8-900-374-94-44
ГлавнаяРадиолюбителюЭлектропитание
5 лет назад
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.
Существует много схем, которые дают возможность запустить трехфазный двигатель. Но, часть из них не предусматривает плавного включения или выключения, или же создают дополнительные неудобства, которые не дадут использовать двигатель полноценно. Исходя из этого, и были изобретены частотные преобразователи. Они позволяют полностью контролировать работу двигателя, при экономичном расходе электроэнергии и безопасности эксплуатации.
Рис. 1.
Схема запуска трехфазного двигателя
Составляющие частотного преобразователя
Для наглядности, схему можно разбить на три составляющих или три взаимосвязанных блока:
1. Выпрямитель.
2. Фильтр, предназначение которого есть сглаживание напряжения на выходе.
3. Инвертор, который собственно и отвечает за производство необходимой частоты.
Его использование дает значительное уменьшение пускового тока, при включении оборудования, что существенно продлевает эксплуатационный срок двигателя и устройства, где данный двигатель используется. Естественно, что избавившись таким образом от высоких показаний пускового тока, удается и сэкономить электроэнергию, которая уходила ранее при запуске оборудования. А это особенно актуально в условиях, где предусмотрены частые запуски и остановки устройств.
Рис. 2. Составляющие частотного преобразователя
Современные покупные инверторы широко используются в таких сферах, как производство, водоснабжение, энергетика, сельское и городское хозяйства, в электронике, и в автоматических линиях и комплексах.
Стоимость фирменного частотного преобразователя слишком высока, для того, чтобы изучить его процессы работы или использовать в быту или домашней мастерской. Поэтому часто используются в таких ситуациях самодельные частотники.
Сборка устройства
Стоит обратить внимание на то, что в домашних условиях крайне не рекомендуется использование двигателей, рассчитанных на мощность большую, чем 1 кВт. Таковы особенности домашней сети.
Имея необходимый двигатель, потребуется для начала соединить его обмотки между собой способом «треугольник».
Рис. 3. Трёхфазный двигатель
Рис. 4. Соединение треугольник
Рис. 5. Соединение треугольник
Схема самого частотного преобразователя.
Рис. 6. Схема частотного преобразователя
Питание осуществляется от блока питания 27 Вольт постоянного напряжения. Это может быть, как регулируемый БП, так и сделанный собственноручно, рассчитанный на данное напряжение.
Схема подключения двигателя;
Рис. 7. Схема подключения двигателя
Схема простая и проверенная и не содержит компонентов, которые сложно будет купить. Но, к сожалению, не лишена недостатков и годится для применения лишь в быту.
Более сложная в сборке схема, но и более результативная представлена ниже.
Рис. 8. Схема подключения двигателя
На данный момент это самая обсуждаемая схема частотного преобразователя, который можно сделать собственноручно. Прошивки микроконтроллера изобилуют на тематических форумах. Потребуется не только умение грамотно паять, но и прошивать микроконтроллеры.
Печатная плата.
Рис. 9. Печатная плата
Потребуется надежный источник питания на 24 Вольта. Предлагается его также изготовить собственноручно по схеме.
Рис. 10. Схема источника питания
Естественно, что устройство можно приобрести и готовым. Они бывают фирменными или сделанными народными мастерами, которые обладают положительными рекомендациями.
Автор: RadioRadar
Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному выше материалу:
Регулирование частоты вращения ротора и момента на валу двигателей переменного тока частотой напряжения на обмотках – один из самых перспективных способов управления. Такой метод позволяет сократить потребление электроэнергии, снизить износ двигателей и механизмов, осуществлять плавный пуск без скачков тока. Частотное управление также позволяет отказаться от заслонок, задвижек, муфт и других механических средств регулирования технологических параметров и изменения скорости вращения вала.
Для регулирования частоты напряжения, которое подается на статор электродвигателя, используют частотные преобразователи. Наибольше распространение получили устройства на базе инверторов напряжения.
Такие частотные преобразователи состоят из выпрямителя, звена постоянного тока, инвертора.
Трехфазное напряжение сети преобразуются в постоянное, в звене постоянного тока на базе емкостного элемента сглаживаются пульсации, в инверторе постоянное напряжение трансформируется в переменное другой частоты.
Частота на входе регулируется поочередным открыванием и запиранием электронных ключей. Импульсы, изменяющие состояние полупроводниковых коммутаторов, задаются с управляющего устройства. Ключи выполнены на базе силовых транзисторов или тиристоров. Наиболее распространенная элементная база – биполярные транзисторы с изолированным затвором IGBT или тиристоры GTO, GCT, IGCT , SGCT.
