ЧП обеспечивают защиту от кратковременных перенапряжений, но при длительных перенапряжениях они сгорают, оставляя толстый слой проводящей сажи.
Тут в действие вступает заземление. Однако ставить чувствительные реле утечки на частотные преобразователи не рекомендуется, поскольку емкость мотора относительно земли настолько существенна, что может вызвать утечку большую чем уровень срабатывания реле. Поэтому заземление должно быть максимально надежным. Стоит также помнить, что заземление само по себе не обеспечивает защиту от электромагнитных помех, излучаемых самой цепью заземления. Поэтому все информационные кабели если они лежат рядом с цепью заземления или заземляющими конструкциями должны иметь свои экраны подключённые к собственным локальным землям. И такие экраны не должны образовывать замкнутых контуров.

Эксплуатационная безопасность. На роботизированных объекта, станках, агрегатах, подъемниках, кранах, эскалаторах — везде есть средства экстренной остановки в виде концевиков, датчиков, микровыключателей и проч. Чтобы люди сами могли активизировать экстренную остановку устанавливаются большие заметные красные кнопки. Все эти средства объединяются в электрическую цепь безопасности. Конечной точкой этой цепи являются контакторы, реле или иные ресцепители, обрывающие подачу тока на электродвигатели. На частотных преобразователях в роли расцепителя выступает узел STO (safe torque off) упомянутый выше. Обычно есть два дублирующихся входа STO, но в нашем ЧП есть только один. Это означает что для реализации дублирования средства безопасности дополнительно необходим внешний контактор, разрывающий цепь питания к ЧП при разрыве цепи безопасности. Так требуют стандарты.

В результате у нас получился вот такой ЧП

Для тех же кто заинтересовался проектом в директории JTAG_isolator лежит проект платы изолятора JTAG интерфейса. Очень трудно отлаживать электронику подключенную в сеть без хороших изоляторов.

К сожалению, формат короткой статьи для хабра не позволяет описать все перипетии разработки, алгоритмы, архитектуру софта и прочие подробности. Поэтому заранее прошу понимания читателей если тема не раскрыта в желаемом объёме.
Ещё есть время.

Все материалы по проекту частотного преобразователя лежат и накапливаются тут — https://github.com/Indemsys/Frequency_Inverter

Общие сведения о частотно-регулируемых приводах | ЭЦиМ

Ниже приведены основные рекомендации по поиску и устранению неполадок преобразователей частоты и их быстрому вводу в эксплуатацию.

Хитрость в поиске и устранении неполадок частотно-регулируемых приводов (VFD) заключается в устранении проблемы, а не симптомов. Когда предохранитель перегорает, это проблема или симптом проблемы? Конечно, мы знаем, что это всего лишь симптом; что-то заставляет перегорать предохранитель. Мы можем заменить все предохранители, какие захотим, но проблема останется.

Эта же идея верна для устранения проблем с дисками. Первое и самое важное правило при поиске и устранении неисправностей частотно-регулируемого привода: НЕ УСТРАНЯЙТЕ НЕИСПРАВНОСТИ ЧРП!! Вместо этого устраните неполадки в приложении VFD.

Так что же такое приложение VFD? Это все, от входящей мощности до самой нагрузки. На рис. 1 показаны отдельные подмножества всего приложения VFD.

Приходящая мощность. Как и автомобиль, частотно-регулируемый привод не будет работать должным образом на низкокачественном топливе. Входящая мощность линии должна быть стабильной и адекватной. Такие характеристики, как пониженное напряжение, перенапряжение, скачки напряжения и т. д., как правило, являются результатом плохого качества электроэнергии.

Панель привода VFD. Панель контроллера VFD является сердцем приложения. Панель VFD принимает фиксированное напряжение и частоту и выдает переменное напряжение и частоту на двигатель. При этом привод отдает тепло. Чем больше привод, тем больше нагрев. Без надлежащего охлаждения привод отключится при перегреве.

Перегрев и перегрузка по току идут рука об руку. Иногда неисправности даже меняются местами. Причиной перегрузки по току может быть перегрев. Чистый хорошо проветриваемый диск всегда работает лучше и служит дольше. Пара лучших инструментов для устранения неполадок — это щетка и пылесос.

Двигатель переменного тока. В приложении VFD двигатель реагирует на изменение напряжения и частоты от привода и развивает крутящий момент для нагрузки. При этом он потребляет ток от частотно-регулируемого привода. Если требования нагрузки слишком велики, двигатель начинает потреблять чрезмерные токи от ЧРП. В конце концов, требования по току становятся слишком большими для частотно-регулируемого привода, поэтому он отключается из-за перегрузки по току.

Сбои перегрузки по току являются наиболее распространенными сбоями, которые приводят к отключению привода. Существует от 20 до 30 причин неисправностей, связанных с перегрузкой по току. Выявление фактической причины рассматриваемой неисправности является сложной задачей. При работе с такого рода неисправностями всегда смотрите на динамику двигателя и нагрузки.

