Частотный преобразователь схема: Схема частотного преобразователя. Описание структуры преобразователей частоты для асинхронных электродвигателей.

Содержание

Частотный Преобразователь Схема Электрическая Принципиальная

Циркуляркой уже полным ходом пилили на конденсаторах, когда появился необходимый вариант прошивки. Модули содержат шесть силовых ключей и схему управления.


Рядом с микропроцессором показан SWD -разъем P2 интерфейса прошивки микропроцессора и отладки кода с последовательным доступом. Убеждаемся, что привод функционирует.

Они задействованы для измерений напряжений шины постоянного тока, аналогового входа, фазных противо-ЭДС. И с одной парой полюсов и с мя.
Cтруктура и схема преобразователя частоты. Часть 1.

Долгий является также автором цикла статей о микроконтроллерах и многих других конструкций. Три диода и десяток резисторов, подключенных к процессору — хоть и не лучше схемотехническое решение, но решать задачу подхвата ротора или промышленной сети .

Следует отметить, что по современной терминологии подобные генераторы-формирователи называются контроллерами. Первый метод основан на назначении определенной зависимости чередования последовательностей широтно-импульсной модуляции ШИМ инвертора для заранее подготовленных алгоритмов.


Каков принцип частотных методов регулирования?

Также происходит насыщение магнитопровода статора. Конечно можно было бы взять в магазине фирменный частотник, но все-таки вариант самостоятельного изготовления оказался для меня наиболее приемлемым.

Выходное напряжение изменяется с помощью отношения между длительностью открытого и закрытого состояния, причем для получения требуемого напряжения это отношение можно менять. Следует отметить, что по современной терминологии подобные генераторы-формирователи называются контроллерами.

Подключение электродвигателя через частотный преобразователь. Плюсы и минусы

Функциональная схема подключения частотного преобразователя

При ее использовании получается произвести достаточно хорошую синусоидальную ШИМ с возможностью изменять напряжение. Крутим мотор-колесо коляски рукой, нажимаем кнопку «Пуск». Можно делать копии содержимого данной папки в родительской, переименовывать её и одноименные файлы с расширениями ewp, ewd, dep.

Обычный инвертор тока промежуточной цепи изменяющегося напряжения.

Способ ограничения зависит от вида модуляции. А так же функцию обработки прерывания таймера.


А так же функцию обработки прерывания таймера.

Они обеспечивают широкий диапазон регулировки частот, обладают высоким КПД и другими отличными техническими характеристиками. Справа от моста изображены операционные усилители нормирующие сигналы датчиков тока.

Преимуществом управляемых выпрямителей является их способность возвращать энергию в питающую сеть. Имеются три основных варианта задания режимов коммутации в инверторе с управлением посредством широтно-импульсной модуляции.

При этом амплитуда и частота напряжения на выходе преобразователя регулируются по скольжению и нагрузочному току, но без использования обратных связей по скорости вращения ротора.
ПОДКЛЮЧЕНИЕ ЧАСТОТНИКА к однофазному асинхронному двигателю.

Преобразователь частоты

Ответ на главный вопрос жизни, вселенной и бездатчикового электропривода — Чтобы избежать этих негативных последствий, при уменьшении частоты приходится снижать и эффективное значение напряжения на обмотках двигателя.

Функционирование без датчика положения. Таким образом, амплитуда отрицательных и положительных импульсов напряжения всегда соответствует половине напряжения промежуточной цепи. Способ векторов точнее и эффективнее.

Выходные сигналы с элементов DD3. Данные документируются протоколом обмена и используются пользователями, создающими программы управления для электронной техники и контроллеров.


Использование в работе частотника дает возможность работать двигателю без перерыва, экономично. Большая часть экономической эффективности заключается в возможности регулирования при помощи частотного преобразователя технологических характеристик процессов, температуры, давления, скорости движения, скорости подачи главного движения.

Данные параметры также регулируются широтно-импульсной модуляцией, а сама ширина импульсов модулируется по синусоидальному закону. Промежуточная цепь одного из трех типов: a преобразующая напряжение выпрямителя в постоянный ток. Примечание: для большинства приложений использование только пропорциональной и интегральной составляющей без использования дифференциальной составляющей даёт хорошие результаты. Такой вид управления инвертором называется амплитудно-импульсной модуляцией АИМ.


Такие преобразователи используются в мегаваттном диапазоне мощности для формирования низкочастотного питающего напряжения непосредственно из сети частотой 50 Гц, при этом их максимальная выходная частота составляет около 30 Гц. Все это управляется при помощи двух кнопок и одного переключателя, который изменяет направление вращения вала. Резисторы, соединил параллельно по кОм с помощью затворных проходных конденсаторов, позади платы их напаял. А удерживание инициирует дальнейший разгон до 50 Гц в течении приблизительно 2 секунд. SFAVM SFAVM — пространственно-векторный способ модуляции, который позволяет случайным образом, но скачкообразно изменять напряжение, амплитуду и угол инвертора в течение времени коммутации.

В описываемой схеме вполне возможно применить драйверы IR или IR В каждом из проектов имеются 7 файлов: mckits.

Механические устройства не могут выполнить такие функции. Также происходит насыщение магнитопровода статора. Моторы переделывают электроэнергию в механическое движение. Катушка индуктивности преобразует изменяющееся напряжение выпрямителя в изменяющийся постоянный ток.
Самодельный частотный преобразователь 220-380V собственной сборки

Схема прямого матричного преобразователя Непрямой матричный преобразователь indirect matrix converter состоит из двунаправленного трехфазного выпрямителя, виртуального звена постоянного тока и трехфазного инвертора.

Диоды позволяют току протекать только в одном направлении: от анода А к катоду К. И они творят революцию — успешно перевели на веб-платформу комплекс программных средств для разработки электрических принципиальных схем и печатных плат.

Состоит из выпрямителя и фильтрационных устройств.

Эти значения времени коммутации должны устанавливаться таким образом, чтобы допускать только минимум высших гармоник. Печатная плата комплекта разработчика устройств управления электродвигателями Есть особенность, которую должен учитывать разработчик устройств управления электродвигателями. В наше время существует несколько компоновок инверторов с управляемыми ключами: запираемые GTO тиристоры; биполярные IGBT-транзисторные ключи с затвором.

Выходное напряжение является результатом комбинации сегментов входного напряжения в котором основная гармоника следует за опорным сигналом. Транзистор-прерыватель управляет напряжением промежуточной цепи Фильтр промежуточной цепи сглаживает прямоугольное напряжение после прерывателя. Три проекта написаны так, чтобы в режиме сравнения файлов по содержимому однозначно идентифицировалось все, что с ней связано параметры, межблочные связи, расчетный код.

