ساخت مبدل های فرکانس با دستان خود بسیار دشوار است، زیرا باید در الکترونیک قدرت و فن آوری نیمه هادی ها بسیار مسلط باشید. اما قبل از اینکه به فکر طراحی این دستگاه باشید، باید دریابید که برای چه اهدافی از آن ها استفاده می شود. شما همچنین باید بدانید که اجزای اصلی این سیستم های الکترونیکی کدامند.
مبدل فرکانس چیست؟
همه می دانند که جریان متناوب در شبکه وجود دارد و فرکانس مشخصی دارد. در روسیه، استاندارد 50 هرتز است. در برخی از کشورهای غربی، استاندارد کمی متفاوت 60 هرتز است. عملکرد بسیاری از دستگاه ها به فرکانس جریان بستگی دارد. مبدل ها برای تغذیه موتورهای آسنکرون استفاده می شوند. دلایل زیادی برای استفاده از وسایل الکترونیکی وجود دارد. به عنوان مثال، در صنعت، اینورترها از زمان استفاده گسترده شده اندبه شما امکان می دهد از شر مکانیسم های بزرگ خلاص شوید.
در جزئیات بیشتر، می توانید سرعت چرخش تسمه روی نوار نقاله را با استفاده از گیربکس که بر اساس نوعی گیربکس خودرو است، تغییر دهید. علاوه بر این، می تواند مکانیکی (با استفاده از چندین دنده) یا CVT باشد. اما تغییر پارامترهای جریانی که موتور را تغذیه می کند بسیار مؤثرتر است. چرخاندن مقاومت متغیر سرعت چرخش نوار نقاله را تغییر می دهد. علاوه بر این، فرکانس را می توان در محدوده وسیعی تغییر داد.
مبدل های فرکانس چه ویژگی های دیگری دارند؟
علاوه بر این، تنظیمات اینورتر به موتور الکتریکی اجازه می دهد تا به تدریج در طی چند ثانیه سرعت خود را افزایش دهد. زمان توسط کاربر از طریق برنامه نویسی تابع مبدل فرکانس تنظیم می شود. به همین ترتیب، می توانید با زمان توقف آرمیچر موتور نیز عمل کنید. این باعث کاهش بار روی درایو می شود که مستقیماً بر منبع آن تأثیر می گذارد.
علاوه بر این، برای مشاغل کوچکی که توانایی تامین شبکه سه فاز برای خود را ندارند، اما نیاز به آن وجود دارد، استفاده از مبدل های فرکانس یک نوشداروی واقعی است. مدل های زیادی از این دستگاه ها وجود دارد که به یک شبکه جریان متناوب تک فاز متصل می شوند و در خروجی سه عدد تولید می کنند. بنابراین، می توان یک موتور الکتریکی را به یک پریز معمولی وصل کرد. و در این صورت قدرتش را از دست نمی دهد، کارش درست می شود.
قطعات برق مبدل
همه مبدل های فرکانس از ترانزیستورهای قدرتمند IGBT یا MOSFET استفاده می کنند. آنها برای این نوع کار ایده آل هستند. آنها در ماژول های جداگانه نصب می شوند. این روش نصب می تواند عملکرد یک دستگاه الکترونیکی را بهبود بخشد. این ترانزیستورها در حالت کلید کار می کنند، کنترل با استفاده از یک سیستم ریزپردازنده انجام می شود. واقعیت این است که تمام کنترل ها جریان کم است و نیازی به تعویض ولتاژ بالا نیست. بنابراین، می توان با استفاده از ساده ترین ریزپردازنده به این امر دست یافت.
پرکاربردترین مجموعه های ویژه سری IR2132 و IR2130. آنها از شش درایور تشکیل شده اند که کلیدها را کنترل می کنند. سه مورد برای پایین و سه مورد برای بالا استفاده می شود. این مجموعه به شما امکان می دهد یک آبشار ساده از مبدل فرکانس را پیاده سازی کنید. علاوه بر این، دارای چندین درجه حفاظت است. به عنوان مثال، در برابر اتصال کوتاه و اضافه بار. مشخصات دقیق همه عناصر را می توان در کتابچه راهنمای کاربر یافت. اما همه عناصر قدرت یک اشکال بزرگ دارند - هزینه بالای محصولات.
نمودار ساختاری مبدل
هر مبدل فرکانس برای موتور دارای سه بلوک اصلی است - یکسو کننده، فیلترها، یک اینورتر. معلوم می شود که ولتاژ AC ابتدا به DC تبدیل می شود، سپس فیلتر می شود. پس از همه اینها، به یک متغیر وارونه می شود. اما بلوک سوم وجود دارد - کنترل ریزپردازنده اینورتر. و به طور دقیق تر، ترانزیستورهای قدرتمند IGBT. اگر تا به حال با آن برخورد کرده ایدمبدل های فرکانس، پس می دانید که در پنل جلویی آنها چندین دکمه برای برنامه نویسی دارند.
