- Особенности и схема подключения частотного преобразователя к разным типам электродвигателей
- Разновидности частотных преобразователей
- Как подключить частотный преобразователь
- Схема подключения ПЧ
- Для трехфазного электродвигателя
- Для однофазного электродвигателя
- Регулирование однофазного асинхронного двигателя с помощью частотного преобразователя
- Принцип работы однофазной асинхронной машины
- Применение
- Основные виды однофазных электроприводов
- Управление скоростью вращения однофазных двигателей
- Транзисторный регулятор напряжения
- Частотный преобразователь: виды, принцип действия, схемы подключения
- Преобразователь частоты однофазный
- Частотное регулирование однофазных асинхронных электродвигателей
- Схема подключения однофазного двигателя с помощью однофазного частотного преобразователя без использования конденсатора
- Как подключить однофазный двигатель к преобразователю частоты?
- Подготовка
- 5.2. Инициализация и создание очереди запросов
- Монтаж частотника
- Подключение, настройка
- Способы подключения мотора
- Конденсаторный способ подключений
- Фазовое управление с помощью симистора
- Частотный способ
- Аварийный останов ПЧ
- Переделка однофазного двигателя в трехфазный
- Пульт управления
- Настройка частотного преобразователя.
- Однофазный частотный преобразователь на EG8010 с PFC и чистым синусом.
- Первый запуск
Особенности и схема подключения частотного преобразователя к разным типам электродвигателей
Преобразователи частоты используются для подключения различных электродвигателей и позволяют регулировать такие характеристики, как частота вращения ротора, крутящий момент на валу и защищать от перегрузок и перегрева. Такие устройства также позволяют подключать трехфазное оборудование к однофазной системе без потери мощности и перегрева обмоток двигателя.
Разновидности частотных преобразователей
Современные преобразователи частоты характеризуются рядом схем, которые можно сгруппировать в несколько категорий:
Принцип работы такого устройства заключается в последовательном преобразовании напряжения с помощью понижающего и повышающего трансформатора, преобразовании частоты с помощью низковольтного преобразователя и выравнивании пиковых перенапряжений на выходе с помощью синусоидального фильтра. Схема работы следующая: питающее напряжение 6000 В подается на понижающий трансформатор и на выходе получается 400 (660) В, затем подается на низковольтный преобразователь, и после изменения частоты, подается на повышающий трансформатор для увеличения значения напряжения исходного.
Такие устройства состоят из многоуровневых преобразователей частоты на основе тиристоров. Конструктивно они состоят из трансформатора (обеспечивающего снижение напряжения питания), диодов (для выпрямления) и конденсаторов (для выравнивания). Также для снижения уровня высших гармоник применяют многоимпульсные схемы.
Тиристорные преобразователи имеют высокий КПД до 98% и широкий диапазон выходных частот 0-300 Гц, что является положительным и востребованным свойством для современной техники.
Такие преобразователи частоты представляют собой высокотехнологичные устройства, собранные на транзисторах различных типов. Конструктивно они имеют транзисторные инверторные ячейки и многосварной сухой трансформатор специальной конструкции. Такой преобразователь управляется с помощью микропроцессора, что позволяет точно настраивать работу оборудования и контролировать весь процесс работы различных двигателей. Транзисторные преобразователи частоты, как и тиристоры, обладают высоким КПД и широким диапазоном регулирования частоты.
Как подключить частотный преобразователь
Для подключения преобразователя частоты к оборудованию необходимо в первую очередь убедиться, что характеристики такого устройства подходят для работы с конкретным электродвигателем. Также важно, чтобы напряжение сети позволяло использовать этот преобразователь частоты.
При установке и подключении аварийки необходимо, чтобы условия эксплуатации соответствовали классу защиты от влаги и пыли, выдерживались все расстояния от движущихся частей машин и механизмов, от пешеходных дорожек и электрооборудования и оборудования.
Схема подключения ПЧ
Преобразователи частоты доступны как для трехфазных, так и для однофазных сетей. При этом трехфазный преобразователь частоты может быть подключен и к однофазной сети по схеме «треугольник», который дополнительно оснащен специальным конденсаторным блоком (в этом случае значительно падает ток и КПД единицы уменьшается). Подключение трехфазного преобразователя в соответствующую сеть осуществляется по схеме «звезда».
Преобразователь частоты может управляться с помощью контакторов, встроенных в различные релейные схемы, микропроцессорных контроллеров и компьютерной техники, а также вручную. Поэтому при подключении к автоматизированным системам необходимо участие специалистов по настройке такого оборудования.
