Güç elektroniği ve yarı iletken teknolojisinde çok iyi bilgi sahibi olmanız gerektiğinden, frekans dönüştürücüleri kendi ellerinizle yapmak oldukça zordur. Ancak bu cihazı tasarlamayı düşünmeden önce, hangi amaçlarla kullanıldığını bulmanız gerekir. Ayrıca bu elektronik sistemlerin ana bileşenlerinin neler olduğunu da bilmeniz gerekecek.
Frekans dönüştürücü nedir?
Şebekede alternatif akım olduğunu herkes bilir ve belli bir frekansı vardır. Rusya'da standart 50 Hertz'dir. Bazı Batı ülkelerinde biraz farklı bir standart 60 Hertz'dir. Birçok cihazın çalışması akımın frekansına bağlıdır. Asenkron motorlara güç sağlamak için dönüştürücüler kullanılır. Elektronik araçların kullanılmasının birçok nedeni vardır. Örneğin endüstride inverterler kullanılmaya başlandığı günden itibaren yaygınlaşmıştır.devasa mekanizmalardan kurtulmanızı sağlar.
Daha ayrıntılı olarak, bir tür araba dişli kutusuna dayanan bir dişli kutusu kullanarak konveyör üzerindeki bandın dönüş hızını değiştirebilirsiniz. Ayrıca, mekanik (birkaç vites kullanılarak) veya CVT olabilir. Ancak motoru besleyen akımın parametrelerini değiştirmek çok daha etkilidir. Değişken direnci döndürmek, konveyörün dönüş hızını değiştirir. Üstelik frekans geniş bir aralıkta değiştirilebilir.
Frekans dönüştürücülerin başka hangi özellikleri vardır?
Ayrıca, inverter ayarları, elektrik motorunun birkaç saniye içinde kademeli olarak hız kazanmasına izin verir. Zaman, kullanıcı tarafından frekans dönüştürücü fonksiyon programlaması aracılığıyla ayarlanır. Benzer şekilde, motorun armatürünü durdurma süresi ile de yapabilirsiniz. Bu, kaynağı doğrudan etkileyen sürücü üzerindeki yükü az altır.
Ayrıca, kendilerine üç fazlı bir ağ sağlama yeteneğine sahip olmayan, ancak buna ihtiyaç duyan küçük işletmeler için frekans dönüştürücülerin kullanılması gerçek bir derde devadır. Tek fazlı bir alternatif akım şebekesine bağlı bu tür cihazların birçok modeli vardır ve çıkışta üç tane üretirler. Bu nedenle, bir elektrik motorunu normal bir prize takmak mümkündür. Ve bu durumda gücünü kaybetmeyecek, işi doğru olacaktır.
Dönüştürücülerin güç bileşenleri
Tüm frekans dönüştürücüler, güçlü IGBT veya MOSFET transistörler kullanır. Bu tür işler için idealdirler. Ayrı modüllere monte edilirler. Bu kurulum yöntemi, bir elektronik cihazın performansını iyileştirebilir. Bu transistörler anahtar modunda çalışır, kontrol bir mikroişlemci sistemi kullanılarak gerçekleştirilir. Gerçek şu ki, tüm kontroller düşük akımdır, yüksek voltajları değiştirmek gerekli değildir. Bu nedenle, bu en basit mikroişlemci kullanılarak başarılabilir.
IR2132 ve IR2130 serisinin en yaygın kullanılan özel tertibatları. Anahtarları kontrol eden altı sürücüden oluşurlar. Üçü alt, üçü üst için kullanılır. Bu montaj, frekans dönüştürücünün basit bir kademesini uygulamanıza izin verir. Ek olarak, birkaç derece korumaya sahiptir. Örneğin kısa devreye ve aşırı yüke karşı. Tüm elemanların daha ayrıntılı özellikleri kılavuzlarda bulunabilir. Ancak tüm güç öğelerinin büyük bir dezavantajı vardır - ürünlerin yüksek maliyeti.
Dönüştürücünün yapısal şeması
Bir motor için herhangi bir frekans dönüştürücünün üç ana bloğu vardır - bir doğrultucu, filtreler, bir dönüştürücü. AC voltajının önce DC'ye dönüştürüldüğü, ardından filtrelendiği ortaya çıktı. Tüm bunlardan sonra, bir değişkene dönüştürülür. Ancak invertörün üçüncü bir blok - mikroişlemci kontrolü var. Ve daha kesin olmak gerekirse, güçlü IGBT transistörleri. Eğer hiç uğraştıysanızfrekans dönüştürücüler, o zaman ön panelde programlama için birkaç düğme olduğunu bilirsiniz.
