Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Sklep HeluKabel
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

projekt Falownika U/f o mocy 1kW

Stiepanowna 11 Kwi 2013 22:06 31965 10
  • projekt Falownika U/f o mocy 1kW

    Skoro istnieją silniki asynchroniczne, sieć trójfazowa autorstwa Doliwo-Dobrowolskiego, a baza dostępnych elementów jest tak obszerna, autor wpadł na pomysł zaprojektowania przetwornika częstotliwości czyli falownika.

    Zaczynamy od początku - w domu mamy sieć jednofazową 230V i silnik asynchroniczny o mocy 1kW. Do jego zasilenia potrzebujemy falownika. Zrobimy go w oparciu o trójfazowy driver MOSFET/IGBT IR2135 (IR2133) - wybieramy ten, ponieważ ma swoje zastosowanie w technice przemysłowej, posiada wejście SD (shut down) i wygodne rozmieszczenie pinów. Może być i IR2132, ale ma dłuższy czas martwy i nie posiada wejścia SD. Jako generator PWM zastosujemy mikrokontroler AT90SPWM3B - jest łatwo dostępny, posiada sporo możliwości i jest stosunkowo tani. Jest też do niego prosty programator. Tranzystory mocy IRG4BC30W w liczbie 6 sztuk wybierzemy z pewną rezerwą obciążenia - wartości prądów rozruchowych silnika asynchronicznego mogą być większe od nominalnych 5-6 razy. I dopóki nie umieścimy „hamującego” klucza i rezystora, będziemy zatrzymywać i namagnesowywać wirnik przed rozruchem prądem stałym, ale o tym później...

    Cały przebieg pracy jest wyświetlany na 2-liniowym wyświetlaczu LCD. Do sterowania wystarczy 6 przycisków („częstotliwość +”, „częstotliwość -”, „start”, „stop”, „powrót”, „menu”).

    Otrzymaliśmy taki schemat:

    projekt Falownika U/f o mocy 1kW

    Pod względem konstrukcyjnym falownik został wykonany na dwóch płytkach - część mocy (zasilacz, sterownik i tranzystory mostka) i część cyfrowa (mikrokontroler i wyświetlacz). Płytki są połączone elastycznym przewodem taśmowym. Wybór takiej konstrukcji jest związany z potencjalnym przejściem w przyszłości na mikrokontroler TMS320, STM32 lub STM8.

    Zasilacz został zaprojektowany dość klasycznie i nie wymaga komentarza. Liniowy optoizolator IL300 umożliwia separowane galwanicznie sterowanie prądem 4-20mA.

    Optoizolator ОС2-OC4 izoluje galwanicznie przyciski „start”, „stop”, „powrót" w układzie sterowania. Wyjście optoizolatora ОС1 to „funkcja użytkownika” (sygnalizacja i in.).

    Tranzystory mocy i mostek Graetza są podpięte do wspólnego radiatora. Bocznik - 4 zwoje drutu oporowego o średnicy 0,5mm nawinięte na trzpieniu 3mm.





    Kilka uwag dotyczących elementów, które można pominąć.

    Aby silnik w ogóle się kręcił nie jest potrzebne zewnętrzne sterowanie 4-20mA. Niepotrzebny jest też przekładnik Tr1, bo do szacunkowego pomiaru wystarczy bocznik. Niewymagana jest też zewnętrzna sygnalizacja. Przy mocy silnika do 400W i powierzchni radiatora 100cm2 nie potrzebujemy czujnika temperatury.

    Uwaga! - przyciski sterowania na płytce są izolowane od sieci 230V jedynie plastikowymi klawiszami. Dla zwiększenia bezpieczeństwa należy zastosować optoizolację.

    Możliwe zmiany w schemacie w zależności od oprogramowania mikrokontrolera.

    Wzmacniacz DA-1 można podłączyć do transformatora lub bocznika. Wzmacniacz DA-1-2 można wykorzystać do pomiaru napięcia sieciowego lub rezystancji termistora jeśli nie jest używany czujnik temperatury PD-1.