Преобразователи частоты применяются в электроприводах практически всех отраслей промышленности, в бытовых станках и других сферах.
Современный частотник это не только регулятор частоты вращения электродвигателя. Оборудование совмещает функции ПИ и ПИД-регуляторов, электроаппаратов защиты от аварий и аномальных режимов работы. Преобразователи частоты также обеспечивают индикацию рабочих параметров, связь с комплексными или местными системами автоматизации по распространенным протоколам связи, фиксируют неисправности и поломки, передают данные на удаленные устройства.
Простые преобразователи частоты для станков бытового применения можно сделать своими руками. Для этого необходимы базовые знания промышленной электроники, теоретической электротехники, а также иметь навыки построения схем, пайки.
Любительские преобразователи частоты в основном используют для непосредственного задания скорости электропривода небольшой мощности. Самостоятельно разработать и собрать устройство с функциями автоматического регулятора и другими параметрами промышленного оборудования довольно сложно. Рассмотрим преобразователь частоты, разработанный и собранный самостоятельно.
Производители элементов для силовой электроники выпускают интеллектуальные силовые модули и микроконтроллеры для управления такими приводами, что существенно упрощает задачу.
До появления комплексных элементов силовую часть и управляющий блок с генератором импульса приходилось собирать самостоятельно.
В представленной схеме применяется микроконтроллер ATmega48 и силовой блок IRAMS10UP60B со встроенным драйвером и возможностью управления по 3 каналам широтно-импульсного модулятора.
Управляющий блок реализует скалярное управление приводом, с увеличением частоты напряжения на выходе увеличивается его величина.
Заводские настройки контроллера предназначены для работы с двигателем на номинальное напряжение 220 В частотой 50 Гц. Скорость изменения частоты при разгоне составляет 15 Гц/ сек, до номинальной скорости электродвигатель разгоняется за 3 секунды, до частоты 150 Гц – за 10 секунд.
Добавочное напряжение на намагничивание установлено 10% от номинального. Время намагничивания и торможения постоянным током постоянно и составляет 1 сек. Добавочное напряжение при намагничивании и в режиме торможения изменяется одновременно.
При подаче напряжения заряжается конденсатор в звене постоянного тока. Как только напряжение на конденсаторе достигает 220 В, привод можно запускать. Для индикации готовности к пуску предусмотрена сигнальная цепь из светодиода и реле предзаряда. Как только конденсатор заряжается, контакты реле замыкаются, загорается светодиод, сигнализирующий о готовности привода.
Для управления преобразователем предусмотрено 6 выходов. Первые 2 – прямое и обратное вращение вала с номинальной частотой. Выходы с 3 по 6 – подача напряжения фиксированной частоты, которая задается резисторами R1, R2, R3, R4.
При регулировке частоты резисторами во время работы двигателя изменять частоту вращения нельзя. Частота меняется только после повторной подачи команды на 1 или 2 выход. Данные с регулировочных сопротивления считываются микроконтроллером только при отсутствии сигналов с 1 и 2 выхода.
Для плавного изменения скорости при работающем электроприводе требуется включить в цепь джампер. При этом R1 остается активным, а при помощи R4 можно задавать частоту выходного напряжения 5 до 100Гц.
При регулировке частоты необходимо учитывать, что максимальном уровню сигнала 5 В на входе микроконтроллера соответствует верхнее значения частоты – 200 Гц. Для настройки масштабирования напряжения в звене постоянного тока 1:100 предусмотрен резистор R5. Для измерения уровня управляющего сигнала предусмотрены резисторы R1, R2, R3, R4 с общим отрицательным контактом.
Перед настройкой преобразователя проверяют правильность и качество установки электронных комплектующих. Далее проверяют делитель напряжения для звена постоянного тока (цепь R2). 1 В на соответствующим выходе микроконтроллера должен соответствовать 100 В звена постоянного тока.
Далее приступают к настройке привода. Силовые модули имеют установленную заводскую конфигурацию для двигателей на 220 и 380 В номинальной частотой 50 Гц. Чтобы их активировать, требуется:
В этом случае будут активированы настройки по умолчанию: номинальное напряжение электродвигателя – 220 В; 50 Гц, добавочное напряжение для намагничивания и торможения – 10%, скорость изменения частоты при разгоне и торможении – 15 Гц/сек.
Настройка на номинальную частоту 30 Гц осуществляется аналогично, разница в выборе выхода. В этом случае команда подается на выход 2.
