Электрическая схема привода асинхронных двигателей

Замена приводов постоянного тока на асинхронные двигатели с частотным регулированием.
учебно-методический материал

Учебный материал на тему замены приводов постоянного тока на асинхронные двигатели с частотным регулированием.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Замена приводов постоянного тока на асинхронные двигателя с частотным регулированием.

Замена двигателей постоянного тока на асинхронные регулируемые двигатели Двигатели постоянного тока (ДПТ) широко применяются и в наше время, благодаря использованию современных тиристорных преобразователей, которые позволяют осуществлять регулирование скорости этих двигателей путем изменения напряжения на якоре или в обмотках возбуждения. Для расширения диапазона регулирования скорости используются различные сигналы обратной связи (напряжение на якоре, тахогенераторы и т.д.). Однако эксплуатация двигателей постоянного тока влечет за собой ряд значительных неудобств, связанных с конструктивными особенностями машин данного типа, а именно:

1. Сложность конструкции и, как результат, высокая цена.

2. Наличие щеточно-коллекторного узла.

3. Большая масса.

4. Необходимость в периодическом обслуживании.

5. Ограниченный ресурс.

Все эти недостатки требуют существенных затрат при покупке машин постоянного тока и их дальнейшей эксплуатации, а также они могут значительно снизить надежность и точность систем в целом. Необходимо планировать дополнительные планово-предупредительные работы и останавливать производство для обслуживания щеточно-коллекторных узлов, проводить периодическую продувку машин от пыли.

До недавнего времени внедрение асинхронных двигателей (АД) с короткозамкнутыми роторами в системы, где требуется широкий диапазон регулирования скорости, не представлялось возможным, а для изменения скорости движения приводных механизмов использовались переключаемые редукторы или вариаторы.

Дальнейшим развитием таких систем стало появление асинхронных двигателей с переключением числа полюсов (двух и трех скоростные двигатели), что позволяло ступенчато изменять скорость вращения. С развитием полупроводниковой электроники (разработка IGBT транзисторов), появилась возможность производства недорогих микропроцессорных преобразователей частоты (инверторов), с по- мощью которых стало возможным полноценно управлять скоростью асинхронных двигателей в ши- роком диапазоне регулирования (1:1000). Теперь частота вращения АД не зависит от частоты питающей сети, двигатели можно разгонять ниже и выше их номинальной скорости. Также появилась возможность управления моментом асинхронных двигателей. Системы управления движением с использованием асинхронных двигателей и преобразователей частоты получаются дешевле и проще подобных систем с двигателями постоянного тока. В качестве датчиков обратной связи широко используются цифровые устройства (энкодеры), которые менее подвержены влиянию электромагнитных помех, чем тахогенераторы, используемые с машинами постоянного тока. Асинхронный двигатель – простая, недорогая, не требующая обслуживания машина. Именно эти аргу- менты привели к тому, что на многих предприятиях машины постоянного тока с тиристорными преобразователями стали заменяться на асинхронные двигатели с системами управления, построенными на преобразователях частоты (частотных инверторах).

При подборе асинхронного двигателя взамен машины постоянного тока необходимо учитывать разность характеристик этих машин. Подбор двигателя осуществляется по следующим параметрам:

1. По номинальной скорости вращения. Диапазон изменения частоты вращения вала асинхронного двигателя должен быть равен или больше чем у двигателя постоянного тока.

2. По моменту (номинальному, пусковому, максимальному). Номинальный момент асинхронного двигателя должен быть равен или быть больше исходного при условии длительной работы в заданном диапазоне частот вращения без перегрева. Максимальный и пусковой моменты должны быть равны или быть больше пускового момента, определенного для данного механизма. 1 На рисунке 1 и 2 представлены механические характеристики регулируемого асинхронного двигателя и двигателя постоянного тока соответственно. При замене двигателя постоянного тока необходимо однозначно определить диапазон скорости вращения вала и требуемый момент в этом диапазоне. Как правило, для удовлетворения механических характеристик приводного механизма, приходится ставить асинхронный двигатель соответствующей мощности. Рис.1 Механические характеристики регулируемого асинхронного двигателя М ном М пуск М ном М пуск Рис.2 Механические характеристики регулируемого двигателя постоянного тока

