Вперше асинхронний двигун був використаний в кінці 19-го століття. Його успішне застосування дозволило впровадити дане обладнання практично на будь-який завод, фабрику, в будь-яку галузь промисловості. Однак керувати цим пристроєм виявилося досить проблемно, особливо пуском і зупинкою. Основною метою експлуатації частотного перетворювача, а також метою його створення якраз і стала необхідність у пристрої, що управляє асинхронним двигуном.
Загальна інформація
Доцільніше всього постачати перетворювачем частоти (НП) ті пристрої, які володіють досить високим показником потужності. Основна мета, для якої використовується таке обладнання, - це зміна пускового струму. НП дає можливість задавати величину для цього параметра, що і забезпечує більш плавну зупинку і запуск двигуна.
Також можна відзначити, що ці два пристрої, що працюють в парі, дозволяють замінити такі пристрої, як електроприводи постійного струму. З одного боку, регулювати швидкість у такої системи дуже просто, проте є і слабке місце в такій мережі - сам електродвигун. В електроприводах постійного струму саме цей пристрій є найбільш дорогим і ненадійним. А якщо порівнювати асинхронне обладнання з приладом постійного струму, то тут можна виділити явні переваги: простіший і надійніший пристрій; маса, вартість і габарити асинхронного пристосування будуть набагато нижчими, ніж у апарату постійного струму з тією ж потужністю.
Що таке частотний перетворювач
Варто сказати про те, що регулювати числове значення струму можна і вручну. Однак на це буде йти певна кількість часу, так як людина не здатна моментально зреагувати на будь-яку зміну, як машина. А це призведе до того, що деяка кількість енергії буде йти даремно, а енергетичний ресурс двигуна виробиться швидше.
Частотний перетворювач для електродвигуна - це практично необхідна деталь, оскільки ті пристрої, які не мали його, мали значення струму, що перевищує номінальне значення напруга в 5-7 разів. Така різниця не дозволить створювати прийнятні умови для експлуатації двигуна.
Принцип роботи частотного перетворювача криється в тому, що в ньому використовується спеціальний електронний механізм, який і управляє роботою асинхронного двигуна. Також важливо відзначити, що НП дозволяє не тільки налаштувати плавний запуск, але і вибрати оптимальний показник між напругою і частотою. Ця характеристика розраховується за певною формулою.
Основна перевага застосування частотного перетворювача для двигуна - це економія електричної енергії, значення якої доходить до 50%. Ще одна важлива перевага НП - це можливість налаштувати його роботу так, щоб вона максимально підходила під кожну галузь виробництва. Застосування такого пристрою ґрунтується на принципі роботи подвійного перетворення напруги.
Перший етап - це регулювання напруги, що надходить з мережі. Воно випрямляється і фільтрується. Ці операції здійснюються за допомогою системи конденсаторів.
Другий етап - включення в роботу електронного управління системою. Цей елемент показує значення струму, яке буде відповідати частоті, а також раніше обраному режиму роботи.
Як можна помітити, принцип роботи частотного перетворювача досить простий.
Матеріали для збирання
На сьогоднішній день поширення і поліпшення технологій та обладнання призвело до того, що, маючи деякі знання в електроніці і вміння, можна зібрати ПП для однофазного двигуна власноруч.
Для того щоб зібрати цей пристрій, знадобляться такі матеріали, як:
- драйвер трифазного мосту моделі IR2135 або 2133;
- знадобиться мікроконтролер, який буде використовуватися як генератор PWM, моделі AT90SPWM3B;
- ще одна важлива деталь - программатор;
- три пари транзисторів;
- рідкокристалічний індикатор;
- шість кнопок для керування системою.
Збирання пристрою
Для початку роботи необхідно мати схему частотного перетворювача. Здійснювати збірку буде набагато зручніше і швидше, маючи цей документ.
Перший крок збірки - з 'єднання обмоток двигуна. Для цього потрібно використовувати варіант підключення, який в електротехніці називається трикутник.
