Вход на сайт

Зарегистрировавшись на сайте Вы сможете добавлять свои материалы






Схема самодельный частотный преобразователь для электродвигателя


Простой преобразователь частоты для асинхронного электродвигателя.

РадиоКот >Схемы >Питание >Преобразователи и UPS >

Простой преобразователь частоты для асинхронного электродвигателя.

Итак коль уж асинхронный двигатель так распространён и трехфазная система напряжения созданная М. О. Доливо-Добровольским так удобна.  А  современная элементная база так хороша. То сделать преобразователь частоты –это лишь вопрос личного желания и некоторых финансовых возможностей.  Возможно кто  то скажет « Ну, зачем мне инвертор , я поставлю фазосдвигающий  конденсатор и все решено» . Но при этом обороты не покрутишь и в мощности потеряешь и потом это не интересно.

Возьмём за основу – в быту есть однофазная  сеть 220в, народный размер двигателя до 1 кВт.  Значить соединяем обмотки двигателя треугольником.  Дальше –проще, понадобится драйвер трехфазного моста IR2135(IR2133) выбираем  такой потому, что он применяется в промышленной технике имеет вывод  SD и удобное расположение выводов. Подойдёт и IR2132 , но у неё dead time больше и выхода SD нет. В качестве генератора PWM выберем микроконтроллер AT90SPWM3B  - доступен, всем понятен, имеет массу возможностей и недорого стоит, есть  простой программатор   -https://real.kiev.ua/avreal/. Силовые транзисторы  6 штук IRG4BC30W выберем с некоторым запасом по току  - пусковые токи АД могут превышать номинальные в 5-6 раз. И пока  не ставим "тормозной"  ключ и резистор, будем тормозить и намагничивать перед пуском  ротор постоянным током, но об этом позже .... Весь процесс работы отображается на 2-х строчном ЖКИ индикаторе.  Для управления достаточно 6 кнопок (частота +, частота -, пуск, стоп, реверс, меню).
Получилась вот такая схема.

Я вовсе не претендую  на законченность конструкции и предлагаю  брать данную конструкцию за некую основу для энтузиастов домашнего  электропривода.  Приведённые здесь платы были сделаны под имеющиеся в моём распоряжении детали.

Конструктивно инвертор выполнен на двух платах – силовая часть ( блок питания , драйвер и транзисторы моста , силовые клеммы) и цифровая часть (микроконтроллер + индикатор ). Электрически платы соединены гибким шлейфом. Такая конструкция выбрана для  перехода в будущем  на контроллер TMS320 или STM32 или STM8.
Блок питания собран по классической схеме и в комментариях не нуждается. Микросхема  IL300 линейная опто развязка  для управления током 4-20Ма. Оптроны ОС2-4 просто дублируют  кнопки «старт, стоп, реверс» для гальванически развязанного управления. Выход оптрона  ОС-1 «функция пользователя» (сигнализация и пр.)
Силовые транзисторы и диодный мост закреплены на общий радиатор. Шунт  4 витка манганинового провода диаметром 0.5мм  на оправке 3 мм.
Сразу замечу некоторые узлы и элементы вовсе не обязательны.  Для того что бы просто крутить двигатель ,  не нужно внешнее управление током 4-20 Ма. Нет необходимости в трансформаторе тока, для оценочного измерения подойдёт и токовый шунт. Не нужна внешняя сигнализация.  При мощности  двигателя 400 Вт и площади радиатора 100см2  нет нужды в термодатчике.

ВАЖНО! – имеющиеся на плате  кнопки управления изолированы от сети питания только пластмассовыми толкателями. Для безопасного управления необходимо использовать опторазвязку.

Возможные изменения в схеме в зависимости от микропрограммы.
Усилитель DA-1 можно подключать к трансформатору тока или к шунту. Усилитель DA-1-2 может быть использован для измерения напряжения сети или для измерения сопротивления терморезистора если не используется термодатчик  PD-1.
В случае длинных соединительных  проводов необходимо на каждый провод хотя бы надеть помехоподавляющие кольцо.  Имеют место помехи. Так например –пока я этого не сделал у меня «мышь» зависала.
Так же считаю важным отметить проверку надёжности изоляции АД –т.к. при коммутации силовых транзисторов выбросы напряжение на обмотках могут достигать значений 1,3 Uпит.

Общий вид.

Немного про управление.

