Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Prosty falownik U/f - budowa - prośba o ocenę schematu

ebson1307 18 Mar 2021 19:27 903 12
  • #1
    ebson1307
    Level 3  
    Witam, od dłuższego czasu, gdy zainteresowałem się napędami i energoelektroniką chciałem stworzyć przetwornicę częstotliwości. Gdy już zdobyłem trochę wiedzy chciałbym zbudować prosty falownik 3f do silników ok. 1-2kW. Będzie to projekt poprzedzający moją pracę dyplomową w tym temacie - chciałbym zacząć sam i czegoś się nauczyć - to jest główny cel stworzenia tego przekształtnika. Pobocznie będzie napędzał silnik małej wierarki, jeśli się uda. Sterowanie w zasadzie mam załatwione, program czeka sobie napisany. Będzie to proste sterowanie U/f bo na zabawy z DTC czy FOC brak wiedzy. Mimo kilku mniejszych elektronicznych projektów moim największym problemem jest część mocy, nigdy nie zajmowałem sie elektroniką dużej mocy. Postanowiłem sobie to podzielić na 2 części - prostownik wraz z członem pośrednim i falownik. Poniżej zamieszczam schemat części falownika i zwracam się z prośbą o pomoc w doborze wartości elementów (szczególnie C przy driverze, R przy tranzystorach). W ogóle zasadniczym pytaniem jest czy to coś ma prawo działać? Czy wybrane tranzystory IGBT oraz drivery IR2103 spełnią zadanie czy są może za słabe. Jako izolację galwaniczną postanowiłem wykorzystać transoptory PC817. Całośc sterowana PWM z STM32 z 3.3V. W zasadzie podstawowe pytanie to co jest na schemacie ma prawo działać?

    Prosty falownik U/f - budowa - prośba o ocenę schematu
  • #2
    ArturAVS
    Moderator HP/Truck/Electric
    ebson1307 wrote:
    W zasadzie podstawowe pytanie to co jest na schemacie ma prawo działać?

    Teoretycznie tak, przydałby się pomiar prądu dla każdej fazy.
  • #3
    ebson1307
    Level 3  
    Być może dodam jakieś R do pomiaru prądu jeśli wstępne testy wyjdą nieźle i będzie to w miarę dobrze działać. Mam pytanie co do części prostownicznej. Czy za prostownikiem pojemność rzędu 1mF będzie odpowiednia? Miałbym tam szeregowo - równoległe połączenie 10 kondensatorów 400V/470uF. Nie dodawałem indukcyjności ponieważ trochę obawiam się że coś źle wyliczę i może wystąpić rezonans. Poniżej schemat. Na schemacie brak również filtra wejściowego bo nie wiem co z nim, a pewnie by się przydał jakiś ponieważ prostownik generuje harmoniczne.
    Prosty falownik U/f - budowa - prośba o ocenę schematu
  • #4
    ArturAVS
    Moderator HP/Truck/Electric
    Przy takiej pojemności rozważ soft start do ładowania kondensatorów. Impuls prądowy w chwili podania napięcia może uszkodzić mostek. Dodaj również równolegle do kondensatorów rezystory rozładowujące po odłączeniu zasilania.
  • #5
    ebson1307
    Level 3  
    Triak na każdą fazę? Czy może lepszym pomysłem będzie zastąpić diody tyrystorami i napisać procedurę soft startu zalączaną z poziomu mikrokontrolera?
    Edit: Czy może coś w stylu choppera - tranzystor przed członem kondensatorów, sterowany PWM stopniowo zwiększając wypełnienie?
  • #6
    ArturAVS
    Moderator HP/Truck/Electric
    Po co zbędnie chcesz dodatkowo komplikować układ? Rezystor kilkadziesiąt omów odpowiedniej mocy między + mostka a + kondensatorów mostkowany przekaźnikiem po pewnym czasie zupełnie wystarczy.
  • #7
    ebson1307
    Level 3  
    Według otrzymanych porad narysowałem coś takiego. Poniżej zdjęcia. Jako przekaźnik zastosowałem moduł przekaźnikowy z optoizolacją sterowany z poziomu mikrokontrolera ponieważ posiadam taki i było by wygodne zastosowanie takiego gotowca jeśli się nadaje. Specyfikacja tego modułu to Napięcie zasilania VCC: 5 V, Przekaźnik: SRD-05VDC-SL-C, Napięcie cewki: 5 V, Maksymalne napięcie styków: 250 VAC, 110 VDC, Maksymalny prąd: 10 A. Mogłbym to zastosować? Dodatkowo termistor SL32 2R025 a także rezysory równolegle do kondensatorów. Czy takie coś by przeszło? Ten schemat przekaźnika i optoizolacji jest odtworzony z dokumentacji na stronie sprzedawcy, żeby było wiadomo o co chodzi. Edit: na odtworzonym schemacie zasilania zapomniałem dorysować etykiety zasilania cewki 5V JD_VCC ale raczej wiadomo ogólnie o co chodzi.
    Prosty falownik U/f - budowa - prośba o ocenę schematu Prosty falownik U/f - budowa - prośba o ocenę schematu Prosty falownik U/f - budowa - prośba o ocenę schematu
  • Helpful post
    #8
    ArturAVS
    Moderator HP/Truck/Electric
    Masz strasznie nielogiczny sposób rysowania schematów, jest przez to mało czytelny.
    ebson1307 wrote:
    Jako przekaźnik zastosowałem moduł przekaźnikowy z optoizolacją sterowany z poziomu mikrokontrolera ponieważ posiadam taki i było by wygodne zastosowanie takiego gotowca jeśli się nadaje. Specyfikacja tego modułu to Napięcie zasilania VCC: 5 V, Przekaźnik: SRD-05VDC-SL-C, Napięcie cewki: 5 V, Maksymalne napięcie styków: 250 VAC, 110 VDC