Для задания 1 и 2 скорости настроечными резисторами необходимо не подавать напряжение на вход выбора 1 или 2 скорости до задания параметров регулировочными резисторами. Далее нажать и удерживать кнопку В1 до тех пор, пока светодиод не начнет моргать, выставить значения частоты (скорости) всеми резисторами. Затем удерживать кнопку В1 до исчезновения мигания светодиода. При этом настройки будут зафиксированы.
К такому приводу можно подключать двигатели до 0,75 кВт. Мощность электродвигателей зависит от емкости конденсатора в звене постоянного тока, на каждый 2 кВт необходимо 1000 мкФ. Для исключения повреждений силового модуля рекомендуется ставить дроссель на выходе. Индуктивный элемент ограничивает скорость нарастания тока и защищает преобразователь.
Частотник, собранный по данной схеме, обеспечивает:
Устройство также контролирует температуру силовых транзисторов IGBT, величину напряжения DC звена, сигнализирует о недопустимых значениях этих параметров, обеспечивает аварийную остановку электропривода. При необходимости возможно реализовать защиту от сверхтоков.
Частотники, собранные своими руками, вполне можно использовать для маломощных приводов бытового назначения. Устройства обеспечивают необходимые функции и режимы работы такого оборудования.
Ken Reindel, 2019
Чтобы просмотреть преобразователи частоты и напряжения для покупки, нажмите здесь: https://www.kccscientific.com/frequency-converters/
Неудивительно, что люди всегда поиски «более дешевого» или «умного» способа преобразования частоты. Недавно к нам пришел любопытный покупатель и задал такой вопрос: «Зачем мне преобразователь частоты? Я просто куплю дешевый китайский синусоидальный инвертор, и он подойдет».
Довольно интересная идея! Да, правильный синусоидальный инвертор обеспечит определенное выходное напряжение переменного тока и частоту. И для некоторых приложений это может работать как часть головоломки. Но прежде чем вы приступите к этому подходу «сделай сам», было бы разумно подумать, с чем вы столкнетесь.
Если вы опытный инженер-электронщик, желающий заниматься исследованиями, возможно, вы сможете с этим справиться. Если нет, то не стоит и пытаться.
Не существует «стандартных» решений, поскольку инверторы различаются по многим параметрам.
Давайте пройдемся по некоторым испытаниям.
>Вам будет трудно найти подходящее устройство напряжения и частоты там, где вы находитесь. Например, если вы живете в США, вам будет сложно найти инвертор на 230 В переменного тока с частотой 50 Гц.
>Вам необходимо оценить инвертор на его выходную составляющую постоянного тока. Это может стать серьезной проблемой, если вы думаете о питании аудиооборудования с помощью входных трансформаторов.
>Один инвертор не может обеспечить заданную частоту или выходное напряжение.
>Погрешность частоты инвертора обычно составляет в лучшем случае 1% …а некоторые даже 5%. Для устройств, требующих точной синхронизации, это просто не сработает. На верхнем пределе этого предела ошибки вы вполне отчетливо услышите ошибку высоты тона, если вы включаете проигрыватель.
Мы знаем некоторых людей, которые могут обнаружить ошибку основного тона с точностью до 1%. Если вы хотите привести в действие дрель или пилу в каком-нибудь удаленном месте, вдали от бытовой электросети, то да, этот уровень точности подойдет.
>Упаковка, упаковка, упаковка. Возможно, вам не нужен синусоидальный инвертор, предназначенный для работы в кемпинге, пучок проводов, несколько незакрепленных электронных деталей и открытый блок питания рядом с вашим дорогим проигрывателем, ламповым предусилителем или музыкальным автоматом.
>Вам может понадобиться БОЛЬШОЙ аккумулятор и зарядное устройство. Многие инверторы разработаны с учетом того, что они питаются от батарей. Оставайтесь в безопасности! Требования к силе тока могут привести к возгоранию проводов или расплавлению межсоединений, если вы не спроектируете их должным образом. Кроме того, некоторые батареи представляют опасность взрыва при наличии искр. Тщательно выбирайте зарядное устройство; некоторые выкипятят электролит батареи.
>Необходимо защитить аккумулятор от глубокого разряда. Для этого потребуется датчик уровня и переключатель. Для этого может быть полезным выбор инвертора с удаленным входом «вкл.».