راهنمای دستورالعمل اینورتر شما را راهنمایی می کند که چگونه همه عملکردها را تنظیم کنید. این یک موضوع بسیار پیچیده است، زیرا تنظیمات بسیار زیادی حتی در ساده ترین دستگاه وجود دارد. علاوه بر این واقعیت که دستگاه الکترونیکی به شما امکان می دهد فرکانس چرخش آرمیچر موتور را تغییر دهید، زمان شتاب و کاهش سرعت را تنظیم کنید، چندین درجه حفاظت نیز وجود دارد. به عنوان مثال، جریان بیش از حد. در صورت استفاده از چنین دستگاهی نیازی به نصب سوئیچ های اتوماتیک نیست.
واحد یکسو کننده
بسته به هدف مبدل فرکانس، مراحل مختلف یکسو کننده استفاده می شود. و گزینه منبع تغذیه می تواند از شبکه سه فاز یا تک فاز باشد. اما در خروجی اینورتر در هر صورت یک ولتاژ متناوب سه فاز وجود دارد. اما برای کنترل جریان، ابتدا باید آن را اصلاح کرد. نکته این است که کنترل متغیر بسیار دشوار است - استفاده از رئوستات های بزرگ ضروری است که خیلی راحت نیست. علاوه بر این، اکنون زمان میکروالکترونیک و اتوماسیون است، استفاده از فناوری های منسوخ نه تنها غیر منطقی است، بلکه بسیار بی سود است.
یک دستگاه الکترونیکی متشکل از شش دیود نیمه هادی برای اصلاح جریان متناوب سه فاز استفاده می شود. آنها در یک مدار پل روشن می شوند، معلوم می شود که هر جفت دیود برای اصلاح یک فاز خدمت می کند. یک ولتاژ ثابت در خروجی واحد یکسو کننده ظاهر می شودمقدار برابر با مقداری است که به ورودی جریان می یابد. در این مرحله تمام تبدیل ها تکمیل می شود، هیچ کنترلی بر این بلوک انجام نمی شود. در صورتی که برق از یک شبکه تک فاز تامین شود، یک مرحله یکسو کننده حتی از یک دیود تک کافی است. اما استفاده از مدار پل چهارتایی کارآمدتر است.
جعبه فیلتر
این ماژول برای فیلتر ولتاژ DC استفاده می شود. ساده ترین نسخه بلوک یک سلف است که در شکاف شانه مثبت قرار دارد. یک خازن الکترولیتی بین قطب ها متصل است. این یک تابع دارد - خلاص شدن از شر جزء متغیر. نکته این است که یکسو کننده نمی تواند به طور کامل از شر امواج خلاص شود. مقدار کمی AC باقی می ماند که می تواند صدای قابل توجهی در حین کار ایجاد کند.
برای در نظر گرفتن اصل عملکرد بلوک فیلتر، لازم است با جایگزینی عناصر آنالیز شود. هنگام کار در شرایط جریان مستقیم، اندوکتانس با مقاومت جایگزین می شود، خازن با یک مدار باز جایگزین می شود. اما هنگامی که با جریان متناوب تغذیه می شود، ظرفیت خازن با مقاومت جایگزین می شود. بنابراین، کل جزء متغیر ناپدید می شود، زیرا در این مورد یک اتصال کوتاه رخ می دهد. درک این امر بسیار دشوار است، لازم است مبانی نظری مهندسی برق را درک کنیم. اما یک مبدل فرکانس 3 فاز بدون این نمی‌توان ساخت.
مرحله اینورتر
و اینجا سرگرمی شروع می شود - استفاده از ترانزیستورهای قدرتمند IGBT. آنها توسط یک سیستم ریزپردازنده کنترل می شوندکیفیت عملکرد آنها به عملکرد کل مبدل فرکانس بستگی دارد. چنین مدار مبدل ولتاژ به طور گسترده ای استفاده می شود. در واقع با کمک ترانزیستورهای قدرت می توان هر ولتاژی را معکوس کرد. در مجموع، شش عنصر در ساده ترین مدار استفاده می شود - دو عنصر برای هر فاز. مبدل فرکانس 220 ولت در هر فاز نسبت به صفر تولید می کند.
برای خلاص شدن از وقوع ولتاژ معکوس، استفاده از دیودهای نیمه هادی ضروری است. آنها بین کلکتور و امیتر ترانزیستورهای قدرت متصل می شوند. مدیریت در ورودی پایگاه انجام می شود. همانطور که قبلاً ذکر شد، مبدل های فرکانس خود را انجام دهید، دو ترانزیستور برای هر فاز در آبشار اینورتر دارند. اتصالات p-n آنها را به صورت سری روشن کنید. فاز از وسط هر شانه برداشته می شود. ماژول های آماده برای فروش موجود هستند، دارای سرب برای تامین ولتاژ مستقیم و همچنین سه کنتاکت برای حذف متناوب سه فاز هستند. علاوه بر این، یک رابط برای اتصال یک سیستم کنترل میکروکنترلر وجود دارد.