İnvertörün kullanım kılavuzu, tüm işlevleri nasıl kuracağınız konusunda size rehberlik edecektir. Bu çok karmaşık bir konudur, çünkü en basit cihazda bile oldukça fazla ayar vardır. Elektronik cihazın motor armatürünün dönüş frekansını değiştirmenize, hızlanma ve yavaşlama süresini ayarlamanıza izin vermesine ek olarak, birkaç derece koruma da vardır. Örneğin, aşırı akım. Böyle bir cihaz kullanılması durumunda otomatik anahtar yüklemeye gerek yoktur.
Doğrulaştırıcı ünite
Frekans dönüştürücünün amacına bağlı olarak farklı doğrultucu aşamaları kullanılır. Ve güç kaynağı seçeneği, üç fazlı bir ağdan veya tek fazlı bir ağdan olabilir. Ancak invertörün çıkışında her durumda üç fazlı bir alternatif voltaj vardır. Ancak akımı kontrol etmek için önce düzeltilmesi gerekir. Mesele şu ki, değişkeni kontrol etmek oldukça zor - çok uygun olmayan büyük reostatların kullanılması gerekiyor. Üstelik şimdi mikroelektronik ve otomasyon zamanı, eski teknolojileri kullanmak sadece mantıksız değil, aynı zamanda çok kârsız.
Üç fazlı alternatif akımı düzeltmek için altı yarı iletken diyottan oluşan bir elektronik cihaz kullanılır. Bir köprü devresinde açılırlar, her bir diyot çiftinin bir fazı düzeltmeye hizmet ettiği ortaya çıkar. Doğrultucu ünitesinin çıkışında sabit bir voltaj belirir,değer, girişe akan değere eşittir. Bu aşamada tüm dönüşümler tamamlanır, bu bloğun herhangi bir kontrolü yapılmaz. Tek fazlı bir şebekeden güç sağlanması durumunda, tek bir diyottan bile doğrultucu kademesi yeterlidir. Ancak dörtlü bir köprü devresi kullanmak daha verimlidir.
Filtre kutusu
Bu modül DC voltaj filtreleme için kullanılır. Bloğun en basit versiyonu, pozitif omuz boşluğuna dahil edilen bir indüktördür. Kutuplar arasına bir elektrolitik kondansatör bağlanmıştır. Değişken bileşenden kurtulmak için bir işlevi vardır. Mesele şu ki, doğrultucu dalgalanmalardan tamamen kurtulamıyor. Çalışma sırasında önemli gürültü üretebilecek az miktarda AC var.
Filtre bloğunun çalışma prensibini dikkate almak için elemanları değiştirerek analiz etmek gerekir. Doğru akım koşullarında çalışırken, endüktans dirençle değiştirilir, kapasitör açık devre ile değiştirilir. Ancak alternatif akımla çalıştırıldığında, kapasitansın yerini direnç alır. Bu nedenle, bu durumda bir kısa devre meydana geldiğinden, tüm değişken bileşen kaybolur. Bunu anlamak oldukça zor, elektrik mühendisliğinin teorik temellerini anlamak gerekiyor. Ancak bu olmadan 3 fazlı bir frekans dönüştürücü yapılamaz.
İnverter aşaması
Ve eğlence burada başlıyor - güçlü IGBT transistörlerin kullanımı. Bir mikroişlemci sistemi tarafından kontrol edilirler.işlevlerinin kalitesi, tüm frekans dönüştürücünün çalışmasına bağlıdır. Böyle bir voltaj dönüştürücü devresi yaygın olarak kullanılmaktadır. Aslında, güç transistörlerinin yardımıyla herhangi bir voltaj tersine çevrilebilir. Toplamda, en basit devrede altı eleman kullanılır - her faz için iki. Frekans dönüştürücü, sıfıra göre her fazda 220 volt üretir.
Ters voltaj oluşumundan kurtulmak için yarı iletken diyotların kullanılması gerekir. Güç transistörlerinin toplayıcı ve vericisi arasında bağlanırlar. Yönetim üssün girişinde gerçekleştirilir. Daha önce belirtildiği gibi, kendin yap frekans dönüştürücülerinde, inverter kademesindeki her faz için iki transistör bulunur. Seri olarak p-n bağlantılarını açın. Faz, her bir omzun orta noktasından çıkarılır. Satışa hazır modüller mevcuttur, doğrudan voltaj sağlamak için kabloları ve üç fazlı alternatifi çıkarmak için üç kontağı vardır. Ek olarak, bir mikro denetleyici kontrol sistemini bağlamak için bir konektör vardır.
Mikroişlemci kontrolü
Inverter tarafından motor şaft hızını değiştirmek için kullanılır, varsayılan frekansı 50Hz olan voltaj, genlik olarak geniş bir aralıkta değiştirilebilir. Ve daha spesifik olarak, sıfırdan mikroişlemcinin sağlayabileceği frekansa. İkincisi için temel gereksinim, birden fazla cihazı bağlayabilmesidir. Sen ne zamanfrekansı değişken bir dirençle değiştirilen voltajın işlemci tarafından kontrol edilmesi gereken bir dönüştürücü tasarlayın. Özenle seçilmiştir, yeterli sayıda I/O portuna sahip olmalıdır.