Начитавшись  книжек с длинными  формулами в основном описывающих как делать синусоиду при помощи PWM. И как стабилизировать скорость вращения вала двигателя посредством таходатчика и ПИД регулятора. Я пришёл к выводу –АД имеет достаточно  жёсткую характеристику во всём диапазоне допустимых нагрузок на валу.
Поэтому для личных нужд вполне подойдет  управление описанное законом Костенко М.П. или как его ещё называют  скаляроное.  Достаточное для большинства практических случаев применения частотно регулируемого электропривода с диапазоном регулирования частоты вращения двигателя до 1:40.  Т.е. грубо говоря мы в самом простом случае делаем обычную 3-х фазную розетку с переменной частотой и напряжением меняющимися в прямой зависимости.  С небольшими «но» на начальных участках характеристики необходимо выполнять IR компенсацию т.е. на малых частотах нужно фиксированное напряжение . Втрое «но» в питающие двигатель напряжение замешать 3 гармонику.  Всё остальное сделают за нас физические принципы  АД.  Более подробно про это можно прочесть в документе AVR494.PDF
Основываясь на моих личных наблюдениях и скромном опыте именно эти   методы без особых изысков чаще всего применяются в приводах мощностью до 15 кВт.
Далее не буду углубляться в теорию и  описание мат моделей АД. Это и без меня достаточно хорошо изложили профессора ещё в 60-х.
 
Но ни  в коем случае не стоит недооценивать сложности управления АД. Все мои упрощения  оправданны только некоммерческим применением инвертора.

Плата силовых элементов.

В программе V-1.0 для AT90SPWM3B  реализовано
1-  Частотное  управление  АД .Форма напряжения синусоида с 3 гармоникой.
2-  Частота  задания 5 Гц -50 Гц с шагом  1 Гц. Частота ШИМ  4 кГц.
3-  Фиксированное время разгона –торможения
4-  Реверс (только через кнопку СТОП)
5-  Разгон до заданной частоты с шагом 1 Гц
6 – Индикация показаний канала АЦП 6 (разрядность 8 бит.,  оконный фильтр апертура 4 бита)
       я использую этот канал для замера тока  шунта.
7 – Индикация режима работы START,STOP,RUN,RAMP, и Частота в Гц.
8-  Обработка сигнала авария от мс IR2135

Торможение двигателя принудительное – без выбега. При этом нужно помнить – если на валу будет висеть огромный вентилятор или маховик  то напряжение на звене постоянного тока может достичь опасных значений. Но я думаю вертолёты с приводом от АД строить никто не будет

Функции микропрограммы в будущих версиях    

1 -намагничивание ротора перед пуском
2- торможение постоянным током
3 –прямой реверс
4 – частота задания 1 -400  Гц.
5 – ограничение, контроль  тока двигателя.
6 -  переключаемые зависимости U/F
7 – контроль звена постоянного тока.
8 – некоторые макросы управления –это вообще в далёких планах.

Испытания.
Данная конструкции была проверена с двигателем 0.18кВт  и  0.4 кВт  и  0.8 кВт. Все двигатели остались довольны.
Только при малых оборотах и долговременной работе необходимо принудительное охлаждение АД.


 Строка для программатора
av_28r4.exe -aft2232 -az  +90pwm3b -e -w -v -fckdiv=1,psc2rb=0,psc1rb=0,psc0rb=0,pscrv=0,bodlevel=5 -c01.hex

Небольшое "вечернее" видео испытаний

Файлы:
плата микроконтроллера -layout5.0
силовой модуль -layout5.0
Программа для МК
Схема
схема S_plan7 -архив rar

Все вопросы в Форум.


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

Подбор двигателей и преобразователей частоты для конкретной нагрузки машины

Правильный размер двигателей и преобразователей

Производители электродвигателей и преобразователей частоты разработали различные методы для быстрого выбора размера двигателей и преобразователей частоты для конкретной нагрузки машины. Та же самая основная процедура используется большинством разработчиков приложений.

Расчет двигателя и преобразователя частоты для конкретной нагрузки машины (фото: focusondrives.ком)

В наши дни выбор приложений обычно выполняется на основе программного обеспечения на ПК. Однако инженерам важно четко понимать процедуру выбора.

Одна из лучших процедур использует простую номограмму , основанную на кривых предельной нагрузки , чтобы сделать основной выбор размера двигателя. Эта процедура описана ниже. Затем проверяются другие факторы, чтобы убедиться, что выбрана оптимальная комбинация двигателя и преобразователя.


4 принципа выбора

Рекомендуются пять следующих принципов выбора:


Принцип выбора 1 //

Сначала необходимо выбрать тип и размер двигателя. Число полюсов (базовая скорость) следует выбирать так, чтобы двигатель работал как можно дольше со скоростью, немного превышающей базовую скорость в 50 Гц.

Это желательно, потому что:

  • Тепловая мощность двигателя повышается при f ≥ 50 Гц за счет более эффективного охлаждения на более высоких скоростях.
  • Коммутационные потери преобразователя минимальны при работе в диапазоне ослабления поля выше 50 Гц.
  • Для нагрузки с постоянным крутящим моментом больший диапазон скоростей получается, когда двигатель хорошо работает в диапазоне ослабления поля на максимальной скорости.Это означает, что наиболее эффективное использование крутящего момента / скорости привода с регулируемой скоростью. Типичные кривые крутящего момента и мощности в приложении с постоянной мощностью / крутящим моментом


    Это может означать экономию затрат за счет меньшего двигателя и преобразователя .

