Thể loại: Bài viết nổi bật » Điện tử thực hành
Số lượt xem: 368329
Bình luận về bài viết: 5
Sơ đồ chuyển đổi tần số nghiệp dư
Một trong những mạch biến tần đầu tiên để cung cấp năng lượng cho động cơ ba pha đã được công bố trên tạp chí Radio số 11 năm 1999. Nhà phát triển chương trình M. Mukhin tại thời điểm đó là một học sinh lớp 10 và đã tham gia vào một vòng tròn radio.
Bộ chuyển đổi nhằm cung cấp năng lượng cho động cơ ba pha thu nhỏ DID-5TA, được sử dụng trong máy để khoan các bảng mạch in. Cần lưu ý rằng tần số hoạt động của động cơ này là 400Hz, và điện áp cung cấp là 27V. Ngoài ra, điểm giữa của động cơ (khi kết nối các cuộn dây với một ngôi sao ngôi sao) đã được đưa ra, điều này giúp đơn giản hóa cực kỳ mạch: chỉ mất ba tín hiệu đầu ra và mỗi pha chỉ cần một phím đầu ra. Mạch máy phát được hiển thị trong Hình 1.
Như có thể thấy từ sơ đồ, bộ chuyển đổi bao gồm ba phần: bộ tạo xung ba pha ba pha trên các vi mạch DD1 ... DD3, ba phím trên các bóng bán dẫn hỗn hợp (VT1 ... VT6) và động cơ điện thực tế M1.
Hình 2 cho thấy các sơ đồ thời gian của các xung được tạo bởi trình tạo máy phát. Bộ tạo dao động chủ được thực hiện trên chip DD1. Sử dụng điện trở R2, bạn có thể đặt tốc độ động cơ mong muốn, cũng như thay đổi nó trong một số giới hạn nhất định. Thông tin chi tiết về mạch có thể được tìm thấy trong nhật ký trên. Cần lưu ý rằng, theo thuật ngữ hiện đại, các máy phát như vậy được gọi là bộ điều khiển.
Hình 1
Hình 2. Sơ đồ thời gian của các xung máy phát.
Dựa trên bộ điều khiển A. Dubrovsky từ thành phố Novopolotsk, vùng Vitebsk. Thiết kế của một ổ đĩa tần số thay đổi cho một động cơ chạy bằng điện xoay chiều 220 V đã được phát triển. Sơ đồ mạch được công bố trên tạp chí Radio 2001. Số 4.
Trong sơ đồ này, thực tế không thay đổi, bộ điều khiển vừa được xem xét được sử dụng theo sơ đồ của M. Mukhin. Các tín hiệu đầu ra từ các phần tử DD3.2, DD3.3 và DD3.4 được sử dụng để điều khiển các phím đầu ra A1, A2 và A3 mà động cơ điện được kết nối. Sơ đồ hiển thị khóa A1, phần còn lại giống hệt nhau. Một sơ đồ hoàn chỉnh của thiết bị được hiển thị trong Hình 3.
Hình 3
Kết nối động cơ với đầu ra của biến tần ba pha
Để làm quen với kết nối của động cơ với các phím đầu ra, cần xem xét một sơ đồ đơn giản hóa được hiển thị trong Hình 4.
Hình 4
Hình vẽ cho thấy động cơ M, được điều khiển bởi các phím V1 ... V6. Các phần tử bán dẫn để đơn giản hóa mạch được hiển thị dưới dạng các tiếp điểm cơ học. Động cơ điện được cung cấp bởi điện áp không đổi Ud thu được từ bộ chỉnh lưu (không được hiển thị trong hình). Trong trường hợp này, các phím V1, V3, V5 được gọi là trên và các phím V2, V4, V6 thấp hơn.
Một điều khá rõ ràng là việc mở các phím trên và dưới cùng một lúc, cụ thể là với các cặp V1 & V6, V3 & V6, V5 & V2, là hoàn toàn không thể chấp nhận: sẽ xảy ra ngắn mạch. Do đó, đối với hoạt động bình thường của sơ đồ khóa như vậy, điều bắt buộc là vào thời điểm khóa dưới được mở, khóa trên đã được đóng. Cuối cùng, các bộ điều khiển tạo thành một khoảng dừng, thường được gọi là vùng chết ".
Độ lớn của việc tạm dừng này là để đảm bảo đóng các bóng bán dẫn điện được đảm bảo. Nếu tạm dừng này là không đủ, có thể mở nhanh các phím trên và dưới cùng một lúc. Điều này làm cho các bóng bán dẫn đầu ra nóng, thường dẫn đến thất bại của chúng. Tình trạng này được gọi thông qua các dòng hải lưu.
