Чем заменить частотный преобразователь
Частотник своими руками — любительская схема преобразователя
Зачем нужно делать самому преобразователь для 3-фазного электромотора, и как смастерить его своими руками? Чтобы защитить окружающую природу повсюду создаются правила, которые рекомендуют изготовителям электрических устройств делать продукцию, которая будет экономить электрическую энергию. Часто это бывает достигнуто правильным управлением частотой вращения электромотора. Преобразователь частоты легко решает эту задачу.
Частотник электромотора с тремя фазами по-разному называют: инвертор, частотный изменитель тока, приводной механизм, регулируемый частотой. Сегодня такие устройства делают разные заводы, но многие умельцы своими руками изготавливают не хуже.
Как я сам изготовил частотный преобразователь
Я изготовил преобразователь частоты и асинхронный привод для моего товарища. Ему нужен был привод для пилорамы, мощный и хороший. Так как я любил заниматься электроникой, то сразу предложил ему такую схему:
Трехфазный мост на транзисторах с диодами обратной связи я использовал, которые имелись. Управление осуществил через оптодрайвер HCPL 3120 микроконтроллером PIC16F628A. У входа припаял гасящую емкость, чтобы электролиты заряжались плавно. Затем припаял шунтовое реле. Еще установил триггер защиты тока от замыкания и перегрузки. Для управления установил две кнопки и выключатель для обратного вращения.
Силовую часть я собрал на навесном монтаже.
Резисторы, соединил параллельно по 270 кОм с помощью затворных проходных конденсаторов, позади платы их напаял. Моя плата показана на внешнем виде:
Вид этой моей платы с другой стороны:
Для подключения питающего напряжения я собрал блок питания, работающий на импульсах, обратноходовой. Вот привожу схему этого блока питания:
Как я запрограммировал микроконтроллер? Простые моргалки для меня не представляли какой-то проблемы. Получились константы в виде матрицы, над которой работал мой контроллер. Частота и напряжение были заданы этими величинами. Всю схему работы проверил на моторчике вентилятора небольшой мощности, 200 Вт. Эта моя конструкция выглядела так:
Начальные эксперименты дали хороший результат. Затем доработал программу. Раскрутил двигатель на 4 кВт, и пошел собирать управление пилорамой.
При монтаже у нас с товарищем случайно произошло замыкание и сработала защита, проверили ее работу. Мотор на 2 кВт 1500 оборотов с легкостью пилил доски. Сейчас программа еще дорабатывается для раскрутки двигателя выше номинала. Характеристики: частота от 2 до 50 герц с шагом 1,5 герц, синхронная частота, постоянно меняется, разбег от 1500 до 3500 герц, управление скалярного типа U/F, мощность мотора до 5 кВт.
Удерживаем кнопку RUN и разгоняем двигатель. Отпускаем, частота держится на уровне. Когда загорается светодиод, то привод готов к запуску.
Как сделать инвертор самому своими руками?
Вместе с производством заводских инверторов любители делают их сами, своими руками. Здесь нет ничего сложного. Такой преобразователь частоты преобразовывает одну фазу, делает из нее три фазы. Электродвигатель с похожим частотником используют в домашних условиях, мощность его не будет теряться.
Блок выпрямления в схеме расположен в начале. Далее идут фильтры, которые отсекают токовые переменные. Чтобы изготовить данные инверторы применяют транзисторы IGBT.
За тиристорами стоит будущее, хотя и в настоящем они уже применяются давно. Купленный частотник на биполярных транзисторах стоит дорого и мало где применяется (сервоприводы, металлорежущие станки с векторным управлением). Эти приводы как транспортеры и конвейеры, карусельные станки, станции подкачки воды, климатические системы управления — это большая часть от всего применения устройств заводов, где лучше использовать частотники для управления электромоторами с короткозамкнутыми якорями и можно делать управление оборотами двигателя, если подать потенциал, изменяя частоту до 50 герц.
Приведем простые примеры частотных преобразователей, которые тянули мощные электродвигатели тепловозов и электричек, имеющих в своем составе много вагонов товарных платформ, большие станции с насосами напряжением 600 вольт, обеспечивающие городские районы питьевой водой. Очевидно, что данные сильные электродвигатели не подойдут на биполярных транзисторах. Поэтому применяют активные тиристоры типа GTO, GCT, IGCT и SGCT. Они преобразуют из постоянного тока токовую сеть с тремя фазами с хорошей мощностью. Однако, имеются простые схемы на тиристорах простого типа, закрывающиеся током катода обратного. Такие тиристоры не будут действовать в режиме ШИМ, их хорошо применяют в прямой регулировке электромоторов, без тока постоянного размера. Преобразователи частоты на тиристорах в застойные времена были задействованы для моторов на постоянном токе. Фирма Сименс изобрела векторные частотники, преобразившие промышленность до неузнаваемости.