Mikrodenetleyiciye bir LCD ekran bağlayarak sistemi biraz karmaşıklaştırabilirsiniz. Ondan yüksek renk oluşturma gerekli değildir, basit hesap makinelerinde olduğu gibi monokrom yeterlidir. Programlama düğmeleri de giriş-çıkış bağlantı noktalarına bağlanır. Basit bir frekans dönüştürücüyü bu şekilde yapabilirsiniz. Tüm unsurların fiyatı iki bin rubleden fazla olmayacak. Ancak 200-750 watt gücünde bir invertörün maliyeti 6500 ila 12000 ruble arasında değişiyor. Her şey üreticiye ve cihazın özelliklerine bağlıdır.
Cihaz kasası
Kendin yap frekans dönüştürücüler güvenilir bir muhafazaya sahip olmalıdır. Sadece kullanım kolaylığı değil, aynı zamanda verimlilik de buna bağlıdır. Taban alüminyumdan yapılmıştır. Bu malzemenin kullanılmasının nedeni, yüksek kaliteli soğutma ihtiyacıdır. Çalışma sırasında IGBT modülü çok ısınır ve yarı iletken diyotların sıcaklığı da yükselir. Ve 380 Volt veya 220 Volt frekans dönüştürücünüz olması hiç önemli değil.
Vücudun geri kalanı plastikten yapılmıştır. Çalışma sırasında yüksek voltajlı terminallerle kazara temas olmaması için tüm güç elemanlarının onun tarafından gizlenmesi gerekir. Ön kısımda LCD ekran ve butonlar için bir delik sağlanması gerekmektedir. Ayrı ayrı, içindeuygun bir yer, değişken bir direnç kurulur. Mikrodenetleyiciyi programlarken bu direncin çıkış akımının frekansını değiştirdiğini hesaba katmak gerekir.
Sistem elemanlarının ısı değişimi
Isı dağılımına özel dikkat gösterilmelidir. Geliştirilmekte olan cihaz ne kadar güçlüyse, soğutma sistemi de o kadar güvenilir olmalıdır. Yukarıda belirtildiği gibi, taban alüminyumdan yapılmalıdır. Voltaj dönüştürücü devresi aşırı ısınmaya karşı koruma sağlamalıdır. Bunun için gövdede bir delik açılması gerekir, içine bir sıcaklık sensörü monte edilmiştir. Ondan sinyal, eşleşen bir cihaz aracılığıyla mikrodenetleyiciye beslenir. Maksimum sıcaklık aşılırsa, yük bağlantısı kesilmelidir. Bu nedenle, güç transistör modülü kapanır.
Isı dağılımını iyileştirmek için fanlar kullanılmalıdır. Konumları, hava akımı kasanın radyatör kanatlarını soğutacak şekilde seçilmelidir. Soğutma sisteminin verimini artırmak için mutlaka termal macun kullanmalısınız. Cihazı çalıştırırken fanları açmak daha mantıklı. Ancak, bir sıcaklık sensöründen gelen bir sinyal kullanarak kontrolörü programlamak da mümkündür. Sıcaklık, cihazın acil kapatmasının gerçekleştiği sıcaklığın yarısına ulaştığında fanlar açılır.
Devre kartı
Devre kartı olarak hazır seçenekleri kullanmak en iyisidir. Satışta, çevresinde delik bulunan farklı boyutlarda panolar vardır.küçük kalaylı kontaklar. Halk arasında "balık" olarak adlandırılırlar. Dikkate değer tek şey, işlemciyi ve mikro devreleri değiştirme olasılığıdır. Bunun için panoya lehimlenmiş konektörler kullanmanız gerekir. Kendin yap frekans dönüştürücüler en iyi, elemanların hızlı bir şekilde değiştirilmesi beklentisiyle yapılır. IC veya denetleyici, tıpkı bir prize takılan bir fiş gibi bu sokete takılır.
Sonuçlar
Kendi frekans dönüştürücünüzü de yapabilirsiniz. Analogların fiyatı, öğrendiğimiz gibi çok daha yüksek. Tabii ki, daha fazla fırsatları olmasına rağmen. Ama aslında, daha yakından bakarsanız, aslında beşten fazla işlevin kullanılmadığı ortaya çıkıyor. Sürücü çalışırken dönüş hızını değiştirmek ve hızlanma ve yavaşlama sürelerini ayarlamak gerekir. Biraz daha az sıklıkla, ters işlev ve izin verilen maksimum akımı değiştirme kullanılır.