3. По режиму работы. Нагрев электрической машины зависит от режима ее работы, то есть от соотношения длительности периодов работы под нагрузкой и пауз между ними, или периодов работы с полной или частичной нагрузкой, от частоты включения машины и характера протекания переходных процессов. Подразделяют следующие режимы работы: Продолжительный режим (S1) — режим при котором время работы машины при практически неизменных нагрузке и температуре окружающей среды достаточно для нагрева всех её частей до практически устано- вившейся температуры. Режим характеризуется неизменными потерями в течение всего времени работы машины. 2 Кратковременный режим (S2) — режим при котором периоды неизменной нагрузки чередуются с периодами отключения машины, причем за время работы температура частей машины не успевает достигнуть установившегося значения, а за время пауз машина охлаждается до холодного состояния. Повторно-кратковременные режимы (S3-S8) — отличаются от кратковременного продолжительностью включения под неизменную нагрузку и продолжительностью периодов отключения, причем время работы машины всегда меньше времени, необходимого для нагрева ее частей до установившейся температуры, а время пауз меньше необходимого для остывания машины до практически холодного состояния. Отличие между режимами S3-S8 заключается частотой пусков и продолжительностью включения машины.

4. По условиям эксплуатации. Согласно ГОСТ 17498-87 асинхронный двигатель должен иметь соответствующую степень защиты IPXX, где первый символ X означает степень защиты оболочкой, от проникновения инородных твердых тел, второй символ X означает степень защиты оболочкой от вредных воздействий проникающей воды. Например, IP54 — “Машина не полностью защищена от проникновения внутрь оболочки пыли (однако, пыль не может проникать в количестве, достаточном для нарушения работы изделия) и воды, разбрызгиваемой на оболочку в любом направлении”. В настоящее время все чаще в качестве главного привода в новых разработках машин применяется асинхронный двигатель с частотным преобразователем векторного типа или с обратной связью по скорости или по положению ротора. Последние достижения в области силовой электроники и микро- процессорной технике позволили значительно уменьшить стоимость комплектующих изделий частотного преобразователя при возросшей надежности этих изделий. В качестве частотного преобразователя часто используются изделия иностранных фирм. Анализ аналогичных изделий российского производства показывает, что все приводы изготавливаются с применением им- портных комплектующих, таких, как силовые IGBT модули и специализированные процессоры управления, не изготавливаемых российской промышленностью. Поэтому стоимость таких приводов при мелкосерийном производстве единичным предприятием не может быть ниже импортных, которые выпускаются тысячными партиями в год на нескольких специализированных производствах. Иностранные фирмы имеют несколько десятков заводов и представителей в разных странах мира, что позволяет постоянно отслеживать качество выпускаемых изделий. Имея собственных разработчиков, эти фирмы имеют возможность постоянно обновлять и улучшать выпускаемые изделия с появлением новых разработок в электронике.

Сравнивая стоимость комплектного привода (преобразователь + двигатель) можно однозначно заключить, что в настоящее время до мощности 5…7 кВт стоимость частотного привода значительно меньше по сравнению с аналоговым приводом постоянного тока. В случае применения современного цифрового привода постоянного тока стоимость частотных приводов с регулируемыми АД меньше стоимости привода с ДПТ во всем диапазоне мощностей.

Недостатком аналогового привода постоянного тока является низкая помехоустойчивость, сложность в на- стройке и нестабильность параметров. В качестве датчика обратной связи по скорости применяется тахогенератор, имеющий те же недостатки, что и коллекторный двигатель. Современные микроконтроллеры применяемые в частотных преобразователях, позволяют обрабатывать данные за период в несколько десятков микросекунд, (десять лет назад это время составляло 200 мс), что позволило расширить диапазон регулирования с обратной связью до 1:5000 с точностью поддержания скорости 0,2 оборота во всем диапазоне, что приближает данные привода к ста- ночным сервоприводам. Меньшая масса ротора асинхронного двигателя по сравнению с якорем двигателя постоянного тока позволяет повысить динамику привода в следящих и быстродействующих системах и повысить пре- дельные скорости вращения двигателей для приводов с новыми быстроходными инструментами (фрезы, пилы, диски, сверла).