Стоимость всех деталей самодельного инвертора существенно ниже цены заводского устройства.
Такие самодельные устройства хорошо подходят для электромоторов мощностью до 0,75 кВт.
Для чего предназначен инвертор — его принцип действия
Инвертор действует на частоту вращения асинхронных моторов. Моторы переделывают электроэнергию в механическое движение. Вращательное движение преобразуется в движения механические. Это создает большое удобство. Асинхронные моторы очень популярны во многих сторонах жизни людей.
Обороты электродвигателя можно изменять и другими устройствами. Но, у них много недостатков. Они сложны в пользовании, дорого стоят, работают с плохим качеством, разбег регулировки маленький.
Частотный преобразователь для мотора с тремя фазами легко решает эту проблему. Все знают, что пользование частотниками для изменения частоты вращения есть самый хороший и правильный метод. Такой аппарат дает мягкий пуск и торможение, а также контролирует многие процессы, происходящие в моторе. Аварийные ситуации при этом сводятся на нет.
Чтобы плавно и быстро регулировать работу двигателя, специалисты разработали специальную электрическую схему. Использование в работе частотника дает возможность работать двигателю без перерыва, экономично. Коэффициент полезного действия его достигает 98%. Это происходит за счет повышения частоты коммутации. Механические устройства не могут выполнить такие функции.
Как регулировать скорость инвертором?
Как частотник может изменять частоту вращения трехфазного электромотора? Сначала он меняет напряжение сетевое. Далее, из него получается нужная амплитуда и частота напряжения, поступает на электромотор.
Разбег интервала регулирования скорости преобразователем большой. Можно изменять вращение мотора в другую сторону. Чтобы двигатель не вышел из строя, нужно брать во внимание данные из его характеристики, допускаемые обороты, мощность.
Из чего состоит привод регулирования?
Он имеет в составе три звена:
Режим управления частотников
Их делят на виды управления оборотами двигателя:
В первом случае управляется статор с его магнитным полем. Управление вектором учитывает действие полей магнита ротора и статора, улучшается крутящий момент при разных скоростях вращения. Это и есть основное различие их режимов управления.
Способ векторов точнее и эффективнее. Обслуживать его дороже. Он больше подходит для специалистов с хорошими профессиональными умениями и знаниями. Метод управления скалярного типа наиболее прост в работе. Применяется он с выходными параметрами, не требующими регулировки особой точности.
Как подключить инвертор треугольником и звездой?
Когда мы купили инвертор по недорогой цене, то возникает необходимость: подключение его к электромотору самому без специалистов. Сначала надо установить для безопасности автоматический выключатель для обесточивания. Если возникнет короткое замыкание на фазах, то отключится вся система.
Подключить частотник к мотору можно звездой или треугольником.
Когда привод регулирования с одной фазой, то контакты электромотора присоединяют треугольником. Тогда мощность не потеряется. Мощность этого преобразователя частоты будет не более 3 кВт.
Инверторы с тремя фазами технически наиболее современны. Они питаются от заводских трехфазных сетей, подключаются звездой.
Для ограничения тока пуска и уменьшения момента пуска при пуске электромотора свыше 5 кВт можно использовать способ включения треугольник и звезда.
При включении статора применяется схема звезды, а если обороты двигателя нормальные, то переходят на вариант треугольника. Но это используется при существовании возможности соединения по двум схемам.
Отмечаем, что в варианте звезда-треугольник большие перепады тока будут всегда. При переключении на вторую схему обороты двигателя сильно снизятся. Для восстановления скорости вращения надо повысить силу тока.
Большой применяемостью оказывают пользу частотники для моторов мощностью до 8 кВт.
Применение инверторов нового поколения
Современные частотные преобразователи делаются с применением таких устройств как микроконтроллеры. Это значительно повышает функции инверторов в алгоритмах управления и контролирования с точки зрения безопасности работ.
Частотники имеют успешное применение в областях производства:
Чтобы управлять и контролировать частотники изготовитель прибора предлагает созданную программу, которая будет всегда иметь связь с контроллером посредством порта, будет показывать на мониторе состояние и позволит производить управление. Данные документируются протоколом обмена и используются пользователями, создающими программы управления для электронной техники и контроллеров.
