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

Prosty falownik 1/3 fazy z PFC

Tatalek 01 Paź 2020 17:38 5988 25
  • Chciałbym przedstawić prosty projekt małego falownika do silnika 3 fazowego o mocy około 400W.
    Widok falownika na poniższych zdjęciach
    Prosty falownik 1/3 fazy z PFC Prosty falownik 1/3 fazy z PFC Prosty falownik 1/3 fazy z PFC Prosty falownik 1/3 fazy z PFC Prosty falownik 1/3 fazy z PFC Prosty falownik 1/3 fazy z PFC
    Falownik zasilany jest z jednej fazy, napięciem przemiennym 230 V. Na wyjściu uzyskujemy napięcie 3 fazowe 3x 230V. Schemat falownika , oprogramowanie , wzór płytki drukowanej znajdują się w załącznikach.
    Falownik_S...ktroda.zip Download (14.75 kB) FNA41560-k...rojekt.zip Download (912.46 kB) schemat fa... 09-27.pdf Download (173.45 kB)
    Myślę że większość czytelników których zainteresuje ten post wie jak działa i do czego służy falownik. Powodem dla którego zbudowałem falownik była cena głównego elementu sterującego FNA41560 która na aliexpress wynosi około 8 zł. Jednak jak się później okazało koszt pozostałych elementów wyniósł około 200 zł. Najdroższe elementy to kondensatory i dławik . Warto się więc zastanowić przed rozpoczęciem budowy falownika ,bo prawdopodobnie w tej cenie można kupić gotowy. Na wejściu falownika znajduje się układ PFC, który sprawia że prąd pobierany z sieci nie jest odkształcony i jest w fazie z napięciem. Jednak stopień odkształcenia zależy od obciążenia co widać na poniższych zdjęciach
    Prosty falownik 1/3 fazy z PFC Prosty falownik 1/3 fazy z PFC
    Napięcie na kondensatorach filtrujących wynosi około 430 V bez obciążenia i spada do 400 V gdy układ PFC jest obciążony. W falowniku tranzystory komutują z częstotliwością 5kHz, ponieważ dla takiej częstotliwości został zoptymalizowany FNA41560 czasy martwe dla tranzystorów wynoszą około 1,2 us jak na zdjęciach
    Prosty falownik 1/3 fazy z PFC Prosty falownik 1/3 fazy z PFC

    Falownik posiada zabezpieczenie przed wysoką temperaturą ustawione na 105 ⁰C, zwarciem 5 A , wysokim napięciem na kondensatorach filtrujących 460 V. Zabezpieczenie zwarciowe pracuje w tzw. trybie „cycle by cycle” to znaczy ze automatycznie się kasuje na koniec każdego cyklu PWM (działa jak ograniczenie prądowe). Można to zmienić w rejestrze P1FLTACON mikrokontroler na tryb „latch”. W trybie” latch” wyłączają się i zatrzymują generatory PWM do momentu skasowania znacznika. Częstotliwość regulujemy wieloobrotowym potencjometrem z rozdzielczością 0,1 Hz. Zakres regulowanej częstotliwości od 1 Hz do 80 Hz. Przy czym użetyczny zakres zaczyna się od 5Hz .Do generowania przebiegu wyjściowego wykorzystano algorytm VSM –space vektor modulation co pozawala na maksymalne wykorzystanie napięcia stałego doprowadzonego do modułu FNA41560. Więcej szczegółów na temat tego sposobu sterowania można znaleźć np. na stonie microchip
    https://microchipdeveloper.com/mct5001:space-vector-modulation