Chúng ta hãy quay trở lại mạch như trong Hình 3. Trong trường hợp này, các công tắc trên là các bóng bán dẫn 1VT3 và các công tắc dưới 1VT6. Dễ dàng thấy rằng các phím thấp hơn được kết nối điện với thiết bị điều khiển và giữa chúng.Do đó, tín hiệu điều khiển từ đầu ra 3 của phần tử DD3.2 thông qua các điện trở 1R1 và 1R3 được đưa trực tiếp vào đế của bóng bán dẫn composite 1VT4 ... 1VT5. Transitor tổng hợp này không có gì ngoài một trình điều khiển chính thấp hơn. Chính xác cũng từ các yếu tố DD3, DD4, các bóng bán dẫn tổng hợp của trình điều khiển phím thấp hơn của các kênh A2 và A3 được điều khiển. Tất cả ba kênh được cung cấp bởi cùng một bộ chỉnh lưu. trên cầu diode VD2.
Do đó, các phím trên của giao tiếp điện với một dây và thiết bị điều khiển chung không có, để điều khiển chúng, ngoài trình điều khiển, trên một bóng bán dẫn tổng hợp 1VT1 ... 1VT2, một bộ ghép quang 1U1 bổ sung phải được lắp đặt trong mỗi kênh. Transitor ghép cặp đầu ra trong mạch này cũng thực hiện chức năng của một biến tần bổ sung: khi đầu ra 3 của phần tử DD3.2 ở mức cao, bóng bán dẫn của công tắc trên 1VT3 được mở.
Một bộ chỉnh lưu riêng 1VD1, 1C1 được sử dụng để cấp nguồn cho mỗi trình điều khiển phím trên cùng. Mỗi bộ chỉnh lưu được cung cấp bởi một cuộn dây biến áp riêng, có thể được coi là một nhược điểm của mạch.
Tụ điện 1C2 cung cấp độ trễ chuyển đổi chính khoảng 100 micro giây, bộ ghép quang 1U1 cho cùng một lượng, từ đó hình thành "vùng chết" đã nói ở trên.
Là quy định tần số đủ?
Với sự giảm tần số của điện áp xoay chiều cung cấp, điện trở cảm ứng của cuộn dây động cơ giảm (chỉ cần nhớ công thức điện trở cảm ứng), dẫn đến sự gia tăng dòng điện qua cuộn dây, và do đó, quá nóng của cuộn dây. Ngoài ra, các mạch từ stator được bão hòa. Để tránh những hậu quả tiêu cực này, khi tần số giảm, giá trị hiệu dụng của điện áp trên cuộn dây động cơ cũng phải giảm.
Một cách để giải quyết vấn đề trong chastotnik nghiệp dư đã được đề xuất để điều chỉnh giá trị hiệu quả nhất này với sự trợ giúp của LATR, tiếp xúc di động có kết nối cơ học với điện trở thay đổi của bộ điều chỉnh tần số. Phương pháp này được đề xuất trong bài viết của S. Kalugin, Hoàn thiện bộ điều khiển tốc độ của động cơ không đồng bộ ba pha. Tạp chí phát thanh 2002, số 3, trang 31.
Trong điều kiện nghiệp dư, lắp ráp cơ học hóa ra phức tạp và quan trọng nhất là không đáng tin cậy. Một cách đơn giản và đáng tin cậy hơn để sử dụng bộ chuyển tự động đã được đề xuất bởi E. Muradkhanian từ Yerevan trong tạp chí Radio số 12 2004. Sơ đồ của thiết bị này được hiển thị trong Hình 5 và 6.
Điện áp chính của nguồn điện xoay chiều được cung cấp cho bộ truyền tự động T1 và từ tiếp điểm di động của nó đến cầu chỉnh lưu VD1 với bộ lọc C1, L1, C2. Ở đầu ra của bộ lọc, thu được điện áp không đổi thay đổi Ureg, được sử dụng để cấp nguồn cho động cơ.
Hình 5
Điện áp Ureg qua điện trở R1 cũng được cung cấp cho bộ dao động chính DA1, được chế tạo trên chip KR1006VI1 (phiên bản nhập khẩu NE555). Kết quả của kết nối này, một máy phát sóng vuông thông thường biến thành VCO (máy phát điều khiển bằng điện áp). Do đó, với sự gia tăng điện áp Ureg, tần số của máy phát DA1 cũng tăng lên, dẫn đến tăng tốc độ động cơ. Với điện áp Ureg giảm, tần số của bộ dao động chủ cũng giảm theo tỷ lệ, điều này tránh sự quá nhiệt của cuộn dây và sự siêu bão hòa của mạch từ của stato.
Hình 6
Trong cùng một bài viết trên tạp chí, tác giả đưa ra một biến thể của bộ tạo dao động chính, cho phép bạn thoát khỏi việc sử dụng bộ chuyển tự động. Mạch máy phát được hiển thị trong Hình 7.