В состав преобразователей частоты входят четыре основных элемента: Рис. Нажимаем кнопку Event в окне программы. Аварийные ситуации при этом сводятся на нет.

Электрическая принципиальная схема частотного преобразователя

Частота задается конденсатором C1, регулировка частоты осуществляется переменным резистором R2. Проекты пошаговой разработки программного кода цифровой системы управления В дополнение к аппаратной части, инженеру предоставлен комплект проектов для пошаговой разработки программного кода векторной системы управления.

Задача перевода объекта из одного состояния в другое решается «программной машиной состояний». Расчёт производится по значению ошибки управления — расхождению между заданным значением и значением сигнала обратной связи обычно показания датчика какого-либо технологического параметра. Электрическая принципиальная схема комплекта разработчика устройств управления электродвигателями В нижней части схемы изображены импульсный преобразователь напряжения и линейные стабилизаторы, питающие фрагменты схемы. Основным различием способов являются критерии, которые используются при вычислении значений активного тока, тока намагничивания магнитного потока и крутящего момента.

Частотник для регулирования оборотов трёхфазного двигателя

Подключение и настройка частотного преобразователя

Частотный преобразователь используется для изменения частоты напряжения, питающего трехфазный двигатель. Кроме того, частотник позволяет подключить трехфазный электрический двигатель к однофазной сети без потерь мощности. В случае, когда для этих целей применяются конденсаторы, последнее невыполнимо.

Подключение частотника предполагает размещение перед ним автоматического выключателя, работающего с током, равным номинальному (или ближайшему большему в ряду номинальных токов автоматов) потребляемому току двигателя. Если ПЧ адаптирован на работу от трехфазной сети, необходимо задействовать трехфазный автомат, имеющий общий рычаг. Такой подход позволяет в случае короткого замыкания одной из фаз оперативно обесточить и все остальные фазы. Характеристики тока срабатывания должны полностью соответствовать току одной фазы электрического двигателя. Если же частотник предназначен для однофазного питания, имеет смысл применить одинарный автомат, рассчитанный на утроенный ток одной фазы. В любом случае, установка частотника не должна осуществляется путем включения автоматов в разрыв нулевого или заземляющего провода. Здесь подключение выполняется только напрямую.

Далее настройка преобразователя частоты предусматривает присоединение его фазных проводов к соответствующим контактам электрического двигателя. Перед этим необходимо соединить в электродвигателе обмотки по схеме «треугольник» или «звезда». Конкретный тип соединения определяется характером напряжения, вырабатываемого непосредственно преобразователем частоты.

Как правило, на корпусе двигателя приведены два значения напряжения. В ситуации, когда вырабатываемому частотником напряжению соответствует меньшее из указанных, необходимо применить схему «треугольник». В противном случае обмотки соединяются по принципу «звезды».

Пульт управления, входящий в комплект поставки частотного преобразователя, располагают в удобном месте. Подключить его необходимо согласно схеме, приведенной в инструкции к ПЧ. Далее рукоятка устанавливается в нулевое положение и выполняется включение автомата. При этом на пульте загорается световой индикатор. Для работы  преобразователя необходимо нажать кнопку «RUN» (запрограммировано по умолчанию). Затем необходимо немного повернуть рукоятку, чтобы электродвигатель начал постепенное вращение. В случае, если двигатель вращается в противоположную сторону, нажимается кнопка реверса. Далее следует настроить рукояткой необходимую частоту вращения. Важно учесть, что на пультах многих частотников отображается не частота вращения электрического двигателя (об/мин), а частота питающего электродвигатель напряжения, выраженная в герцах.

Схема подключения частотного преобразователя

Если у Вас остались вопросы по подключению и настройке преобразователей, обращайтесь за помощью к нашим техническим специалистам. Также предлагаем ознакомиться с каталогом частотных преобразователей Siemens и Prostar.

Другие полезные материалы:
Как правильно подобрать электродвигатель
Редуктор от «А» до «Я»
Как выбрать мотор-редуктор
Общие сведения об устройствах плавного пуска
Схемы подключения УПП

Как подключить частотный преобразователь к электродвигателю — основные этапы

Частотный преобразователь — это высокотехнологичный прибор с широкими возможностями. Подключение частотного преобразователя помогает автоматизировать различные производственные процессы, получить существенную экономию электроэнергии и заметно продлить ресурс оборудования.

Микропроцессорная база и встроенные компьютерные технологии делают прибор очень гибким по функционалу. Выбор комбинаций огромен, но для начала частотный преобразователь необходимо правильно подключить и настроить.

Установка частотника

Ошибки при подключении двигателя через частотный преобразователь способны значительно снизить срок его жизни и даже вывести электропривод из строя при первом же запуске. Важным этапом ввода в эксплуатацию является выбор предполагаемого места установки преобразователя. Необходимо учитывать комплекс условий, в числе которых:

  • Возможности питающей линии.
  • Диапазон рабочих температур.
  • Влажность.
  • Вибрации.
  • Наличие агрессивных сред (какой класс защиты IP требуется).

Частотник можно монтировать вдали от электродвигателя. Но есть нюансы с длиной кабеля. Чтобы избежать появления эффекта отраженной волны, перенапряжения и коронного заряда, длину питающего кабеля следует ограничить. При периоде ШИМ от 0,3 мс — не более 45 м, при ШИМ 0,1 мс — не более 16 м.

Если двигатель специально предназначен для работы совместно с преобразователем, то длина кабеля может быть любой. Например, двигатели, сертифицированные по стандарту NEMA Standart MG-1. Двигатель для ПЧ должен быть оснащен изоляцией класса F или выше, а также иметь фазовую изоляцию. Также, чтобы избежать нежелательных явлений при большой длине кабеля, можно установить сглаживающие реакторы и фильтры сразу после ПЧ и непосредственно перед электродвигателем.

Подключение частотного преобразователя к электродвигателю следует производить строго по инструкции производителя. Особенно внимательно нужно отнестись к подключению силовой части. Перед прибором необходимо установить автоматический выключатель, работающий с током ≥ номинальному потребляемому току электродвигателя. Входные клеммы должны быть подключены только к фазам питающей сети (заземление только к заземляющему контуру), а выходные клеммы — к питаемому электродвигателю. В компании «Веспер» разработаны наглядные схемы и даны подробные инструкции к каждой модели. Например, схема подключения частотного преобразователя «Веспер E4-8400»:

Сетевые технологии для управления

Настройка частотника и программирование режимов работы осуществляется непосредственно с панели управления, выносного пульта или, что наиболее удобно, с помощью компьютера. Операционное место может находиться за многие километры от ПЧ, для этого необходимо воспользоваться сетевыми технологиями.