3 Для примера приведен вариант замены двигателя постоянного тока на бумагорезательном станке. Фактор Привод постоянного тока Частотный привод Цена оборудования 2,5 кВт 1000 об/мин 2ПБ160М – 60 000 р. + блок управления Преобразователь частоты 5 кВт. + двигатель 3,0 кВт 1000 об/мин 4АМ112МА6 – 30 000 р. Периодичность планового ремонта 2 раза в год 1 раз в год Средняя стоимость годового обслуживания 10 000 р. 2 000 р. Средняя стоимость капитального ремонта двигателя 48 000 р. 4 000 р. Гарантийный срок 1 год (после ремонта) 3 года (после установки) КПД системы (включая преобразователь и выпрямитель) 75% 80% Стоимость модернизации (без учета материалов) — 25 000 р. (Практический пример и числовые данные взяты из Интернета.) Как видно из таблицы, установка частотного преобразователя окупается для заказчика за 2 года.

Стоимость асинхронного электродвигателя в несколько раз меньше стоимости двигателя постоянного тока. Асинхронные электродвигатели просты в обслуживании, надежны в эксплуатации и весьма долговечны (до 10 лет и более). С использованием преобразователя плавный программируемый пуск начинается с пониженной частоты, возрастающей по мере разгона, это очень похоже на реостатный пуск двигателя постоянного тока, ток ограничивается частотным инвертором, его максимальное пусковое значение снижается . При этом снимаются все ограничения по количеству пусков в час или за сутки работы двигателя. Для асинхронных двигателей общепромышленного применения разработаны и серийно изготавливаются стандартные редукторы различного типа (цилиндрические, червячные, планетарные). Все они могут быть успешно применены и для регулируемых асинхронных двигателей. Замена двигателей постоянного тока на регулируемые асинхронные двигатели может производиться при модернизации устаревшего оборудования и при проектировании нового технологического оборудования.

Области применения регулируемого асинхронного привода весьма широки. Этот привод можно успешно применять, например, в деревообрабатывающем оборудовании, в металлорежущем, в промышленных пылесосах, компрессорах, насосах для перекачки жидкостей, в поломоечных машинах, в электроштабелерах, электропогрузчиках и электротележках в качестве тяговых или исполнительных двигателей (работа с автономными аккумуляторами). Диапазон номинальных рабочих напряжений асинхронных регулируемых двигателей — 40…400 В. Охлаждение – воздушное (собственное или внешнее). Двигатели имеют защиту от перегрева обмоток. Для всего этого рабочего диапазона номинальных напряжений выпускаются серийные частотные преобразователи, например, фирмой «Семикрон» (Германия).

Разработка схемы управления пуском асинхронного двигателя с фазным ротором

Расчет числа и значений пусковых резисторов. Описание движения рабочей точки. Расчет переходного процесса при пуске электропривода, построение графика изменения скорости. Разработка принципиальной схемы управления пуском электропривода в функции времени.

• посмотреть текст работы

• скачать работу можно здесь

• полная информация о работе

• весь список подобных работ

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Карагандинский государственный технический университет

Кафедра АПП

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по Теории автоматизированного электропривода

Тема: Разработка схемы управления пуском асинхронного двигателя с фазным ротором

Принял:

к.т.н., доц.

Каракулин М.Л.

Выполнил:

Гановский А.В.

Караганда 2014

Размещено на http://www.allbest.ru

• ВВЕДЕНИЕ
• ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
• 1. РАСЧЕТ ЧИСЛА И ЗНАЧЕНИЙ ПУСКОВЫХ РЕЗИСТОРОВ
  • 1.1 Построение естественной механической характеристики
  • 1.2 Определение числа и значения пусковых резисторов
  • 1.3 Выбор пусковых резисторов
  • 1.4 Расчет и построение искусственных реостатных механических характеристик
  • 1.5 Описание движения рабочей точки
• 2. РАСЧЕТ ПЕРЕХОДНОГО ПРОЦЕССА ПРИ ПУСКЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
  • 2.1 Расчет и построение графика изменения скорости электропривода при пуске
  • 2.2 Определение интервала времени работы на каждой ступени пусковых резисторов и общего времени пуска
• 3. РАЗРАБОТКА СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПУСКОМ ЭЛЕКТРОПРИВОДА В ФУНКЦИИ ВРЕМЕНИ
  • 3.1 Разработка принципиальной схемы управления
  • 3.2 Настройка каждого из используемых в схеме реле времени
  • 3.3 Описание работы схемы управления пуском электропривода
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Появление трехфазных асинхронных двигателей связано с именем М.О. Доливо-добровольского. Эти двигатели были изобретены им в 1889 году. Предложенная М.О. Доливо-добровольским конструкция асинхронных двигателей в основных чертах сохранилась до наших дней.