Примечание! Преобразователь частоты может иметь дополнительные настройки с помощью DIP-переключателей, а также прошивку.
Принцип подключения преобразователей частоты во многом одинаков, но может несколько различаться для разных моделей. Поэтому правильным решением будет перед подключением изучить инструкцию, сравнить характеристики устройств и убедиться, что устройство подключено по схеме, предложенной производителем.
Для трехфазного электродвигателя
Для трехфазного электродвигателя принцип подключения следующий: фазные провода подключаются к клеммным колодкам на выходе трехфазного преобразователя частоты, а фазы питающего напряжения подключаются к входу. При этом всегда реализуется соединение «звезда» в двигателе. При подключении трехфазного двигателя через преобразователь частоты к однофазной сети используется схема «треугольник».
Для однофазного электродвигателя
Для однофазного электродвигателя необходимо подключить фазный и нулевой проводники к преобразователю частоты, а обмотки двигателя подключить к соответствующим клеммам на выходе преобразователя частоты. Например, обмотка L1 будет подключена к клемме А инвертора, обмотка L2 — к клемме В, а общий провод — к клемме С. Если используется конденсаторный двигатель, к двигателю подключается фаза от преобразователя частоты, а конденсатор обеспечивает фазовый сдвиг.
Во всех случаях при подключении преобразователей частоты и электродвигателей всегда должны использоваться защитные устройства: автоматические выключатели и выключатели замыкания на землю, рассчитанные на большие пусковые токи, а также необходимо присоединение заземляющего проводника к корпусам устройств. Также важно обратить внимание на сечение жил подключаемого электрического кабеля – сечение должно соответствовать параметрам подключаемого преобразователя частоты и нагрузки.
Регулирование однофазного асинхронного двигателя с помощью частотного преобразователя
С постоянно растущим ростом автоматизации в бытовом секторе возникает потребность в современных системах и блоках управления двигателем.
Управление и преобразование частоты в малых однофазных асинхронных двигателях, запускаемых с помощью конденсаторов, экономит электроэнергию и активирует режим энергосбережения на новом, прогрессивном уровне.
Принцип работы однофазной асинхронной машины
Работа асинхронного двигателя основана на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора и индуцируемых им токов в роторе двигателя. При различии частоты вращения пульсирующих магнитных полей возникает вращающий момент. Именно этот принцип лежит в основе регулирования скорости вращения асинхронного двигателя с помощью преобразователя частоты.
Фактически электродвигатель можно считать двухфазным, но он имеет только одну рабочую обмотку статора, вторая, расположенная по отношению к основному двигателю под углом 90°, является первой.
Пусковая обмотка занимает в конструкции статора 1/3 пазов, на основную обмотку приходится 23 паза статора.
Ротор короткозамкнутого однофазного двигателя, помещенный в стационарное магнитное поле на статоре, начинает вращаться.
Рис № 1 Схематический чертеж двигателя, показывающий принцип работы однофазного асинхронного двигателя.
Применение
Основными преимуществами использования преобразователя частоты для электродвигателя являются снижение отдачи при пуске и торможении, возможность плавного регулирования скорости. Это дает возможность контролировать работу двигателя без остановки. Кроме того, вы можете управлять группой двигателей, подключить двигатель 220 В к сети 380 В и наоборот. Все это можно сделать с асинхронными двигателями:
- Вентиляторы, швейные машины.
- Насосы, дымоудаление, компрессоры.
- Центрифуги.
- Крупная строительная техника (бетономешалки, манипуляторы и тд).
- Токарные или фрезерные станки.
Любой электродвигатель при подключении через преобразователь частоты работает стабильно. Ведь большинство устройств позволяют выбрать правильный режим питания для обеспечения нормальной работы.
Они выдают разную мощность – от нескольких ватт до десятков киловатт
Преобразователь частоты также может работать с синхронными двигателями. Но выбирать его нужно исходя из потребляемой мощности. Как правило, мощность преобразователя оказывается завышенной, но с этим ничего не поделаешь. В противном случае двигатель не будет работать. И следует учитывать, что синхронный двигатель при работе на более высоких частотах (выше 50 Гц) будет сильно шуметь и быстрее изнашиваться.
Основные виды однофазных электроприводов
Кондиционеры, холодильные компрессоры, электровентиляторы, вентиляторы, водяные, канализационные и канализационные насосы, стиральные машины используют в своей конструкции асинхронный трехфазный двигатель.