>Замена батареи источником постоянного тока требует технических знаний. Это может сработать, если вы готовы выполнить некоторую интеграцию электроники и выбрать совместимый блок питания. Вам нужно будет оценить требования к мгновенной мощности многих инверторов и электронных устройств, которые вы, возможно, пытаетесь запитать. Некоторые имеют такие высокие значения входной емкости, что многие блоки питания не могут их запустить.
В процессе правильного решения этой проблемы может оказаться, что блок питания дороже инвертора. Вам также могут понадобиться правильно подобранные конденсаторы и фильтры на пути между источником питания и инвертором. Рассмотрим, как их выбрать и зачем они нужны, и как их защитить. Вам может повезти, и все наладится, но надолго ли? Например, что, если инвертор выйдет из строя и отключит питание?
>Вы не будете получать поддержку от компании-производителя инверторов по вопросам интеграции частей вместе.
Вы будете предоставлены сами себе, если что-то пойдет не так или инвертор перестанет работать из-за вашей ошибки.
>Вы не получите качественной изоляции. Инверторы предназначены не для этого. Так что будьте готовы к высокочастотным контурам заземления и всем связанным с этим проблемам с шумом.
>Вы можете столкнуться с РЧ (радиочастотными) помехами. При соединении двух коммутационных устройств вместе, даже если каждое из них сертифицировано для радиочастотного излучения, взаимодействие между ними представляет собой авантюру.
Это похоже на философию смартфона. Можно было купить обычный телефон, портативный компьютер, фотоаппарат, диктофон, видеокамеру, большой аккумулятор и носить с собой все это. Или можно купить смартфон. Зачем покупать детали и собирать «преобразователь частоты» своими руками (который может работать ненадежно), когда гораздо проще купить хорошо продуманный, привлекательный продукт KCC Scientific, который отлично работает и элегантно интегрирован?
Разумеется, качество инвертора здесь тоже не рассматривается.
Лучшие инверторы соответственно дорогие. Другие могут издавать звуковые или электрические шумы. В большинстве случаев они просто не рассчитаны на качество или точность. Научные продукты KCC! С нашей продукцией вам не придется думать ни о одной из вышеперечисленных проблем. На пути «сделай сам» вам нужно найти выход из каждой проблемы, с которой вы столкнетесь, сейчас и позже.
Существует множество причин, по которым продукция KCC Scientific идеально подходит для работы. Кроме того, вы нигде не получите лучшую поддержку клиентов. Вот почему мы здесь!
В этой статье мы рассмотрим, что такое схема преобразователя света в частоту, как она работает, как ее использовать в проекте и ее технические характеристики.
Независимо от того, к какой категории вы относитесь, профессионалу, любителю, инженеру или студенту, модульные компоненты всегда сокращают вдвое нашу головную боль при проектировании схем.
Они устраняют необходимость в разработке специальных схем и снижают затраты. Одним из таких модульных компонентов является преобразователь света в частоту TSL235R.
Этот модульный компонент представляет собой ИС, которая преобразует интенсивность света в частоту с рабочим циклом 50%.
Интенсивность и частота света пропорциональны.
При увеличении интенсивности окружающего или внешнего освещения выходная частота увеличивается, и наоборот.
TSL235R представляет собой трехногое устройство, внешне очень похожее на транзистор с полупрозрачным корпусом.
Доступен в двух вариантах: для поверхностного монтажа и для обычного монтажа на печатной плате.
Основным преимуществом этой микросхемы является то, что для генерации частоты не требуется никаких внешних компонентов; он может быть напрямую подключен к любому микроконтроллеру или микропроцессору.
Перед модулем небольшая выпуклая линза для фокусировки света, а задняя сторона плоская.
Он очень чувствителен, так как обнаруживает крошечные изменения в освещении.
TSL235R может питаться от 2,7 В до 5,5 В (номинальное значение 5 В).
Обладает широким диапазоном светочувствительности от 320 до 1050 нм, от ультрафиолетового до видимого света. Он имеет рабочую температуру от -25 градусов Цельсия до +70 градусов Цельсия.
Имеет температурный коэффициент 150 ppm на градус Цельсия. Максимальная частота, которую он может обеспечить, составляет 100 кГц, а минимальная частота находится в диапазоне нескольких 100 Гц.
Выходной рабочий цикл строго откалиброван на 50 %. Он измеряет 190,4 мм в длину, включая терминал, и 4,6 мм в ширину.
Конденсатор емкостью от 0,01 мФд до 0,1 мФд должен быть подключен к клемме питания, а конденсатор и TLS235R должны быть замкнуты, насколько это возможно.
Он сочетает в себе два компонента: кремниевый фотодиод и преобразователь тока в частоту (CFC).