Данные обмениваются в три этапа:
Стоимость блоков питания бесперебойного напряжения имеет зависимость от того, есть ли в нем частотный преобразователь. За такими устройствами будущее. Отрасли экономики и энергетики будут быстрее развиваться благодаря новым современным устройствам.
Замена частотного преобразователя
Замена частотного преобразователя
Частотный преобразователь замена или ремонт. Чем заменить. На что обратить внимание
Мы живем во времена, когда преобразователи частоты (ЧРП) для управления двигателем прочно вошли в наш быт. Поскольку они устанавливаются в основном в коммерческих и промышленных зданиях, как новые, так и старые механизмы получают преимущества, которые дают эти интеллектуальные устройства. Но, как и вся электроника, ЧРП не вечны.
Например, замена может потребоваться из-за сбоя в результате скачка напряжения, отсутствия обслуживания или из-за того, что 20-летний частотный преобразователь морально устарел и стал несовместим с современной системой управления зданием. В любом из этих двух сценариев замена преобразователя может быть не такой простой, как просто поменять местами два ЧРП, включить новый и уйти.
С другой стороны, задача на самом деле может быть довольно простой, если вы знаете, что искать и как правильно это делать. Есть два основных варианта, с которыми сталкивается большинство людей при замене ЧРП.
Вариант 1: Заменить частотный преобразователь той же моделью
Есть несколько вещей, на которые стоит обратить внимание при замене ЧРП на одну и ту же модель, как бы просто это не звучало. Важным является проверить соответствие артикула модели, номинальных значений класса напряжения, мощности и тока на обоих устройствах. Это также даст гарантии что габаритные размеры обоих устройств совпадут. Так же вся проводка должна быть заземлена на одно и то же обозначение клеммы. Это гарантирует, что функциональность ввода/вывода нового ЧРП приравнивается к функциональности старого. Наконец, настройки параметров должны соответствовать тем, которые являются ключевыми для механизма.
Существует много вариантов резервного копирования настроек, особенно если старый частотник еще можно включить. Настройки параметров могут быть скачаны на карту памяти, сохранены в программном обеспечении или даже сохранены в памяти панели управления и перезаписаны в новый ЧРП. В идеале это должно быть сделано до начала процесса замены. В тех случаях, когда ЧРП встроен в более крупную часть оборудования, OEM-производитель всего комплекса может иметь свой собственный список параметров. В худшем случае привод может быть настроен вручную и оптимизирован для применения в данной задаче.
Может оказаться полезным сохранить несколько частей от старого ЧРП. В зависимости от характера сбоя некоторые компоненты, такие как клавиатура, охлаждающие вентиляторы и панель управления или клеммная колодка, могут остаться невредимыми и могут быть использованы повторно. Части главных цепей ЧРП, включая конденсаторы, не следует хранить, так как их повторное использование может привести к внутреннему повреждению или значительному износу.
Вариант 2. Замена преобразователя на другой бренд или более новую модель
Немного сложнее обновить или заменить преобразователь частоты на другую модель. Для начала, следует подходить к процессу так, как будто выбор частотного преобразователя делается для нового механизма. Необходимо принимать во внимание такие параметры, как сила тока, напряжение, степень защиты корпуса, и т.д. Также стоит подумать, правильно ли изначально был выбран и настроен существующий ЧРП.
Еще до покупки и установки необходимо проверить физические габариты преобразователя частоты по очевидным причинам. Как правило, новые частотники меньше и компактнее, чем у предыдущего поколения, но это не всегда так. Это также верно при замене на другого производителя. Всегда рекомендуется проверять размерный чертеж для проверки требований к пространству.
Существующее место установки так же должно быть хорошо проанализировано. Большинство частотно-регулируемых приводов рассчитаны на эксплуатацию просто внутри помещения и практически не защищают от находящегося в воздухе мусора. Их часто помещают внутрь электротехнического щита, что обеспечивает большую устойчивость к плохим условиям, таким как пыль и вода. Замена щита (шкафа) в целом может стать дорогостоящей, и, возможно, вышел из строя только сам частотный преобразователь. Замена ЧРП может быть логичной, но такие компоненты, как автоматические выключатели, фильтры, байпасные линии и другое электрооборудование, должны быть проверены на совместимость с новым ЧРП.
Фирменная табличка (шильд) ЧРП содержит полезную информацию при проверке совместимости с двигателем.
