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

Falownik silnikowy Apator AMD-0002/RN523, zaglądamy do środka

ArturAVS 19 Sep 2022 11:26 2157 8
Computer Controls
  • Falownik silnikowy Apator AMD-0002/RN523, zaglądamy do środka
    Kilka miesięcy temu, po nieudanym zakupie falownika fotowoltaicznego off-grid o pasujących dla mnie parametrach, podjąłem decyzję o samodzielnej budowie takiego. Pierwsze próby na zbudowanym prototypie zachęciły mnie do zaprojektowania finalnej wersji. Tu, jak w przypadku każdego urządzenia DIY powstał problem obudowy. Po poszukiwaniach jakiegoś sensownego "opakowania" przyszedł mi do głowy pomysł aby wykorzystać fabryczną obudowę od uszkodzonego falownika silnikowego. Jeden z naszych forumowych kolegów podarował mi dwa uszkodzone falowniki do zabawy, takim to sposobem tytułowy bohater trafił na mój stół :D. Ponieważ okazał się wręcz idealnie pasujący wymiarami do nowego zastosowania postanowiłem podzielić się fotorelacją z demontażu oraz pokazać szczegóły konstrukcyjne. Przy okazji będzie można porównać jego budowę do innego opisywanego falownika, czyli Altivar'a 5. Zdjęcia zostały zrobione bez żadnego przygotowania czy czyszczenia falownika z kurzu, po prostu zależało mi na wstępnym zwymiarowaniu dla nowej PCB na podstawie starej. Na pewno da się zauważyć swego rodzaju "przepaść technologiczną" pomiędzy oboma falownikami, różnica mocy (4kW vs 0,75kW) nie ma tu większego znaczenia.

    Nie będę się również skupiał na parametrach gdyż nie mają dla mnie znaczenia, sam moduł IGBT jeśli okaże się sprawny to być może zostanie wykorzystany :D. Falownik to prostopadłościenne pudełko o wymiarach 170x125mm oraz ~140mm głębokości.

    Obudowa góra i dół

    Falownik silnikowy Apator AMD-0002/RN523, zaglądamy do środka

    Falownik silnikowy Apator AMD-0002/RN523, zaglądamy do środka


    Widoczny jest wentylator oraz sporych rozmiarów radiator które powinny z zapasem wystarczyć do chłodzenia nowego "mieszkańca" obudowy :D. Na bocznych ściankach umieszczono tabliczkę znamionową oraz ostrzegawczą;


    Falownik silnikowy Apator AMD-0002/RN523, zaglądamy do środka

    Falownik silnikowy Apator AMD-0002/RN523, zaglądamy do środka



    "Plecy" obudowy są ukształtowane w formie tunelu w którym jest umieszczony radiator, zostawiono dostęp do wentylatora gdyby wymagał wymiany. Przednia część obudowy trzyma się na zatrzaskach, po jej zdjęciu otrzymujemy dostęp do zacisków zasilania/wyjściowych oraz sterujących;


    Falownik silnikowy Apator AMD-0002/RN523, zaglądamy do środka


    Możemy również zdemontować niewielki "panel operatorski" przez co pozbawimy falownik lokalnego sterowania oraz dostępu do zmian konfiguracji parametrów. PCB urządzenia są połączona "w kanapkę" za pośrednictwem złącz szpilkowych, umożliwia to rozdzielenie części mocy od sterowania;

    Falownik silnikowy Apator AMD-0002/RN523, zaglądamy do środka


    Po odkręceniu dwóch wkrętów daje się łatwo zdjąć "pierwsze piętro" zawierające na odpowiednio ukształtowanym z plastiku wsporniku część sterującą wraz z "panelem operatorskim";