Для совместной работы электродвигателя и системы автоматического управления используются различные протоколы передачи данных. Наибольшее распространение получил протокол связи Modbus с интерфейсом RS-485. Передача управляющего сигнала в линиях RS-485 осуществляется по проводу. Даже если сразу не требуется включать частотник в систему удаленного управления, на перспективу такой вариант подключения следует предусмотреть и заранее запланировать место, где удобнее проложить магистраль и подключиться к сети.

ПЧ — органы управления

Преобразователи «Веспер» оборудованы панелью с информационным ЖК-дисплеем и набором для управления и проведения пусконаладки. В зависимости от модели ПЧ, дисплеи могут отличаться количеством строчек. На дисплей прибора можно выводить данные о текущем состоянии параметров.

Для большего удобства и реализации более сложных систем управления через аналоговые и дискретные (релейные, транзисторные) выходы можно подключить выносной ДУ-пульт. А через линию интерфейсной связи — ПК (ноутбук или стационарный).

Ноутбук можно использовать в режиме осциллографа — для наблюдения за изменениями параметральных величин в реальном времени. В таком случае также необходимо заранее подготовить место с изолированной поверхностью и предусмотреть возможность работы ноутбука от батареи.

Настройка перед запуском

Частотные преобразователи — сложные компьютеризированные устройства со множеством функций и настроек. Чтобы облегчить и ускорить ввод прибора в эксплуатацию, на заводе уже проведены базовые настройки. При этом многие параметры «по умолчанию» могут быть оптимальными для решения поставленных задач.

В дополнение к базовым настройкам, преобразователи «Веспер» поддерживают функцию автонастройки — идентификационный пуск. В этом режиме ПЧ до запуска двигателя или уже у работающего двигателя автоматически определяет параметры обмоток.

Перед запуском также необходимо проверить и задать стартовый набор параметров:

  • Характеристики управляемого двигателя — напряжение, мощность, рабочий диапазон частоты вращения (эти параметры можно посмотреть в технической документации или на шильдике двигателя).
  • Канал задания — указать, из какого источника ПЧ следует брать задания (панель управления, дискретные/аналоговые выходы, удаленный интерфейс).
  • Канал управления — указать, откуда будут поступать управляющие команды (запуск/остановка). В качестве управляющего канала можно выбрать: панель управления, дискретные/аналоговые выходы, удаленный интерфейс.
  • Схема преобразования — если нет опыта, эту настройку лучше не менять, оставить по умолчанию.

Строго следуя инструкции и обладая базовыми знаниями, можно самостоятельно разобраться с тем, как подключить частотный преобразователь к электродвигателю. Но если нет желания или времени во все вникать — поручите это высококвалифицированным сотрудникам «Веспер». Они проведут пусконаладочные работы быстро и профессионально.

Видео

Вступительный фильм о типовых примерах применения преобразователей частоты Веспер. В видеоролике показаны преимущества использования частотно-регулируемого электропривода по отношению к другим типам приводов. Коротко представлена продукция нашей компании и география ее использования.


Преобразователи частоты: все типовые схемы существующих высоковольтных преобразователей

Двухтрансформаторная схема

Терристорные преобразователи частоты

Высоковольтные преобразователи частоты на IGB транзисторах

Преобразователи частоты — это устройства, которые предназначены для контроля оборотов асинхронных и синхронных электродвигателей. На сегодняшний день высоковольтные частотные преобразователи используются повсеместно, начиная от обычной бытовой техники, например кухонных комбайнов и заканчивая сложными промышленными роботами или портовыми кранами.

Огромное количество видов электродвигателей и необходимость их регулирования привело к появлению различных видов частотников, которые выполняя, в принципе одну и ту же задачу, могут очень сильно отличаться по внутреннему устройству, принципу работы и управления.

По состоянию на 2016 год рынок преобразователей частоты Украины считается насыщенным. Для решения практически любой задачи управления электродвигателем сейчас можно найти высоковольтные преобразователи частоты от именитых брендов, как например Scheneider Electric, Siemens или ABB, так и не дорогих, например от Азиатских брендов. При этом конкуренция здесь довольно высока. Европейские бренды постоянно пытаются снизить стоимость, сохранив при этом качество изделий, а китайские, корейские другие бренды с годами выпускают всё более и более надежные решения.

В нашей стране существует большая потребность в преобразователях частоты для электродвигателей среднего и высокого напряжения. Темой данной статьи являются высоковольтные частотные преобразователи для управления средне и высоковольтными электродвигателями. 

Высоковольтные преобразователи частоты: основные типы

Типовые схемы высоковольтных преобразователей частоты

Двухтрансформаторная схема.

Принцип работы заключается в том, что входящее напряжение в 6-10 кВ с помощью входного трансформатора снижается до 400-660В, далее с помощью обычного низковольтного частотника происходит модуляция выходного напряжения. После этого уже модулированное выходное напряжение повышается с помощью выходного трансформатора до необходимых 6-10 кВ.

Данная схема имеет огромное количество минусов и в основном не используется в качественных решениях. Хотя некоторые именитые бренды, например Schneider Electric пытается продвигать такие решения, как основные.

Практически единственный плюс от такого решения — цена, она в среднем в несколько раз ниже аналогов.

Из минусов можно отметить следующее:

  • пиковые перенапряжения на выходе частотника могут доходить до 1кВ, это угрожает выходом из строя повышающего выходного трансформатора. Из-за этого требуется установка защитного синусоидального фильтра, который является дорогостоящим устройством.
  • Высоковольтный преобразователь частоты, изготовленный по двухтрансформаторной схеме, из-за особенностей конструкции имеют существенное ограничение по диапазону регулирования оборотов. В основном она находится в диапазоне от 0,5 до 1nном
  • Так же при снижении частоты значительно снижается КПД управляемого электродвигателя
  • Размеры и вес устройства. Такой высоковольтный преобразователь частоты значительно больше и тяжелее частотников, построенных по другим схемам.
  • Появление большой реактивной мощности. Из-за особенностей конструкции данные устройства обладают низким коэффициентом мощности, что значительно снижает качество напряжение в питающей сети, если не производить его коррекцию с помощью установок компенсации реактивной мощности.

Терристорные преобразователи частоты

За основу теристорных частотных преобразователей берется 3-5 уровневые преобразователи частоты на высоковольтных теристорных приборах.

Теристорные высоковольтные преобразователи частоты в основном состоят из понижающего трансформатора, который преобразует трехфазное напряжение в 6-10 кВ  в две-три группы по 1-3 киловольтного напряжения.

Далее напряжение выправляют диоды. Для снижения высших гармоник используются 18-ти, 24-х пульсные схемы преобразователей, Число вторичных обмоток трансформаторов в этих схемах равно 3 и 4 соответственно. 