    W przypadku dłuższych przewodów łączących na każdy przewód należy założyć chociażby pierścień ferrytowy, ponieważ mogą się pojawić zakłócenia.

    Również zaleca się sprawdzenie sprawności izolacji silnika asynchronicznego, ponieważ w momencie przełączania tranzystorów mocy skoki napięcia na uzwojeniach mogą osiągać wartości 1,3*napięcie zasilania.

    Zdjęcie prezentowanego urządzenia

    projekt Falownika U/f o mocy 1kW

    Trochę o sterowaniu


    Autor postanowił zastosować rozwiązanie opisane prawem M. P. Kostenki [radziecki elektrotechnik, specjalista w dziedzinie maszyn elektrycznych, przyp. tłum.]. Jest wystarczające dla większości praktycznych zastosowań dla napędu elektrycznego ze sterowaniem częstotliwościowym i zakresem regulacji częstotliwości obrotów silnika 1:40. Mówiąc z grubsza, w najprostszym przypadku robimy zwykłe trójfazowe „gniazdo” ze zmienną częstotliwością i napięciem zmieniającymi się w bezpośredniej zależności. Z niewielkim „ale” należy dla początkowych odcinków charakterystyki wykonać kompensację IR, czyli na małych częstotliwościach jest potrzebne określone napięcie. Drugie „ale” dotyczy dodania do napięcia zasilającego silnik trzeciej harmonicznej. Wszystko pozostałe zrobią za nas zasady fizyki silnika asynchronicznego.

    Zazwyczaj takie uproszczenia bez większych problemów są stosowane w napędach do 15kW.

    Nie będziemy wnikać w teorię i konstrukcję modeli silników asynchronicznych, ale w żadnym wypadku nie można nie doceniać złożoności ich sterowania.

    Zdjęcie części mocy

    projekt Falownika U/f o mocy 1kW

    Program V-1.0 dla AT90SPWM3B realizuje:
     

    1 - sterowanie częstotliwościowe silnikiem asynchronicznym; napięcie sinusoidalne z trzecią harmoniczną;
    2 - zakres częstotliwości 5-50Hz z krokiem 1Hz, częstotliwość PWM - 4kHz;
    3 - określanie czasu rozpędu/hamowania;
    4 - odwrócenie kierunku obrotów (tylko za pomocą przycisku „stop”);
    5 - rozpęd do określonej częstotliwości z krokiem 1Hz;
    6 - wyświetlenie wartości kanału przetwornika analogowo-cyfrowego (8 bitów). Autor wykorzystuje ten kanał do pomiaru napięcia bocznika;
    7 - wyświetlanie trybu pracy - „start”, „stop”, „run”, „ramp” - i częstotliwość w Hz;
    8 - przetwarzanie sygnału o awarii z IR2135.

    Wymuszone hamowanie silnika - bez wybiegu. Należy przy tym pamiętać, że jeśli na wale będzie duży wentylator lub koło zamachowe, to napięcie na linii napięcia stałego 0,3kV może osiągnąć niebezpieczne wartości. Ale raczej nikt nie powinien konstruować śmigłowca z silnikiem asynchronicznym [taki żart autora, przyp. tłum.].

    Możliwości rozbudowania programu dla przyszłych wersji:

    1 - namagnesowanie wirnika przed rozruchem;
    2 - hamowanie prądem stałym;
    3 – bezpośrednie odwrócenie kierunku obrotów;
    4 - zakres częstotliwości 1-400Hz;
    5 - kontrola napięcia silnika;
    6 - przełączanie U/F;
    7 – kontrola członu prądu stałego;
    8 - pewne makropolecenia sterowania (w planach).

    Testy

    Urządzenie przetestowano z silnikami 0,18kW, 0,4kW i 0,8kW - wszystkie próby zakończone powodzeniem.

