È abbastanza difficile realizzare convertitori di frequenza con le proprie mani, poiché è necessario essere molto esperti nell'elettronica di potenza e nella tecnologia dei semiconduttori. Ma prima di pensare alla progettazione di questo dispositivo, devi scoprire per quali scopi vengono utilizzati. Dovrai anche sapere quali sono i componenti principali di questi sistemi elettronici.
Cos'è un convertitore di frequenza?
Tutti sanno che c'è corrente alternata nella rete, e ha una certa frequenza. In Russia, lo standard è 50 Hertz. In alcuni paesi occidentali, uno standard leggermente diverso è 60 Hertz. Il funzionamento di molti dispositivi dipende dalla frequenza della corrente. I convertitori vengono utilizzati per alimentare i motori asincroni. Ci sono molte ragioni per usare mezzi elettronici. Ad esempio, nell'industria, gli inverter si sono diffusi, sin dal loro utilizzoti permette di sbarazzarti di enormi meccanismi.
Più in dettaglio, è possibile modificare la velocità di rotazione del nastro sul nastro trasportatore utilizzando un cambio, che si basa su una specie di cambio per auto. Inoltre, può essere meccanico (utilizzando più marce) o CVT. Ma è molto più efficace modificare i parametri della corrente che alimenta il motore. Ruotando la resistenza variabile si cambia la velocità di rotazione del trasportatore. Inoltre, la frequenza può essere modificata in un'ampia gamma.
Quali altre caratteristiche hanno i convertitori di frequenza?
Inoltre, le impostazioni dell'inverter consentono al motore elettrico di aumentare gradualmente la velocità nell'arco di alcuni secondi. L'ora viene impostata dall'utente tramite la programmazione della funzione del convertitore di frequenza. Allo stesso modo, puoi fare con il tempo di fermare l'indotto del motore. Ciò riduce il carico sull'unità, che influisce direttamente sulla sua risorsa.
Inoltre, per le piccole imprese che non hanno la possibilità di dotarsi di una rete trifase, ma ce n'è bisogno, l'uso dei convertitori di frequenza è un vero toccasana. Esistono molti modelli di tali dispositivi che sono collegati a una rete a corrente alternata monofase e ne producono tre in uscita. Pertanto, è possibile collegare un motore elettrico a una presa normale. E in questo caso, non perderà potenza, il suo lavoro sarà corretto.
Componenti di potenza dei convertitori
Tutti i convertitori di frequenza utilizzano potenti transistor IGBT o MOSFET. Sono ideali per questo tipo di lavoro. Sono montati in moduli separati. Questo metodo di installazione può migliorare le prestazioni di un dispositivo elettronico. Questi transistor funzionano in modalità chiave, il controllo viene eseguito utilizzando un sistema a microprocessore. Il fatto è che tutto il controllo è a bassa corrente, non è richiesta la commutazione di alte tensioni. Pertanto, questo può essere ottenuto utilizzando il microprocessore più semplice.
I gruppi speciali più comunemente usati delle serie IR2132 e IR2130. Sono costituiti da sei driver che controllano i tasti. Tre sono usati per la parte inferiore e tre per la parte superiore. Questo assieme consente di implementare una semplice cascata del convertitore di frequenza. Inoltre, ha diversi gradi di protezione. Ad esempio, contro il cortocircuito e il sovraccarico. Caratteristiche più dettagliate di tutti gli elementi possono essere trovate nei manuali. Ma tutti gli elementi di potenza hanno un enorme svantaggio: l' alto costo dei prodotti.
Diagramma strutturale del convertitore
Qualsiasi convertitore di frequenza per un motore ha tre blocchi principali: un raddrizzatore, filtri e un inverter. Si scopre che la tensione CA viene prima convertita in CC, quindi filtrata. Dopo tutto questo, viene invertito in una variabile. Ma c'è un terzo blocco: il controllo a microprocessore dell'inverter. E per essere più precisi, potenti transistor IGBT. Se hai mai avuto a che fareconvertitori di frequenza, allora sai che sul pannello frontale hanno diversi pulsanti per la programmazione.