Hình 7
Trình tạo được tạo trên bộ kích hoạt thứ hai của chip DD3, trong sơ đồ, nó được chỉ định là DD3.2. Tần số được đặt bởi tụ C1, tần số được điều khiển bởi một biến trở R2. Cùng với điều khiển tần số, thời lượng xung ở đầu ra máy phát cũng thay đổi: với tần số giảm, thời lượng giảm, do đó điện áp trên cuộn dây động cơ giảm. Nguyên tắc điều khiển này được gọi là điều chế độ rộng xung (PWM).
Trong mạch nghiệp dư đang được xem xét, công suất động cơ nhỏ, động cơ được cung cấp bởi các xung hình chữ nhật, do đó, PWM khá nguyên thủy. Trong thực tế bộ chuyển đổi tần số công nghiệp PWM công suất cao được thiết kế để tạo ra điện áp gần như hình sin ở đầu ra, như trong Hình 8, và để thực hiện công việc với các tải khác nhau: tại mô-men xoắn không đổi, ở công suất không đổi và tải quạt.
Hình 8. Hình dạng của điện áp đầu ra của một pha của biến tần ba pha với PWM.
Phần điện của mạch
Các chastotnik hiện đại có đầu ra Transitor công suất MOSFE hoặc IGBTđược thiết kế đặc biệt để hoạt động trong bộ biến tần. Trong một số trường hợp, các bóng bán dẫn này được kết hợp thành các mô-đun, điều này thường cải thiện hiệu suất của toàn bộ cấu trúc. Những bóng bán dẫn này được điều khiển bằng cách sử dụng vi mạch điều khiển chuyên dụng. Trong một số mô hình, trình điều khiển có sẵn được tích hợp vào các mô-đun bóng bán dẫn.
Hiện nay, các chip và bóng bán dẫn phổ biến nhất là Bộ chỉnh lưu quốc tế. Trong sơ đồ được mô tả, hoàn toàn có thể sử dụng trình điều khiển IR2130 hoặc IR2132. Trong một trường hợp của một con chip như vậy, có sáu trình điều khiển cùng một lúc: ba cho khóa dưới và ba cho khóa trên, giúp dễ dàng lắp ráp giai đoạn đầu ra cầu ba pha. Ngoài chức năng chính, các trình điều khiển này cũng chứa một số trình điều khiển bổ sung, ví dụ, bảo vệ chống quá tải và ngắn mạch. Thông tin chi tiết hơn về các trình điều khiển này có thể được tìm thấy trong các mô tả kỹ thuật của Bảng dữ liệu cho các chip tương ứng.
Với tất cả các ưu điểm, nhược điểm duy nhất của các vi mạch này là giá cao, vì vậy tác giả của thiết kế đã đi một cách khác, đơn giản hơn, rẻ hơn và đồng thời có thể thực hiện được: các vi mạch điều khiển chuyên dụng đã được thay thế bằng chip hẹn giờ tích hợp.
Khóa đầu ra trên Bộ hẹn giờ tích hợp
Nếu chúng ta quay lại Hình 6, chúng ta có thể thấy rằng mạch có tín hiệu đầu ra cho từng giai đoạn trong ba giai đoạn, được chỉ định là Đường Hiếp và Nhà Bặt. Sự hiện diện của các tín hiệu này cho phép điều khiển riêng biệt các phím trên và dưới. Sự tách biệt này cho phép bạn tạo một khoảng dừng giữa việc chuyển đổi các phím trên và dưới bằng cách sử dụng bộ điều khiển, thay vì chính các phím, như được hiển thị trong sơ đồ trong Hình 3.
Mạch của các phím đầu ra sử dụng vi mạch KR1006VI1 (NE555) được hiển thị trong Hình 9. Đương nhiên, đối với bộ chuyển đổi ba pha, cần có ba bản sao của các phím như vậy.
Hình 9
Là trình điều khiển của các phím trên (VT1) và dưới (VT2), các vi mạch KR1006VI1 được sử dụng, được bao gồm theo sơ đồ kích hoạt Schmidt. Với sự giúp đỡ của họ, có thể có được dòng điện xung ít nhất 200 mA, điều này giúp có thể có được sự kiểm soát đủ nhanh và đáng tin cậy của các bóng bán dẫn đầu ra.
Chip của các phím thấp hơn DA2 có kết nối điện với nguồn điện + 12V và theo đó, với bộ điều khiển, do đó chúng được cấp nguồn từ nguồn này. Các vi mạch của các phím trên có thể được cấp nguồn theo cách tương tự như trong Hình 3 bằng cách sử dụng các bộ chỉnh lưu bổ sung và các cuộn dây riêng trên máy biến áp. Nhưng trong sơ đồ này, một phương pháp dinh dưỡng khác, được gọi là Dinh Brisk, được sử dụng, ý nghĩa của nó là như sau. Mạch vi mạch DA1 nhận năng lượng từ tụ điện điện phân C1, điện tích xảy ra qua mạch: + 12V, VD1, C1, một bóng bán dẫn VT2 mở (thông qua các điện cực cống là nguồn), thông thường.