  • Хотя многие производители заявляют, что их преобразователи могут выдавать выходные частоты до 400 Гц, эти высокие частоты практически не используются, за исключением очень специальных (и необычных) приложений.Конструкция двигателей со стандартным сепаратором и снижение максимального крутящего момента в зоне ослабления поля ограничивают их использование на частотах выше 100 Гц.

    Максимальную скорость, на которой может работать стандартный двигатель с короткозамкнутым ротором, всегда следует уточнять у производителя, особенно для более крупных 2-полюсных (3000 об / м) двигателей мощностью более 200 кВт. Шум вентилятора, производимый двигателем, также существенно возрастает с увеличением скорости двигателя.

  • Сравнение крутящего момента, создаваемого 4-полюсным двигателем и 6-полюсным электродвигателем , показано на рисунке 1.Это иллюстрирует более высокий крутящий момент 6-полюсной машины.
Рисунок 1 - Сравнение предельных кривых тепловой мощности для двух двигателей с короткозамкнутым ротором TEFC 90 кВт
  1. 4-полюсный двигатель 90 кВт (1475 об / мин)
  2. 6-полюсный двигатель мощностью 90 кВт (985 об / мин)

Принцип выбора 2 //

Выбор двигателя увеличенного размера просто для «безопасности» обычно не рекомендуется , потому что это означает, что необходимо также выбрать преобразователь частоты увеличенного размера.Преобразователи частоты, особенно типа ШИМ, рассчитаны на максимальное пиковое значение тока, которое является суммой основного и гармонического токов в двигателе.

Чем больше двигатель, тем больше пиковые токи.

Чтобы избежать превышения этого пикового тока проектного предела, преобразователь никогда не должен использоваться с двигателем, размер которого больше, чем указано . Даже когда более крупный двигатель слегка нагружен, его пиковые гармоники высоки.


Принцип выбора 3 //

После выбора двигателя достаточно легко выбрать правильный размер преобразователя из каталога производителя.Обычно они рассчитываются с точки зрения силы тока (не кВт) на основе определенного напряжения. Это следует использовать только в качестве руководства, потому что преобразователи всегда следует выбирать на основе максимального продолжительного тока двигателя.

Хотя большинство каталогов основано на стандартных номинальных мощностях двигателей (кВт) МЭК, двигатели разных производителей имеют несколько разные номинальные токи.

Преобразователи частоты Danfoss (фото предоставлено schulz.st)
Принцип выбора 4 //

Хотя это кажется очевидным, двигатель и преобразователь должны быть указаны для напряжения и частоты источника питания, к которым должен быть подключен преобразователь частоты.

В большинстве стран, использующих стандарты IEC, стандартное напряжение питания составляет 380 В ± 6%, 50 Гц . В Австралии это 415 В ± 6%, 50 Гц . В некоторых приложениях, где размер привода очень велик, часто экономично использовать более высокое напряжение, чтобы снизить стоимость кабелей. Другие часто используемые напряжения - 500 В и 660 В .

В последние годы выпускаются преобразователи переменного тока для использования на 3,3 кВ и 6,6 кВ . Преобразователи частоты предназначены для выработки того же выходного напряжения, что и источник питания, поэтому и двигатель, и преобразователь должны быть рассчитаны на одно и то же базовое напряжение.

Несмотря на то, что выходная частота преобразователя является переменной, входная частота (50 Гц или 60 Гц) должна быть четко указана , поскольку это может повлиять на конструкцию индуктивных компонентов .

Ссылка // Практические приводы с регулируемой скоростью и силовая электроника Малкольма Барнса CPEng, BSc (ElecEng), MSEE, Автоматизированные системы управления, Перт, Австралия (печатную копию можно приобрести у Amazon)

,

Сравнение плавного пуска и пуска двигателя с преобразователем частоты

Плавный пуск

Устройство плавного пуска - это, как и следовало ожидать, устройство, обеспечивающее плавный пуск двигателя . Устройство плавного пуска имеет характеристики, отличные от других методов пуска. Он имеет тиристоров в главной цепи, а напряжение двигателя регулируется с помощью печатной платы.

Сравнение плавного пуска и пуска двигателя с преобразователем частоты (на фото: частотно-регулируемые приводы, установленные на двигателях вентиляторов и насосов; кредит: crockett-services.ком)

Устройство плавного пуска использует тот факт, что , когда напряжение двигателя низкое во время пуска, пусковой ток и пусковой момент также низкие. .