Il manuale di istruzioni dell'inverter ti guiderà come impostare tutte le funzioni. Questa è una questione molto complicata, poiché ci sono molte impostazioni anche nel dispositivo più semplice. Oltre al fatto che il dispositivo elettronico consente di modificare la frequenza di rotazione dell'indotto del motore, regolare il tempo di accelerazione e decelerazione, sono presenti anche diversi gradi di protezione. Ad esempio, sovracorrente. In caso di utilizzo di tale dispositivo, non è necessario installare interruttori automatici.
Unità raddrizzatore
A seconda dello scopo del convertitore di frequenza, vengono utilizzati diversi stadi raddrizzatori. E l'opzione di alimentazione può provenire da una rete trifase o da una monofase. Ma all'uscita dell'inverter, in ogni caso, c'è una tensione alternata trifase. Ma per controllare la corrente, deve prima essere rettificata. Il fatto è che è abbastanza difficile controllare la variabile: è necessario utilizzare reostati di grandi dimensioni, il che non è molto conveniente. Inoltre, ora è il momento della microelettronica e dell'automazione, non solo è irragionevole utilizzare tecnologie obsolete, ma anche molto poco redditizio.
Un dispositivo elettronico composto da sei diodi a semiconduttore viene utilizzato per rettificare una corrente alternata trifase. Sono accesi in un circuito a ponte, si scopre che ogni coppia di diodi serve a rettificare una fase. All'uscita dell'unità raddrizzatore appare una tensione costante, la suail valore è uguale a quello che scorre in ingresso. In questa fase, tutte le trasformazioni sono completate, non viene eseguito alcun controllo di questo blocco. Nel caso in cui l'alimentazione sia fornita da una rete monofase è sufficiente uno stadio raddrizzatore anche da un solo diodo. Ma è più efficiente utilizzare un circuito a ponte di quattro.
Scatola filtro
Questo modulo viene utilizzato per il filtraggio della tensione CC. La versione più semplice del blocco è un induttore incluso nello spazio della spalla positiva. Un condensatore elettrolitico è collegato tra i poli. Ha una funzione: eliminare la componente variabile. Il fatto è che il raddrizzatore non è in grado di eliminare completamente le increspature. Rimane una piccola quantità di AC che può produrre un rumore significativo durante il funzionamento.
Per considerare il principio di funzionamento del blocco filtro, è necessario analizzare sostituendo gli elementi. Quando si opera in condizioni di corrente continua, l'induttanza viene sostituita dalla resistenza, il condensatore viene sostituito da un circuito aperto. Ma quando alimentato da corrente alternata, la capacità viene sostituita dalla resistenza. Pertanto, l'intera componente variabile scompare, poiché in questo caso si verifica un cortocircuito. Per capirlo è abbastanza difficile, è necessario comprendere i fondamenti teorici dell'ingegneria elettrica. Ma un convertitore di frequenza trifase non può essere realizzato senza questo.
Stadio inverter
E qui inizia il divertimento: l'uso di potenti transistor IGBT. Sono controllati da un sistema a microprocessore, dala qualità del loro funzionamento dipende dal funzionamento dell'intero convertitore di frequenza. Un tale circuito convertitore di tensione è ampiamente utilizzato. Infatti, con l'aiuto dei transistor di potenza, è possibile invertire qualsiasi tensione. In totale, nel circuito più semplice vengono utilizzati sei elementi, due per ciascuna fase. Il convertitore di frequenza produce 220 volt su ciascuna fase rispetto a zero.
Per eliminare il verificarsi della tensione inversa, è necessario utilizzare diodi a semiconduttore. Sono collegati tra il collettore e l'emettitore di transistor di potenza. La gestione avviene all'ingresso della base. Come accennato in precedenza, i convertitori di frequenza fai-da-te hanno due transistor per ciascuna fase nella cascata dell'inverter. Attiva le loro giunzioni p-n in serie. La fase viene rimossa dal punto medio di ciascuna spalla. Sono disponibili per la vendita moduli già pronti, hanno cavi per l'alimentazione di tensione continua e tre contatti per la rimozione dell' alternanza trifase. Inoltre, è presente un connettore per il collegamento di un sistema di controllo a microcontrollore.
Controllo a microprocessore
Utilizzato per modificare la velocità dell'albero del motore dall'inverter, la tensione, la cui frequenza predefinita è 50 Hz, può essere modificata in ampiezza su un ampio intervallo. E più precisamente, da zero alla frequenza che il microprocessore può fornire. Il requisito principale per quest'ultimo è la capacità di collegare più dispositivi. Quando tuprogettare un convertitore la cui tensione, la cui frequenza viene modificata da una resistenza variabile, deve essere controllata dal processore. Viene scelto con cura, deve avere un numero sufficiente di porte I/O.