После завершения вышеуказанных проверок можно выполнить подключение. Если предположить, что обозначения клемм не совпадают у нового и строго ПЧ, то простая разбивка типа входов/выходов (I/O) может помочь выяснить, где провода должны быть заземлены. После подключения силовой части, переходят к цепям управления. Их на новом ЧРП можно разделить на пять типов. Это цифровые входы, цифровые выходы, аналоговые входы, аналоговые выходы и другие входы/выходы. Лучше всего обратиться к схеме подключения, чтобы получить точную функцию клемм.
В качестве одного из последних шагов, программирование частотного преобразователя. Если список параметров со значениями, отличными от значений по умолчанию, может быть скопирован из старого ЧРП, то настройка новой модели будет менее хлопотной. С другой стороны, частотник возможно потребуется настроить с нуля. В этом случае знание основных требований, которые нужны приводу, таких как частота, значение уставки ПИД и команда запуска, значительно упростит настройку. Расширенные функции могут быть запрограммированы последними. Как правило, руководство пользователя преобразователя содержит подробную информацию о конкретных функциях и полный список параметров. Панель управления так же может иметь мастер настройки с пошаговой процедурой ввода параметров.
Другие варианты
Ремонт частотного преобразователя является еще одним вариантом выхода из ситуации. Обслуженный, продиагностированный, отремонтированный инвертор может прослужить еще десятилетие. Возможность выполнить ремонт зависит от таких факторов, как наличие запчастей, модель или размер привода и степень повреждения. Запасные части обычно доступны даже для старых моделей и, следовательно, могут быть недорогим вариантом.
Определение основной причины сбоя ЧРП часто упускается из виду. Большинство преобразователей заменяются без каких-либо сомнений, как устаревшие, и редко являются просто неисправными. Вопросы окружающей среды в месте эксплуатации, такие как влажность, пыль, температура и подверженность коррозии, должны быть рассмотрены в первую очередь. Другие причины отказа обычно являются внешними по отношению к самому ЧРП. К ним относятся, помимо прочего, проблемы с двигателем и колебания входного напряжения, которые создают нагрузку на внутренние компоненты частотника, такие как конденсаторы.
Защита ЧРП и профилактическое обслуживание имеют решающее значение и никогда не должны быть недооценены.
Частотный привод 5-200 Гц (10-400 Гц)
В данной статье речь пойдет о частотном преобразователе, в простонародье, частотнике. Данный частотник, а в дальнейшем частотный привод, способен управлять 3-х фазным асинхронным двигателем. В данном частотном приводе (ЧП) я использую интеллектуальный силовой модуль компании International Rectifier, а конкретно IRAMS10UP60B (на AliExpress), единственное, что с ним сделал, это перегнул ножки, так что, по сути, модуль получился IRAMS10UP60B-2. Выбор на данный модуль пал преимущественно из-за встроенного драйвера. Главной особенностью встроенного драйвера является возможность использования 3 ШИМ вместо 6 ШИМ каналов. Кроме того цена на данный модуль на eBay около 270 рублей. В качестве управляющего контроллера использую ATmega48.
Разрабатывая данный привод я делал упор на эффективность конструкции, минимальную себестоимость, наличие необходимых защит, гибкость конструкции. В результате получился частотный привод со следующими характеристиками (функциями):
На данный момент защита от сверх тока или кз не реализованы (считаю нет смысла, хотя, свободную ногу в МК с прерыванием по изменению оставил)
Собственно, схема данного девайса :
Ниже фото того, что у меня получилось
Печатная плата данного девайса (доступна в lay под утюг)
На данном фото полностью рабочий экземпляр, проверенный и обкатанный (не имеет панельки расположен слева). Второй для теста atmega 48 перед отправкой (расположен справа).
На данном фото тот самый irams (делал с запасом, должен поместится iramx16up60b )
Алгоритм работы устройства
После подачи питания происходит заряд емкости dc звена. Как только напряжение достигает 220В (постоянное ) с определенной задержкой включается реле предзаряда и загорается единственный у меня светодиод L1. С этого момента привод готов к запуску. Для управления частотником имеется 6 входов:
В этом управлении есть одно Но. Если в процессе вращения двигателя менять задание на резисторе, то оно изменится лишь после повторной подачи команды (вкл.) или (вкл+реверс.). Иначе говоря, данные с резисторов читаются пока отсутствуют эти два сигнала. Если планируется регулировать скорость с помощью резистора в процессе работы, то необходимо установить джампер J1.В этом режиме активен лишь первый резистор, причем резистор R4 ограничивает максимальную частоту, то есть если его выставить на 50% (2.5 вольта 4 «штырь». на фото ниже 5 земля), то частота R1 будет регулироваться резистором от 5 до 100 Гц.
Внимание! Плата находится под напряжением опасным для жизни. Входа управления развязаны оптопарами.