    Falownik silnikowy Apator AMD-0002/RN523, zaglądamy do środka


    Widać minimalistyczne podejście przy projektowaniu, rzucają się w oczy kondensatory elektrolityczne sekcji HVDC (wyprostowane napięcie sieciowe) 270?F/400V oraz transformator impulsowy zasilacza głównego dla logiki sterowania. Pod szarą plamą ukryty jest przekaźnik układu miękkiego startu 16A z cewką 12VDC tuż obok jest rezystor 18?/5W współpracujący z przekaźnikiem. Co ciekawe, jest także dioda LED informująca o obecności napięcia HVDC. Pełni rolę ostrzeżenia, informując o tym aby nie wkładać rąk do środka dopóki się świeci ( ładunek w kondensatorach). Oczywiście znajdziemy również warystory zabezpieczające przed przepięciami a także dwa przekładniki prądowe na wyjściu. Na niewielkich radiatorach zostały umieszczone dwa tranzystory 2SK2717;

    Falownik silnikowy Apator AMD-0002/RN523, zaglądamy do środka


    Widoczny rząd układów w obudowach DIP8 do montażu powierzchniowego to scalone drivery bramek tranzystorów MOSFET/IGBT z wbudowaną optoizolacją HCPL-T250;

    Falownik silnikowy Apator AMD-0002/RN523, zaglądamy do środka


    Użycie takich driverów wymaga odpowiedniego sposobu zasilania, wynika to z tego iż "górne" tranzystory wyjściowego mostka H (trójfazowego) mają emitery połączone z innymi fazami, emitery "dolnych" tranzystorów połączone są z ujemną szyną HVDC i sterujące nimi drivery mogą być zasilane ze wspólnej linii;

    Falownik silnikowy Apator AMD-0002/RN523, zaglądamy do środka


    Wymaga to zasilacza pomocniczego o minimum czterech galwanicznie między sobą odizolowanych napięciach wyjściowych, w takim jednak przypadku część sterująca będzie poprzez prostownik wejściowy również połączona z potencjałem sieci. Jest to niepożądane oraz niebezpieczne i jednym z powszechnie stosowanych rozwiązań są zasilacze z minimum pięcioma napięciami (cztery zasilanie driverów a piąte logiki sterującej). Oczywiście od stopnia rozbudowania falownika zależy ilość wyjść zasilacza, w przypadku tytułowego Apator'a już na pierwszy rzut oka widoczne są cztery niezależne linie zasilania dla driverów;


    Falownik silnikowy Apator AMD-0002/RN523, zaglądamy do środka


    Od spodniej strony poza modułem IGBT oraz kolejnymi HCPL-T250 jest tylko garstka elementów;
    Falownik silnikowy Apator AMD-0002/RN523, zaglądamy do środka


    Ale zaraz zaraz, coś tu się nie zgadza z logiką. Jest siedem driverów a tranzystorów w trójfazowym mostku H jest sześć, i gdzie się podział mostek prostowniczy (trójfazowy)? Co prawda bez demontażu modułu IGBT z PCB nie można odczytać jego danych katalogowych, ale na podstawie noty innego modułu można być pewnym że jest to zbliżone rozwiązanie;

    Schemat wewnętrzny modułu IGBT 7MBR25SA120-50 Fujtsu

    Falownik silnikowy Apator AMD-0002/RN523, zaglądamy do środka



    Mostek prostowniczy został zintegrowany wewnątrz modułu, siódmy driver steruje tranzystorem hamulca. Tu jeszcze dodatkowo umieszczony został termistor do pomiaru temperatury pracy modułu. Mała płytka zamontowana pionowo zawiera najprawdopodobniej sterownik zasilacza, niestety nie udało mi się odczytać z umieszczonego na niej układu oznaczeń. Płytka logiki po wymontowaniu ze "stojaka" wygląda tak;


    Falownik silnikowy Apator AMD-0002/RN523, zaglądamy do środka


    Znajdziemy tu TL072 czyli podwójny niskoszumny wzmacniacz operacyjny z wejściami FET, poczwórny wzmacniacz operacyjny MC3303, a także monitor napięcia MB3771 oraz transoptor TLP121. Do tego trochę elementów RC oraz diod i tranzystorów w obudowach SMD.