CFC представляет собой схему, которая преобразует параметр тока в параметр частоты.
Ток, протекающий через фотодиод, пропорционален интенсивности света.
Преобразователь тока в частоту (CFC) измеряет величину тока, протекающего через фотодиод.
При увеличении тока через фотодиод; CFC повышает его частоту и наоборот тоже верно. Таким образом, мы получаем косвенное преобразование света в частоту.
Вы можете использовать TSL235R, когда работаете с любым проектом, основанным на освещении, например:
· Вы можете использовать его для измерения интенсивности окружающего света, например, люксметра.
· Вы можете соединить светодиод и TSL235R для цепи обратной связи в инверторе, где требуется стабилизация выходного сигнала независимо от подключенной нагрузки.
· Может использоваться в детекторе движения, где можно обнаружить любое изменение интенсивности света.
· Может использоваться в системе безопасности.
· Может использоваться в автоматической системе уличного освещения, где микроконтроллер может обнаружить падение частоты и активировать выходной сигнал.
Вот иллюстрация, как связать его с микроконтроллером
Количество приложений неограничено, если вы начнете играть с ним и правильно поймете.
В следующих абзацах мы попытаемся понять несколько интересных схем применения светового преобразователя частоты с использованием описанной выше ИС TLS235R
С расстояния примерно полдюйма инфракрасный (ИК) светодиод с пиковой мощностью 880 нм направлен на входное окно TSL245, которое представляет собой небольшой выпуклый выступ на передней панели ИС.
Для размещения ИК-пары необходимо создать светонепроницаемый контейнер. Этот шаг имеет решающее значение, поскольку фотодиод станет бесполезным, если на него попадет какой-либо внешний свет.
Наименьшее количество света, проникающего через фотодиод, определяет самую низкую рабочую частоту схемы. Выходная частота схемы может быть ниже 1 Гц в полной темноте. Всякий раз, когда R2 настроен на самый высокий уровень сопротивления, а светоотдача светодиода находится на самом слабом уровне, схема работает на самой низкой частоте.
Заменив R2 резистором 10k или потенциометром 20k, можно настроить схему генерации прямоугольных импульсов для работы в слышимом диапазоне частот. Временно отключите питание ИК-светодиода и проверьте выходную частоту, если схема не работает в низкочастотном диапазоне.
Существует большая вероятность того, что внешний окружающий свет попадет на фотодиод, если уровень его частоты превышает 50 Гц. Исследуйте цепь при ярком окружающем свете, чтобы проверить, не увеличилась ли частота.
Если ничего не изменилось, корпус можно считать полностью запечатанным. Однако определите утечку света и примените маскировку, если есть эскалация уровня частоты.
TSL245 используется в приведенной выше схеме как часть устройства поиска света, которое генерирует выходной звуковой тон в соответствии с интенсивностью ИК-излучения, попадающего на интегральную схему.
Микросхема включает в себя встроенный ИК-фильтр, однако для работы схемы в диапазоне музыкальных частот в условиях стандартного окружающего освещения по-прежнему требуется дополнительная фильтрация.
Для создания соответствующего ИК-фильтра можно использовать 35-миллиметровую или эквивалентную пленку с экспонированными и проявленными концами. Схема будет создавать выходной сигнал с частотой от 2 до 8 кГц в среде с нормальным освещением, если концы пленки очень черные и размещены на передней панели ИС в столько слоев, сколько необходимо.
Максимальная рабочая частота схемы определяется количеством вовлеченных слоев пленки. Минимум света, который может попасть на фотодиод микросхемы, определяет самую низкую выходную частоту.
Функционирование схемы и возможные области применения описаны ниже. TSL245 генерирует выходной сигнал в ответ на окружающий свет, попадающий на IC1, и этот выходной сигнал через C1, R1 и R2 подключается к входу ИС усилителя мощности звука LM386. Более высокие частоты избегаются C3 и направляются на землю.
Небольшой 4-омный динамик работает от усилителя. Если вы помашете рукой над TSL245, выходная частота генератора уменьшится, если вы захотите уменьшить ее (или высоту тона). Когда вы полностью блокируете свет рукой или другим непрозрачным предметом, звук уменьшится до самой низкой частоты.
Аналогичная схема может быть получена при использовании IC 555, подключенного в нестабильном режиме с заменой одного из резисторов LDR, как показано ниже:
Конденсатор C1 можно заменены другими значениями для получения других наборов частотных диапазонов в соответствии со спецификациями приложения.