É muito difícil fazer conversores de frequência com suas próprias mãos, pois você precisa ser muito versado em eletrônica de potência e tecnologia de semicondutores. Mas antes de pensar em projetar este dispositivo, você precisa descobrir para quais propósitos eles são usados. Você também precisará saber quais são os principais componentes desses sistemas eletrônicos.
O que é um conversor de frequência?
Todo mundo sabe que existe corrente alternada na rede, e ela tem uma certa frequência. Na Rússia, o padrão é 50 Hertz. Em alguns países ocidentais, um padrão ligeiramente diferente é 60 Hertz. A operação de muitos dispositivos depende da frequência da corrente. Os conversores são usados para alimentar motores assíncronos. Há muitas razões para usar meios eletrônicos. Por exemplo, na indústria, os inversores se tornaram difundidos, uma vez que seu usopermite que você se livre de mecanismos enormes.
Mais detalhadamente, você pode alterar a velocidade de rotação da correia no transportador usando uma caixa de câmbio, que é baseada em um tipo de caixa de câmbio de carro. Além disso, pode ser mecânico (usando várias engrenagens) ou CVT. Mas é muito mais eficaz alterar os parâmetros da corrente que alimenta o motor. Girar o resistor variável altera a velocidade de rotação do transportador. Além disso, a frequência pode ser alterada em uma ampla faixa.
Quais outros recursos os conversores de frequência possuem?
Além disso, as configurações do inversor permitem que o motor elétrico ganhe velocidade gradualmente ao longo de vários segundos. O tempo é ajustado pelo usuário através da programação da função do conversor de frequência. Da mesma forma, você pode fazer com o tempo de parar a armadura do motor. Isso reduz a carga na unidade, o que afeta diretamente seu recurso.
Além disso, para as pequenas empresas que não têm capacidade para se dotarem de uma rede trifásica, mas há necessidade disso, o uso de conversores de frequência é uma verdadeira panacéia. Existem muitos modelos desses dispositivos conectados a uma rede de corrente alternada monofásica e produzem três na saída. Portanto, é possível conectar um motor elétrico a uma tomada comum. E neste caso, não perderá potência, seu trabalho será correto.
Componentes de potência dos conversores
Todos os conversores de frequência usam transistores IGBT ou MOSFET potentes. São ideais para este tipo de trabalho. Eles são montados em módulos separados. Este método de instalação pode melhorar o desempenho de um dispositivo eletrônico. Esses 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, não sendo necessária a comutação de altas tensões. Portanto, isso pode ser feito usando o microprocessador mais simples.
Os conjuntos especiais mais usados das séries IR2132 e IR2130. Eles consistem em seis drivers que controlam as chaves. Três são usados para o fundo e três para o topo. Este conjunto permite implementar uma cascata simples do conversor de frequência. Além disso, possui vários graus de proteção. Por exemplo, contra curto-circuito e sobrecarga. Características mais detalhadas de todos os elementos podem ser encontradas nos manuais. Mas todos os elementos de poder têm uma grande desvantagem - o alto custo dos produtos.
Diagrama estrutural do conversor
Qualquer conversor de frequência para um motor tem três blocos principais - um retificador, filtros, um inversor. Acontece que a tensão CA é primeiro convertida em CC e depois filtrada. Depois de tudo isso, ele é invertido em uma variável. Mas há um terceiro bloco - controle por microprocessador do inversor. E para ser mais preciso, transistores IGBT poderosos. Se você já tratouconversores de frequência, então você sabe que no painel frontal eles possuem vários botões para programação.
O manual de instruções do inversor irá guiá-lo como configurar todas as funções. Esta é uma questão muito complicada, pois existem muitas configurações, mesmo no dispositivo mais simples. Além do fato de que o dispositivo eletrônico permite alterar a frequência de rotação da armadura do motor, ajustar o tempo de aceleração e desaceleração, também existem vários graus de proteção. Por exemplo, sobrecorrente. No caso de usar tal dispositivo, não há necessidade de instalar interruptores automáticos.
Unidade retificadora
Dependendo da finalidade do conversor de frequência, diferentes estágios retificadores são usados. E a opção de alimentação pode ser de uma rede trifásica ou monofásica. Mas na saída do inversor, em qualquer caso, há uma tensão alternada trifásica. Mas, para controlar a corrente, ela deve primeiro ser corrigida. O fato é que é bastante difícil controlar a variável - é necessário usar grandes reostatos, o que não é muito conveniente. Além disso, agora é a hora da microeletrônica e da automação, não é apenas irracional usar tecnologias desatualizadas, mas também muito pouco lucrativo.
Um dispositivo eletrônico composto por seis diodos semicondutores é usado para retificar uma corrente alternada trifásica. Eles são ligados em um circuito de ponte, verifica-se que cada par de diodos serve para retificar uma fase. Uma tensão constante aparece na saída da unidade retificadora, suao valor é igual ao que flui para a entrada. Nesta etapa, todas as transformações são concluídas, nenhum controle desse bloco é realizado. Caso a energia seja fornecida a partir de uma rede monofásica, um estágio retificador é suficiente mesmo de um único diodo. Mas é mais eficiente usar um circuito de ponte de quatro.
Caixa filtro
Este módulo é usado para filtragem de tensão CC. A versão mais simples do bloco é um indutor incluído na folga do ombro positivo. Um capacitor eletrolítico é conectado entre os pólos. Ele tem uma função - para se livrar do componente variável. O fato é que o retificador não é capaz de se livrar completamente das ondulações. Resta uma pequena quantidade de CA que pode produzir ruído significativo durante a operação.