    Różnice w kształtach przebiegów generowanych za pomocą SPWM i SVM przedstawiono na poniższych rysunkach. W przypadku SPWM maksymalne napięcie między fazowe na wyjściu falownika może wynieść co najwyżej √3/2 x Udc w przypadku SVM wynosi Udc – jeśli pominąć straty w tranzystorach. W elekcie metoda SVM daje około 15% wyższe napięcie na wyjściu w porównaniu z metodą Sine PWM.
    Prosty falownik 1/3 fazy z PFC Prosty falownik 1/3 fazy z PFC
    Należy pamiętać że zasilanie układu nie jest izolowane od sieci energetycznej i należy zachować szczególną ostrożność podczas uruchamiania oraz użytkowania. Masa układu względem ziemi znajduję się potencjale niebezpiecznym dla życia.
    Gdyby jednak ktoś chciał zbudować i uruchomić falownik poniżej podaję kilka pomocnych wskazówek oraz załączam filmiki z uruchomienia. Dźwięki które słychać nie są generowane przez tarcie łożysk lub przewietrznika , nie wiem w jaki sposób powstają mogę tylko potwierdzić że silnik podłączony do 3- fazowego sinusoidalnego źródła ich nie generuje.

    Na drugim filmiku pomiędzy falownik a silnik włączyłem filtr LC 3x L= 1,5mH i 3 x C = 0,68uF co moim zdaniem trochę wyciszyło dźwięki.


    Montaż proponuje zacząć od wlutowania a następnie uruchomienia części PFC, wlutować układ scalony MC33262 mostek prostowniczy, diodę D11 , tranzystor Q1 i dławik, kondensatory filtrujące C17 i C22 do których trzeba przylutować rezystory rozładowujące 470 kΩ do każdego jak na zdjęciu . Na dławiku należy nawinąć uzwojenie (3 zwoje )które będzie zasilało układ scalony MC33262. Do nawinięcia użyłem przewodu z komputerowego kabla sieciowego(tzw. path corda) . Ważny jest koniec i początek uzwojeń należy je połączyć jak w nocie aplikacyjnej . Do określenia końca i początków uzwojeń użyłem miernika indukcyjności . Połączyłem nawinięte uzwojenie z uzwojeniem dławika w szereg i porównałem zmierzone wartości indukcyjności . W przypadku uzyskania większej wartości indukcyjności uzyskałem połącznie końca z początkiem uzwojeń. Zasilanie sieci do falownika należy doprowadzić przez termistory rozruchowe aby ograniczyć prąd płynący przez diodę D11 , a dla których zabrakło miejsca na płytce lub zastosować inne rozwiązanie które ograniczy prąd rozruchowy. Ja użyłem 2 szt. termistorów NTC6D-15 o maksymalnym prądzie 5A. Bezpośrednie podłączenie do sieci może spowodować uszkodzenie diody D11. Po wlutowaniu elementów obwodu PFC dolutowałem do kondensatorów dwie żarówki żarowe 100W/230V połączone w szereg , w ten sposób sprawdziłem czy działa PFC. Napięcie na żarówkach powinno wynosić 400V
    Kolejnym krokiem który wykonałem było wlutowanie i sprawdzenie działania beztransformatorowego zasilacza zbudowanego na LNK306. Na wyjściu którego należy zmierzyć napięcie które powinno wynosić 15 V. Na samym końcu wlutowałem FNA41560 i mikrokontroler, który należy zaprogramować w układzie. Do zaprogramowania służy złącze J3 kompatybilne Pickit3.

    W celu uruchomienia układu poza włączeniem zasilania należy podać z wyjścia RA2 na wejście RA3 logiczną jedynkę , wówczas falownik startuje do prędkości ustawionej potencjometrem z rampą około 5 sekund. Podłączenie RA3 masy powoduje zatrzymanie falownika – wyłączenie tranzystorów.
    Ważne jest żeby sterować uruchamianiem lub zatrzymywaniem falownika z wyjścia RA2 (pin 1 na J4 jak na schemacie) ponieważ w przypadku zbyt wysokiej temperatury lub innych zakłóceń stan na R2 nim zmienia się na niski i falownik się wyłącza.