резистор электропривод скорость время

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Номинальная мощность электродвигателя

Номинальное число оборотов ротора

Номинальное значение линейного напряжения прикладываемого к статору

Фазный ток обмотки статора

Активное сопротивление обмотки статора

Реактивное сопротивление обмотки статора

Номинальное значение ЭДС индуцируемое в одной фазе неподвижного ротора

Ток в одной фазе неподвижного ротора

Активное сопротивление одной фазы неподвижного ротора

Реактивное сопротивление одной фазы неподвижного ротора

Момент инерции ротора двигателя

Момент сопротивления рабочей машины приведенный к валу электродвигателя

Схема соединения обмоток

1. РАСЧЕТ ЧИСЛА И ЗНАЧЕНИЙ ПУСКОВЫХ РЕЗИСТОРОВ

1.1 Построение естественной механической характеристики

1. Определяем скорость идеального холостого хода. Поскольку номинальная частота вращения , тогда:

2. Определяем номинальное скольжение:

Для определения числа пар полюсов используем следующую формулу:

Из данной формулы следует, что:

3. Определяем угловую скорость идеального холостого хода:

4. Определяем приведенное значение сопротивление ротора:

5. Определяем значение максимального момента ротора:

6. Определяем критическое скольжение:

7. Определяем значение коэффициента :

8. Определяем значение номинального момента:

9. Производим расчет естественной характеристики, изменяя значение скольжение в пределах , по следующей формуле:

Данные расчетов сведены в таблице 1.

Таблица 1 — Расчет естественной механической характеристики

По результатам расчетов построена естественная механическая характеристика представленная на рисунке 1.

Рисунок 1 — Естественная механическая характеристика асинхронного двигателя

1.2 Определение числа и значения пусковых резисторов

1. Строим естественную механическую характеристику привода.

2. Восстанавливаем перпендикуляры к оси моментов из точек, соответствующих моментам и .

3. Через точки пересечения прямых и с естественной характеристикой (точки и ) проводим прямую.

4. Точку пересечения этой прямой с прямой, проведенной из точки параллельно оси моментов, обозначим точкой .

5. Через точки и F проводим прямую и из точки G (точка пересечения данной прямой с прямой ) проводим отрезок, параллельный оси моментов, до точки пересечения с прямой . Точку пересечения обозначим буквой E.

6. Затем, через точку E и проводим прямую. Точку пересечения этой прямой с прямой момента обозначим как H.

7. Далее из точки H, параллельно оси моментов, проводим отрезок до точки пересечения с прямой . Эту точку обозначим буквой D.

8. После этого, через точки D и проводим очередную прямую. Точкой пересечения этой прямой с прямой будет точка I.

9. Из точки I проводим параллельный оси моментов отрезок до точки C (точка пересечения данного отрезка с прямой, соответствующей моменту .

10. Через токи C и проводим прямую. Точку пересечения прямой с прямой, соответствующей моменту , обозначим буквой J.

11. Из точки J, параллельно оси моментов, проводим отрезок до точки пересечения с прямой момента . Эта точка должна совпасть с точкой . Если этого не произошло, то нужно изменить моменты или Расчет заканчивается, когда эти две точки совпадут. Число отрезков, параллельных оси моментов, соответствует числу реостатных характеристик, а, следовательно, и числу пусковых резисторов.

Для определения значений сопротивлений пусковых резисторов необходимо произвести некоторые графические построения. Определяем точку , как точку пересечения прямой, соответствующей моменту , с прямой, проведенной из точки параллельно оси моментов (см. рисунок 2). Исходя из проведенных построений определяем полные активные сопротивления линий ротора.

1. На первой ступени:

2. На второй ступени:

3. На третьей ступени:

4. На четвёртой ступени:

Определяем значения сопротивлений пусковых резисторов:

1. Сопротивление первого пускового резистора:

2. Сопротивление второго пускового резистора:

3. Сопротивление третьего пускового резистора:

4. Сопротивление четвёртого пускового резистора:

Значения скольжения, соответствующие началу разгона на каждой ступени (момент включения первой ступени и моменты перехода с одной ступени на другую) определяем по рисунку 2.