    Tylko przy małych obrotach i długotrwałej pracy było potrzebne wymuszone chłodzenie silnika asynchronicznego.

    Fusebity do ustawienia:
    av_28r4.exe -aft2232 -az  +90pwm3b -e -w -v -fckdiv=1,psc2rb=0,psc1rb=0,psc0rb=0,pscrv=0,bodlevel=5 -c01.hex

    Autor: Siergiej M., pnp_mechanic(malpa)mail.ru

    Krótki filmik do obejrzenia:

    Link


    Załączniki:
    płytka mikrokontrolera - layout 5.0
    moduł zasilania - layout 5.0
    program dla mikrokontrolera
    schemat
    schemat S_plan7

    Link do tłumaczonego tekstu: http://radiokot.ru/circuit/power/converter/47/


    Fajne!
  • Sklep HeluKabel
  • #2 16 Kwi 2013 21:33
    Banan-PL
    Poziom 11  

    Witam,

    Mam pytanie odnośnie drugiego "ale". Czy potrzeba dodania 3 harmonicznej wynika z zastosowanej metody modulacji?

  • Sklep HeluKabel
  • #3 16 Kwi 2013 22:49
    felekfala
    Poziom 19  

    Banan-PL napisał:
    Witam,

    Mam pytanie odnośnie drugiego "ale". Czy potrzeba dodania 3 harmonicznej wynika z zastosowanej metody modulacji?


    Ponieważ nie ma tam SVM, dodanie 3h pozwala na lepsze wykorzystanie napięcia w obwodzie pośredniczącym, silnik jest odbiornikiem bez przewodu zerowego więc 3h nie pojawia się w prądzie a tylko w napięciu zwiększając z kolei wartość skuteczną 1h napięcia.

  • #4 17 Kwi 2013 06:03
    Banan-PL
    Poziom 11  

    Wiem o tym tylko chciałem się upewnić ponieważ wydawało mi się, że nikt nie stosuje już tej metody modulacji w nowych konstrukcjach. Dodatkowo bardziej "śmieci" i grzeje cały układ.

  • #5 17 Kwi 2013 21:59
    felekfala
    Poziom 19  

    W układach komercyjnych raczej ni jest już stosowana tam, "króluje" SVMPWM i sterowanie DFOC lubDTC-SVM lub ewentualnie sterowanie nieliniowe typu DTC.

  • #6 28 Lut 2014 08:48
    robokop
    Moderator Samochody

    Odgrzeję kotleta - gdzie kupić, ew. czym dostępnym zastąpić IR2135?

  • #8 08 Mar 2014 21:40
    robokop
    Moderator Samochody

    To też znalazłem, cena pond 100zł z przesyłką. Ale wykopałem w skarbach IR2133, tyle że w obudowei PLCC - chyba sobie zrobię ten falownik.

  • #9 06 Kwi 2017 07:57
    domin122
    Poziom 16  

    Powiedzcie mi, na filmie obok falownika stoi duży zasilacz - do czego on służy w tym projekcie?

  • #10 18 Kwi 2017 00:30
    strikexp
    Poziom 27  

    Może zastępuje mostek prostowniczy? Testowanie falownika najlepiej wykonać na prądzie stałym a nie szarpańcu z mostka. Bezpieczny zakres napięć też jest porządany.

  • #11 24 Wrz 2017 18:48
    guciu2
    Poziom 14  

    domin122 napisał:
    Powiedzcie mi, na filmie obok falownika stoi duży zasilacz - do czego on służy w tym projekcie?

    Podejrzewam że ten zasilacz służy do zasilania drugiego silnika prądem stałym, tego który jest sprzęgnięty wałem i służy jako obciążenie dla pierwszego zasilanego z falownika.
    A tak w ogóle czy ktoś wykonał może ten falownik i go uruchomił ale nie tak na chwilkę na biurku tylko w warunkach roboczych - np. kilka godzin pod obciążeniem rzeczywistym - piła, strugarka etc. ?