В Украине существует несколько предприятий, изготавливающих по индивидуальному заказу теристорные преобразователи частоты. Например Запорожский завод «Преобразователь», но к сожалению, качество изделий от одной партии к другой может существенно отличаться.

Из минусов данной схемы можно отметить:

  • огромную реактивную мощность, которую так же необходимо уменьшать с помощью устройств компенсации реактивной мощности.
  • Необходимость в строгом согласовании работы электронных ключей, поскольку полупроводниковые элементы, изготовленные даже в одной партии, имеют разброс параметров, поэтому очень остро стоит задача согласования их работы по времени.
  • Надежность. Использование высокоточных терристоров, которые должны открываться и закрываться с высокой синхронностью требует большого времени настройки системы и низкую ремонтнопригодность.
  • Обязательное наличие синус-фильтра

Из плюсов стоит отметить:

  • высокое КПД до 97%
  • Широкий диапазон выходной частоты от 0 до 300 Гц
  • малые габаритные размеры
  • В Украине это наиболее распространенная схема построения высоковольтных преобразователей частоты

Высоковольтные преобразователи частоты на IGB транзисторах

Частотные преобразователи изготовленный по данной технологии на данный момент являются наиболее современными из производимых в промышленных маштабах. Концепция чистой синусоиды включает в себя ряд инновационных решений

Частотник состоит из сухого входного трансформатора и транзисторных инверторных ячеек объединеннных в единый блок. Эти 2 блока уже поставляются в виде единой сборки и не требуют дополнительного монтажа. Принцип построения преобразователей на данной схеме похож на терристорную схему, отличие только в IGB транзисторах вместо тирристоров.

Для управления работой трансзисторов используются современные микроконтроллеры.

Всё вместе позволяет значительно увеличить надежность систем и значительно уменьшить габариты установки. Из плюсов так же стоит отметить малое количество гармоник, это не требует установки дополнительного защитного оборудования. 

Следует отметить так же почти идеальную синусоиду на выходе, что позволяет отказаться от синусоидального фильтра и подключать практически любые виды электродвигателей.

Отказ от выходного трансформатора и синусного фильтра позволяет использовать частотник в векторном режиме с или без датчика обратной связи.

Еще одним плюсом является широкий диапазон регулирования выходной частоты до 1:50

К сожалению, не все компании имеют достаточную производственную и научную базу для изготовления высоковольных преобразователей частоты на IGB транзисторов. Из представленных в Украине брендов, наверное можно отметить Siemens и корейский концерн LS Industrial Systems.

Частотный преобразователь своими руками — RadioRadar

Частотный преобразователь применяется для того, чтобы из одной фазы получить три. Трехфазное питание используется, в основном, в промышленности. Однако и в бытовых ситуациях потребуется управление, например, трехфазным асинхронным двигателем. На этот случай вполне можно обойтись самостоятельным изготовлением частотника, что позволит использовать устройство с минимальными потерями мощности.

Существует много схем, которые дают возможность запустить трехфазный двигатель. Но, часть из них не предусматривает плавного включения или выключения, или же создают дополнительные неудобства, которые не дадут использовать двигатель полноценно. Исходя из этого, и были изобретены частотные преобразователи. Они позволяют полностью контролировать работу двигателя, при экономичном расходе электроэнергии и безопасности эксплуатации.

Рис. 1. Схема запуска трехфазного двигателя

Составляющие частотного преобразователя

Для наглядности, схему можно разбить на три составляющих или три взаимосвязанных блока:

1. Выпрямитель.

2. Фильтр, предназначение которого есть сглаживание напряжения на выходе.

3. Инвертор, который собственно и отвечает за производство необходимой частоты.

Его использование дает значительное уменьшение пускового тока, при включении оборудования, что существенно продлевает эксплуатационный срок двигателя и устройства, где данный двигатель используется. Естественно, что избавившись таким образом от высоких показаний пускового тока, удается и сэкономить электроэнергию, которая уходила ранее при запуске оборудования. А это особенно актуально в условиях, где предусмотрены частые запуски и остановки устройств.

Рис. 2. Составляющие частотного преобразователя

 

Современные покупные инверторы широко используются в таких сферах, как производство, водоснабжение, энергетика, сельское и городское хозяйства, в электронике, и в автоматических линиях и комплексах.

Стоимость фирменного частотного преобразователя слишком высока, для того, чтобы изучить его процессы работы или использовать в быту или домашней мастерской. Поэтому часто используются в таких ситуациях самодельные частотники.

 

Сборка устройства

Стоит обратить внимание на то, что в домашних условиях крайне не рекомендуется использование двигателей, рассчитанных на мощность большую, чем 1 кВт. Таковы особенности домашней сети. 

Имея необходимый двигатель, потребуется для начала соединить его обмотки между собой способом «треугольник».

Рис. 3. Трёхфазный двигатель

 

Рис. 4. Соединение треугольник

 

Рис. 5. Соединение треугольник

 

 

Схема самого частотного преобразователя.

Рис. 6. Схема частотного преобразователя

 

Питание осуществляется от блока питания 27 Вольт постоянного напряжения. Это может быть, как регулируемый БП, так и сделанный собственноручно, рассчитанный на данное напряжение. Схема подключения двигателя;

Рис. 7. Схема подключения двигателя

 

Схема простая и проверенная и не содержит компонентов, которые сложно будет купить. Но, к сожалению, не лишена недостатков и годится для применения лишь в быту.
Более сложная в сборке схема, но и более результативная представлена ниже.

Рис. 8. Схема подключения двигателя

 

На данный момент это самая обсуждаемая схема частотного преобразователя, который можно сделать собственноручно. Прошивки микроконтроллера изобилуют на тематических форумах. Потребуется не только умение грамотно паять, но и прошивать микроконтроллеры.

Печатная плата.

Рис. 9. Печатная плата

 

Потребуется надежный источник питания на 24 Вольта. Предлагается его также изготовить собственноручно по схеме.
 

Рис. 10. Схема источника питания

 

Естественно, что устройство можно приобрести и готовым. Они бывают фирменными или сделанными народными мастерами, которые обладают положительными рекомендациями.

Автор: RadioRadar

Принцип работы частотного преобразователя, виды, схемы подключения

Частотные регуляторы состоят из следующих устройств:

  • Выпрямитель: полупроводниковые диоды конвертируют переменный ток в постоянный.
  • Фильтр напряжения: используется для сглаживания постоянного напряжения, выходящего из выпрямителя, которое имеет значительные пульсации, заимствованные от переменного тока. Фильтр удаляет несущую частоту, оставляя только рабочую выходную частоту, приближая форму выходного напряжения к синусоидальной, тем самым, устраняя все перенапряжения на обмотках двигателя.
  • Система на основе микропроцессора: управляет входным выпрямителем, принимает и обрабатывает сигналы с датчиков, взаимодействует с автоматизированной системой более высокого уровня, записывает и сохраняет информацию о событиях, генерирует выходное напряжение преобразователя соответствующей частоты. Выполняет функции защиты от перегрузки, обрыва фазы и других аварийных режимов работы.