    TL072

    Falownik silnikowy Apator AMD-0002/RN523, zaglądamy do środka



    MC3303

    Falownik silnikowy Apator AMD-0002/RN523, zaglądamy do środka



    MB3771

    Falownik silnikowy Apator AMD-0002/RN523, zaglądamy do środka

    Falownik silnikowy Apator AMD-0002/RN523, zaglądamy do środka




    TLP121

    Falownik silnikowy Apator AMD-0002/RN523, zaglądamy do środka



    Druga strona płytki sterowania prezentuje się nieco bardziej okazale;


    Falownik silnikowy Apator AMD-0002/RN523, zaglądamy do środka


    Widać rząd transoptorów, osiem z nich to TLP181 a pozostałe to TLP127. Transoptory zapewniają izolację galwaniczną dla wejść oraz wyjść sterująco-kontrolnych falownika. Trochę może dziwić użycie aż trzech typów transoptorów, lecz wynika to zapewne z potrzeb gdzie dobrano charakterystyki pracy do pełnionej przez transoptor funkcji.

    TLP181

    Falownik silnikowy Apator AMD-0002/RN523, zaglądamy do środka



    TLP127

    Falownik silnikowy Apator AMD-0002/RN523, zaglądamy do środka




    Sercem całego falownika jest mikrokontroler N87C196MC firmy Intel, jest on dedykowany do sterowania napędami i posiada wbudowany generator do generowania synchronicznych trójfazowych sygnałów do sterowania mostkiem H.


    N87C196MC

    Falownik silnikowy Apator AMD-0002/RN523, zaglądamy do środka

    Falownik silnikowy Apator AMD-0002/RN523, zaglądamy do środka


    Użycie dedykowanego mikrokontrolera znacząco ułatwia prace projektowe. Z kontrolerem współpracuje kilka układów, są to; 74HC08A, 4043, MC3303, LM239, 2x TL074 oraz DS75176 i pamięć EEPROM z interfejsem SPI 93C46.

    74HC08A

    Falownik silnikowy Apator AMD-0002/RN523, zaglądamy do środka


    CMOS 4043

    Falownik silnikowy Apator AMD-0002/RN523, zaglądamy do środka


    LM239

    Falownik silnikowy Apator AMD-0002/RN523, zaglądamy do środka


    TL074

    Falownik silnikowy Apator AMD-0002/RN523, zaglądamy do środka


    DS75176

    Falownik silnikowy Apator AMD-0002/RN523, zaglądamy do środka


    93C46

    Falownik silnikowy Apator AMD-0002/RN523, zaglądamy do środka


    Nieco oddzielną kwestią jest "panel operatorski", z racji tego iż jest to oddzielny moduł to wypadałoby o nim kilka słów napisać. Sam panel to niewielkie pudełko o wymiarach ~70x50mm i grubości około 15 mm.


    Falownik silnikowy Apator AMD-0002/RN523, zaglądamy do środka

    Falownik silnikowy Apator AMD-0002/RN523, zaglądamy do środka



    Po odkręceniu czterech wkrętów dostaniemy się do wnętrza;


    Falownik silnikowy Apator AMD-0002/RN523, zaglądamy do środka


    Osiem tact-switchy oraz pięć wyświetlaczy HDSP-A213;

    Falownik silnikowy Apator AMD-0002/RN523, zaglądamy do środka
    Falownik silnikowy Apator AMD-0002/RN523, zaglądamy do środka



    Przeciwna strona płytki panelu jest nieco bardziej "okazała", choć żadnych rewelacji nie ma;

    Falownik silnikowy Apator AMD-0002/RN523, zaglądamy do środka


    74HC14A, 74HC165A, ULN2003A, i 2x 74HC595A. Jeden z HC595A odpowiada za segmenty a drugi za pośrednictwem ULN'a za katody wyświetlaczy.

