Частотный преобразователь для электродвигателя своими руками схема. Частотный преобразователь для электродвигателя своими руками: пошаговая инструкция

Как сделать частотный преобразователь для электродвигателя своими руками. Из каких компонентов состоит схема частотника. Какие преимущества дает использование частотного преобразователя.

Содержание

Что такое частотный преобразователь и зачем он нужен

Частотный преобразователь (частотник) — это устройство, которое позволяет плавно регулировать скорость вращения асинхронного электродвигателя. Основная задача частотника — преобразование переменного напряжения одной частоты в переменное напряжение другой частоты.

Использование частотного преобразователя дает следующие преимущества:

Плавный пуск и торможение двигателя без рывков
Регулировка скорости вращения в широком диапазоне
Экономия электроэнергии до 30-50%
Продление срока службы двигателя и механизмов
Точное поддержание заданных параметров
Возможность программирования различных режимов работы

Из каких компонентов состоит частотный преобразователь

Типовая схема частотного преобразователя включает следующие основные блоки:

Выпрямитель — преобразует переменное напряжение сети в постоянное
Фильтр — сглаживает пульсации выпрямленного напряжения
Инвертор — преобразует постоянное напряжение в переменное требуемой частоты
Система управления — формирует сигналы управления инвертором
Панель управления — для настройки параметров

Рассмотрим подробнее назначение и принцип работы каждого блока.

Выпрямитель частотного преобразователя

Выпрямитель служит для преобразования переменного напряжения сети в постоянное. Для однофазной сети применяется мостовая схема на 4-х диодах. Для трехфазной — схема из 6-ти диодов.

На выходе выпрямителя получаем пульсирующее постоянное напряжение. Для его сглаживания используется фильтр.

Фильтр частотного преобразователя

Фильтр выполняет функцию сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения. Обычно он состоит из конденсатора большой емкости и дросселя.

Конденсатор шунтирует высокочастотные составляющие, а дроссель сглаживает остаточные пульсации. На выходе фильтра получаем практически идеальное постоянное напряжение.

Инвертор частотного преобразователя

Инвертор — это ключевой блок частотника, который преобразует постоянное напряжение в переменное заданной частоты. Он состоит из силовых транзисторных ключей, работающих в ключевом режиме.

Современные инверторы используют IGBT-транзисторы, обладающие высоким быстродействием. Система управления формирует импульсы для поочередного включения транзисторов.

Система управления частотного преобразователя

Система управления является «мозгом» частотника. Она выполняет следующие функции:

Формирование сигналов управления инвертором
Реализация алгоритмов управления двигателем
Обработка сигналов обратной связи
Защита от аварийных режимов
Взаимодействие с панелью управления

В современных преобразователях используются микроконтроллеры со специализированным программным обеспечением.

Как сделать частотный преобразователь своими руками

Изготовление частотного преобразователя своими руками — достаточно сложная задача. Однако можно собрать упрощенную версию для маломощных двигателей. Для этого потребуются следующие компоненты:

Диодный мост на ток 10-20А
Конденсатор 1000-4700 мкФ х 400В
3 IGBT-транзистора на ток 20-40А
Драйверы IGBT
Микроконтроллер (например, ATmega328)
Датчик тока
Импульсный блок питания

Схема частотника собирается в следующей последовательности:

Входное напряжение выпрямляется диодным мостом
Конденсатор сглаживает пульсации
Микроконтроллер формирует ШИМ-сигналы для транзисторов
Драйверы усиливают сигналы управления

IGBT-транзисторы коммутируют напряжение на обмотки двигателя

Программирование и настройка частотного преобразователя

После сборки схемы необходимо запрограммировать микроконтроллер. Программа должна реализовывать следующие функции:

Формирование трехфазной ШИМ-последовательности
Изменение частоты ШИМ для регулировки скорости
Плавный пуск и торможение двигателя
Ограничение тока и защита от перегрузки
Обработка сигналов управления

Настройка частотника под конкретный двигатель выполняется подбором параметров в программе микроконтроллера.

Преимущества самодельного частотного преобразователя

Изготовление частотника своими руками имеет ряд преимуществ:

Значительная экономия средств по сравнению с покупным
Возможность адаптации под конкретную задачу
Приобретение практических навыков
Лучшее понимание принципов работы
Возможность модернизации и доработки

Однако следует помнить, что самодельный частотник уступает промышленным образцам по надежности и функциональности.

Частотные преобразователи. Работа и устройство. Типы и применение

Ротор электродвигателя начинает свое вращение с помощью электромагнитных сил от вращающегося магнитного поля, вызванного обмоткой якоря. Число оборотов определяется частотой тока в сети. Стандартное значение частоты тока составляет 50 герц. Это означает, что 50 периодов колебаний совершается за 1 секунду. В минуту число колебаний составит 50 х 60 = 3000. Значит, ротор будет вращаться 3000 оборотов в минуту.