Структура частотного регулятора:

ЗПТ – звено постоянного тока;
БП – блок питания;
ДТ – датчик тока;
U – амплитуда;
М – мотор.


Виды частотных преобразователей

Преобразователи частоты бывают двух видов:

  • С непосредственной связью. Силовая часть таких устройств представляет собой управляемый транзисторный выпрямитель, в котором поочередно открываются определенные группы блокируемых транзисторов, а обмотки статора по очереди подключают к сети.
  • С выраженным звеном постоянного тока. Выходное сетевое напряжение выпрямляется и фильтруется, сглаживается, а затем подается на инвертор, где преобразуется в переменный ток требуемой частоты и напряжение необходимой амплитуды. IGBT-транзисторы выступают в качестве силовых ключей.


Преобразователи частоты электронного типа дают возможность плавно регулировать скорость асинхронных и синхронных машин одним из двух принципов:

  • Скалярное управление электродвигателем: действует по линейному закону, по которому частота и амплитуда пропорциональны друг другу (для равномерного момента нагрузки их соотношение должно быть постоянным).
  • Векторное управление асинхронным двигателем: поддерживает постоянный вращающийся момент нагрузки во всем диапазоне частот, тем самым повышая точность управления, привод приспосабливается к изменениям выходной нагрузки, в результате чего крутящий момент двигателя напрямую регулируется преобразователем.


В передовых моделях преобразователей частоты выполняется возможность управления следующими режимами:

  • Ручное управление. Запуск и останов двигателя осуществляется при помощи панели или же пульта управления частотного преобразователя (в аварийных ситуациях регулировка скорости и останов происходит автоматически).
  • Внешнее управление. Для контроля характеристик и определения режимов работы, частотно регулируемый привод с поддержкой интерфейсов передачи данных может быть подключен к системе АСУ ТП верхнего уровня.
  • Дискретные входы или же «сухой контакт». В данном режиме к преобразователю частоты можно подключить внешние датчики для управления процессами автоматизированной системы.
  • Управление событием. Возможность программирования времени пуска или же останова, а также работу мотора в другом режиме.


Принцип работы частотного преобразователя

Работа частотного регулятора объединяет в себе несколько этапов:

  1. Выпрямление сетевого напряжения входными диодными блоками.
  2. Сглаживание и фильтрование напряжения через конденсаторы LC-фильтр.
  3. С помощью микросхемы и транзисторов происходит преобразование напряжения в трехфазную волну с определенными параметрами.
  4. Прямоугольные импульсы на выходе интегрируются и в конечном итоге преобразуются в почти синусоидальное напряжение.

Схема принципа работы частотного преобразователя:

Таким образом, при частотном регулировании напряжение сначала преобразуется в постоянное, а затем инвертируется в переменное требуемой частоты.


Подключение преобразователя частоты к электродвигателю

Крайне важно придерживаться правильного подключения преобразователя к электродвигателю.

Предварительно необходимо удостовериться в том, что модель преобразователя подходит проектной задаче и все характеристики частотного регулятора соответствуют параметрам двигателя.

Последовательность подключения преобразователя частоты к электродвигателю представляет из себя следующие этапы:

  1. Установка автоматического выключателя перед частотником при подсоединении к сети питания.
  2. Подключение фазовых выходов преобразователя к контактам двигателя согласно одной из соответствующих схем:
«Треугольник»: требуется подключить однофазный
частотник к асинхронному двигателю.

Схема подключения однофазного частотного
преобразователя к электродвигателю:

«Звезда»: требуется подключить трехфазный
частотник к асинхронному двигателю.

Схема подключения частотного преобразователя
для трехфазного электродвигателя:


Подключение электродвигателя звездой и треугольником – в чем разница?

Отличительными особенностями схем являются соединения концов обмоток генератора двигателя:

  • «звезда»: концы обмоток соединены между собой;
  • «треугольник»: конец обмотки одной из фаз соединяется с началом последующей.

Электродвигатели, подключенные к преобразователям частоты по схеме «звезда» работают плавно, но не имеют возможности развивать свою мощность на полную. Если оборудование соединено друг с другом по схеме «треугольник», двигатель будет работать на полной заявленной мощности. Недостаток такой схемы: большие значения пусковых токов.


Стоит при выборе способа подключения преобразователей частоты для асинхронных двигателей заострить внимание на определении мощности, создаваемой двигателем в различных режимах. Эксплуатация частотника с перегрузкой в течение длительного времени негативно скажется на работе оборудования. Поэтому его мощность должна быть с запасом, тогда работа будет безаварийной, а срок использования оборудования будет продлен.

Панель управления, входящая в комплектацию преобразователя частоты, устанавливается в удобном для работы месте. Далее ее следует подключить согласно схеме, приведенной в инструкции к приобретенному преобразователю частоты.

Выбор преобразователя частоты для промышленного оборудования – важная и ответственная задача. Малейшие погрешности при сопоставлении параметров электродвигателя и частотного преобразователя могут привести к авариям и повлечь необратимые последствия. Чтобы этого не произошло, воспользуйтесь возможностью получить бесплатную консультацию специалистов компании «РусАвтоматизация». Наши инженеры помогут подобрать оборудование для любых условий технологического процесса.

Частотный преобразователь

27.05.2019

Частотный преобразователь напряжения — это электрический прибор, служащий для преобразования напряжения и частоты переменного тока в напряжение с заданной амплитудой и частотой. Он также способен преобразовывать постоянное напряжение в переменное с заданными характеристиками.

Частотные преобразователь Toshiba

Для чего нужен частотный преобразователь?

Этот вопрос задают множество людей, которым впервые понадобилось подключить трехфазный двигатель насоса или вентилятора. Конечно, любой электродвигатель можно напрямую подключить к сети переменного тока через соответствующую защитную аппаратуру (моторный автоматический выключатель или контактор с тепловым реле).

Насос водяной Канальный вентилятор

Рассмотрим процессы, происходящие в электродвигателе в момент прямого пуска с помощью автоматического выключателя или кнопки включения контактора на примере обычного трехфазного асинхронного двигателя.

На статорные обмотки электродвигателя подается переменное напряжение, которое генерирует соответствующее электромагнитное поле этих обмоток. Это поле, направленное в сторону ротора, в свою очередь заставляет генерироваться электрический ток в короткозамкнутых витках ротора. Затем ток в обмотках ротора генерирует ответное магнитное поле, которое и приводит к движению ротора относительно статора. Все эти процессы, возникающие в момент пуска, называются процессом намагничивания статора и ротора.