Nói cách khác, điện tích trên tụ C1 xảy ra trong khi bóng bán dẫn khóa dưới mở. Tại thời điểm này, cực âm của tụ C1 gần như bị ngắn mạch với dây chung (điện trở của cống mở - phần nguồn của bóng bán dẫn hiệu ứng trường mạnh là một phần nghìn Ohm!), Điều này giúp nó có thể sạc được.
Khi bóng bán dẫn VT2 đóng, diode VD1 cũng sẽ đóng, điện tích của tụ C1 sẽ dừng lại cho đến lần mở tiếp theo của bóng bán dẫn VT2.Nhưng điện tích của tụ C1 đủ để cung cấp năng lượng cho chip DA1 trong khi bóng bán dẫn VT2 bị đóng. Đương nhiên, tại thời điểm này, bóng bán dẫn của phím trên đang ở trạng thái đóng. Sơ đồ các phím nguồn này hóa ra tốt đến mức nó được áp dụng mà không thay đổi trong các thiết kế nghiệp dư khác.
Bài viết này chỉ thảo luận về các sơ đồ đơn giản nhất của bộ biến tần ba pha nghiệp dư trên các vi mạch có mức độ tích hợp vừa và nhỏ, từ đó mọi thứ bắt đầu và nơi bạn thậm chí có thể xem xét mọi thứ từ bên trong bằng cách sử dụng sơ đồ. Thiết kế hiện đại hơn được thực hiện sử dụng vi điều khiển, thường xuyên nhất là dòng PIC, kế hoạch trong đó cũng đã được xuất bản nhiều lần trên các tạp chí Radio.
Các đơn vị điều khiển vi điều khiển theo sơ đồ đơn giản hơn trên các vi mạch có mức độ tích hợp trung bình, chúng có các chức năng cần thiết như khởi động động cơ trơn tru, bảo vệ chống quá tải và ngắn mạch và một số người khác. Trong các khối này, mọi thứ đều được thực hiện bằng chi phí của các chương trình điều khiển hoặc như chúng được gọi là firmware firmware. Đơn vị điều khiển của biến tần ba pha sẽ phụ thuộc chính xác vào các chương trình này.
Các mạch khá đơn giản cho bộ điều khiển biến tần ba pha được công bố trên tạp chí Radio 2008 số 12. Bài báo có tên là "Bộ tạo dao động chính cho biến tần ba pha." Tác giả của bài viết cũng là tác giả của một loạt các bài viết về vi điều khiển và nhiều thiết kế khác. Bài viết trình bày hai mạch đơn giản trên vi điều khiển PIC12F629 và PIC16F628.
Tần số quay trong cả hai sơ đồ được thay đổi từng bước với sự trợ giúp của các công tắc đơn cực, điều này khá đủ trong nhiều trường hợp thực tế. Ngoài ra còn có một liên kết nơi bạn có thể tải xuống "chương trình cơ sở" đã sẵn sàng và hơn nữa, một chương trình đặc biệt mà bạn có thể thay đổi các tham số của "chương trình cơ sở" theo ý của mình. Cũng có thể hoạt động của chế độ máy phát "demo". Ở chế độ này, tần số của máy phát giảm đi 32 lần, cho phép sử dụng trực quan các đèn LED để quan sát hoạt động của máy phát. Nó cũng cung cấp các khuyến nghị để kết nối các đơn vị năng lượng.
Nhưng, nếu bạn không muốn tham gia vào lập trình vi điều khiển, Motorola đã phát hành một bộ điều khiển thông minh chuyên dụng MC3PHAC, được thiết kế cho các hệ thống điều khiển động cơ 3 pha. Trên cơ sở của nó, có thể tạo ra các hệ thống rẻ tiền của một ổ đĩa ba pha có thể điều chỉnh có chứa tất cả các chức năng cần thiết để kiểm soát và bảo vệ. Các bộ vi điều khiển như vậy ngày càng được sử dụng trong các thiết bị gia dụng khác nhau, ví dụ, trong máy rửa chén hoặc tủ lạnh.
Hoàn thành với bộ điều khiển MC3PHAC, có thể sử dụng các mô-đun nguồn ngoài giá, ví dụ IRAM10UP60A được phát triển bởi Bộ chỉnh lưu quốc tế. Các mô-đun chứa sáu công tắc nguồn và một mạch điều khiển. Để biết thêm chi tiết về các yếu tố này, hãy xem tài liệu Bảng dữ liệu của chúng, dễ tìm thấy trên Internet.
Boris Aladyshkin
Xem thêm tại electro-vi.tomathouse.com
: