Posso também montar conversores de frequência? Princípio de operação e diagrama de conexão de conversores de freqüência

É bastante difícil fabricar conversores de freqüência por si mesmo, uma vez que é necessário entender muito bem a eletrônica de potência e a tecnologia de semicondutores. Mas antes de pensar em projetar este dispositivo, você precisa descobrir para que finalidade eles são usados. Você também precisará saber quais são os principais componentes desses sistemas eletrônicos.

O que é um conversor de freqüência?

Todo mundo sabe que existe uma corrente alternada na rede, e tem uma certa frequência. Na Rússia, o padrão é de 50 Hertz. Em alguns países ocidentais, um padrão ligeiramente diferente é de 60 Hertz. A operação de muitos dispositivos depende da freqüência da corrente. Os conversores são usados para fornecer motores assíncronos. Existem muitas razões para o uso de meios eletrônicos. Por exemplo, na indústria, o inversor é amplamente utilizado, pois seu uso torna possível livrar-se de mecanismos enormes.

Se, com mais detalhes, mudar a velocidade de rotação da correia no transportador pode ser usando um redutor, que é baseado em algum tipo de caixa de velocidades do carro. E pode ser mecânico (usando várias engrenagens) e variador. Mas muito mais eficaz é a mudança nos parâmetros da corrente, que alimenta o motor. Gire o resistor variável para alterar a velocidade de rotação do transportador. E a frequência pode ser alterada em uma ampla gama.

Quais são as propriedades dos conversores de freqüência?

Além disso, as configurações do inversor permitem que o motor elétrico gane gradualmente em poucos segundos. O tempo é definido pelo usuário, programando as funções do conversor de freqüência. Da mesma forma, você pode fazer com o tempo de parada da armadura do motor. Isso permite que você reduza a carga na unidade, o que afeta diretamente seu recurso.

Além disso, para as pequenas empresas que não têm a capacidade de se fornecer uma rede trifásica, mas a necessidade de isso está disponível, o uso de conversores de freqüência é uma verdadeira panaceia. Existem muitos modelos de dispositivos que estão conectados a uma rede de corrente alterna monofásica e três são produzidos na saída. Portanto, é possível ligar o motor elétrico no soquete usual. E neste caso, ele não perderá o poder, seu trabalho estará correto.

Componentes de energia dos conversores

Em todos os conversores de freqüência, utilizam-se IGBTs ou MOSFETs poderosos. Eles são ideais para este tipo de trabalho. Eles são montados em módulos separados. Esse método de instalação pode melhorar o desempenho de um dispositivo eletrônico. Estes transistores funcionam no modo chave, o controle é realizado usando um sistema de microprocessador. O fato é que todo o controle é de baixa corrente, a mudança de alta tensão não é necessária. Portanto, ele pode ser fornecido com a ajuda do microprocessador mais simples.

Na maioria das vezes, usamos conjuntos especiais série IR2132 e IR2130. Eles consistem em seis drivers que controlam as chaves. Três são usados para o inferior, e três para o superior. Essa montagem permite realizar uma cascata simples de um conversor de freqüência. Além disso, tem vários graus de proteção. Por exemplo, de curto-circuito e sobrecarga. Características detalhadas de todos os elementos podem ser encontradas nos manuais. Mas todas as células de energia têm uma enorme desvantagem – alto custo dos produtos.

Diagrama de bloco do conversor

Qualquer conversor de frequência para o motor tem na sua composição três unidades principais – retificador, filtros, inversor. Acontece que a tensão alternada é convertida para uma tensão constante, depois filtrada. Depois de tudo isso, é invertido para a variável. Mas há uma terceira unidade – controle do microprocessador do inversor. E para ser mais precisos, poderosos transistores IGBT. Se você lida com a banda de frequência, então você sabe que no painel frontal eles têm vários botões para programação.