Асинхронный электрический двигатель

Трехфазный электродвигатель сам по себе не нужен: на его валу обязательно присутствует нагрузка (самая простая — в виде лопастей вентилятора). В ситуации с нагруженным конвейером всё сложнее.  Тем не менее, у этой нагрузки есть момент инерции – момент, который необходимо преодолеть двигателю для запуска вращения вала. Таким образом, все эти электромагнитные и механические силы в момент пуска напрямую соотносятся с обычным пусковым током двигателя. Как несложно догадаться, этот ток будет в несколько раз (2-7) больше номинального тока двигателя, который получится в установившемся режиме работы.


Скорость вращения электродвигателя или число оборотов в минуту

Скорость вращения вала как асинхронных, так и синхронных электродвигателей определяется частотой вращения магнитного поля статора. Магнитное поле вращается соответственно подаваемому на обмотки статора переменному току по трем фазам. Именно это «вращение» электрического тока в статоре приводит к вращающемуся магнитному полю и определяется по формуле:

n = (60 • f / p) • (1 — s)

где n – номинальное число оборотов вала асинхронного электродвигателя, p – число пар полюсов (см. на паспортной табличке), s – скольжение (разность скоростей поля ротора и поля статора), f – частота переменного тока (например, 50 Гц). Число пар полюсов статора зависит от конструкции катушек статора. Скольжение зависит от нагрузки на валу электродвигателя. Таким образом, подключив электродвигатель к сети переменного тока, мы получим вращение с постоянной скоростью.

Зачем нужно регулировать скорость и как это делается?

Заданное в паспортной табличке число оборотов двигателя на 1 минуту не всегда устраивает потребителя. Иногда скорость механизма хочется уменьшить, а давление в трубе наоборот поднять. Возникает потребность в изменении частоты вращения вала электродвигателя. Как видно из формулы выше, наиболее простой способ изменения частоты вращения вала электродвигателя –изменить частоту переменного тока f.

Шильдик электродвигателя EQPIII Toshiba

Принцип работы частотного преобразователя

Вот тут и приходит на помощь частотный преобразователь, иначе говоря ЧРП (частотно-регулируемый привод). Он, как говорилось в самом начале, позволяет задавать на своем выходе заданные в настройках амплитуду напряжения и частоту переменного тока.

Частота вы выходе может регулироваться в диапазоне 0.01 — 590 Гц если брать инверторы серии AS3 Toshiba. Для серии S15 Toshiba диапазон регулирования находится в пределах 0.01 — 500 Гц. Для серии nC3E Toshiba диапазон регулирования находится в пределах 0.01 — 400 Гц. Это объясняется функциональным назначением разных серий ПЧ.

Напряжение на выходе может изменяться в диапазоне от 0 В до напряжения питания ПЧ, т.е. текущего напряжения на входе частотного преобразователя. Это свойство можно использовать для получения нужного выходного напряжения и частоты, что ценно, например, для испытания стендового оборудования. Правда для этого придется использовать специальный выходной синусный фильтр, чтобы получить чистые синусоидальное напряжение и ток.

С частотой все понятно, но зачем нужно изменять напряжение?

Дело в том, что для поддержания определенного магнитного поля в обмотках статора требуется изменять не только частоту, но и напряжение. Получается, что частота должна соответствовать определенному напряжению. Этот называется законом скалярного управления U/f (V/f), где U или V — напряжение.

Также существует закон векторного регулирования. Векторное регулирование используется для оборудования, где требуется поддерживать необходимый крутящий момент на валу при низких скоростях электродвигателя, высокое быстродействие и точность регулирования частоты вращения. Векторное управление представляет собой математический аппарат в «мозге» частотного преобразователя, который позволяет точно определять угол поворота ротора по токам фаз двигателя.

Использование частотника позволяет убрать большой пусковой ток, достигая таким образом значительного экономического эффекта при частых пусках и остановках электродвигателя.

Схема частотного преобразователя

Ниже представлена типовая схема частотного преобразователя. Входное сетевое трехфазное или однофазное напряжение подается через опциональный входной фильтр на клеммы диодного моста. Неуправляемый диодный (или управляемый тиристорный) мост преобразует переменное напряжение сети в постоянное пульсирующее напряжение. Для фильтрации пульсаций служит звено постоянного тока из одного или нескольких конденсаторов C.

Схема преобразователя частоты

Напряжение в звене постоянного тока после выпрямления трехфазного напряжения будет равно согласно формуле: 380*1,35 = 513 В.

Дроссель DCL в звене постоянного тока позволяет дополнительно сгладить пульсации напряжения после диодного моста и выполняет функции снижения гармоник выпрямителя, инжектируемых в питающую сеть.

Транзисторы T1-T6 инвертора с помощью специального алгоритма системы управления генерируют на клеммы электродвигателя 3 пакета импульсов, разнесенных по трем фазам на 120 градусов во времени. Ни рисунке ниже показана только одна фаза: пачка выходных импульсов широтно-импульсной модуляции (ШИМ), проходя через обмотку электродвигателя, сгладится до формы, напоминающей синусоиду. Частота импульсов ШИМ (опорная частота) в промышленных преобразователях обычно составляет 3-4 кГц, но для ПЧ малой мощности может доходить до 16 кГц. Чем выше частоты ШИМ, тем будет меньше гармонических искажений «синусоиды» на выходе инвертора. Но при этом возрастают тепловые потери на силовых транзисторах, что уменьшает КПД. В ПЧ Toshiba величину частоты можно изменять, регулируя таким образом тепловые потери.

ШИМ инвертора

Выходное напряжение частотного преобразователя будет всегда ниже входного сетевого напряжения. Это связано с потерями в силовом модуле и алгоритме получения ШИМ импульсов.

Между частотным преобразователем и электродвигателем можно установить дополнительный фильтр, позволяющий значительно улучшить форму выходного напряжения после частотника. Это необходимо для того, чтобы импульсы ШИМ не разрушали изоляцию обмоток двигателя и не вызывали перенапряжения на конце длинного кабеля. Подробнее о выходных фильтрах.

Тормозной прерыватель (Brake Chopper)

На схеме частотного преобразователя можно заметить еще один транзисторный ключ T7. Его назначение — сброс энергии звена постоянного тока при значительном превышении напряжения на конденсаторах. Перенапряжение возникает в том случае, когда частота вращения вала электродвигателя превышает частоту тока на клеммах электродвигателя (например, при торможении). Это часто встречается на кранах или крупных вентиляторах, когда невозможно быстро затормозить вращение.