کنترل ریزپردازنده
برای تغییر سرعت شفت موتور توسط اینورتر استفاده می شود، ولتاژ، که فرکانس پیش فرض آن 50 هرتز است، می تواند در دامنه وسیعی تغییر کند. و به طور خاص، از صفر به فرکانسی که ریزپردازنده می تواند ارائه دهد. نیاز اصلی برای دومی توانایی اتصال چندین دستگاه است. وقتی تویک مبدل طراحی کنید، ولتاژی که فرکانس آن با مقاومت متغیر تغییر می کند، باید توسط پردازنده کنترل شود. با دقت انتخاب شده است، باید تعداد کافی پورت I/O داشته باشد.
می توانید با اتصال یک نمایشگر LCD به میکروکنترلر، سیستم را کمی پیچیده کنید. رندر رنگ بالا از آن لازم نیست، تک رنگ کافی است، همانطور که در ماشین حساب های ساده است. دکمه های برنامه نویسی نیز به پورت های ورودی-خروجی متصل می شوند. به این ترتیب می توانید یک مبدل فرکانس ساده بسازید. قیمت تمام عناصر بیش از دو هزار روبل نخواهد بود. اما هزینه یک اینورتر با توان 200-750 وات از 6500 تا 12000 روبل متغیر است. همه چیز به سازنده و توانایی های دستگاه بستگی دارد.
قاب دستگاه
مبدل های فرکانس این کار را خودتان انجام دهید باید دارای محفظه قابل اعتمادی باشند. نه تنها سهولت استفاده به آن بستگی دارد، بلکه کارایی نیز دارد. پایه از آلومینیوم ساخته شده است. دلیل استفاده از این ماده نیاز به خنک کننده باکیفیت است. در حین کار، ماژول IGBT بسیار داغ می شود و دمای دیودهای نیمه هادی نیز افزایش می یابد. و اصلاً مهم نیست که مبدل فرکانس 380 یا 220 ولت داشته باشید.
بقیه بدنه از پلاستیک ساخته شده است. لازم است که تمام عناصر قدرت توسط آن پنهان شود تا در حین کار با پایانه های فشار قوی تماس تصادفی نداشته باشد. در قسمت جلویی باید سوراخی برای نمایشگر LCD و دکمه ها در نظر گرفته شود. به طور جداگانه، دریک مکان مناسب، یک مقاومت متغیر نصب شده است. هنگام برنامه ریزی میکروکنترلر، باید در نظر داشت که این مقاومت فرکانس جریان خروجی را تغییر می دهد.
تبادل حرارتی عناصر سیستم
باید به دفع گرما توجه ویژه ای شود. هرچه دستگاه در حال توسعه قدرتمندتر باشد، سیستم خنک کننده باید قابل اعتمادتر باشد. همانطور که در بالا ذکر شد، پایه باید از آلومینیوم ساخته شود. مدار مبدل ولتاژ باید از گرمای بیش از حد محافظت کند. برای این منظور، لازم است یک سوراخ در محفظه سوراخ کنید، یک سنسور دما در آن نصب شده است. از آن، سیگنال از طریق یک دستگاه مطابق به میکروکنترلر تغذیه می شود. اگر از حداکثر دما فراتر رفت، بار باید قطع شود. بنابراین، ماژول ترانزیستور قدرت خاموش می شود.
برای بهبود اتلاف گرما، باید از فن استفاده کرد. محل آنها باید به گونه ای انتخاب شود که جریان هوا باعث خنک شدن پره های رادیاتور کیس شود. برای افزایش کارایی سیستم خنک کننده باید از خمیر حرارتی استفاده کرد. روشن کردن فن ها در زمان راه اندازی دستگاه معقول تر است. اما برنامه ریزی کنترلر با استفاده از سیگنال سنسور دما نیز امکان پذیر است. وقتی دما به نیمی از دمایی که خاموش شدن اضطراری دستگاه رخ می دهد، برسد، فن ها روشن می شوند.
برد مدار
به عنوان یک برد مدار، بهتر است از گزینه های آماده استفاده کنید. در فروش تخته هایی با اندازه های مختلف با سوراخ هایی در اطراف آن وجود داردکنتاکت های کوچک کنسرو شده به آنها در عامیانه "ماهی" گفته می شود. تنها چیزی که قابل تامل است امکان تعویض پردازنده و ریز مدارهاست. برای این منظور باید از کانکتورهایی استفاده کنید که به برد لحیم شده اند. مبدل‌های فرکانس را خودتان انجام دهید بهتر است با انتظار تعویض سریع عناصر ساخته شوند. آی سی یا کنترلر به سادگی به این سوکت وصل می شود، مانند دوشاخه به سوکت.
نتیجه گیری
همچنین می توانید مبدل فرکانس خود را بسازید. قیمت آنالوگ ها، همانطور که متوجه شدیم، بسیار بالاتر است. هرچند که البته آنها فرصت های بیشتری دارند. اما در واقع، اگر نگاه دقیق تری بیندازید، معلوم می شود که در واقع بیش از پنج تابع استفاده نمی شود. هنگامی که درایو در حال کار است، لازم است سرعت چرخش را تغییر دهید، همچنین زمان شتاب و کاهش سرعت را تنظیم کنید. کمی کمتر از تابع معکوس و تغییر حداکثر جریان مجاز استفاده می شود.