    Na uwagę zasługuje wyjście FVO (pin 11) układu FNA41560 które jest zwarte do masy w przypadku gdy napięcie zasilania jest mniejsze równe 12 V a także w przypadku braku zasilania układu. Sygnalizuje to dioda fault , podczas uruchamiana i wstępnych testów gdy do płytki podłączone jest zasilanie z programatora pickit3 nie należy się tym martwić – trzeba jedynie pamiętać że gdy ta dioda się świeci na wyjściu mikrokontrolera nie są generowane przebiegi PWM.
    Żeby się pozbyć tego błędu i uzyskać przebiegi PWM na wyjściu mikrokontrolera należy tymczasowo odłączyć zasilanie z programatora i podłączyć 15 V do FNA41560. Oczywiście te czynności wykonujemy tylko wtedy gdy falownik jest odłączony od sieci energetycznej.

    Maksymalne napięcie na wyjściu falownika uzyskuje się przy częstotliwości 60 Hz .
    Dla niskich częstotliwości napięcie pomiędzy 1 Hz – 5 Hz ma stałą wartość. Powyżej 5Hz wzrasta U/f = constans.
    Układ został zmontowany na płytce o wymiarach 100 x100 mm aby koszt płytek zmieścił się cenie 2$.
    Program został napisany w języku C w środowisku MPLABX .
    Na zakończenie chciałbym dodać że poza termistorami rozruchowymi falownik powinien być zasilony przez filtr przeciwzakłóceniowy.

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
    O autorze
    Tatalek
    Poziom 11  
    Offline 
    Tatalek napisał 14 postów o ocenie 164, pomógł 0 razy. Mieszka w mieście Gdansk. Jest z nami od 2008 roku.
  • Computer ControlsComputer Controls
  • Computer ControlsComputer Controls
  • #3
    Tatalek
    Poziom 11  
    Koszt wszystkich elementów to około 200 zł , kondensatory i dławik to około 70 zł
    dławik gotowy z ferystera DTMSS-47/0.22/15-V nawinąłem tylko 3 zwoje do zasilania MC33262
    Nie wiem co to elektro-wrzeciono , przy jakiej częstotliwości pracuje
  • #4
    VaM VampirE
    Poziom 18  
    Wrzeciona kręcące do 24000 obrotów na minutę, mają zasilanie 3*220V 400Hz.
    Wrzeciona wysokoobrotowe pracujące przy np. 60000 obrotach na minutę wymagają falowników 600Hz, czy nawet chyba do 1000Hz dochodzą.

    Na pewno pewną niszą był by falownik pracujący z dwufazowymi wrzecionami, są dość egzotyczne a falowniki dla nich są jeszcze bardziej egzotyczne.

    Co do mocy to fakt, kupienie falownika 400Hz o mocy do 0,55kW to często w okolicach 200zł. Wystarczy rzucić ogłoszenie na jakimś forum.
  • #5
    DJ_KLIMA
    Poziom 16  
    Tylko czekać na chiński moduł o ile już taki nie istnieje :)
  • #7
    pawelr98
    Poziom 38  
    Bardzo fajny falownik.
    Choć ja bym +15V uzyskał korzystając z L2, dodając kolejne uzwojenie i za nim inny regulator napięcia, pracujący na niższym napięciu DC.

    PS. Kolega z politechniki ?
  • #8
    Tatalek
    Poziom 11  
    pawelr98 napisał:
    Bardzo fajny falownik.
    Choć ja bym +15V uzyskał korzystając z L2, dodając kolejne uzwojenie i za nim inny regulator napięcia, pracujący na niższym napięciu DC.

    PS. Kolega z politechniki ?


    Faktycznie z tym +15V bardzo dobry pomysł zapamiętam i pewnie wykorzystam w przyszłości
    Kiedyś tam studiowałem , teraz statki pełnomorskie czyli ze stoczni :)

    Dodano po 5 [minuty]:

    neo_84 napisał:
    Silnik wydaje dziwne dźwięki bo coś jest nie tak. Widać to na 2 filmie na małych obrotach "chodzi" kwadratowo a powinien płynnie .


