Frequenzumrichter selbst herzustellen ist ziemlich schwierig, da man sich in Leistungselektronik und Halbleitertechnik sehr gut auskennen muss. Aber bevor Sie darüber nachdenken, dieses Gerät zu entwerfen, müssen Sie herausfinden, für welche Zwecke sie verwendet werden. Sie müssen auch wissen, was die Hauptkomponenten dieser elektronischen Systeme sind.
Was ist ein Frequenzumrichter?
Jeder weiß, dass es im Netz Wechselstrom gibt und dieser eine bestimmte Frequenz hat. In Russland ist der Standard 50 Hertz. In einigen westlichen Ländern ist ein etwas anderer Standard 60 Hertz. Der Betrieb vieler Geräte hängt von der Frequenz des Stroms ab. Umrichter werden verwendet, um Asynchronmotoren anzutreiben. Es gibt viele Gründe für den Einsatz elektronischer Mittel. Beispielsweise sind Wechselrichter in der Industrie seit ihrer Verwendung weit verbreitetermöglicht es Ihnen, riesige Mechanismen loszuwerden.
Genauer gesagt, Sie können die Rotationsgeschwindigkeit des Bandes auf dem Förderband ändern, indem Sie ein Getriebe verwenden, das einer Art Autogetriebe nachempfunden ist. Darüber hinaus kann es entweder mechanisch (mit mehreren Gängen) oder CVT sein. Es ist jedoch viel effektiver, die Parameter des Stroms zu ändern, der den Motor speist. Durch Drehen des variablen Widerstands ändert sich die Rotationsgeschwindigkeit des Förderers. Außerdem kann die Frequenz in einem weiten Bereich verändert werden.
Welche weiteren Eigenschaften haben Frequenzumrichter?
Außerdem ermöglichen die Wechselrichtereinstellungen, dass der Elektromotor über mehrere Sekunden allmählich an Geschwindigkeit gewinnt. Die Zeit wird vom Benutzer über die Programmierung der Frequenzumrichterfunktion eingestellt. Ebenso kann man mit dem Zeitpunkt des Anh altens des Ankers des Motors verfahren. Dadurch wird die Belastung des Laufwerks reduziert, was sich direkt auf seine Ressource auswirkt.
Darüber hinaus ist der Einsatz von Frequenzumrichtern für kleine Unternehmen, die nicht die Möglichkeit haben, sich selbst mit einem Drehstromnetz zu versorgen, aber Bedarf dafür besteht, der Einsatz von Frequenzumrichtern ein wahres Allheilmittel. Es gibt viele Modelle solcher Geräte, die an ein einphasiges Wechselstromnetz angeschlossen sind und am Ausgang drei erzeugen. Daher ist es möglich, einen Elektromotor an eine normale Steckdose anzuschließen. Und in diesem Fall verliert es nicht an Leistung, seine Arbeit wird korrekt sein.
Leistungskomponenten von Stromrichtern
Alle Frequenzumrichter verwenden leistungsstarke IGBT- oder MOSFET-Transistoren. Sie sind ideal für diese Art von Arbeit. Sie sind in separaten Modulen montiert. Diese Installationsmethode kann die Leistung eines elektronischen Geräts verbessern. Diese Transistoren arbeiten im Schlüsselmodus, die Steuerung erfolgt über ein Mikroprozessorsystem. Tatsache ist, dass die gesamte Steuerung stromsparend ist und das Sch alten von Hochspannungen nicht erforderlich ist. Daher kann dies mit dem einfachsten Mikroprozessor erreicht werden.
Die am häufigsten verwendeten Sonderbaugruppen der Serien IR2132 und IR2130. Sie bestehen aus sechs Treibern, die die Tasten steuern. Drei werden für den Boden und drei für die Oberseite verwendet. Mit dieser Baugruppe können Sie eine einfache Kaskade des Frequenzumrichters realisieren. Darüber hinaus verfügt es über mehrere Schutzgrade. Zum Beispiel gegen Kurzschluss und Überlast. Genauere Eigenschaften aller Elemente finden Sie in den Handbüchern. Aber alle Leistungselemente haben einen großen Nachteil - die hohen Produktkosten.
Strukturdiagramm des Konverters
Jeder Frequenzumrichter für einen Motor hat drei Hauptblöcke - einen Gleichrichter, Filter, einen Wechselrichter. Es stellt sich heraus, dass die Wechselspannung zuerst in Gleichstrom umgewandelt und dann gefiltert wird. Danach wird es in eine Variable invertiert. Aber es gibt noch einen dritten Block - die Mikroprozessorsteuerung des Wechselrichters. Genauer gesagt leistungsfähige IGBT-Transistoren. Wenn Sie sich jemals damit befasst habenFrequenzumrichter, dann wissen Sie, dass sie auf der Frontplatte mehrere Tasten zum Programmieren haben.