Все построения выполнены с помощью учебника Вешеневский С.Н. «Характеристики двигателей в электроприводе» и представлены на рисунке 2.

Принципиальная схема соединения резисторов представлена на рисунке 3.

Рисунок 2 — Расчёт числа и значений пусковых резисторов

Рисунок 3 — Принципиальная схема соединения резисторов

I_PMAX = ,

где — сумма сопротивлений пусковых резисторов одной фазы ротора (меняет свои значения в зависимости от ступени разгона электродвигателя). По мере разгона из исключается каждый предыдущий пусковой резистор при переходе на следующую ступень.

— значения скольжения, соответствующие началу разгона на каждой ступени.

1. Для первой ступени:

2. Для второй ступени:

3. Для третьей ступени:

4. Для четвёртой ступени:

По полученным значениям примем максимальный ток равным 620А.

Эквивалентный по нагреву продолжительный ток для режима пуска двигателя принимаем:

Пусковые резисторы выбираем из ящиков резисторов типа ЯС-100 с чугунными элементами по справочным данным, приведенным в учебнике: Вешеневский С.Н. «Характеристики двигателей в электроприводе».

1. Расчетная величина сопротивления первой ступени пусковых резисторов . Так как резисторов с таким номиналом в ящиках пусковых резисторов нет, собираем эту ступень путем последовательного соединения десяти резисторов (из ящика резисторов под каталожным номером 10), одного резистора (из ящика резисторов под каталожным номером 7) и одного резистора (из ящика резисторов под каталожным номером 5).

2. Расчетная величина сопротивления второй ступени пусковых резисторов . Так как резисторов с таким номиналом в ящиках пусковых резисторов нет, собираем эту ступень путем последовательного соединения двух резисторов (из ящика резисторов под каталожным номером 14) и трёх резисторов (из ящика резисторов под каталожным номером 10).

3. Расчетная величина сопротивления третьей ступени пусковых резисторов . Так как резисторов с таким номиналом в ящиках пусковых резисторов нет, собираем эту ступень путем последовательного соединения трёх резисторов (из ящика резисторов под каталожным номером 10).

4. Расчетная величина сопротивления третьей ступени пусковых резисторов . Так как резисторов с таким номиналом в ящиках пусковых резисторов нет, собираем эту ступень путем последовательного соединения одного резистора (из ящика резисторов под каталожным номером 10), двух, параллельно соединённых, резисторов (из ящика резисторов под каталожным номером 7) и двух, параллельно соединённых, резисторов (из ящика резисторов под каталожным номером 5).

Результаты выбора резисторов занесены в таблицу 2.

Таблица 2 — Выбор пусковых резисторов

199. Способы пуска асинхронных двигателей

Пуск асинхронных двигателей можно производить при полном напряжении (прямой пуск) и при пониженном напряжении. Прямой пуск осуществляется при помощи рубильников, переключателей, пакетных выключателей, магнитных пускателей, контакторов и контроллеров. При прямом пуске к двигателю подается полное напряжение сети. Недостатком этого способа пуска являются большие пусковые токи, которые в 2—7 раз больше номинальных токов двигателей.

Наиболее простым является прямой пуск асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Пуск и останов таких двигателей производится включением или отключением рубильника (магнитного пускателя) и т. п. На фиг. 399 показана схема прямого пуска асинхронного короткозамкнутого двигателя. Пуск асинхронных двигателей с фазным ротором производится

ностью введено. В конце пуска реостат плавно выводится и закорачивается. Наличие активного сопротивления в цепи ротора при пуске приводит к уменьшению пускового тока и увеличению пускового момента. На фиг. 400 дана схема пуска асинхронного двигателя с фазным ротором.

Для уменьшения пусковых токов асинхронных двигателей уменьшают напряжение, подводимое к обмоткам статора двигателя.

Рассмотрим два способа пуска асинхронных двигателей при пониженном напряжении: с помощью переключателя со звезды на треугольник и с помощью автотрансформатора.