Устройство плавного пуска двигателя
Преимущества

Устройства плавного пуска основаны на полупроводниках . Эти полупроводники через силовую цепь и цепь управления снижают начальное напряжение двигателя.

Это приводит к более низкому крутящему моменту двигателя .

Во время процесса пуска устройство плавного пуска постепенно увеличивает напряжение двигателя, тем самым позволяя двигателю разгонять нагрузку до номинальной скорости , не вызывая высокого крутящего момента или пиков тока .

Кривая плавного пуска - Синхронная скорость - Момент полной нагрузки (слева) и ток полной нагрузки (справа)

Устройства плавного пуска также могут использоваться для управления остановкой процессов. Устройства плавного пуска менее дороги, чем преобразователи частоты.

Еще одной особенностью устройства плавного пуска является функция плавного пуска , которая очень полезна при остановке насосов, когда проблема заключается в гидроударах в системе трубопроводов при прямом останове, как в пускателях со звезды на треугольник и пускателях прямого пуска.


Недостатки

Однако они имеют ту же проблему, что и преобразователи частоты: они могут вводить в систему гармонических токов , и это может нарушить другие процессы.(Подробнее об этом)

Наклон напряжения для устройства плавного пуска. Время разгона составляет около 1 секунды.

Метод пуска также обеспечивает пониженное напряжение на двигателе во время пуска.

Устройство плавного пуска запускает двигатель при пониженном напряжении , а затем напряжение увеличивается до полного значения . Напряжение в устройстве плавного пуска снижается через фазовый угол. В связи с этим методом пуска не будут возникать импульсы тока. Можно установить время разгона и ток заторможенного ротора (пусковой ток).


Электродвигатель Soft Start 60HP (ВИДЕО)

Часть 1


Часть 2


Пуск преобразователя частоты

Преобразователи частоты

предназначены для непрерывного питания двигателей , но они также могут быть использованы для запуска только .

Преобразователь частоты иногда также называют VSD (частотно-регулируемый привод), , VFD (частотно-регулируемый привод) или просто приводы , что, вероятно, является наиболее распространенным названием.

Привод состоит в основном из двух частей: одна преобразует переменный ток (50 или 60 Гц) в постоянный ток, а вторая часть преобразует постоянный ток обратно в переменный, но теперь с переменной частотой 0–250 Гц. Поскольку скорость двигателя зависит от частоты, это позволяет управлять скоростью двигателя, изменяя выходную частоту от привода, и это большое преимущество, если есть необходимость в регулировании скорости во время непрерывной работы.

Как указано выше, во многих приложениях привод по-прежнему используется только для пуска и остановки двигателя, несмотря на то, что нет необходимости в регулировании скорости во время нормальной работы.Конечно, это создаст потребность в гораздо более дорогом стартовом оборудовании, чем необходимо.

Путем управления частотой номинальный крутящий момент двигателя доступен на низкой скорости, а пусковой ток низкий, от 0,5 до 1,0 номинального тока двигателя, максимум 1,5 x In .

Еще одна доступная функция - softstop , которая очень полезна, например, при остановке насосов, когда проблема заключается в гидроударах в трубопроводных системах при прямой остановке.Функция softstop также полезна при остановке конвейерных лент от транспортировки хрупких материалов, которые могут быть повреждены, если ленты остановятся слишком быстро.

Очень часто вместе с приводом устанавливают фильтр , чтобы снизить уровень излучения и генерируемых гармоник.

Преобразователь частоты и его линейная схема
Преимущества

Преобразователь частоты позволяет использовать низкий пусковой ток , поскольку двигатель может создавать номинальный крутящий момент при номинальном токе от нуля до полной скорости.Преобразователи частоты дешевеют все время.

В результате они все чаще используются в приложениях, где раньше использовались устройства плавного пуска.

Кривая преобразователя частоты - Синхронная скорость - Момент полной нагрузки (слева) и ток полной нагрузки (справа)
Недостатки

Даже в этом случае преобразователи частоты в большинстве случаев все еще на дороже устройств плавного пуска ; и, как и устройства плавного пуска, они также вводят в сеть гармонические токи.


Что такое диск? (ВИДЕО)


Приводы VLT на большой опреснительной установке (ВИДЕО)


Приводы VLT управляют вентиляторами градирни (ВИДЕО)

Артикул:

,

Преобразователь частоты напряжения Производители и поставщики, Китай Преобразователь частоты напряжения Производители и предприятия

Тип бизнеса: Производитель / Factory , Торговая компания
Основные продукты: Частота Инвертор , Сервопривод , HMI , ПЛК , Маска машина
Mgmt.Сертификация: ISO9001: 2015, ISO14001: 2015, OHSAS18001: 2007
Город / область: Цзясин, Чжэцзян
.

Смотрите также