    74HC165A

    Falownik silnikowy Apator AMD-0002/RN523, zaglądamy do środka



    74HC14A

    Falownik silnikowy Apator AMD-0002/RN523, zaglądamy do środka



    ULN2003A

    Falownik silnikowy Apator AMD-0002/RN523, zaglądamy do środka

    Falownik silnikowy Apator AMD-0002/RN523, zaglądamy do środka


    74HC595A

    Falownik silnikowy Apator AMD-0002/RN523, zaglądamy do środka

    Falownik silnikowy Apator AMD-0002/RN523, zaglądamy do środka



    Zdecydowaną większość elementów wykorzystam, a zwłaszcza układy TTL. Reszta też znajdzie zastosowanie a szczególnie transoptory oraz listwy zaciskowe przy budowie "nowego mieszkańca" dla obudowy. Tu jeszcze taka ciekawostka, podczas demontażu kusiło mnie aby podłączyć samo sterowanie wraz z panelem "operatorskim" pod zasilanie. Po zgrubnym przeanalizowaniu połączeń uzyskałem poniższy efekt;
    Falownik silnikowy Apator AMD-0002/RN523, zaglądamy do środka

    Niemniej, nie zamierzam badać skutków ani przyczyny awarii tego falownika. Dla mnie najważniejsza była obudowa i choć ze wstępnych pomiarów, nawet sam moduł IGBT wydaje się sprawny to nie zamierzam zgłębiać tematu. Być może wykorzystam płytkę panela operatorskiego, jeśli uda mi się zrysować układ połączeń.


    Chciałbym gorąco podziękować naszemu forumowemu koledze Danielowi @karwo za podarowanie mi bohatera materiału.

    Cool? Ranking DIY
    About Author
    ArturAVS
    Moderator HP/Truck/Electric
    Offline 
    Z wykształcenia technik RTV, z zamiłowania elektronik/elektrotechnik konstruktor.
    Has specialization in: kf, audio, elektronika truck, nietypowe urządzenia
    ArturAVS wrote 16959 posts with rating 3832, helped 1657 times. Live in city Grajewo. Been with us since 2005 year.
  • Computer Controls
  • #2
    karwo
    Level 26  
    Fajny artykuł Ci wyszedl. Szacun za włożona pracę i trzymaj tak dalej bo dzięki takim osobom jest tu co poczytać merytorycznego.
    Jak zrobię porządek w garażu to może jeszcze dostaniesz jakieś gratisy przez kilka lat nazbierało się trochę, niektóre rozkompletowane bo podzielily się organami :)
    W sobotę wykopałem fajny wyświetlacz VFD i od razu pomyślałem o Tobie. Później podeślę Ci foto - fajny na kolejny taki artykuł.
  • #3
    ArturAVS
    Moderator HP/Truck/Electric
    Dziękuję za miłe i motywujące słowa. Często przy demontażu różnych urządzeń robię dokumentację fotograficzną oraz szukam not katalogowych użytych elementów, niejako "przy okazji" może powstać artykuł dla innych :D.
  • Computer Controls
  • #4
    Olkus
    Level 28  
    Bardzo fajnie wszystko opisane :) Mam nadzieję, że jak najwięcej części uda się wykorzystać przy budowie nowego falownika :)

    Pozdrawiam,
    A.
  • #5
    m7m
    Level 12  
    Dzień dobry Chciałem zapytać jaka wygląda ten falownik off Grid który budujesz . Też jestem zainteresowany tym tematem. I chętnie zapoznał bym się swoim rozwiązaniem . Poza tym artykuł na medal .
  • #6
    karwo
    Level 26  
    Obiecane foto wyświetlacza, jak widać coś działa bo kursor miga.
    Falownik silnikowy Apator AMD-0002/RN523, zaglądamy do środka
  • #7
    coberr
    Level 19  
    bardzo ciekawa i minimalistyczna rzeczywiście konstrukcja :) Naprawde aż miło sie na to patrzy - w przeciwieństwie do "naciapanej" drobnicy - we wszelkich "zachodnich" falownikach Wykorzystuj kolego co się da - w dobie kryzysu każdy złom staje sie cenny. a doceniamy go dopiero - jak wyladuje na smietniku (czyt: elektroszrocie).

