Иногда в быту возникает необходимость регулировать частоту вращения асинхронного двигателя. У меня например сломалось старенькое точило и решено было его осовременить и исправить недостатки: увеличить мощность и сделать регулировку оборотов, чтобы большие точильные круги не приводили к диким вибрациям.
Схема силовой части частотного преобразователя
Устройство состоит из:
Корректор коэффициента мощности. Он позволяет получить на выходе напряжение выше сетевого выпрямленного (соответственно выше мощность мотора), с более низким уровнем пульсаций и позволяет применить сетевой сглаживающий электролитический конденсатор меньшей величины, ККМ Вещь нужная, особенно для высоких мощностей, когда пиковые токи на электролитах достигают неприличных величин. Контроллер ккм работает в критическом режиме, соответственно можно применить полупроводники с не самыми лучшими характеристиками.
Дежурка: выдает два напряжения 15 вольт для питания ккм и модуля IGBT и 5 вольт для микроконтроллера.
Модуль IGBT самый дешевый с алиэкспресса что удалось найти (FNA41560), на мощность до 1500 Ватт, но это не точно. Модуль содержит 6 транзисторов с драйверами, датчик температуры, вывод аварии и цепи защиты от перегрузки.
Схема микроконтроллера
Модулем IGBT управляет STM8S105. Он умеет три комплиментарных вывода ШИМ с аппаратным дедтаймом. Индикация осуществляется TM1637, частота регулируется переменным резистором. Частота регулируется 2-100 Гц, зависимость V/F. Частота работы ШИМ 5 кгц. Логика программы очень проста: Таймер 1 управляет 3 комплиментарными каналами ШИМ, по сигналу от таймера 2 меняется заполнение ШИМ в 3 каналах по таблице синусов со сдвигом 120 градусов, соответственно регулируя частоту срабатывания таймера 2 регулируем частоту вращения двигателя. Между делом измеряется температура, вычисляется положение переменного резистора в выводится информация на индикатор.
Для надежного запуска pfc необходимо перемычкой подать 15 вольт с разъёмы Х1 на вывод 8 D1.
Ниже приведена осциллограмма выходных сигналов ШИМ микроконтроллера сглаженных rc фильтрами при частоте установки 50 Гц со сдвигом фаз 120 градусов.
Устройство реализовано на 4 печатных платах, чтобы поместить в распределительную коробку 120 на 80 мм.
На основной плате расположен сетевой выпрямитель с силовыми элементами ккм, модуль IGBT и колодки коммутации.
На следующих платах выполнен контроллер ккм
Дежурка
Схема микроконтроллера
Фото устройства в сборе
При включении и при крайнем положении переменного резистора на дисплей выводится температура, двигатель не работает.
Далее, поворачивая резистор, изменяется частота вращения двигателя от 1 герца до 100.
При повышении температуры более 40 градусов включается вентилятор. При дальнейшем повышении температуры отключается двигатель до момента остывания IGBT модуля.
Применение ккм позволила достичь коэффициента мощности 0,98 и снизить амплитуду потребляемого тока:
Осциллограмма входного тока с ккм и без, при одинаковой нагрузке
Пиковые значения потребляемого тока от сети заметно ниже и они повторяют форму сетевого напряжения.
Измерение коэффициента мощности с ккм и без, при одинаковой нагрузке(первый параметр — питающее сетевое напряжение, второй — потребляемый ток, третий -коэффициент мощности):
Во вложении исходник программы и печатных плат. В микроконтроллере достаточно места для модернизации (можно добавить реверс, торможение, реализовать работу аппаратного зуммера, подмешать в синус третью гармонику). Данный регулятор рассчитан на мощность около 200 Вт. При использовании на номинальной мощности на силовые полупроводники требуется установить небольшие радиаторы.