Нагрузка. Нагрузка является причиной приложения. Без нагрузки нет необходимости в приводе и двигателе. Поиск и устранение неисправностей накопителей всегда начинается с четкого понимания нагрузки. Эта простая концепция может сэкономить вам много времени при устранении неполадок.

Быстрое и эффективное устранение неполадок

Специалисты по устранению неполадок всегда имеют четко определенный подход к устранению неполадок. Это не набор инструкций по устранению неполадок (которые варьируются от оборудования к оборудованию), а способ мышления. Мыслительный процесс можно усовершенствовать до применения «СМАРТС».

SMARTS — это система, которая поможет вам сохранять ясность мышления при устранении неполадок.

Безопасность всегда является вашей первой заботой. Есть три вопроса, которые вы всегда должны задавать себе, прежде чем что-то делать. 1. Безопасно ли то, что я собираюсь сделать? 2. Безопасно ли то, что я собираюсь сделать, для окружающих меня людей? 3. Безопасно ли то, что я собираюсь сделать, для оборудования? Эти простые вопросы могут помочь предотвратить несчастный случай со смертельным исходом.

Руководства необходимы для устранения неполадок современного оборудования. Микропроцессорные элементы управления имеют интеллектуальные дисплеи и мощные средства диагностики. Однако эти замечательные возможности бесполезны для нас, если у нас нет руководства по интерпретации предоставляемой информации.

Мы устраняем неполадки приложений, а не отдельных единиц оборудования. Отключение привода обычно является результатом внешних условий. Последним элементом для устранения неполадок должна быть панель управления приводом.

Показания на панели дисплея привода указывают на причину отключения. Имея на руках информацию о неисправности, просмотр руководства даст вам вероятные причины неисправности.

Журнал прошлых ошибок полезен для отслеживания повторяющихся проблем, которые еще предстоит исправить.

Другие показания, такие как линейное напряжение и ток двигателя, дают вам представление об общем состоянии приложения. Запись показаний в течение всего срока службы оборудования является отличным методом профилактического обслуживания. Не забывайте показания температуры; повышение температуры радиатора является явным признаком будущих проблем.

Разговоры и общение с операторами машин или пользователями оборудования — один из лучших способов устранения неполадок. Вы должны задавать вопросы, например, когда и что еще происходило, когда приложение не работало, это может сэкономить вам много часов на устранение неполадок. Не все ваши разговоры будут с людьми. Иногда просмотр журнала прошлых событий в системе автоматизации здания — это все, что вам нужно для решения проблемы.

Обычно достаточно простых решений, чтобы снова запустить систему. Подавляющее большинство проблем, с которыми сталкивался автор за последние 20 лет, носили простой характер. Некоторые простые проблемы усложняются из-за чрезмерно реагирующих методов устранения неполадок, что делает их очень сложными.

Всегда в первую очередь исследуйте защитные блокировки и предохранительные реле. Зачем приглашать эксперта для сброса периферийных устройств, таких как датчик дыма или заморозки в воздуховоде. Помните, что для работы привода требуется два сигнала: команда пуска и сигнал задания скорости.

Симптоматическое устранение неполадок — это то, как специалисты быстро и точно фокусируются на основных проблемах. Посмотрите на это с другой стороны. Если бы розетка в вашем офисе не работала прямо сейчас, вы бы поехали на главную подстанцию ​​в городе, чтобы проверить входящие фидеры?

Конечно нет, это было бы непрактично. Но подумайте, как вы могли принять решение не ехать? Вы, вероятно, видели, как горят другие огни, и в доли секунды знали, что в вашей части города есть электричество. Это решение за долю секунды спасло вас от трехчасовой поездки.

Когда вы наблюдаете симптомы, спросите себя, что может вызвать этот симптом. Некоторые симптомы могут иметь несколько причин, но, отрицая или отбрасывая те, которые, как мы знаем, не являются проблемой, мы можем определить истинную проблему с большей скоростью и точностью.

Проблемы с частотно-регулируемым приводом подпадают под одну из трех классификаций, как показано на рис. 2. Эта таблица поможет в поиске и устранении неисправностей привода. Обратите внимание, что мы устраняем неполадки приложения, а не диска.

Устранение неполадок истории болезни

Недавний опыт устранения неполадок — хороший пример того, как легко ошибиться при отделении симптомов от реальных проблем. Этот клиент имеет множество больших блоков VFD мощностью 125 л.с., установленных в крышных кондиционерах, которые используются для подачи кондиционированного воздуха на крупное производственное предприятие.

После предоставления пусковых услуг по установке нас попросили помочь в устранении проблемы, с которой столкнулся клиент. Один из 125-сильных агрегатов издавал странные звуки и работал нестабильно. Как будто устройство все время охотилось и испытывало множество скачков тока.

Заказчик был уверен, что привод каким-то образом дает осечку, создавая очень высокие скачки тока. Фактически, амперметр, установленный на двери, будет колебаться от нормального пикового значения 130 А до 180 А, а затем падать до 90 А или около того. Проблема казалась настолько серьезной, что заказчик был готов вывести агрегат из эксплуатации и запустить его в режиме байпаса.