Все типы частотников преобразуют напряжение переменного тока в постоянное напряжение. Служат для формирования однофазного напряжения с регулируемой частотой и заданной амплитудой для управления вращением асинхронных двигателей.
Управление скоростью вращения однофазных двигателей
Существует несколько способов управления скоростью вращения однофазного двигателя.
Рис № 2. Схема регулировки с помощью автотрансформатора.
Достоинства схемы — выходное напряжение имеет чистую синусоиду. Способность трансформатора к перегрузке имеет большой запас по мощности.
Недостатки — автотрансформатор имеет большие габаритные размеры.
Использование тиристорного регулятора скорости двигателя. Используются тиристорные переключатели, включенные встречно-параллельно.
Рис №3. Схема тиристорного регулирования однофазного асинхронного электродвигателя.
При использовании для управления скоростью вращения однофазных асинхронных двигателей во избежание негативного влияния индуктивной нагрузки схема модифицируется. Цепи LRC добавлены для защиты автоматических выключателей, конденсатор используется для коррекции волны напряжения, минимальная мощность двигателя ограничена, так что запуск двигателя гарантирован. Тиристор должен иметь более высокий ток, чем ток двигателя.
Транзисторный регулятор напряжения
В схеме используется широтно-импульсная модуляция (ШИМ) с выходным каскадом, построенным на полевых или биполярных IGBT-транзисторах.
Рис №4. Схема использования ШИМ для управления однофазным асинхронным двигателем.
Регулирование частоты асинхронного однофазного электродвигателя считается наиболее важным способом управления частотой, мощностью, эффективностью использования, скоростью и энергосберегающими характеристиками электродвигателя.
Рис № 5. Схема управления двигателем без исключения в конструкции конденсатора.
Частотный преобразователь: виды, принцип действия, схемы подключения
Преобразователь частоты позволяет владельцу снизить энергопотребление и автоматизировать процессы в управлении оборудованием и производством.
Основные узлы преобразователя частоты: выпрямитель, конденсатор, IGBT-транзисторы, собранные в выходном каскаде.
Благодаря возможности управления параметрами выходной частоты и напряжения достигается хороший эффект энергосбережения. Энергосбережение выражается следующим образом:
При снижении частоты до 40Гц напряжение падает до 250В, а значит уменьшается количество оборотов на насосе и снижается энергопотребление в 2,56 раза.
Рис № 6. Использование преобразователя частоты Speeddrive для управления насосными агрегатами по системе CKEA MULTI 35.
Чтобы повысить энергоэффективность за счет использования преобразователя частоты для управления электродвигателем, выполните следующие действия:
Преобразователь частоты однофазный
Компактный преобразователь частоты используется для управления однофазными электродвигателями бытовой техники. Большинство преобразователей частоты имеют следующие конструктивные особенности:
Рис №7. Современный Optidrive с ключевыми функциями.
Важно: Однофазный преобразователь частоты, питающийся от однофазной сети 220В, выдает три линейных напряжения, значение каждого из которых равно 220В. То есть линейное напряжение между 2-мя фазами напрямую зависит от величины выходного напряжения самого частотника.
Преобразователь частоты не используется для двойного преобразования напряжения, из-за наличия в конструкции ШИМ-регулятора он может повышать напряжение не более чем на 10%.
Основной задачей однофазного преобразователя частоты является обеспечение питанием как однофазного, так и трехфазного электродвигателя. В этом случае ток двигателя будет соответствовать параметрам подключения от трехфазной сети, и останется постоянным
Частотное регулирование однофазных асинхронных электродвигателей
Первое, на что мы обращаем внимание при выборе преобразователя частоты для нашего оборудования, это соответствие между напряжением сети и номинальным значением тока нагрузки, на которую рассчитан двигатель. Способ подключения выбирается в зависимости от рабочего тока.
Самое главное в схеме подключения — наличие фазосдвигающего конденсатора, он служит для сдвига напряжения, подаваемого на пусковую обмотку. Служит для запуска двигателя, иногда после запуска двигателя пусковая обмотка вместе с конденсатором отключается, иногда остается включенной.
Схема подключения однофазного двигателя с помощью однофазного частотного преобразователя без использования конденсатора
Выходное напряжение блока на каждой фазе равно выходному напряжению преобразователя частоты, то есть на выходе будет три линейных напряжения, каждое по 220В. Для запуска может использоваться только пусковая обмотка.