При наступления события превышения напряжения DC, этот транзисторный ключ T7 замыкается, передавая энергию звена постоянного тока на тормозной резистор. Конечно, резистор при этом может очень сильно нагреться и даже разрушится, но при этом не пострадает наиболее дорогое оборудование — частотный преобразователь.

Тормозной резистор является опциональным оборудованием и подключается к специальным клеммам преобразователя частоты.

КПД частотного преобразователя

Такие важные параметры как КПД частотника и производительность воздушного потока для его охлаждения можно посмотреть в соответствующем столбце следующей таблицы на примере серии VF-AS3 TOSHIBA.

Питающая сеть Допустимая мощность двигателя (kW) Типоразмер частотника Размер корпуса КПД Мощность тепловыделения на радиаторе охлаждения (Вт) *1 Мощность тепловыделения передней части инвертора (Вт) *1 Требуемое значение потока воздушного охлаждения (м³/мин) Площадь стенок закрытой стальной оболочки без вентиляции (м²)
3-фазы 380/480 В 0.75 VFAS3-4004PC A1 0,89 56 26 0.32 1.13
1.5 VFAS3-4007PC A1 0,93 79 28 0.45 1.58
2.2 VFAS3-4015PC A1 0,94 100 30 0.57 2.00
4.0 VFAS3-4022PC A1 0,96 140 33 0.79 2.80
5.5 VFAS3-4037PC A1 0,96 192 37 1.09 3.83
7.5 VFAS3-4055PC A2 0,96 233 45 1.32 4.66
11 VFAS3-4075PC A2 0,97 323 53 1.84 6.47
15 VFAS3-4110PC A3 0,97 455 62 2.58 9.10
18.5 VFAS3-4150PC A3 0,97 557 70 3.16 11.14
22 VFAS3-4185PC A3 0,97 603 71 3.42 12.06
30 VFAS3-4220PC A4 0,97 770 94 4.37 15.40
37 VFAS3-4300PC A4 0,97 939 107 5.33 18.78
45 VFAS3-4370PC A4 0,97 1101 123 6.25 22.02
55 VFAS3-4450PC A5 0,98 1094 132 6.21 21.88
75 VFAS3-4550PC A5 0,98 1589 175 9.02 31.78
90 VFAS3-4750PC A5 0,98 1827 199 10.37 36.54
110 VFAS3-4900PC A6 0,97 2920 309 16.58 58.40
132 VFAS3-4110KPC A6 0,97 3457 358 19.62 69.13
160 VFAS3-4132KPC A6 0,97 4013 405 22.78 80.26
220 VFAS3-4160KPC A7 0,97 5404 452 30.68 108.08
250 VFAS3-4220KPC A8 0,97 6279 606 35.64 125.58
280 VFAS3-4250KPC A8 0,97 6743 769 38.28 134.86
315 VFAS3-4280KPC A8 0,97 7749 769 43.99 154.98

*1) В таблице приведены данные для нормального (не тяжелого) режима работы преобразователя частоты.


Области применения и экономический эффект использования частотных преобразователей

Сферы применения преобразователей частоты

  • Краны и грузоподъемные машины
    Крановые двигатели работают в старт-стопном режиме и переменной нагрузке. Применение частотных преобразователей позволяет убрать рывки и раскачивание груза при пусках и стопах. Также обеспечивается остановка крана точно в требуемом месте. При этом снижается нагрев электродвигателей и максимальный пусковой момент.
  • Привод нагнетательных вентиляторов в котельных и дымососах
    Общее управление с плавной регулировкой дутьевых и вытяжных вентиляторов позволяет автоматизировать процесс горения и обеспечить максимальный КПД котельных агрегатов.
  • Транспортеры, прокатные станы, конвейеры, лифты
    Частотник позволяет регулировать скорость перемещения транспортного оборудования без рывков и ударов. Это увеличивает срок службы механических узлов и позволяет экономить электроэнергию на старт-стопных режимах по сравнению с прямым пуском.
  • Насосные агрегаты и вентиляторы
    Благодаря встроенным ПИД-регуляторам, частотники позволяют обойтись без задвижек и вентилей, регулирующих давление и расход. Также значительно увеличивается общий КПД линии водо- или воздухоподачи.
  • Перемоточные и намоточные станки
    Современные частотные приводы Toshiba содержат 2 встроенных ПИД-регулятора: контроля скорости намотки и контроля позиции в регуляторе натяжения. Таким образом можно обойтись без использования внешнего контроллера для управления скоростью и натяжением перемоточного станка.
  • Электродвигатели станков с ЧПУ и поворотных механизмов
    Использование частотника вместо коробки передач позволяет плавно увеличивать или уменьшать частоту вращения рабочего органа станка, осуществлять реверс. Встроенное в серию AS3 Toshiba управление несколькими режимами точного позиционирования может быть использовано для построения системы управления без использования контроллера. Таким образом, ПЧ широко используются для станков с ЧПУ и высокоточного промышленного оборудования.
  • Испытательные стенды
    В связи с тем, что ПЧ способен регулировать частоту и напряжение на своем выходе, то это можно использоваться для питания разного рода стендовой аппаратуры. Правда, для этого придется после ПЧ установить синусный фильтр для получения синусоидального выходного напряжения. Это позволит подавать на испытуемое оборудование широкий диапазон частот и напряжений.