Если научиться изменять частоту тока, то появится возможность регулировки скорости двигателя. Именно по этому принципу действуют частотные преобразователи.

Современное исполнение преобразователей частоты выглядит в виде высокотехнологичного устройства, состоящего из полупроводниковых приборов, совместно с микроконтроллером электронной системы. С помощью этой системы управления изменяются важные параметры электродвигателя, например, число оборотов.

Изменить скорость привода можно и с помощью механического редуктора шестеренчатого типа, либо на основе вариатора. Но такие механизмы имеют громоздкую конструкцию, их нужно обслуживать. С использованием частотника (инвертора) снижается расход на техническое обслуживание, повышается функциональность привода механизма.

По конструктивным особенностям частотные преобразователи делятся:

Индукционные.
Электронные.

Электродвигатели асинхронного типа с фазным ротором, подключенные в режим генератора, представляют подобие индукционного частотного преобразователя. Они имеют малые КПД и эффективность. В связи с этим такие виды преобразователей не нашли популярности в использовании.

Электронные виды частотников дают возможность плавного изменения оборотов электродвигателей.

При этом реализуются два возможных принципа управления:

По определенной зависимости скорости от частоты тока.
По способу векторного управления.

Первый принцип самый простой, но не совершенный. Второй принцип применяется для точного изменения оборотов двигателя.

Конструктивные особенности

Рис. 1

Частотные преобразователи имеют в составе основные модули:

Выпрямитель.
Фильтр напряжения.
Инверторный узел.
Микропроцессорная система.

Все модули связаны между собой. Действие выходного каскада (инвертора) контролирует блок управления, с помощью которого меняются свойства переменного тока. Частотный преобразователь для электромотора имеет свои особенности. В его состав входит несколько защит, управление которыми осуществляется микроконтроллером. Например, проверяется температура полупроводников, работает защита от превышения тока и короткого замыкания. Частотник подключается к сети питания через устройства защиты. Для запуска электродвигателя не нужен магнитный пускатель.

Выпрямитель

Это первый модуль, по которому проходит ток. Он преобразует переменный ток в постоянный, благодаря полупроводниковым диодам. Особенностью частотника является возможность его питания от однофазной сети. Разница в конструкции состоит в разных типах выпрямителей.

Если мы говорим про однофазный частотник для двигателя, то нужно использовать в выпрямителе четыре диода по мостовой схеме. При трехфазном питании выбирается схема из шести диодов. В итоге получается выпрямление переменного тока, появляется два полюса: плюс и минус.

Фильтр напряжения

Из выпрямителя выходит постоянное напряжение, которое имеет значительные пульсации, заимствованные от переменного тока. Для их сглаживания используют такие элементы, как электролитический конденсатор и катушка индуктивности.

Катушка имеет много витков, и обладает реактивным сопротивлением. Это дает возможность сглаживать импульсы тока. Конденсатор, подключенный к двум полюсам, имеет интересные характеристики. При прохождении постоянного тока он в силу закона Киргофа должен быть заменен обрывом, как будто между полюсами ничего нет. При прохождении переменного тока он должен быть проводником, то есть, не иметь сопротивления. В результате доля переменного тока замыкается и исчезает.

Инверторный модуль

Это узел, имеющий наибольшую важность в преобразователе частоты. Он изменяет параметры тока выхода, состоит из шести транзисторов. Для каждой фазы подключены по два транзистора. В каскаде инвертора применяются современные транзисторы IGBT.

Если изготавливать частотные преобразователи своими руками, то необходимо выбирать элементы конструкции, исходя из мощности потребления. Поэтому нужно сразу определить тип электродвигателя, который будет питаться от частотника.

Микропроцессорная система

В самодельной конструкции не получится добиться таких параметров, имеющихся у заводских моделей, так как в домашних условиях сделать управляющий модуль сложно. Дело не в пайке деталей, а в создании программы для микроконтроллера. Простой способ – это сделать управляющий блок, которым можно регулировать обороты двигателя, осуществлять реверс, защищать двигатель от перегрева и перегрузки по току.

Чтобы изменить обороты мотора, нужно применить переменное сопротивление, подключенное к вводу микроконтроллера. Это устройство подает сигнал на микросхему, которая производит анализ изменения напряжения и сравнивает его с эталоном (5 вольт). Система действует по алгоритму, который создается до начала создания программы. По нему действует микропроцессорная система.

Приобрели большую популярность управляющие модули Siemens. Частотные преобразователи этой фирмы надежны, могут применяться для любых электродвигателей.

Принцип действия

Основа работы инвертора состоит в двойном изменении формы электрического тока.

Напряжение подается на блок выпрямления с мощными диодами. Они удаляют гармонические колебания, однако оставляют импульсы сигнала. Чтобы их удалить, подключен конденсатор с катушкой индуктивности, образующие фильтр, который стабилизирует форму напряжения.