Рис №8. Схема подключения однофазного асинхронного двигателя через конденсатор
Фазосдвигающий конденсатор не может обеспечить равномерный фазовый сдвиг в частотных пределах преобразователя. Преобразователь частоты обеспечит плавный фазовый сдвиг. Для исключения конденсатора из схемы нужно:
Рис №9. Схема подключения однофазного асинхронного двигателя без применения конденсатора.
Как подключить однофазный двигатель к преобразователю частоты?
Регулятор частоты (он же инвертор) — это устройство, подключенное к электродвигателю, выполняющее ряд функций:
Преобразователи могут выполнять и другие функции в зависимости от назначения, способа исполнения, элементов крепления и других характеристик. В любом случае (независимо от набора опций) КПД устройства не менее чем на 50 % зависит от правильности установки преобразователя частоты. Как это сделать без ошибок?
Подготовка
установка преобразователя частоты для электродвигателя – сложный и ответственный процесс. Он пройдет тем легче и быстрее, чем правильнее будет сделан выбор преобразователя частоты. Поиск оптимального варианта агрегата осуществляется исходя из условий будущей эксплуатации. Ключевые моменты заключаются в следующем.
При установке частотника в шкаф важно соблюдать отступ корпуса от стенок шкафа или других устройств, находящихся в сборке. Размеры углублений определяются индивидуально в зависимости от мощности навесных агрегатов. Для отвода тепла в замкнутом пространстве шкафа в нем устанавливаются вентиляторы достаточной мощности (в зависимости от количества преобразователей частоты и других механизмов).
Читайте также: Как определить скорость вращения?
5.2. Инициализация и создание очереди запросов
После настройки коммуникационного порта ПЛК необходимо добавить в программу инициализации два регистра и записать в них значения, как показано на рисунке 4.
Рисунок 4 – Инициализация и начальная запись в регистры D0 и D1
Регистр D0 будет содержать значение установленной частоты, регистр D1 будет содержать команды управления станцией. В этом примере после запуска контроллера на преобразователь частоты будет отправлено задание частоты 30 Гц и команда останова. Поскольку преобразователи частоты включаются медленнее, чем промышленные контроллеры, перед началом процедуры обмена по интерфейсу RS-485 необходимо немного подождать. В этом примере таймер T0 реализует эту задержку, и задержка составляет 1 секунду.
Инструкции «LD» и внутренние реле M20 и M21 потребуются для отправки запроса на запись при изменении содержимого регистров D0 и D1.
Преобразователь частоты EMD-MINI поддерживает чтение командой Modbus 03 и запись командой 06, поэтому удобно использовать MODRD для чтения и MODWR для записи инструкций по обмену данными. Так как в программе будет использоваться несколько инструкций по обмену данными, необходимо разделить их выполнение по времени, чтобы одновременно выполнялась только одна из инструкций. Пример возможной реализации очереди запросов показан на рисунке 5.
Рисунок 5 – Организация последовательного выполнения инструкций чтения/записи
По истечении времени задержки включается выход таймера Т0 и значение счетчика С0 сравнивается с константой. При совпадении включается одно из внутренних реле М1 — М5, что служит условием выполнения инструкций MODRD и MODWR. Для начала обмена данными необходимо включить специальное реле М1122, после чего будет выполнена одна из инструкций чтения или записи.
Монтаж частотника
Драйвер должен быть установлен на твердой ровной поверхности из негорючего материала, защищенной от прямых солнечных лучей. Сложность установки устройства зависит сама от себя (чем выше мощность и больше функций, тем сложнее схема подключения преобразователя частоты).
Для монтажа помимо самого преобразователя частоты потребуются соединительные кабели, крепеж, инструмент для подготовки технических отверстий, при необходимости опрессовка и автоматические выключатели. Параметры переключателей должны соответствовать характеристикам выбранного преобразователя частоты. Подход:
Важный момент: сразу после подключения нельзя запускать преобразователь частоты электродвигателя. В любой инструкции есть это указание, но многие его нарушают. По статистике, это действие является наиболее частой причиной внегарантийного ремонта нового преобразователя частоты.
Другой распространенной ошибкой является использование автоматики, не рассчитанной на уровень потребления электродвигателя, к которому подключен преобразователь частоты. Это приводит к подвижности биметаллической пластины, хаотическому разъединению цепи и повреждению механизма.
Подключение, настройка
Схема подключения преобразователя частоты предполагает установку перед ним автоматического выключателя. В идеале последний должен работать с током, равным номинальному потреблению электродвигателя. Если нужный выключатель преобразователя частоты не нашелся в каталоге, необходимо взять аналог, близкий по номинальному току электродвигателя.