Die Bedienungsanleitung des Wechselrichters führt Sie durch die Einrichtung aller Funktionen. Dies ist eine sehr komplizierte Angelegenheit, da es selbst im einfachsten Gerät ziemlich viele Einstellungen gibt. Neben der Tatsache, dass Sie mit dem elektronischen Gerät die Drehfrequenz des Motorankers ändern und die Beschleunigungs- und Verzögerungszeit einstellen können, gibt es auch mehrere Schutzgrade. Zum Beispiel Überstrom. Bei Verwendung eines solchen Geräts müssen keine automatischen Sch alter installiert werden.
Gleichrichtereinheit
Je nach Einsatzzweck des Frequenzumrichters kommen unterschiedliche Gleichrichterstufen zum Einsatz. Und die Stromversorgungsoption kann entweder aus einem dreiphasigen Netz oder aus einem einphasigen Netz erfolgen. Am Ausgang des Wechselrichters liegt aber in jedem Fall eine dreiphasige Wechselspannung an. Aber um den Strom zu kontrollieren, muss er zuerst gleichgerichtet werden. Die Sache ist, dass es ziemlich schwierig ist, die Variable zu steuern - es ist notwendig, große Rheostate zu verwenden, was nicht sehr praktisch ist. Außerdem ist es im Zeit alter der Mikroelektronik und Automatisierung nicht nur unvernünftig, ver altete Technologien zu verwenden, sondern auch sehr unrentabel.
Ein aus sechs Halbleiterdioden bestehendes elektronisches Gerät dient zur Gleichrichtung eines dreiphasigen Wechselstroms. Sie werden in einer Brückensch altung eingesch altet, es stellt sich heraus, dass jedes Diodenpaar dazu dient, eine Phase gleichzurichten. Am Ausgang der Gleichrichtereinheit erscheint eine konstante Spannungder Wert ist gleich dem, der zum Eingang fließt. In diesem Stadium sind alle Transformationen abgeschlossen, es erfolgt keine Steuerung dieses Blocks. Bei Einspeisung aus einem einphasigen Netz reicht bereits eine Gleichrichterstufe aus einer einzelnen Diode aus. Effizienter ist es aber, eine Vierer-Brückensch altung zu verwenden.
Filterbox
Dieses Modul dient zur Gleichspannungsfilterung. Die einfachste Version des Blocks ist ein Induktor, der in der Lücke der positiven Schulter enth alten ist. Zwischen die Pole ist ein Elektrolytkondensator gesch altet. Es hat eine Funktion - die variable Komponente loszuwerden. Die Sache ist, dass der Gleichrichter Welligkeiten nicht vollständig beseitigen kann. Es verbleibt eine kleine Menge Wechselstrom, die während des Betriebs erhebliche Geräusche verursachen kann.
Um das Funktionsprinzip des Filterblocks zu berücksichtigen, ist eine Analyse durch Austausch der Elemente erforderlich. Beim Betrieb unter Gleichstrombedingungen wird die Induktivität durch einen Widerstand ersetzt, der Kondensator durch einen offenen Stromkreis. Aber wenn es mit Wechselstrom betrieben wird, wird die Kapazität durch einen Widerstand ersetzt. Daher verschwindet der gesamte variable Anteil, da in diesem Fall ein Kurzschluss auftritt. Um dies zu verstehen, ist es ziemlich schwierig, es ist notwendig, die theoretischen Grundlagen der Elektrotechnik zu verstehen. Aber ohne diesen geht kein 3-Phasen-Frequenzumrichter.
Wechselrichterstufe
Und hier beginnt der Spaß - der Einsatz leistungsstarker IGBT-Transistoren. Sie werden von einem Mikroprozessorsystem aus gesteuertdie Qualität ihrer Funktion hängt vom Betrieb des gesamten Frequenzumrichters ab. Eine solche Spannungswandlersch altung ist weit verbreitet. Tatsächlich kann mit Hilfe von Leistungstransistoren jede Spannung invertiert werden. Insgesamt werden in der einfachsten Sch altung sechs Elemente verwendet - zwei für jede Phase. Der Frequenzumrichter erzeugt auf jeder Phase 220 Volt gegen Null.
Um das Auftreten von Sperrspannungen zu vermeiden, müssen Halbleiterdioden verwendet werden. Sie werden zwischen Kollektor und Emitter von Leistungstransistoren gesch altet. Die Verw altung erfolgt am Eingang der Basis. Wie bereits erwähnt, haben Do-it-yourself-Frequenzumrichter zwei Transistoren für jede Phase in der Wechselrichterkaskade. Sch alten Sie ihre p-n-Übergänge in Reihe ein. Die Phase wird vom Mittelpunkt jeder Schulter entfernt. Fertige Module sind im Handel erhältlich, sie haben Leitungen zum Zuführen von Gleichspannung sowie drei Kontakte zum Entfernen von Drehstrom. Zusätzlich gibt es einen Anschluss zum Anschluss einer Mikrocontroller-Steuerung.
Mikroprozessorsteuerung
Wird verwendet, um die Motorwellendrehzahl durch den Wechselrichter zu ändern, kann die Spannung, deren Standardfrequenz 50 Hz beträgt, in der Amplitude über einen weiten Bereich geändert werden. Und zwar von Null bis zu der Frequenz, die der Mikroprozessor liefern kann. Die Hauptvoraussetzung für letzteres ist die Möglichkeit, mehrere Geräte anzuschließen. Wann SieEntwerfen Sie einen Konverter, dessen Spannung, deren Frequenz durch einen variablen Widerstand geändert wird, vom Prozessor gesteuert werden muss. Es wird sorgfältig ausgewählt, es muss eine ausreichende Anzahl von I / O-Ports haben.