Особенности настройки
Настройка привода перед первым включением сводится к проверке монтажа электронных компонентов и настройки делителя напряжения для DC звена (R2).
100 Вольтам DC звена должно соответствовать 1 вольт на 23 (ножке МК)- это ВАЖНО. На этом настройка завершена.
Перед подачей сетевого напряжения необходимо промыть плату (удалить остатки канифоли) со стороны пайки растворителем или спиртом, желательно покрыть лаком.
Привод имеет «заводские » настройки, которые подходят как для двигателя с напряжением 220 В и частотой 50 Гц), так и для двигателя с напряжением 380 в и частотой 50 гц. Данные настройки всегда можно установить если вы не решаетесь сами настраивать привод. Для того чтобы установить «заводские » настройки для двигателя (220 в 50 Гц) :
При такой настройке автоматически в записываются следующие параметры:
Если подать сигнал выбора второй скорости, то в EEPROM запишутся следующие параметры (разница лишь в частоте):
Наконец, третий вариант Настройки:
Таким образом, до тех пор, пока светодиод мигает, привод находится в режиме настройки. В этом режиме при подаче входа 1-ой или 2-ой скорости в EEPROM записываются параметры. Если не подавать напряжение на входа выбора 1-ой или 2-ой скорости, то фиксированные параметры в EEPROM не запишутся, а будут задаваться подстроечными резисторами.
После того, как все резисторы выставлены нажимаем и держим кнопку В1 до тех пор пока светодиод не перестанет мигать. Если светодиод моргал и загорелся, то привод готов к запуску.Если светодиод моргал и НЕ загорелся, то ждем 5 секунд, и только потом отключаем питание от контроллера.
Еще один пример настройки
Симуляция в протеусе разгон 0-50 Гц одной фазы (на 3-х фазах зависает комп )
Как видно из скриншота с ростом частоты увеличивается амплитуда синуса. Разгон занимает примерно 3.1 сек.
По поводу питания
Рекомендую использовать трансформатор, так как это самый надежный вариант. На моих тестовых платах нет диодных мостов и стабилизатора для igbt модуля 7812. Для скачивания доступны две печатные платы. Первая та которая представлена в обзоре. Вторая имеет незначительные изменения, добавлен диодный мостик и стабилизатор. Защитный диод ставить обязательно P6KE18A или 1.5KE18A ставить обязательно.
Пример размещения трансформатора, как оказалось найти совсем нетрудно.
Какой двигатель можно подключить к данному преобразователю частоты?
Все зависит от модуля. В принципе можно подключить любой, главное, чтобы его сопротивление для модуля irams10up60 было более 9 Ом. Нужно учесть, что модуль irams10up60 рассчитан на маленький импульсный ток и имеет встроенную защиту на уровне 15 А Этого очень мало. Но для двигателей 50 Гц 220 В 750 Вт, этого за глаза. Если у вас высокооборотистый шпиндель, то скорее всего он имеет маленькое сопротивление обмоток. Данный модуль может пробьет импульсным током. При использовании модуля IRAMX16UP60B (ножки придется загнуть самостоятельно) мощность двигателя по даташиту возрастает с 0.75 до 2.2 кВт.
Главное у данного модуля: ток короткого замыкания 140 А против 47 А, защита настроена на уровне 25 А. Какой модуль использовать решать вам. Нужно помнить что на 1 кВт необходимо 1000 мкФ емкости dc звена.
По поводу защиты от КЗ. Если у привода сразу после выхода не ставить сглаживающий дроссель (ограничивает скорость нарастания тока) и коротнуть выход модуля, то модулю придет «хана». Если у вас модуль iramX, шансы есть. А вот с IRAMS шансов ноль, проверено.
Программа занимает 4096 кБ памяти из 4098. Все сжато и оптимизировано под размер программы по максимум. Время цикла есть фиксированная величина равная 10 мс.
На данный момент всё вышеописанное работает и испытано.
Если использовать кварц на 20 МГц, то привод получится 10-400 Гц; темп разгона 10-100 Гц/сек; частота ШИМа возрастет до 10кГц; время цикла упадет до 5мс.
Забегая вперед следующий частотный преобразователь будет реализован на ATmegа64, иметь разрядность ШИМ не 8, а 10 Бит, иметь дисплей и множество параметров.
Ниже смотрите видео настройки привода, проверки защиты перегрева, демонстрации работы (использую двигатель 380 В 50 Гц, а настройки для 220 В 50 Гц). Так сделал специально, чтобы проверить как работает ШИМ с минимальным заданием.)