    Zastanawia mnie jeden fakt:
    W wielu falownikach widać powiedzmy podobny trend polegający na wykorzystaniu jako procesora sterującego - a to jakiegos starego INTELa a to jakiejs starej MOTOROLI - ew. uzupełnionych jakimś CPLD/FPGA...
    I tak sie zastanawiam - bo od jakiegoś 1999 były chyba dostępne procesory specjalizowane do takich zastosowań - np. typu TMS 320F24x (241...242...243 ; później - LF2401 2402 .... 2407) Poźniej zaś - cała rodzina F28xx..
    Dlaczego tak mało widzi się tych procesorów/mikrokontrolerów w falownikach? Są dość szybkie maja zintegrowaną większośc - ktorej potrzeba...

    Czy ktokolwiek ze specjalistów - mających do czynienia z podobnymisprzętem- spotkal się np. z jakimiś falownikami opartymi o powyższe mikrokontrolery (TMS320)? (chodzi oczywiscie o nasz rynek)
    (pomijam jeden z tematów - tu na forum - ktory gdzie kilka miesięcy temu się pojawił - chyba falownik z procesorem TMS320 LF240x lub 28xx - nie pamietam).. (sekcja zwłok rzecz jasna)
    Pytam z czystej ciekawości.
  • #9
    ArturAVS
    Moderator HP/Truck/Electric
    m7m wrote:
    Chciałem zapytać jaka wygląda ten falownik off Grid który budujesz

    Jeszcze nie wygląda bo prototyp nie ma obudowy (do testów i modyfikacji) :D. Wyprostowane napięcie sieciowe jest podawane na wyjściowy mostek H, mostek poprzez drivery IR2104 otrzymuje sygnały sterujące SPWM generowane przez ATtiny13 (program jest autorstwa jednego z forumowych kolegów). Na wyjściu jest ładny sinus. Zawiera również przetwornicę 24VDC->325VDC (takie mam napięcie w swoim systemie PV offgrid) Moc raczej niewielka czyli 350W a maksymalnie 500W (więcej nie potrzebuję). Ponieważ zarówno regulator solarny jak i ładowarkę sieciową mam zewnętrzne, więc nawet nie brałem ich pod uwagę. Działaniem przypomina UPS online. Prototyp jest pozbawiony jakichkolwiek zabezpieczeń, te wraz z monitorem energii (najprawdopodobniej użyję ESP32) będą w finalnej wersji. Najwięcej zabawy mam z filtrem wyjściowym gdyż chcę uniknąć stosowania transformatora 230/230VAC na wyjściu, biorę też pod uwagę PFC na wejściu ale to w tak małej obudowie się po prostu nie zmieści. Mam inną, większą obudowę od falownika 11kW lecz ta z kolei nie zmieści mi się do szafy. Gotowy projekt zostanie opublikowany na forum. Poniżej porównanie płyty mocy tytułowego z moim prototypem, oddzielenie części mocy od sterowania da mi więcej luzu przy projektowaniu PCB;


    Falownik silnikowy Apator AMD-0002/RN523, zaglądamy do środka


    coberr wrote:
    Dlaczego tak mało widzi się tych procesorów/mikrokontrolerów w falownikach? Są dość szybkie maja zintegrowaną większośc - ktorej potrzeba...

    Czy ktokolwiek ze specjalistów - mających do czynienia z podobnymisprzętem- spotkal się np. z jakimiś falownikami opartymi o powyższe mikrokontrolery (TMS320)? (chodzi oczywiscie o nasz rynek)


    Rodzina TM320xxx to DSP. W drugim falowniku który również od @karwo dostałem, sterowanie jest na SC56F807 (też DSP) a sama konstrukcja jest jeszcze bardziej minimalistyczna. Zamiast pojedynczych driverów bramek IGBT użyto jednego scalonego (IR2233J) co jeszcze zmniejszyło konstrukcję nawet mimo większej mocy.

    Wojciech. wrote:
    Jeszcze tylko brakuje sekcji zwłok moduły mocy


    Mam kilka różnych, jak posprawdzam który jest uszkodzony to spróbuję go otworzyć.