Пуск при помощи

переключателя со звезды на треугольник. На фиг. 401 дана принципиальная схема включения обмотки статора с переключателем со звезды на треугольник. При пуске обмотка статора с помощью рубильника соединяется звездой и, как только двигатель разовьет максимально возможную для этого соединения скорость вращения, рубильник откидывается влево, обмотка статора оказывается включенной треугольником и двигатель получает возможность развить полную скорость. При этом способе пуска двигателя пусковой ток уменьшается в три раза. Поясним это на примере.

На фиг. 402, а схематически изображена обмотка статора, соединенная при пуске звездой. Пусть напряжение между линейными проводами двигателя равно 380 В, а следовательно, напряжение, приходящееся на фазу двигателя при пуске, будет:

Как видно из приведенного примера, линейный ток двигателя при соединении обмоток статора звездой в три раза меньше линейного тока двигателя, статорная обмотка которого соединена треугольником.

На фиг. 403 показана схема включения переключателя со звезды на треугольник в цепи статора асинхронного двигателя.

Рассмотренный нами способ пуска двигателя уменьшает пусковой ток в три раза, а так как согласно доказанному выше момент двигателя пропорционален току ротора и, стало быть, приближенно и току статора, то одновременно пусковой момент двигателя уменьшается также в три раза. Поэтому двигатели с таким способом пуска можно применять только в тех случаях, когда их пускают вхолостую или слабо нагруженными.

Само собой разумеется, что переключение обмотки статора со звезды на треугольник при пуске можно применять только для двигателей, нормально работающих по схеме треугольник.

Пуск при помощи автотрансформатора. Уменьшить напряжение, подводимое к двигателю, а вместе с этим уменьшить пусковой ток двигателя можно также при помощи автотрансформатора.

На фиг. 404, а показана схема пуска низковольтного асинхронного двигателя Д при помощи автотрансформатора AT. Фиг. 404, б изображает схему пуска высоковольтного двигателя. Здесь автотрансформатор AT имеет размыкаемую нулевую точку. Для пуска двигателя Д в ход включают масляный выключатель 1, замыкая тем самым нулевую точку автотрансформатора. Затем включают главный масляный выключатель 2; к двигателю через автотрансформатор подается из сети пониженное напряжение и двигатель трогается с места. При достижении двигателем максимально возможной (при данном соединении) скорости выключается масляный выключатель 1 и включается масляный выключатель 3. отчего двигатель получает полное напряжение сети и развивает нормальную скорость вращения.

При пуске автотрансформаторы понижают напряжение на 50—80%.

Частотный преобразователь своими руками

Частотный преобразователь своими руками

Частотный преобразователь своими руками — представляю вам небольшую статью о асинхронном двигателе и частотном преобразователе, который мне ранее приходилось делать. Вот и теперь потребовался хороший привод для циркулярной пилы. Конечно можно было бы взять в магазине фирменный частотник, но все-таки вариант самостоятельного изготовления оказался для меня наиболее приемлемым.

К тому же, качество регулировки скорости привода пилорамы не требовало абсолютной точности. Однако с нагрузками ударного типа и длительными перегрузками он должен справляться. К тому же хотелось сделать управление наиболее простым, без всяких там параметров, а просто установить пару кнопок.

Главные преимущества привода с регулировкой частоты:

• Создаем из однофазного напряжения 220v полновесные три фазы 220v, сдвиг у которых будет 120°, при этом получаем абсолютный вращательный момент с мощностью на валу
• Повышенный момент старта с плавным запуском без максимального пускового тока
• Нет сильного замагничивания и излишнего перегрева мотора, как это бывает когда применяются конденсаторы
• При необходимости можно свободно управлять скоростью вращения и менять направление

Ниже показана принципиальная схема устройства:

Трехфазный мост выполнен на гибридных IGBT транзисторах c диодами обратной проводимости. В целом это представляет собой бустрепное управление микроконтроллером PIC16F628A, осуществляемое с помощью специализированных оптодрайверов HCPL-3120. Во входном тракте установлен конденсатор гашения напряжения, выполняющего функцию мягкой зарядки электролитических конденсаторов в цепи постоянного напряжения.

Быстродействующая защита

Далее по схеме он зашунтирован электромагнитным реле, при этом на PIC16F628A подается цифровой логический уровень готовности. В схеме предусмотрена быстродействующая защита по току от короткого замыкания и критической перегрузке мотора, выполненная по триггерной схеме. Все это управляется при помощи двух кнопок и одного переключателя, который изменяет направление вращения вала.