Количество фаз, на которое рассчитана автоматика, выбирается в зависимости от преобразователя частоты:
При настройке нужно соединить обмотки электродвигателя (схема «звезда» или «треугольник» в зависимости от характера напряжения). Затем подключите фазные провода преобразователя частоты к контактам электродвигателя согласно схеме подключения преобразователя частоты.
Способы подключения мотора
Теперь рассмотрим несколько способов подключения:
- конденсаторный метод;
- частотный метод;
- управление фазой симистором;
Какой способ лучше? Знаете, все зависит от поставленной задачи… Но вкус и цвет, знаете ли…
Если вы не знакомы с преобразователем частоты, вы можете прочитать статью «Чего вы не знаете о преобразователе частоты?»
Конденсаторный способ подключений
Бюджетное подключение трехфазных двигателей к однофазной сети. Просто подключаем конденсатор последовательно в цепь обмотки и превращаем прибор из трехфазного в однофазный. Вот схема:
Cn — пусковой конденсатор, Cp — рабочий конденсатор. В данном случае я не буду описывать, как выбрать контейнер. В интернете есть масса информации по этому поводу.
Фазовое управление с помощью симистора
Это один из древнейших методов контроля. Две обмотки двигателя соединены параллельно, одна из них с конденсатором. К точкам обмотки подключаем симисторный регулятор. Актуальность их, на мой взгляд, еще не исчезла. Лучше всего использовать для легких нагрузок (вентиляторы, насосы).
Важно! Обратите внимание, что симблоки в основном рассчитаны на активную нагрузку. Поскольку двигатель является индуктивной нагрузкой, мы делим активный ток прибл. 10. Если ток активной нагрузки равен 50, индуктивный будет равен 5.
На выходе устройства формируется напряжение сетевой частоты 50 Гц и регулируется среднеквадратичное число. Таким образом мы меняем время открытого состояния симистора на период повторения напряжения. Единственный недостаток: момент на валу падает пропорционально уменьшению напряжения. Вот пример Autonics SPK1:
Входы для регулирования скорости универсальны. Сюда можно подключить и потенциометр на 1 кОм, и датчик с токовым сигналом 4-20 мА, и напряжением 0-5 В.
Частотный способ
Говорить о популярности преобразователя частоты нет смысла. Так как это устройство давно всем известно. Частотный метод является наиболее важным в нашем 21 веке. Скорость регулируется ШИМ-модуляцией. Довольно сложное устройство, требующее отдельной статьи. По входному напряжению оно и 380 В и 220 В. А что на выходе?
На рынке есть готовые альтернативы как однофазным, так и трехфазным электродвигателям. Вам просто нужно выбрать схемное решение.
Но бывают случаи, когда однофазный выходной инвертор не по карману. Или у вас на полке стоит трехфазный преобразователь. Рассмотрим возможность подключения двигателя к преобразователю частоты.
Аварийный останов ПЧ
В дополнение к обычному останову, останов с заданной функцией замедления использует два метода аварийного останова двигателя и отключения преобразователя частоты.
Другие полезные ресурсы:
Тонкости настройки преобразователя частоты FAQ по электродвигателям Настройка преобразователя частоты для работы на нескольких двигателях Назначение и виды кодов
Переделка однофазного двигателя в трехфазный
Часто однофазный асинхронный двигатель на самом деле оказывается трехфазным. Переход на однофазный обычно связан с ограничениями по току, который в некоторых местах может быть только однофазным.
Перед подключением однофазного двигателя к инвертору можно проверить возможность работы на три фазы. Для этого нужно вскрыть дрель, определить тип двигателя и его оригинальную схему. Чаще всего получается, что станция имеет трехфазное питание линейным напряжением 220 В и собрана по схеме «Треугольник», при этом для обеспечения работы от одной фазы используется фазосдвигающий конденсатор. Поэтому достаточно исключить из схемы конденсатор и запустить двигатель по обычной трехфазной схеме.
Другие полезные ресурсы:
5 шагов для подключения неизвестного мотора
Пульт управления
Регулятор частоты управляется с пульта дистанционного управления (ПУ), который идет в комплекте с агрегатом. Для подключения ПУ частотник необходимо смонтировать в удобном месте согласно схеме в руководстве пользователя. После установки ручка ПУ сбрасывается и подается команда RUN. Следующий шаг – плавно повернуть ручку на минимальный градус:
Настройка частотного преобразователя.