As instruções do conversor de freqüência indicam como executar as configurações de todas as funções. Este é um assunto muito complexo, uma vez que existem algumas configurações mesmo no dispositivo mais simples. Além disso, que o dispositivo eletrônico permite que você altere a velocidade de rotação do motor, ajuste o tempo de aceleração e desaceleração, existem vários graus de proteção. Por exemplo, ao exceder a corrente. Se esse dispositivo for usado, não é necessário instalar disjuntores.

Bloco de retificador

Dependendo da finalidade do conversor de freqüência, são utilizados diferentes estágios de retificador. Uma variante de fornecimento de energia pode ser de uma rede trifásica ou de uma rede monofásica. Mas, na saída do inversor, em qualquer caso, é uma tensão alternada trifásica. Mas, para realizar o controle atual, é necessário endireitá-lo primeiro. A coisa é que é bastante difícil controlar as variáveis – você precisa usar grandes reostatos, o que não é muito conveniente. Além disso, agora o tempo de microeletrônica e automação, para aplicar tecnologias obsoletas não é apenas irracional, mas também não é rentável.

Para corrigir uma corrente trifásica alternada, é utilizado um dispositivo eletrônico composto por seis diodos semicondutores. Eles estão incluídos no circuito da ponte, verifica-se que cada par de diodos serve para endireitar uma fase. Na saída da unidade retificadora, há uma tensão constante, seu valor é igual ao que flui para a entrada. Nesta fase, todas as transformações estão concluídas, nenhum controle deste bloco é feito. No caso de energia ser fornecida a partir de uma rede monofásica, uma cascata de retificador é suficiente, mesmo de um diodo. Mas é mais eficiente usar um circuito ponte de quatro.

Unidade de filtro

Este módulo é usado para filtrar a tensão CC. A versão mais simples da unidade é o indutor, incluído na quebra do braço mais. Entre os pólos, um capacitor eletrolítico está ligado. Tem uma função – para se livrar do componente variável. O problema é que o retificador não pode se livrar completamente das pulsações. Resta um pequeno componente da corrente alternada, que pode causar interferências consideráveis durante a operação.

Para considerar o princípio do bloco de filtro, é necessário realizar uma análise substituindo os elementos. Ao operar em condições de CC, a indutância é substituída por uma resistência, o capacitor é substituído por uma quebra no circuito. Mas quando a energia CA é aplicada, a capacitância é substituída pela resistência. Conseqüentemente, todo o componente variável desaparece, já que ocorre um curto-circuito neste caso. É difícil entender isso, é necessário entender os fundamentos teóricos da engenharia elétrica. Mas o conversor de freqüência da fase 3 não pode ser feito sem isso.

Cascata do inversor

E aqui começa o mais interessante – o uso de poderosos transistores IGBT. Eles são controlados por um sistema de microprocessador, o desempenho de todo o conversor de freqüência depende da qualidade do seu funcionamento. Esse circuito conversor de tensão é amplamente utilizado. Na verdade, com a ajuda de transistores de potência, você pode inverter qualquer tensão. No total, seis elementos são usados no esquema mais simples – dois para cada fase. O conversor de freqüência 220 volts produz em cada fase em relação a zero.

Para se livrar da ocorrência de tensão inversa, é necessário usar diodos semicondutores. Eles são alternados entre o coletor e o emissor de transistores de potência. O controle é realizado na entrada da base. Como foi mencionado anteriormente, os conversores de freqüência, fabricados por eles mesmos, possuem dois transistores por fase na cascata do inversor. Inclua suas uniões pn em série. A fase intermediária de cada ombro é removida. Na venda existem módulos prontos, possuem terminais para fornecer tensão CC, bem como três contatos para a remoção de uma corrente alternada trifásica. Além disso, existe um conector para conectar o sistema de controle do microcontrolador.