Частотный преобразователь своими руками, в частности участок силовых напряжений был собран методом навесного монтажа, а контроллер размещен на печатной плате, которая показана ниже:

Постоянные резисторы с номиналом 270к, шунтирующие конденсаторы установленные в цепи затвора IGBT, запаял со стороны дорожек, так как упустил из виду сделать для них площадки. Их конечно можно заменить на smd.

Здесь показано фото печатной платы контроллера после распайки компонентов:

А это с противоположной стороны

Для подачи напряжения питания в модуль управления был изготовлен стандартный обратноходовой импульсный источник питания.

Принципиальная схема блока питания:

Чтобы изготовить частотный преобразователь своими руками в принципе можно использовать практически любой источник питания с выходным напряжением 24v. Однако, этот блок питания должен быть стабилизированный и с задержкой напряжения на выходе с момента исчезновения напряжения сети, хотябы в пределах 3-х секунд. Это обусловлено тем, что двигатель смог отключится в случае возникновения ошибки по DC. Достигается подбором электролитического конденсатора С1 с большим значением емкости.

Ну, а теперь нужно подробнее разобраться в самом важном компоненте данного устройства — в программе микроконтроллера. В интернете подходящей для меня информации по этому вопросу я не нашел, хотя были предложения установить специальные фирменные контроллеры. Но как я уже говорил, мне принципиально нужно было установить, что-то собственной разработки. Приступил во всех подробностях анализировать ШИМ модуляцию, в какое время и каким способом открыть определенный транзистор…

Программа формирования задержек

Выяснились некоторые закономерности и получился образец несложной программы формирования задержек. При ее использовании получается произвести достаточно хорошую синусоидальную ШИМ с возможностью изменять напряжение. Естественно контроллер делать какие либо вычисления не успевал, задержки не давали того эффекта, который был нужен. Следовательно, такой вариант обсчитывания ШИМ на микроконтроллере PIC16F628A я забраковал сразу.

В результате образовалась констант матрица, а ее уже отрабатывал PIC16F628A. Они формировали и диапазон частоты и напряжение питания. Конечно эта работа по созданию данного устройства несколько затянулась. Циркуляркой уже полным ходом пилили на конденсаторах, когда появился необходимый вариант прошивки. Первоначально тестировал схему на моторе от вентилятора, мощностью 180 Вт. Вот фото прибора на стадии экспериментальных работ:

Тестирование устройства

Чуть позже, в процессе испытания программа подвергалась усовершенствованию, а после запуска двигателя мощностью на 4 кВт я практически был удовлетворен итогом своей работы. Защита от короткого замыкания прекрасно срабатывает, полутора-киловаттный мотор на 1440об/мин с диском 300мм свободно справлялся с приличными брусками. Шкивы были установлены одинаковые, что на двигатель, что на вал циркулярки. При попадании пилы на сучок сетевое напряжение немного падало, хотя двигатель продолжал работать.

По ходу работы потребовалось немного натянуть ремень, поскольку при увеличении нагрузки он начинал скользить на шкиве. В дальнейшем применили двойную передачу. Но на этом решил не останавливаться, поэтому сейчас начал усовершенствовать программу, в итоге она будет значительно эффективней. Принцип работы ШИМ-контролера немного усложняется, появится больше режимов, появится ресурс раскручивания выше номинального значения.

В конце статьи файлы для того самого простого варианта устройства, которое прекрасно работает с циркулярной пилой уже больше года.

Характеристики:

• Частота на выходе: 2,5-50Гц, шаг 1,25Гц; Частота ШИМ-контроллера синхронная, с возможностью изменения. Диапазон частот в пределах 1750-3350Гц.; Скалярное управление частотным преобразователем, мощность мотора около 4кВт. Самая меньшая частота работы при разовом нажатии кнопки «Пуск» — составляет 10Гц.
• Во время удержании кнопки нажатой появляется разгоняющий момент, а когда кнопка отпускается, то частота буде той, до какой смог разогнаться. Частота по максимуму — 50Гц информирует светодиодный индикатор. Номинальное время разгоняющего момента составляет 2 секунды.
• Индикатор «Готов» сообщает о готовности устройства к старту двигателя.