У збірці частотного перетворювача своїми руками основою виступатимуть дві плати. Одна з них (перша) буде основою для розміщення таких елементів, як блок живлення, драйвер, транзистори. Силові клеми також будуть підключатися до цієї плати. Друга ж плата необхідна для кріплення мікроконтролера та індикатора. Щоб з 'єднати ці два елементи між собою, потрібно використовувати гнучкий шлейф. Щоб виготовити імпульсний блок, можна використовувати найпростішу схему.
Для того щоб здійснювати контроль над роботою двигуна, немає необхідності в додаванні зовнішніх пристроїв. Однак якщо таке бажання все ж є, то можна додати схему IL300 в конструкцію.
Наступним важливим елементом у збірці частотного перетворювача своїми руками стане загальний радіатор. У схемі цих пристроїв цей елемент використовується для того, щоб розмістити на ньому транзистори і діодний міст. Один з обов 'язкових кроків - це встановлення оптронів ОС2-4. Основне призначення цих елементів - дублювання кнопок керування.
При виготовленні частотного перетворювача своїми руками для двигуна з потужністю до 400 Вт можна обійтися без термодатчика. Для того щоб вимірювати напругу, можна використовувати звичайний підсилювач (DA-1-2). Також необхідно захистити всі кнопки керування. Для цього використовуються пластикові штовхачі. Управління пристроєм здійснюється за допомогою опторозв 'язки.
Останнє, що необхідно зробити при виготовленні частотного перетворювача своїми руками, - це подбати про придушення перешкод. Це необхідно робити лише в тому випадку, якщо в системі використовуються занадто довгі дроти. Коли ротор двигуна вже запущений, то можна вибрати будь-яку швидкість обертання, яка лежить в межах частоти від 1 до 40.
З 'єднання
Зібрати НП - це лише половина справи. Друга половина - це правильне підключення перетворювача до двигуна. Частотний перетворювач для насоса, що працює за допомогою використання асинхронного двигуна, може підключатися за двома методами. Вибір методу залежить від напруги мережі.
Якщо вона володіє напругою в 220 В і всього однією фазою, то найбільш вигідна схема підключення - це трикутник. Тут важливо запам 'ятати одну річ. Вихідний струм не може перевищувати номінальний більш ніж на 50%.
Якщо підключати частотний перетворювач на 380 В і трьох фазах, то для приєднання до двигуна найкраще вдатися до такої схеми, як зірка. Для того щоб максимально спростити цей процес, на покупних НП є спеціальні клеми, які володіють потрібним маркуванням. На саморобному доведеться обійтися без цього.
Важливо не забути, що в будь-якій системі, саморобній або покупній, повинна бути схема, що має клему для заземлення.
Обслуговування пристрою
Як вже говорилося раніше, просто зібрати НП і підключити його - мало. Ще одна важлива частина, яка гарантує тривалий термін служби пристрою, - це обслуговування приладу. Частотний перетворювач для насоса, двигуна або будь-якого іншого пристрою, повинен піддаватися ретельному догляду:
- Найбільш страшний ворог електронного обладнання - це пил. Важливо стежити, щоб на внутрішніх контактах вона не накопичувалася. Для видалення цих частинок сміття можна використовувати компресор з невисокою потужністю. Пилосос використовувати небажано, оскільки він не зможе прибрати щільний шар пилу.
- Необхідно регулярно перевіряти працездатність всіх вузлів. При виникненні неполадок відразу їх змінювати. Нормальний термін експлуатації електролітичного конденсатора - 5 років, для запобіжника - 10 років. Вентилятори, що працюють всередині пристрою, потрібно міняти кожні 2-3 роки, внутрішні шлейфи - кожні 6 років.
- Дуже важливо стежити за такими параметрами, як температура внутрішніх елементів, а також напруга на шині постійного струму. Якщо температура підвищиться занадто сильно, то термопаста з великою часткою ймовірності висохне, що призведе до виходу з ладу конденсаторів. Щоб уникнути цієї проблеми, рекомендується змінювати термопасту кожні три роки.
- Важливо дотримуватися таких правил експлуатації: температура навколишнього повітря не вище + 40 градусів; приміщення має бути сухим, підвищена вологість неприпустима; підвищена запиленість також негативно позначиться на приладі.
Структурний пристрій ПП
Щоб точно відповісти на запитання, як зробити частотний перетворювач, необхідно розібратися ще в одному пункті. Це структурний пристрій цього приладу.