Controle de microprocessadores

Usado para mudar o conversor de velocidade do eixo do motor, a tensão cuja freqüência padrão é de 50 hertz, pode ser alterada em amplitude em uma ampla gama. E mais especificamente, de zero à freqüência que o microprocessador pode fornecer. O último requisito é o principal – é possível conectar vários dispositivos. Quando você projeta um conversor, a tensão cuja freqüência varia com a resistência variável deve ser controlada pelo processador. É escolhido com cuidado, deve ter um número suficiente de portas de entrada-saída.

É possível complicar o sistema ligando um monitor LCD ao microcontrolador. Não requer uma renderização de cores alta, monocromática suficiente, como em calculadoras simples. Os botões para programação também estão conectados às portas de E / S. É assim que você pode fazer um conversor de freqüência simples. O preço de todos os elementos não será mais de dois mil rublos. Mas o custo de um inversor com potência de 200-750 watts varia na faixa de 6500 a 12000 rublos. Depende do fabricante e das capacidades do dispositivo.

Habitação para o dispositivo

Os conversores de freqüência, fabricados por eles mesmos, devem ter uma carcaça confiável. Depende não apenas da facilidade de uso, mas também da eficiência. A base é feita de alumínio. O motivo para usar este material é a necessidade de um resfriamento de alta qualidade. Em operação, o módulo IGBT fica muito quente, e a temperatura também aumenta para diodos semicondutores. E realmente não importa se o conversor de freqüência é 380 ou você tem 220 volts.

O resto do corpo é feito de plástico. É necessário que todos os elementos de energia estejam escondidos por ele, de modo que não haja contato acidental de terminais de alta tensão durante a operação. Na parte da frente, é necessário fornecer um furo para o visor LCD e os botões. Separadamente, em um local conveniente, uma resistência variável está instalada. Ao programar o microcontrolador, é necessário ter em conta que esta resistência muda a frequência da corrente de saída.

Elementos de troca de calor do sistema

Deve ser dada especial atenção à remoção de calor. Quanto mais poderoso o dispositivo estiver sendo desenvolvido, mais confiável será o sistema de resfriamento. Como mencionado acima, o substrato deve ser feito de alumínio. O circuito do conversor de tensão deve fornecer proteção contra superaquecimento. Para este fim, é necessário perfurar um furo na caixa, um sensor de temperatura está montado nele. Com isso, o sinal é alimentado através do dispositivo correspondente ao microcontrolador. Se a temperatura máxima for excedida, a carga deve ser desconectada. Consequentemente, o módulo de transistor de potência está desligado.

Para melhorar a transferência de calor, os ventiladores devem ser usados. Sua localização deve ser escolhida para que o fluxo de ar esfriasse as barbatanas do dissipador de calor do corpo. Para aumentar a eficiência do sistema de resfriamento, é necessário usar pasta térmica. É mais razoável ligar os fãs quando o dispositivo é iniciado. Mas também é possível programar o controlador usando um sinal do sensor de temperatura. Quando a temperatura é atingida igual a metade da qual o dispositivo desliga-se acidentalmente, os ventiladores são ligados.

Placa de montagem

Como uma placa de circuito, é melhor usar opções pré-fabricadas. Na venda existem pranchas de tamanhos diferentes com furos em torno dos quais há pequenos contatos estanhados. Em discurso comum, eles são chamados de "peixe". A única coisa que deve ser levada em consideração é a possibilidade de substituir o processador e chips. Para isso, você precisa usar conectores que são soldados na placa. Conversores de freqüência com suas próprias mãos para produzir o melhor com o cálculo de uma substituição rápida de elementos. Um chip ou controlador é simplesmente instalado neste conector, como um plug em uma tomada.

Conclusões

Você também pode fabricar o conversor de freqüência você mesmo. O preço dos análogos, como descobrimos, é muito maior. Embora, é claro, eles tenham mais oportunidades. Mas, na prática, se você olhar de perto, verifica-se que apenas cinco funções são realmente usadas. Quando a unidade está em execução, é necessário alterar a velocidade de rotação e também ajustar o tempo de aceleração e desaceleração. Pouco menos é usado a função de reverter e alterar a corrente máxima permitida.