Когда мы вошли в пентхаус, мы услышали звук, исходящий из устройства. Нашей первой реакцией было скорейшее закрытие этого «проблемного» блока. Когда мы готовились выключить установку, мы заметили, что вольтметры и частотомеры на двери заблокированы и работают стабильно. При работе с частотой 50 Гц устройство работало при напряжении около 385 В. Соотношение вольт/герц соответствовало деньгам. Мы сразу поняли, что с этим приводом все в порядке.

Затем мы объяснили обслуживающему персоналу, что такое постоянное соотношение вольт-герц и как привод, очевидно, реагировал на резкое колебание нагрузки. Настоящий вопрос заключался в том, как фанат мог показать такой размах.

Проследив работу воздуховода и замерив статическое давление, мы получили показания, которые нас удовлетворили. к реальной проблеме. Внутренний демпфер, который был заблокирован в открытом положении при установке привода, освободился. Он опускался вниз, перекрывая поток воздуха. Это действие заслонки вызвало разгрузку двигателя вентилятора. В конце концов статическое давление станет достаточно высоким, чтобы открыть заслонку, что позволит вентилятору снизить нагрузку. Это было похоже на лист, развевающийся на ветру посреди воздуховода.

Привод выполнял свою работу, реагируя на изменение нагрузки на двигатель вентилятора. Как только заслонка снова заблокировалась в открытом положении, привод сразу же опустился и работал правильно.

Оглядываясь назад, процесс устранения неполадок начался, как только мы посмотрели на дверные счетчики. Мы спросили, как привод может рыскать, когда соотношение вольт/герц стабильно. Что может вызвать такие сдвиги тока, особенно на двигателе вентилятора?

Хотя это было самое быстрое устранение неполадок, которое мы когда-либо делали (менее 2 минут), это был самый необычный пример того, как нагрузка на накопитель может повлиять.

Помните, сначала устраняйте неполадки в приложении, а затем в диске. Удачи … в ваших усилиях по устранению неполадок.

Соломон С. Туркел — старший инструктор и автор курсов компании ATMS, Inc., Балтимор, штат Мэриленд,

Типы частотно-регулируемых приводов — управление энергопотреблением

Последнее обновление пн, 05 сентября 2022 г. | Управление энергией

Для поддержания надлежащего коэффициента мощности и снижения чрезмерного нагрева двигателя необходимо соблюдать соотношение вольт/герц, указанное на паспортной табличке. Это основная функция частотно-регулируемого привода (ЧРП). Четыре основных компонента, из которых состоят приводы переменного тока (ЧРП), — это преобразователь, инвертор, цепь постоянного тока, которая их связывает, и блок управления, показанный на рис. частота

Рис. 1. Типичное энергопотребление различных систем управления вентиляторами. (Источник: Moses et. al., 1989)

Переменный ток в постоянный. Инвертор преобразует постоянный ток в регулируемую частоту и регулируемое напряжение переменного тока (оба должны быть регулируемыми, чтобы поддерживать постоянное отношение напряжения к герцу). Цепь постоянного тока фильтрует постоянный ток и проводит постоянный ток к инвертору. Блок управления регулирует выходное напряжение и частоту на основе обратной связи от процесса (например, датчика давления). Существует три основных типа конструкций инверторов: инверторы с источником напряжения, инверторы с источником тока и инверторы с широтно-импульсной модуляцией. Каждый из них будет кратко рассмотрен в следующем разделе.

Типы инверторов

Инверторы источника напряжения (VSI) используют кремниевый управляемый выпрямитель (SCR) для восстановления псевдосинусоидальной формы волны для подачи на двигатель. Это достигается с помощью шестиступенчатого инвертора напряжения с преобразователем источника напряжения и шиной постоянного тока переменного напряжения. Как и в любой системе SCR, мешающие гармоники отражаются в источнике питания. Кроме того, шестиступенчатая форма волны посылает ток в виде импульсов, что может привести к заклиниванию двигателя на низких частотах, что может привести к повреждению шпоночных канавок, муфт, крыльчаток насосов и т. д. [Phipps, 1994].

Инверторы источника тока (CSI) также используют вход SCR от источника питания, но управляют током двигателя, а не напряжением. Это достигается с помощью шестиступенчатого инвертора тока с преобразователем источника напряжения и шиной постоянного тока переменного напряжения. Системы CSI имеют те же проблемы с зубцами и гармониками, что и системы VSI. Многие производители предлагают только VSI или CSI VFD для большей мощности (более 300 л.с.).

ЧРП с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) стали современной концепцией за последние несколько лет, начиная с меньших мощностей и доступных до 1500 л.с. по крайней мере от одного производителя [Phipps, 1994]. ШИМ использует простой диодный мостовой выпрямитель для подачи питания на шину постоянного тока постоянного напряжения. Инвертор PWM развивает выходное напряжение, создавая импульсы различной ширины, которые объединяются для синтеза желаемой формы волны. Диодный мост значительно снижает гармоники от источника питания.