Sie können das System etwas verkomplizieren, indem Sie ein LCD-Display an den Mikrocontroller anschließen. Eine hohe Farbwiedergabe wird ihm nicht abverlangt, monochrom reicht, wie bei einfachen Taschenrechnern. Tasten zum Programmieren sind ebenfalls mit den Eingangs-Ausgangs-Anschlüssen verbunden. So können Sie einen einfachen Frequenzumrichter bauen. Der Preis aller Elemente beträgt nicht mehr als zweitausend Rubel. Die Kosten für einen Wechselrichter mit einer Leistung von 200 bis 750 Watt liegen jedoch zwischen 6500 und 12000 Rubel. Es hängt alles vom Hersteller und den Fähigkeiten des Geräts ab.
Gerätekoffer
Do-it-yourself-Frequenzumrichter müssen ein zuverlässiges Gehäuse haben. Davon hängt nicht nur der Bedienkomfort ab, sondern auch die Effizienz. Die Basis ist aus Aluminium. Der Grund für die Verwendung dieses Materials ist die Notwendigkeit einer hochwertigen Kühlung. Während des Betriebs wird das IGBT-Modul sehr heiß, außerdem steigt die Temperatur der Halbleiterdioden. Dabei spielt es keine Rolle, ob Sie einen 380- oder 220-Volt-Frequenzumrichter haben.
Der Rest des Körpers ist aus Plastik. Es ist notwendig, dass alle Leistungselemente dadurch verdeckt werden, damit es während des Betriebs nicht zu einem versehentlichen Kontakt mit Hochspannungsanschlüssen kommt. Im vorderen Teil muss ein Loch für das LCD-Display und die Tasten vorgesehen werden. Separat einAn einem geeigneten Ort ist ein variabler Widerstand installiert. Bei der Programmierung des Mikrocontrollers muss berücksichtigt werden, dass dieser Widerstand die Frequenz des Ausgangsstroms verändert.
Wärmeaustausch von Systemelementen
Besonderes Augenmerk sollte auf die Wärmeableitung gelegt werden. Je leistungsfähiger das zu entwickelnde Gerät ist, desto zuverlässiger sollte das Kühlsystem sein. Wie oben erwähnt, muss die Basis aus Aluminium bestehen. Die Spannungswandlersch altung muss einen Schutz vor Überhitzung bieten. Dazu muss ein Loch in das Gehäuse gebohrt werden, darin ist ein Temperatursensor montiert. Von dort wird das Signal über ein Anpassungsgerät dem Mikrocontroller zugeführt. Bei Überschreitung der Maxim altemperatur muss die Last abgesch altet werden. Daher sch altet das Leistungstransistormodul ab.
Zur Verbesserung der Wärmeabfuhr müssen Lüfter eingesetzt werden. Ihre Position muss so gewählt werden, dass der Luftstrom die Kühlerlamellen des Gehäuses kühlt. Um die Effizienz des Kühlsystems zu erhöhen, müssen Sie Wärmeleitpaste verwenden. Sinnvoller ist es, die Lüfter beim Start des Gerätes einzusch alten. Es ist aber auch möglich, den Regler über ein Signal eines Temperatursensors zu programmieren. Wenn die Temperatur die Hälfte der Temperatur erreicht, bei der die Notabsch altung des Geräts erfolgt, sch alten sich die Lüfter ein.
Leiterplatte
Als Platine greift man am besten auf fertige Optionen zurück. Zum Verkauf gibt es Bretter in verschiedenen Größen mit Löchern um die herumkleine verzinnte Kontakte. Sie werden umgangssprachlich als „Fische“bezeichnet. Das einzige, was eine Überlegung wert ist, ist die Möglichkeit, den Prozessor und die Mikrosch altungen auszutauschen. Zu diesem Zweck müssen Sie Steckverbinder verwenden, die auf die Platine gelötet werden. Do-it-yourself-Frequenzumrichter werden am besten mit der Erwartung eines schnellen Austauschs von Elementen hergestellt. Der IC oder Controller wird einfach in diese Buchse gesteckt, wie ein Stecker in eine Buchse.
Schlussfolgerungen
Sie können auch Ihren eigenen Frequenzumrichter bauen. Der Preis für Analoga ist, wie wir herausgefunden haben, viel höher. Obwohl sie natürlich mehr Möglichkeiten haben. Tatsächlich stellt sich aber bei genauerem Hinsehen heraus, dass nicht mehr als fünf Funktionen tatsächlich genutzt werden. Bei laufendem Antrieb ist eine Änderung der Drehzahl sowie eine Anpassung der Beschleunigungs- und Verzögerungszeiten erforderlich. Etwas seltener werden die Umkehrfunktion und die Änderung des maximal zulässigen Stroms verwendet.