Произведены настройки в преобразователе частоты XSY-AT1 T1-2200S
Показаны только настройки, которые необходимо выполнить перед включением двигателя на 400 Гц. Но для других двигателей настройки будут другими. В таблицах ниже вы можете увидеть, какие параметры могут быть установлены.
Рабочая частота R 26, не рекомендуется ставить меньше 100Гц. Потому что шпиндель нагревается. Но у меня 400 и разницы в работе я не увидел. Р 05 это минимальная частота, если поставить к примеру 100, то на 6000 шпиндель вообще не будет вращаться. Поэтому ставлю ноль (0) Р 21 — в таблице написано «коэффициент понижения» и не понятно понижение. Но я пробовал этот параметр и он влияет на мощность шпинделя на малых оборотах. Я установил этот параметр от 11 до 20.
Возможно, не лишним будет произвести настройку входного напряжения. P 68 и P 69 — нижний и верхний предел входного напряжения
Однофазный частотный преобразователь на EG8010 с PFC и чистым синусом.
Я познакомлю вас со следующим этапом разработки преобразователя частоты.
Краткая предыстория: мне нужно было как-то регулировать скорость вращения однофазного асинхронного двигателя (канального (вытяжного) вентилятора), для которого единственным подходящим решением является преобразователь частоты, и не найдя подходящих альтернатив, я начал разрабатывать его на платформу Arduino, которая оказалась чрезвычайно увлекательной, полезной и не такой простой, как казалось сначала.
Но через некоторое время результат все же был достигнут, пусть и не совсем то, что хотелось, но все же работало и выполняло поставленные задачи. Об этом подробно написано в моей предыдущей статье. Основным недостатком моего частотника была форма выходного напряжения (далекая от синуса, больше похожая на параболу). И как раз в это время мне попалась информация о китайской микросхеме EG8010 (и плате собранной на базе EGS002) на основе которой было принято решение собрать следующую версию преобразователя частоты.
Так что основная задача остается прежней: получить на выходе синусоидальное переменное напряжение с возможностью управления его частотой и амплитудой. Модуль EGS002 представляет собой мостовой контроллер для однофазного преобразователя частоты со всеми необходимыми защитами и обратной связью. На выходе такого преобразователя, в зависимости от конфигурации, он может выдавать синусоиду от 0 до 400 Гц, с постоянной или частотно-изменяющейся амплитудой. Несущая частота синусоиды составляет 23 кГц.
Также умеет работать в униполярном и биполярном режимах (другим не пользуемся, так что о нем не будем). Кроме того, можно подключить дисплей, вентилятор, внешний датчик температуры (для управления вентилятором) и даже подключить через порт RS2323. Для питания модуля требуется +5В для логики процессора и драйвера ключей (IR2113) и +12В (+15В) для управления портами этих же ключей. Ну и конечно напряжение от которого формируется синусоида (от 12в до 400в), в моем случае +340в.
В документации к плате есть ошибки в самой первой схеме, как на английском, так и на русском, будьте внимательны:
Не правильно:
Правильный:
Изначально я пытался поставить выпрямленную сеть как высоковольтную. А первый тестовый вариант платы был просто прост с входным фильтром и диодным выпрямителем. Но как выяснилось в ходе экспериментов, этого напряжения недостаточно (в зависимости от напряжения сети +300В, максимум +310В), на выходе инвертора можно было получить максимум 180-190 вольт, что не позволяло запуск вентилятора на максимальных оборотах, и к тому же при низком напряжении не работает снижение напряжения при падении частоты, что недопустимо для асинхронного двигателя.
Возникла необходимость увеличить входное напряжение. Как оказалось, чтобы получить на выходе 220в, с запасом на стабилизацию, надо подать не менее +340в. Самый очевидный способ решить эту проблему — использовать корректор коэффициента мощности или схему коррекции коэффициента мощности. Изучив микросхемы, которые были в местных магазинах, было принято решение собрать PFC на микросхеме ICE2PCS01G.
Этот контроллер работает в режиме непрерывной проводимости (ППН), если не ошибаюсь, по-русски это будет режим «непрерывный ток», что дает такие преимущества, как низкий уровень помех в питающей сети и малые потери в дросселе. Эта микросхема также позволяет регулировать основную частоту ШИМ и имеет минимальное количество элементов в обвязке. Общие моменты по работе с микросхемой описаны в техпаспорте, а расчет значений элементов планки по конкретным параметрам осуществляется в онлайн-калькуляторе на сайте производителя https://www.infineon .com/ (калькулятор становится доступен после регистрации).