    Myślę że masz rację a ja za wcześnie "odtrąbiłem sukces"
    Sprawdziłem że mam składową stałą napięcia na wyjściu falownika , tak nie powinno być . Wygląda na to że nie przetestowałem wszystkiego dokładnie .
    Muszę poszukać czemu . Dam znać jak znajdę , popracuję nad tym przez weekend.
  • #9
    pawelr98
    Poziom 38  
    Tatalek napisał:

    Faktycznie z tym +15V bardzo dobry pomysł zapamiętam i pewnie wykorzystam w przyszłości
    Kiedyś tam studiowałem , teraz statki pełnomorskie czyli ze stoczni :)


    No skoro scalak PFC jest zasilany to czemu nie reszta ?
    Warto wykorzystać to co się ma.

    A o politechnikę pytałem bo panel z wyprowadzonymi napięciami wyglądał trochę znajomo.

    Jeszcze robiąc porównanie kosztów jest ta kwestia, że falowniki o zasilaniu 3x230V są bardzo tanie i da się je niskim kosztem przystosować do zasilania z jednej fazy (podłączenie dodatkowego kondensatora do szyny DC i ewentualnie zewnętrzny prostownik jeśli moc jest duża).
    Sam sobie taki kupiłem i w sumie nie zrobiłem nic, po prostu wyłączyłem alarm o braku fazy. Ale PFC byłby przydatny, żeby było wyższe napięcie dostępne na wyjściu.
  • #10
    Awyrdonyt
    Poziom 29  
    Taki falownik nada się do długotrwałej zmiany obrotów silnika?
  • #11
    coberr
    Poziom 19  
    Bardzo ciekawy, dość skomplikowany i nieczęsto spotykany projekt na elektrodzie.

    Co do składowych stalych oraz wszelkich cyrków na wyjsciu falownika:
    Myślę, że pierwszą rzeczą, która powinieneś zweryfikować - to kondensatory układów bootstrap.

    Wartosci tutaj sa wbrew pozorom bardzo krytyczne i przesadzenie z pojemnościami może w pewnych niesprzyjających warunkach doprowadzić nawet do uszkodzeń stopni mocy - a co za tym idzie - bezpośrednio rowniez stopni sterujacych. Chodzi o fluktuacje i niestabilnośc napięcia zasilającego drivery. (w zalezności od czestotliwości nośnej przebiegu PWM oraz wypełnienia impulsów dla częstotliwości modulującej ) Nie bez znaczenia jest tu również parametr DEAD TIME generowany przez procesor dla modulu IGBT

    Moim zdaniem - zamiast wartości 10uF - powinieneś tu zastosować wartości z przedziału 100-220nF i wtedy dopiero zweryfikować prace falownika oraz ewentualne "szopki" na jego wyjściu przy różnych czestotliwościach.
    Kondensatory - dobre ceramiki lub polipropylenowe - ew. foliowe.
    Diody zenera - mimo , że producent zaleca wartośc 22V - ja dałbym 20V lub wręcz nawet 18V mocy oczywiście 1W. (tym bardziej ,że zasilanie modułu to 15V)

    (chociaż teraz tak widze - że w datasheet widnieje nawet wartośc 22uF - jednak wszystko będzie zależeć od parametrów przebiegu PWM) . BArdzo czesto w jakichkolwiek aplikacjach z układami bootstrap wartości tych kondensatorów wynosiły własnie jak opisałem powyżej.

    Nogi 16-17 - jaki był zamysl wstawiania tam diody? "zabezpieczenie układu przed ew. przypadkowym wysokim napieciem " pochodzącym z modulu?
    DIoda w ty miejscu wydaje się być całkowicie zbędna. (i być może - może doprowadzić do problemów z pracą układu) Zabezpieczeniem w tym miejscu powinna być dioda zenera (np. 16V) i jakiś rezystor o malej wartości od strony zasilania)
    Dodatkowym błedem jest brak kondensatora blokującego w tym miejscu - którego wartośc powinna wynosić 0,68-1,5uF (dobry ceramik polipropylen lub foliowy).

    noga 3 modułu oraz punkt GND-R2 - jak nabliżej tych punktów równiez powinien być dobrej jakości kondensator polipropylenowy lub foliowy 0,1-0,22uF.

    to tak na "szybkiego" - zapewne kilka rzeczy jeszcze przydałoby się poprawić.