    110VDC przy 560V? Eee panie, zawsze daje się zapas. Tu co prawda załączenie nastąpi prawie bez różnic potencjału ale lepiej mieć to na uwadze. Ja widzę to tak;

    Prosty falownik U/f - budowa - prośba o ocenę schematu

    Mam w swoich gratach pozostałości falownika FUJI (modelu nie znam bo dostałem go w kawałkach bez płyty logiki);

    Prosty falownik U/f - budowa - prośba o ocenę schematu

    Ma na pokładzie przetwornicę pomocniczą z czterema napięciami wyjściowymi (!), zasilanie LowSide, zasilanie HighSide, zasilanie logiki +5 i +12V. Ładnie wyprowadzone sygnały sterujące;


    Prosty falownik U/f - budowa - prośba o ocenę schematu
    I ciekawe parametry modułu IGBT;

    Prosty falownik U/f - budowa - prośba o ocenę schematu
    Może kiedyć go wykorzystam :D Mam też gdzieś część z filtrami i pomiarem prądów fazowych (na przekładnikach).
  • #9
    ebson1307
    Level 3  
    Bardzo dziękuję za schemat i zdjęcia, przeanalizuję to w wolnej chwilli i spróbuję wnieść poprawki w schemat. Czyli przekaźnik na jakie napięcie trzeba dać? 500V+ są dosyć drogie jak tak przeglądam sklepy internetowe, a myślałem właśnie że różnica potencjałów zwierana przez przekaźnik będzie doscyć niska. Jeśli bierze się sporo na wyrost to tranzystory IGBT FGH60N60 równiez do wymiany? Ich Vces to 600V.
  • #10
    jarek_lnx
    Level 43  
    ebson1307 wrote:
    Jeśli bierze się sporo na wyrost to tranzystory IGBT FGH60N60 równiez do wymiany? Ich Vces to 600V.

    Przy napięciu sieciowym 400V masz na kondensatorach 560V, przy napięciu wyższym o 10% 620V.
  • #11
    ebson1307
    Level 3  
    Faktycznie nie wziąłem pod uwagę tak oczywistej rzeczy jak zmienność napięcia sieci +-10%. Czyli rozsądnie było by wykorzystać jakieś IGBT o U=1,2kV. Tutaj nasuwa mi sie kolejne pytanie na które szukałem ale nie znalazłem odpowiedzi do końca - dobór drivera do tranzystora IGBT. Ważnym jest by driver zapewniał odpowiednią wydajność prądową by jak najszybciej przeładować bramkę. Nie wiem natomiast jak wyliczyć to, ile prądu potrzeba i jaki driver o jakiej wydajności prądowej zastosować. Gdzieś na elektrodzie czytałem, że jest jakiś wzór który z grubsza zawyżając wynik pozwala oszacować czas w jakim bramka zostanie przeładowana. Potrzebna jest wtedy znajomość prądu I wyliczanego z prawa ohma gdzie U to napięcie dawane przez driver, R to rezystancja z noty katalogowej tranzystora i opornika przy bramce. Do tego trzeba znać ładunek Q z noty katalogowej i za pomocą wzoru można z grubsza oszacować. Czy to co napisałem powyżej jest prawdą? Planuję kluczowanie z częstotliwością PWM f=5kHz. Ale no, wciąż nie wiem, który driver dobrać. Zamówiłem tanio z chin takie oto drivery żeby trochę potestować sobie: IR2103, IR4427, IR2113 o prądach odpowiednio:130mA/270mA, 1.5A/1.5A, 2A/2A. Czy ktoś mógłby coś więcej doradzić co z tym doborem drivera?
  • Helpful post
    #12
    jarek_lnx
    Level 43  
    ebson1307 wrote:
    Ważnym jest by driver zapewniał odpowiednią wydajność prądową by jak najszybciej przeładować bramkę.
    Bez przesady, super szybkie przełączenie tranzystora generuje wysokie szybkości narastania i większe zakłócenia. Choć większe znaczenie ma to w przypadku MOSFETów niż IGBT - te się wyłączają stosunkowo powoli.

    Szczerze mówiąc, dzisiaj mi się nie chce liczyć szybkości przełączania, _lazor_ napisał o tym artykuł na elektrodzie. Są noty aplikacyjne jak m.in. Texasa: Design And Application Guide For High Speed MOSFET Gate Drive Circuits, czy Fundamentals of MOSFET and IGBT Gate Driver Circuits. Właściwie każdy producent driverów i tranzystorów ma taki dokument albo kilka.

    ebson1307 wrote:
    Czy ktoś mógłby coś więcej doradzić co z tym doborem drivera?

    W przypadku drivera o większej wydajności prądowej zawsze możesz dać rezystor, poza tym warto mieć mniejszą rezystancje w stanie niskim żeby wysokie du/dt na drenie nie spowodowało niekontrolowanego załączania przez Ccg
    Często stosuje się rozwiązanie z diodą rezystancję ładowania celowo zwiększmy żeby ograniczyć zakłócenia, rezystancję rozładowania zmniejszamy żeby uniemożliwić przypadkowe załączenie w wyniku wysokiego du/dt
    Prosty falownik U/f - budowa - prośba o ocenę schematu
  • #13
    ebson1307
    Level 3  
    Dziękuję bardzo wszystkim za pomoc, jest to wiedza, którą w internecie wcale nie tak łatwo znaleźć. Jak tylko przyjdą mi drivery zabieram się za testowanie najpierw sterowania i logiki i jeśli się uda może zacznę składać jakiś prototyp.