Para considerar o princípio de funcionamento do bloco de filtro, é necessário analisar substituindo os elementos. Ao operar em condições de corrente contínua, a indutância é substituída por resistência, o capacitor é substituído por um circuito aberto. Mas quando alimentado por corrente alternada, a capacitância é substituída por resistência. Portanto, todo o componente variável desaparece, pois neste caso ocorre um curto-circuito. Para entender isso é bastante difícil, é necessário entender os fundamentos teóricos da engenharia elétrica. Mas um conversor de frequência trifásico não pode ser feito sem isso.
Estágio do inversor
E aqui começa a diversão - o uso de poderosos transistores IGBT. São controlados por um sistema microprocessado, desdea qualidade de seu funcionamento depende da operação de todo o conversor de frequência. Tal circuito conversor de tensão é amplamente utilizado. De fato, com a ajuda de transistores de potência, qualquer tensão pode ser invertida. No total, seis elementos são usados no circuito mais simples - dois para cada fase. O conversor de frequência produz 220 volts em cada fase em relação a zero.
Para se livrar da ocorrência de tensão reversa, é necessário usar diodos semicondutores. Eles estão conectados entre o coletor e o emissor de transistores de potência. O gerenciamento é realizado na entrada da base. Como mencionado anteriormente, os conversores de frequência do tipo "faça você mesmo" possuem dois transistores para cada fase na cascata do inversor. Ligue suas junções p-n em série. A fase é removida do ponto médio de cada ombro. Estão disponíveis para venda módulos prontos, que possuem cabos para alimentação de tensão contínua, além de três contatos para remoção de alternados trifásicos. Além disso, há um conector para conectar um sistema de controle microcontrolado.
Controle do microprocessador
Usado para alterar a velocidade do eixo do motor pelo inversor, a tensão, cuja frequência padrão é 50Hz, pode ser alterada em amplitude em uma ampla faixa. E mais especificamente, de zero até a frequência que o microprocessador pode fornecer. O principal requisito para este último é a capacidade de conectar vários dispositivos. Quando vocêProjete um conversor, cuja tensão, cuja frequência é alterada por uma resistência variável, deve ser controlada pelo processador. É escolhido com cuidado, deve ter um número suficiente de portas de E/S.
Você pode complicar um pouco o sistema conectando um display LCD ao microcontrolador. A alta renderização de cores não é necessária, o monocromático é suficiente, como em calculadoras simples. Os botões para programação também estão conectados às portas de entrada-saída. É assim que você pode fazer um conversor de frequência simples. O preço de todos os elementos não será superior a dois mil rublos. Mas o custo de um inversor com potência de 200 a 750 watts varia de 6.500 a 12.000 rublos. Tudo depende do fabricante e dos recursos do dispositivo.
Capa do dispositivo
Os conversores de frequência do tipo "faça você mesmo" devem ter uma carcaça confiável. Não apenas a facilidade de uso depende disso, mas também a eficiência. A base é feita de alumínio. A razão para usar este material é a necessidade de refrigeração de alta qualidade. Durante a operação, o módulo IGBT fica muito quente e a temperatura dos diodos semicondutores também aumenta. E não importa se você tem um conversor de frequência de 380 ou 220 Volts.
O resto do corpo é feito de plástico. É necessário que todos os elementos de potência estejam ocultos por ele, para que não haja contato acidental com os terminais de alta tensão durante a operação. Na parte frontal, é necessário fornecer um orifício para o display LCD e botões. Separadamente, emum local conveniente, um resistor variável é instalado. Ao programar o microcontrolador, é necessário levar em consideração que esta resistência altera a frequência da corrente de saída.
Troca de calor dos elementos do sistema
Atenção especial deve ser dada à dissipação de calor. Quanto mais poderoso o dispositivo que está sendo desenvolvido, mais confiável deve ser o sistema de refrigeração. Como mencionado acima, a base deve ser feita de alumínio. O circuito do conversor de tensão deve fornecer proteção contra superaquecimento. Para isso, é necessário fazer um furo na carcaça, um sensor de temperatura é montado nela. A partir dele, o sinal é alimentado através de um dispositivo correspondente ao microcontrolador. Se a temperatura máxima for excedida, a carga deve ser desconectada. Portanto, o módulo do transistor de potência desliga.
Para melhorar a dissipação de calor, ventiladores devem ser usados. Sua localização deve ser escolhida de modo que o fluxo de ar resfrie as aletas do radiador do gabinete. Para aumentar a eficiência do sistema de refrigeração, você deve usar pasta térmica. É mais razoável ligar os ventiladores no momento de iniciar o dispositivo. Mas também é possível programar o controlador usando um sinal de um sensor de temperatura. Quando a temperatura atinge metade da temperatura em que ocorre o desligamento de emergência do dispositivo, os ventiladores ligam.
Placa de circuito
Como placa de circuito, é melhor usar opções prontas. À venda existem placas de diferentes tamanhos com furos em torno dos quaispequenos contatos estanhados. Eles são coloquialmente chamados de "peixes". A única coisa que vale a pena considerar é a possibilidade de substituir o processador e os microcircuitos. Para isso, você precisa usar conectores soldados à placa. Os conversores de frequência do tipo "faça você mesmo" são mais bem feitos com a expectativa de substituição rápida de elementos. O IC ou controlador é simplesmente conectado a este soquete, como um plugue em um soquete.
Conclusões
Você também pode fazer seu próprio conversor de frequência. O preço dos análogos, como descobrimos, é muito mais alto. Embora, é claro, eles tenham mais oportunidades. Mas, na verdade, se você olhar mais de perto, verifica-se que não mais do que cinco funções são realmente usadas. Com o acionamento em funcionamento, é necessário alterar a velocidade de rotação, bem como ajustar os tempos de aceleração e desaceleração. Com um pouco menos de frequência, a função reversa e altera a corrente máxima permitida são usadas.