Номиналы элементов соответствуют схеме, за исключением дросселя PFC, наилучшие результаты показал дроссель от компьютерного БП с индуктивностью 0,6-0,7 мГн, что несколько меньше расчетного значения (1,5 мГн). Питание контроллера осуществляется от внешнего блока питания напряжением +15В. После сборки остается только установить выходное напряжение +340В подстроечным резистором R15. Снабберная цепь (R29, C20) желательна, но не обязательна, при такой небольшой нагрузке и без нее все работает нормально. Входной диодный мост выпрямителя рекомендуется выбирать с обратным напряжением не менее 1000В с учетом перенапряжений на дросселе.
Схема модуля PFC:
Далее по текущей части, сам преобразователь. Схема тоже взята из даташита EG8010, тут особо рассказывать нечего, разница только в диодах (D1, D6, D7, D8), они шунтируют внутренний медленный диод на транзисторы, защищая последние от скачков высокого напряжения подключенных обмоток двигателя, для этого подходят диоды SF38, HER38 и им подобные.
Силовые транзисторы в даташите стоят IRF840, но я использовал 9N90 в изолированном корпусе, думаю меньше 900в брать нежелательно. Выходной дроссель, как рекомендуют многие, кто пользовался этой платой, лучше всего мотать на кольцах марки МР-140, я использовал пару полукруглых колец размером 24х13х7мм, получив таким образом сердечник размерами 24х13х14мм соответственно. По техпаспорту индуктивность этого дросселя 3,3 мГн, но в моем случае при такой индуктивности дроссель сильно грелся, и наилучшие результаты были получены при индуктивности порядка 6 — 7 мГн, намотав с проводом 0,4 мм * 2 жилы, расчетная длина кабеля ок. 6,5 м
Диаграмма текущего раздела:
Еда. Я не стал изобретать велосипед, а просто оставил место на плате для отдельного AC-DC преобразователя размером до 60 мм*28 мм, так как у тех же китайцев их на Али навалом, на любой вкус (по моему случае на преобразователе удален диодный мост и высоковольтный электролит, т.к на него поступает уже выровненное сетевое напряжение). Лучше всего использовать источник с выходным напряжением 15В (для безопасного отключения автоматических выключателей), это напряжение подается на драйверы IR2113 (находятся на модуле EGS002), от него также питается контроллер PFC (ICE2PCS01G) , то напряжение снижается сначала преобразователем LM7812 до 12В для управления вентилятором, а после LM7805 до 5 вольт соответственно, которое уже используется для питания самого EG8010 и для управления логикой драйвера.
Немного о доработке платы EGS002. Как я уже писал имеет несколько возможностей работы, по умолчанию плата настроена для использования в инверторе и перемычки припаяны таким образом, что на выходе должно быть ровно 50Гц, но нас это не устраивает.
В этом случае вам понадобится VVVF (Variable Voltage and Variable Frequency Mode), режим с переменной частотой и переменным напряжением в диапазоне частот от 0 до 100 Гц.
Для этого вам нужно иметь высокий уровень на контакте 18, низкий уровень на контакте 19 и высокий уровень на контакте 32, чтобы позволить напряжению изменяться при изменении частоты. С 19 ногой ничего делать не надо, она уже на земле, а вот 18 и 32 нужно аккуратно отсоединить от платы, приподнять так, чтобы они не касались колодок и подтянуть их до +5в, это мне кажется проще всего это сделать подключить их к пину питания VCC (26 пин), должно получиться примерно так:
Кроме того, необходимо также ослабить 16 ногу, приподнять ее от платы и сделать с нее прижим, туда же будет подключен потенциометр для регулировки частоты. Остальные перемычки можно не трогать и оставить по умолчанию, они отвечают за настройки как плавного пуска, так и мертвого времени. Джампер JP9 включает подсветку экрана, припаял по желанию, я туда кнопку подключил без фиксации.
Регулировка частоты производится изменением напряжения на выводе 16 (FRQADJ) с помощью потенциометра на 10 кОм, крайние контакты которого подключены к +5В и земле, а 16 вывод и конденсатор подключены к бегунку к земле для компенсации помех . Однако у такой схемы подключения есть нюансы, частота регулируется в диапазоне от 0 до 100 Гц, что избыточно для целевого назначения.
