Перетворювач частоти для асинхронного двигуна: структурна схема і основні вузли

Застосовується перетворювач частоти для асинхронного двигуна в декількох випадках. По-перше, для зміни швидкості обертання ротора. По-друге, для здійснення налаштувань, наприклад часу гальмування і розгону, зміни ступеня захисту. По-третє, для перетворення однофазного напруги в трифазне. Не завжди є можливість реалізувати харчування асинхронного двигуна від трифазної мережі. А для його нормальної роботи і досягнення максимальної потужності потрібно саме така мережа. На жаль, в приватних будинках зробити трифазну напругу досить складно. А перетворювач частоти дозволяє здійснити правильне харчування двигуна.

Випрямний каскад

Будь перетворювач, навіть найскладніший по конструкції, має у своєму складі кілька блоків. Перший - це випрямний каскад, який служить для перетворення змінного струму в постійний. Залежно від того, від якої мережі проводиться харчування, необхідно використовувати різні схеми випрямлячів. Так, при включенні в мережу змінного однофазного струму досить використовувати однополуперіодний випрямляч. Варто зауважити, що ротор асинхронного двигуна має короткозамкнені витки, тому в харчуванні не потребує.

Реалізувати його можна за допомогою одного напівпровідникового діода. Але кращими характеристиками володіє мостовий випрямляч: втрат напруги менше. В якості напівпровідника використовується кремній. Якщо вирішите самостійно виготовити перетворювач частоти для асинхронного двигуна, то для випрямляча необхідно здійснювати підбір елементів за величиною зворотного струму, провідності. Це дозволить поліпшити характеристики пристрою.

Блок фільтрації напруги

Після випрямного каскаду слід блок фільтрів. У найпростішому варіанті це індуктивність (дросель), включена в розрив плюса. Між плюсом і мінусом включається електролітичний конденсатор. З його допомогою проводиться позбавлення від всіх змінних складових, які залишаються в випрямленій напрузі. У результаті забираються всі пульсації. Якщо підключити вихід фільтра до осцилографа і поглянути на монітор, то можна побачити, що лінії прямі, без зайвих пульсацій.

Але схема асинхронного двигуна така, що живити його можна тільки змінним струмом. А на виході фільтра виникає постійний. Отже, потрібно повернути все на круги своя, зробити з постійної напруги змінне. Причому його значення має бути 220 вольт (при вимірі між фазою і нулем). А кількість фаз - три. Тільки за цієї умови вийде забезпечити роботу асинхронного двигуна в нормальному режимі.

Блок інвертора

Даний каскад служить для перетворення постійного струму в змінний. Саме в цьому блоці можна проводити регулювання і зміна параметрів струму на виході. Основа інвертора - це потужні транзистори. Будь-який сучасний перетворювач частоти для асинхронного двигуна в цьому каскаді містить збірку з шести IGBT-транзисторів. Всього використовується по два напівпровідника на кожну фазу. Управління ними виробляється по базі, включення pn-переходів вироблено послідовно. У точці їх з`єднання знімаються три фази. Це видно з структурної схеми, наведеної вище.

При виготовленні перетворювача частоти або проведенні ремонту потрібно здійснювати підбір силових зборок по вихідному струму. Мабуть, це єдиний параметр, якого потрібно дотримуватися. Також слід враховувати можливості мікропроцесорної системи управління. Не всі збірки транзисторів дозволяють змінювати ті чи інші характеристики інверторного каскаду. Тому при виборі силових транзисторів зверніть увагу на можливість керування.

Мікропроцесорна система управління

В основі лежить нескладний мікроконтролер, який і забезпечує роботу всієї системи. Це невелика мікросхема, яка може мати як 16 висновків, так і 32, і 64, і 128. Все залежить від того, скільки портів вводу-виводу є. Для управління перетворювачем частоти необхідно контролювати декілька параметрів. По-перше, проводити відключення при перевищенні температури корпусу ПЧ. По-друге, включати вентилятори при досягненні деякого значення температури. По-третє, проводити вимір струму на кожній фазі вихідного каскаду. Частота асинхронного двигуна повинна змінюватися, робиться це за допомогою встановленого змінного резистора.

Захист перетворювача частоти

Якщо контроль температури проводиться за допомогою найпростіших датчиків, то для захисту по струму необхідно використовувати спеціальні трансформатори. Вони так і називаються - трансформатори струму. Це невеликі котушки на магнітопроводі, крізь який проходить вивід фази. Отже, залишається тільки скласти нескладні алгоритми, про які буде розказано нижче. Що стосується програмування функцій, то для цієї мети необхідно передбачити підключення до мікроконтролеру декількох кнопок з нормально роз`єднаними контактами.

Алгоритм роботи мікроконтролера

При самостійному виготовленні ПЧ буде потрібно використовувати безліч знань, включаючи і програмування. Так, перетворювачі частоти для двигунів повинні мати захист. Отже, при складанні алгоритму роботи микроконтроллерной системи управління необхідно прописати певні параметри, при яких відбувається аварійне відключення пристрою. Наприклад, вказується гранично допустиме значення температури корпусу пристрою, а також струму, що протікає в кожній фазі на виході.

Крім того, необхідно врахувати, що при нульовому значенні споживаного струму в одній фазі (за умови, що в інших більше) повинно проводитися аварійне відключення. Виходячи з усього цього, потрібно скласти алгоритм роботи, який записується в мікроконтролер. Саме за цією схемою пристрій і буде працювати.

Перетворювач частоти для асинхронного двигуна повинен також змінювати швидкість обертання ротора. Змінний резистор підключаєте через дільник напруги до порту вводу-виводу. В алгоритмі слід врахувати, що при зміні опору на даному вході контролера потрібно збільшувати або зменшувати частоту обертання ротора.