Puoi complicare un po' il sistema collegando un display LCD al microcontrollore. Non è richiesta un'elevata resa cromatica, è sufficiente la monocromia, come nelle semplici calcolatrici. I pulsanti per la programmazione sono anche collegati alle porte di ingresso-uscita. Ecco come realizzare un semplice convertitore di frequenza. Il prezzo di tutti gli elementi non sarà superiore a duemila rubli. Ma il costo di un inverter con una potenza di 200-750 watt varia da 6500 a 12000 rubli. Tutto dipende dal produttore e dalle capacità del dispositivo.
Custodia per dispositivo
I convertitori di frequenza fai-da-te devono avere un alloggiamento affidabile. Non solo la facilità d'uso dipende da questo, ma anche l'efficienza. La base è in alluminio. Il motivo per l'utilizzo di questo materiale è la necessità di un raffreddamento di alta qualità. Durante il funzionamento, il modulo IGBT diventa molto caldo e anche la temperatura dei diodi a semiconduttore aumenta. E non importa se hai un convertitore di frequenza da 380 o 220 Volt.
Il resto del corpo è di plastica. È necessario che tutti gli elementi di potenza siano nascosti da esso, in modo che non vi siano contatti accidentali con i terminali ad alta tensione durante il funzionamento. Nella parte frontale è necessario prevedere un foro per il display LCD ei pulsanti. Separatamente, inun posto conveniente, è installato un resistore variabile. Quando si programma il microcontrollore, è necessario tenere conto che questa resistenza modifica la frequenza della corrente di uscita.
Scambio termico degli elementi del sistema
Si dovrebbe prestare particolare attenzione alla dissipazione del calore. Più potente è il dispositivo sviluppato, più affidabile dovrebbe essere il sistema di raffreddamento. Come accennato in precedenza, la base deve essere in alluminio. Il circuito del convertitore di tensione deve fornire protezione contro il surriscaldamento. A tale scopo, è necessario praticare un foro nell'alloggiamento, in esso è montato un sensore di temperatura. Da esso, il segnale viene inviato attraverso un dispositivo di adattamento al microcontrollore. Se la temperatura massima viene superata, il carico deve essere scollegato. Pertanto, il modulo transistor di potenza si spegne.
Per migliorare la dissipazione del calore, è necessario utilizzare le ventole. La loro posizione deve essere scelta in modo che il flusso d'aria raffreddi le alette del radiatore della custodia. Per aumentare l'efficienza del sistema di raffreddamento, è necessario utilizzare la pasta termica. È più ragionevole accendere le ventole al momento dell'avvio del dispositivo. Ma è anche possibile programmare il controller utilizzando un segnale da un sensore di temperatura. Quando la temperatura raggiunge la metà della temperatura alla quale si verifica lo spegnimento di emergenza del dispositivo, le ventole si accendono.
Scheda elettronica
Come circuito stampato, è meglio utilizzare opzioni già pronte. In vendita ci sono tavole di diverse dimensioni con fori attorno ai qualipiccoli contatti stagnati. Sono colloquialmente indicati come "pesci". L'unica cosa che vale la pena considerare è la possibilità di sostituire il processore e i microcircuiti. A tale scopo, è necessario utilizzare connettori saldati alla scheda. I convertitori di frequenza fai-da-te sono realizzati al meglio con l'aspettativa di una rapida sostituzione degli elementi. L'IC o il controller è semplicemente collegato a questa presa, come una spina in una presa.
Conclusioni
Puoi anche creare il tuo convertitore di frequenza. Il prezzo degli analoghi, come abbiamo scoperto, è molto più alto. Anche se, ovviamente, hanno più opportunità. Ma in effetti, se si osserva più da vicino, si scopre che non vengono effettivamente utilizzate più di cinque funzioni. Quando l'azionamento è in funzione, è necessario modificare la velocità di rotazione, nonché regolare i tempi di accelerazione e decelerazione. Un po' meno spesso, vengono utilizzate la funzione inversa e la modifica della corrente massima consentita.