Напомню, что вместе с частотой меняется и амплитуда (действующее значение напряжения), изначально при первом запуске значение частоты устанавливается 50 герц и с помощью потенциометра ПР1 устанавливается выходное напряжение 220-230 В вольт. Время от времени, когда вы регулируете частоту, соотношение напряжение/частота будет оставаться постоянным, поэтому напряжение будет увеличиваться по мере увеличения частоты, но при подаче +340 В максимальное значение, которое может быть достигнуто, составляет около 230 В переменного тока выходного напряжения, т.е частота увеличится, но напряжение останется прежним.
На практике это выглядит так: двигатель набирает обороты до 50 герц, а при дальнейшем увеличении частоты скорость вращения начинает снижаться, двигателю не хватает напряжения, ротор начинает отставать от магнитного потока скорость вращения, в таких случаях говорят: увеличивается пробуксовка двигателя, падает крутящий момент, увеличиваются тепловые потери, в общем для двигателя это нехорошо. Аналогичная ситуация наблюдается и при чрезмерном снижении частоты. Чтобы избежать этих проблем, необходимо ограничить диапазон регулировки напряжения на выводе 16 и, следовательно, частоту. Это можно сделать, добавив резистор последовательно с потенциометром с обеих сторон:
При испытаниях оптимальным оказался такой вариант: на стороне +5В резистор 10кОм, на стороне земли 4кОм. В итоге эта манипуляция ограничивает регулировку частоты с 17 Гц до 58 Гц, и, как бонус, более плавная регулировка. Элементы припаяны методом поверхностного монтажа непосредственно на выводы потенциометра. Многооборотный потенциометр 10 кОм.
Дополнительные технические моменты и тесты. При первых тестах нагрева почти не было, ни на силовых ключах, ни на ключе, ни на диоде PFC. Поэтому на радиатор я не заморачивался, взял алюминиевый уголок 20мм*10мм*2мм и сделал из него обычный радиатор. От него ничего не пришлось изолировать, т.к все транзисторы и диоды в изолированных корпусах. Единственное, что греется в этой схеме, так это выходной дроссель, и то максимум 48 градусов после часа работы при температуре окружающего воздуха +26. Поэтому в корпусе достаточно отверстий для охлаждения. Зато есть разъем для подключения вентилятора, а также место в корпусе вверху (маленький вентилятор толщиной 10 мм точно поместится). Вентилятор включается прибл. 40 градусов (датчик температуры — терморезистор NTC 10 кОм R17).
Немного о сборке и включении, если кто вдруг захочет повторить. Рекомендую сначала выпаять модуль ЭГС002, подключить его к сети и выставить напряжение на выходе ККМ 340 вольт подстроечным резистором R15, а затем, выпаяв модуль и выставив на нем частоту 50Гц, выставить выходное напряжение до 220 -230 вольт с помощью подстроечного резистора ПР1.
Вся конструкция изначально рассчитана на корпус Gainta G1037B размерами 189мм*113мм*66.6мм, плата размерами 168мм*103мм, двухслойная, заказана в Китае (с фоторезистом был сделан только тестовый вариант) все компоненты размещены с одной стороны, за исключением контроллера PFC, он был только в корпусе SOIC-8 поэтому остался с противоположной стороны. Плата на картинках немного отличается от готовой, потому что после были исправлены некоторые моменты.
И небольшой процесс отладки и первые тесты)
Проект открытый, создан на платформе EasyEDA, находится здесь: https://easyeda.com/Amatroskin/pfc-inv
На этом все, спасибо за внимание. Жду вопросов, комментариев, конструктивной критики.
Первый запуск
Пуско-наладочные работы и дополнительные настройки осуществляются после проверки правильности установки и подключения (крепления) преобразователя частоты, контактов, изоляции проводов и т д. Перед пробным пуском проводятся следующие манипуляции:
Пробный запуск станции осуществляется вручную. После настройки и подключения проверяют направление движения вала двигателя, работу в диапазоне заданных скоростей. Если какие-то настройки установлены неправильно, они будут исправлены.
Окончательная настройка производится специалистом отдела автоматики с пульта управления или на самом преобразователе частоты. После этого можно приступать к тестированию и вносить окончательные корректировки (собирать данные о работе).
На каждом этапе подключения преобразователя частоты важно строго следовать инструкции к нему. Все работы по установке привода выполняет квалифицированный сотрудник, который знает, насколько опасно и вредно для бюджета компании, покупающей устройство (читай: совершенно невозможно) вносить изменения в схему или электрическое программное обеспечение.