Так як орієнтуватися при виготовленні потрібно на покупні моделі, то і схема повинна бути відповідною. А це означає, що працювати він повинен на структурі подвійного перетворення. У цієї схеми є основні частини: ланка постійного струму, силовий імпульсний інвертор і система управління.
Якщо розглядати більш детально, то частина з постійним струмом складається з двох з 'єднань: некерований випрямлювач і фільтр. Саме в цьому елементі змінна напруга, яка діє в мережі, буде перетворюватися на постійне.
Другий елемент - силовий імпульсний інвертор. Він є трифазним, а складається з шести транзисторних ключів. Вони призначені для підключення відповідної обмотки двигуна до кожного з ключів як позитивного, так і негативного. Цей елемент відповідає за перетворення постійної напруги на трифазну та змінну. Також цей пристрій задає потрібну частоту і амплітуду.
Останній елемент - це система керування. Тут використовуються силові IGBT-транзистори. Якщо порівнювати зі звичайними тиристорами, то частота перемикання у транзисторів вище. Це дозволяє виробляти вихідний сигнал у формі синусоїди з мінімальним спотворенням.
Частотні перетворювачі на мікроконтролері
Принцип роботи таких пристроїв є наступним. Спочатку характеристики всіх мікроконтролерів (МК) налаштовуються так, щоб працювати в парі з напругою в 200 В, а також частотою поля в 50 Гц. Іншими словами, вони налаштовані за замовчуванням для роботи в парі з найбільш примітивними асинхронними двигунами 220 В/50 Гц. Також є такий показник, як швидкість набору частоти. Типовим значенням є 15 Гц/сек. Це означає, що розгін МК до 50 Гц буде займати трохи більше ніж 3 секунди, а, наприклад, до 150 Гц за 10 секунд рівно. Також важливо відзначити, що спочатку НП є скалярним. Іншими словами, чим вище буде вихідна частота двигуна, тим вище буде його напруга.
Ремонт і налагодження приладу
Ремонт частотних перетворювачів - невід 'ємна частина роботи з цими пристроями. Досить часто трапляється така проблема, як вихід з ладу гальмівного резистора. Якщо це відбувається, то НП не зможе працювати на повну потужність. Для того, щоб встановити, чи вийшов з ладу гальмівний елемент чи ні, є таблиця, в якій наведені всі номінальні значення для всіх типів елементів. Якщо після звірки з цим документом з 'ясувалося, що якийсь параметр не збігається, то резистор потрібно змінювати.
Також можуть бути збої в тому випадку, якщо НП виявився занадто потужним або ж мережа занадто слабка для цієї моделі. Тут справа полягає в принципі роботи елементів НП. Він розрахований на експлуатацію при постійному високому напруженні. Якщо параметри мережі не дотягують до мінімальних показників, необхідних для роботи, то і виконувати свої функції він не зможе. Як такий ремонт частотного перетворювача тут не потрібно, необхідно купити менш потужний прилад.
Основні показники перетворювачів
До основних характеристик цих пристроїв можна віднести наступне:
- робоча напруга в межах від 220 до 480 В;
- всі моделі володіють захистом lP54;
- температурний режим, необхідний для нормальної експлуатації, в межах від + 10 до + 40 градусів за Цельсієм;
- потужність для більшості покупних моделей - від 1 кВт.
Крім того, існують такі моделі, як двозвідні частотні перетворювачі, а також такі різновиди, як матричні та векторні пристрої. Наприклад, векторний тип - це НП змінного струму і напруга, яка подається на нього, необхідна для створення потрібної амплітуди. Цей тип приладу забезпечує включення в роботу двигуна через 2 секунди після запуску НП. Однак недоліком стало те, що він досить дорогий, а тому його популярність стрімко падає.
Дуже важливо зауважити, що підбирати просто потужний прилад - це неправильно. Вибір повинен здійснюватися відповідно до робочих параметрів мережі. Якщо купити занадто потужний частотний перетворювач для електродвигуна, то вийде, що буде переплата за те обладнання, яке буде становити загрозу, а не регулювати роботу агрегату.