    Dodano po 2 [minuty]:

    Awyrdonyt napisał:
    Taki falownik nada się do długotrwałej zmiany obrotów silnika?


    co kolega ma dokładnie na myśli?
  • #12
    Awyrdonyt
    Poziom 29  
    Chciałbym spowolnić silnik indukcyjny.
  • #14
    Tatalek
    Poziom 11  
    neo_84 napisał:
    Silnik wydaje dziwne dźwięki bo coś jest nie tak. Widać to na 2 filmie na małych obrotach "chodzi" kwadratowo a powinien płynnie .



    Muszę poszukać czemu . Dam znać jak znajdę , popracuję nad tym przez weekend.[/quote]

    Udało mi się znaleźć przyczynę dźwięków wydawanych przez silnik. Na krótką chwilę było aktywowane wejście FLTA mikrokontrolera , co powodowało przypadkowe wyłącznie tranzystorów (stąd składowa stała na wyjściu) . Po wyłączeniu w programie obsługi tego wejścia dźwięki ustały. Dolutowałem kondensator pomiędzy masę a wejście kondensator 1,5nF i włączyłem obsługę ponownie - pomogło. Prosty falownik 1/3 fazy z PFC
    i uaktualniłem schemat
    Falownik_e...te_sch.pdf Download (174.47 kB)
    oraz nakręciłem filmik
  • #16
    hubiwit
    Poziom 25  
    Witam, jak działa ten PFC MC33262 w układzie tego falownika - w datasheecie steruje mosfetem, który załącza indukcyjność, żeby skompensować ucinanie napięcia sieciowego w szczytach, generowane przez wzrost poboru prądu przez urządzenie, tutaj w falowniku mosfet załącza oporność?
  • #17
    Janusz_kk
    Poziom 28  
    Przecież pisze Autor że dławik, masz nawet typ podany. To że na schemacie jest trochę kiepsko narysowany nic nie zmienia, w tekście jest wyjaśnienie, trzeba czytać a nie tylko obrazki oglądać :)
  • #18
    hubiwit
    Poziom 25  
    Dzięki za odpowiedź, porównywałem schemat ze schematem z datasheetu i już myślałem że się nie znam :D
  • #19
    pustan
    Poziom 19  
    Przeglądam często strony rosyjskojęzyczne no i czasem coś znajduję ciekawego Np.
    https://radioskot.ru/publ/3_faznyj_invertor_ot_220_v/1-1-0-1563
    Kto tu kogo...
  • #21
    Tatalek
    Poziom 11  
    pustan napisał:
    Przeglądam często strony rosyjskojęzyczne no i czasem coś znajduję ciekawego Np.
    https://radioskot.ru/publ/3_faznyj_invertor_ot_220_v/1-1-0-1563
    Kto tu kogo...


    Szacun dla Rosjan szybko działają , myślę że najważniejszego póki co jeszcze nie skopiowali
    że trzeba dolutować kondensator do wejścia FLT i żeby zabezpieczenie od zwarcia się nie uruchamiało gdyż silnik będzie wydawał dźwięki
    jakby w nim coś tarło - myślę że to nadrobią wkrótce :)
  • #22
    zbyszkok
    Poziom 19  
    Gdyby to był projekt rosyjski oznaczenia L,N były by chyba cyrylicą :-).
    Z tekstu nie wynika że ZSRR :-) napisał, że to jego projekt.
  • #23
    szelus
    Poziom 34  
    Wprost przeciwnie, na końcu jest nawet link do tego wątku.
  • #24
    zbyszkok
    Poziom 19  
    Szelus masz rację nie doczytałem Оригинал
  • #25
    pustan
    Poziom 19  
    Ale dopisek Оригинал został umieszczony po pojawieniu się mojej informacji na Elektrodzie. Gdyby tam był to nie napisał bym
    "Kto tu kogo..."