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| R1 | 1206 | 330k | 1 | ||||
| R2 | 1206 | 330k | 1 | ||||
| R3 | 0805 | 75r | 1 | ||||
| R4, R11 | 1206 | 750K | 2 | ||||
| R5, R10, R8 | 2512 | 0.1R | 3 | ||||
| R6, R14 | 1206 | 750K | 2 | ||||
| R9 | NOT USE | 0805 | 0 | ||||
| R12 | 0805 | 6.8K | 1 | ||||
| R15 | 0805 | 100K | 1 | ||||
| R17 | 0805 | 22K | 1 | ||||
| R18 | 0805 | 0 | 1 | ||||
| R19,21,22,29,30,31 | 0805 | 100R | 6 | ||||
| R20 | 0805 | 470R | 1 | ||||
| R24, R25 | 2512 | 0.33R | 2 | ||||
| R26 | 0805 | 10.5K | 1 | ||||
| R27 | 0805 | NOT USE | 1 | ||||
| R33 | 0805 | 3.3R | 1 | ||||
| R34, R35 | 1206 | 75K | 2 | ||||
| R36, R37 | 0805 | 1M | 2 | ||||
| R39 | 0805 | 1K | 1 | ||||
| R4 | 0805 | 470R | 1 | ||||
| R41 | 1206 | 1K | 1 | ||||
| R42, R43 | 1206 | 4.7R | 2 | ||||
| R44 | 0805 | 100R | 1 | ||||
| R16 | 0805 | 4.7R | 1 | ||||
| c1, C7 | FILM | 0.22UF | 2 | ||||
| C3 | 1206 | NOT USE | 1 | ||||
| C4 | 0805 | 1000P | 1 | ||||
| C5 | 1206 | 4.7UF | 1 | ||||
| C2.C24 | 68UF 400V | 2 | |||||
| C10,11,19-22 | 0805 | 1000PF | 6 | ||||
| C6,8,9 | 1210 | 10UF | 3 | ||||
| C14 | 0805 | 0.1UF | 1 | ||||
| C15 | 0805 | 2.2UF | 1 | ||||
| C16 | 0805 | 470PF | 1 | ||||
| C17 | 0805 | 220PF | 1 | ||||
| C18 | NOT USE | 1 | |||||
| C13, C28 | 1206 | 0.1UF 500V | 2 | ||||
| C29 | 1210 | 22UF 25V | 1 | ||||
| C31 | 0805 | 0.15UF | 1 | ||||
| C30, C32 | 1206 | 4.7UF 25V | 2 | ||||
| C26, C33 | 1210 | 22UF 25V | 1 | ||||
| C7 | 1210 | 4.7UF | 1 | ||||
| C23 | 0805 | 470PF 200V | 1 | ||||
| C25 | 1206 | 0.01UF 630V | 1 | ||||
| VD2 | MOST | KBL 06 | 1 | ||||
| VD5 | SOD323 | 16V | 1 | ||||
| VD4,3 | SOD323 | NOT USE | 1 | ||||
| VD8 | SOD323 | BAS321 | 1 | ||||
| VD7,9,10 | STABILITRON | 25V | 3 | ||||
| VD1 | T0220 | ULTRAFAST 600V | 1 | ||||
| VD13 | SOD323 | BAS321 | 1 | ||||
| VD12 | 1A 600V | 1 | |||||
| VD11 | SMB | 100V 2A | 1 | ||||
| VD14 | SOD323 | 15V STABILITRON | 1 | ||||
| VT1 | TO220 | P20NM60 | 1 | ||||
| D1 | SO8 | NCP1608 | 1 | ||||
| D2 | DIP8 | OB2358 | 1 | ||||
| D3 | 1117S5.0 | 1 | |||||
| U1 | FNA41560 | 1 | |||||
| L3 | 4.7UH | 1 | |||||
| L1 | ETD29 | 1 | |||||
| TR1 | ТЕРМИСТОР | 10R | 1 | ||||
| RU1 | ВАРИСТОР | 430V | 1 | ||||
| U2 | SO4 | PC817 | 1 | ||||
| T1 | T1 | EFD15 | 1 | ||||
| LCD | LCD | TM1637 | 1 | ||||