Далее, сигнал идет на частотный преобразователь. Он состоит из шести мощных транзисторов с диодами, защищающими от пробоя напряжения. Ранее для таких целей применялись тиристоры, но они не обладали таким быстродействием, и создавали помехи.

Чтобы подключить режим замедления мотора, в схему устанавливают транзистор управления с резистором, который рассеивает энергию. Такой способ дает возможность удалять образуемое двигателем напряжение, чтобы защитить емкости фильтра от выхода из строя вследствие перезарядки.

Метод управления векторного типа частотой инвертора дает возможность создания схемы, которая автоматически регулирует сигнал. Для этого применяется управляющая система:

Амплитудная.
Широтно-импульсная.

Амплитудная регулировка работает на изменении напряжения входа, а ШИМ – порядка действия переключений транзисторов при постоянном напряжении на входе.

При регулировании ШИМ образуется период модуляции, когда обмотка якоря подключается по очереди к выводам выпрямителя. Так как тактовая частота генератора высокая и находится в интервале 2-15 килогерц, то в обмотке мотора, имеющего индуктивность, осуществляется сглаживание напряжения до нормальной синусоиды.

Принцип подключения ключей на транзисторах

Каждый из транзисторов включается по встречно-параллельной схеме к диоду (Рис. 1). Через цепь транзистора протекает активный ток электродвигателя, реактивная часть поступает на диоды.

Чтобы исключить влияние помех на действие инвертора и электродвигателя, в схему подключают фильтр, который удаляет:

Радиопомехи.
Помехи от электрооборудования.

Об их образовании дает сигнал контроллер, чтобы снизить помехи, применяются экранированные провода от двигателя до выхода инвертора.

Чтобы оптимизировать точность функционирования асинхронных двигателей, в цепь управления инверторов подключают:

Ввод связи.
Контроллер.
Карта памяти.
Программа.
Дисплей.
Тормозной прерыватель с фильтром.
Охлаждение схемы вентилятором.
Прогрев двигателя.

Схемы подключения

Частотные преобразователи служат для работы в 1-фазных и 3-фазных сетях. Но если имеются промышленные источники питания на 220 вольт постоянного тока, то инверторы также можно подключать к ним.

Частотные преобразователи для 3-фазной сети рассчитаны на 380 вольт, их подают на мотор. 1-фазные частотники работают от сети 220 вольт, выдают на выходе 3 фазы. Частотник может подключаться к электродвигателю по схеме звезды или треугольника.

Обмотки мотора соединяются в «звезду» для частотника, работающего от трех фаз 380 вольт.

Обмотки двигателя соединяют «треугольником», когда инвертор запитан от 1-фазной сети.

При выборе метода подключения электродвигателя к частотнику необходимо определить мощности, которые создает двигатель на разных режимах, в том числе и медленный режим, тяжелый запуск. Преобразователь частоты нельзя эксплуатировать с перегрузкой длительное время. Его мощность должна быть с запасом, тогда работа будет без аварий, и срок службы продлится.

Применение

Частотные преобразователи используются в устройствах с необходимостью регулировки скорости двигателя.

Приводы насосов. Уменьшает потери тепла и воды на 10%. Снижает количество аварий, защищает электродвигатели.
Вентиляционные системы. Экономия больше, чем при работе с насосами, так как для запуска мощных вентиляторов применяют мощные приводы агрегатов. Экономия появляется за счет снижения потерь на холостом ходу.
Транспортеры. Инверторы адаптируют скорость двигателя к скорости технологической системы, которая постоянно изменяется. Мягкий пуск повышает ресурс привода системы, так как нет ударных нагрузок, которые вредят оборудованию.
Компрессоры.
Дымососы.
Центрифуги.
Лифтовое оборудование.
Оборудование в деревообработке.
Робототехника.

Преимущества

Сглаживание работы мотора при запуске и торможении.
Возможность управления группой двигателей.
Плавное управление скоростью электродвигателей, без использования редукторов и других механических систем. Это позволяет упростить управление, сделать его дешевле и надежнее.
Используются совместно с асинхронными двигателями для замены приводов постоянного тока.
Образование многофункциональных систем управления приводами.
Изменение настроек непосредственно в работе, без останова.

Частотный преобразователь для электродвигателя своими руками в Новосибирске: 1258-товаров: бесплатная доставка [перейти]

Партнерская программаПомощь

Новосибирск

Каталог

Каталог Товаров

Одежда и обувь

Стройматериалы

Текстиль и кожа

Здоровье и красота

Детские товары

Продукты и напитки

Электротехника

Дом и сад

Промышленность

Сельское хозяйство

Торговля и склад

Все категории

ВходИзбранное

96 080

Частотный преобразователь ESQ-760-4T-0015