Преимущества частотных преобразователей
  • Экономия электроэнергии
    Использование ПЧ позволяет уменьшить пусковые токи и оптимизировать потребляемую мощность благодаря встроенным алгоритмам управления.
  • Увеличение срока службы электрического оборудования и механизмов
    Плавный пуск и регулировка скорости вращения момента на валу позволяют увеличить межсервисный интервал механизма и увеличить срок эксплуатации электродвигателей.
    Появляется возможность отказаться от редукторов, дросселирующих задвижек для регулирования потока, электромагнитных тормозов и прочей регулирующей аппаратуры, снижающей надежность и увеличивающей энергопотребление оборудования.
  • Отсутствие необходимости проводить техническое обслуживание
    Частотники не нуждающихся в регулярной чистке и смазке, как например, задвижки и редукторы.
  • Возможность удаленного управления и контроля параметров частотного преобразователя и подключенных к нему датчиков
    В частотниках Toshiba реализована возможность подключения удаленных устройств телеметрии и телемеханики. Это позволяет ПЧ встраиваться в системы автоматизации.
  • Широкий диапазон мощностей и типов двигателей
    Линейка ПЧ может применяться для двигателей мощностью от 100 Вт и до нескольких МВт, как на асинхронные, так и на синхронные электродвигатели.
  • Защита электродвигателя от аварий и перегрузок
    Частотные преобразователи содержат в себе защиту от перегрузок, коротких замыканий, обрыва фаз. Функции перезапуска при возобновлении подачи электроэнергии позволяют автоматически запускать двигатель.
  • Множество функциональных настроек приводов Toshiba
    Можно перечислить следующие востребованные функции ПЧ:
    • Автозапуск/перезапуск ПЧ при появлении напряжения питания
    • Возможность включения трехфазного частотника в однофазную сеть питания при определенном конфигурировании параметров
    • Множество тонких настроек для работы с подъемно-транспортным, насосным оборудованием, станками
    • Сохранение истории аварийных отключений
    • Встроенный функционал защиты двигателя от перегрева
    • Возможность работы с множеством протоколов связи
    • ПИД-регуляторы для различных областей применения
    • Работа на множестве предустановленных скоростях
    • Толчковая работа двигателя для сложного старта
    • Автоподхват вращающегося двигателя
    • Линейное, S-образное, 5-точечное задание разгона.
    • Пропуск проблемных частот (для насосного оборудования)
    • Широкий диапазон частот работы 0-400/500 Гц
    • Ручное задание диапазона частот работы электродвигателя
    • Легкий перенос настроек с одного частотника на другой
    • Работа с асинхронными и синхронными электродвигателями
    • Возможность трассировки работы преобразователя частоты для нахождения причины возникновения аварии или предупреждения
    • Траверс-контроль для текстильных машин
    • Защита от повышенного или пониженного момента (тока) двигателя
  • Замена двигателей постоянного тока
    Ранее для регулирования момента и скорости вращения часто использовались двигатели постоянного тока, скорость вращения которых пропорциональна поданному напряжению. Их стоимость существенно дороже асинхронных двигателей и они подключаются с помощью дорогостоящих промышленных выпрямителей. Замена двигателей постоянного тока на асинхронные двигатели с частотным регулированием существенно уменьшает стоимость решения.

Внедрение частотных преобразователей дает значительный экономический эффект. Снижение затрат достигается за счет сокращения потребления электроэнергии, расходов на ремонт и техническое обслуживание электродвигателей и оборудования. Появляется возможность использования более дешевых асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, а также сокращения других производственных издержек. Средний срок окупаемости частотных преобразователей составляет от 3-х месяцев до 3-х лет.


Частотные преобразователи Toshiba

Компания СПИК СЗМА как единственный официальный дилер Toshiba в России и СНГ предлагает купить частотные преобразователи серии VF-AS3 для решения задач регулирования скорости электродвигателя. Вы получаете максимально качественную техническую поддержку и гарантию долгой работы преобразователя частоты. 

Высоковольтные преобразователи частоты ВПЧ

Выше рассмотрены низковольтные частотные преобразователи. Но также существует множество вариантов высоковольтных преобразователей частоты. Компания СПИК СЗМА является дистрибьютором ПЧ среднего напряжения TMEIC.

Высоковольтные преобразователи частоты MVe2

Что такое преобразователь частоты? Как это работает?

Работа с переменной частотой в виде генератора переменного тока существует с момента появления асинхронного двигателя. Измените скорость вращения генератора, и вы измените его выходную частоту. До появления высокоскоростных транзисторов это был один из немногих вариантов, доступных для изменения скорости двигателя, однако изменения частоты были ограничены, поскольку снижение скорости генератора приводило к снижению выходной частоты, но не напряжения. Мы увидим, почему это важно, чуть позже.В нашей отрасли насосы с регулируемой скоростью в прошлом были намного сложнее, чем сегодня. Один из более простых методов заключался в использовании многополюсного двигателя, намотанного таким образом, чтобы переключатель (или переключатели) мог изменять количество полюсов статора, которые были активными в любой момент времени. Скорость вращения можно было изменять вручную или с помощью датчика, подключенного к переключателям. Этот метод до сих пор используется во многих насосных системах с переменным расходом. Примеры включают циркуляционные насосы горячей и охлажденной воды, насосы для бассейнов, а также вентиляторы и насосы градирни.Некоторые отечественные бустерные насосы использовали гидравлический привод или системы ременного привода с переменным приводом (своего рода автоматическая трансмиссия) для изменения скорости насоса на основе обратной связи от напорного диафрагменного клапана. И несколько других были еще более сложными.

Судя по обручам, через которые нам приходилось преодолевать в прошлом, становится довольно очевидно, почему появление современного преобразователя частоты произвело революцию (еще один каламбур) в среде насосов с регулируемой скоростью. Все, что вам нужно сделать сегодня, — это установить относительно простой электронный блок (который часто заменяет более сложное пусковое оборудование) на месте применения и внезапно вы можете вручную или автоматически изменить скорость насоса по своему желанию.

Итак, давайте взглянем на компоненты преобразователя частоты и посмотрим, как они на самом деле работают вместе, чтобы изменять частоту и, следовательно, скорость двигателя. Думаю, вы удивитесь простоте этого процесса. Все, что для этого потребовалось, — это созревание твердотельного устройства, известного как транзистор.

Преобразователь частоты Компоненты

Выпрямитель
Поскольку трудно изменить частоту синусоидальной волны переменного тока в режиме переменного тока, первая задача преобразователя частоты — преобразовать волну в постоянный ток.Как вы увидите немного позже, относительно легко управлять постоянным током, чтобы он выглядел как переменный ток. Первым компонентом всех преобразователей частоты является устройство, известное как выпрямитель или преобразователь, оно показано слева на рисунке ниже.

Схема выпрямителя преобразует переменный ток в постоянный и делает это почти так же, как в зарядном устройстве для аккумуляторов или в аппарате для дуговой сварки. Он использует диодный мост для ограничения распространения синусоидальной волны переменного тока только в одном направлении. В результате получается полностью выпрямленная форма волны переменного тока, которая интерпретируется цепью постоянного тока как естественная форма волны постоянного тока.Трехфазные преобразователи частоты принимают три отдельные входные фазы переменного тока и преобразуют их в один выход постоянного тока. Большинство трехфазных преобразователей частоты также могут принимать однофазное питание (230 В или 460 В), но, поскольку есть только две входящие ветви, мощность преобразователя частоты (HP) должна быть снижена, поскольку производимый постоянный ток уменьшается пропорционально. С другой стороны, настоящие однофазные преобразователи частоты (те, которые управляют однофазными двигателями) используют однофазный вход и вырабатывают выход постоянного тока, который пропорционален входу.

Есть две причины, по которым трехфазные двигатели более популярны, чем их однофазные счетчики, когда речь идет о работе с регулируемой скоростью. Во-первых, они предлагают гораздо более широкий диапазон мощности. Но не менее важна их способность начать вращение самостоятельно. С другой стороны, однофазный двигатель часто требует некоторого вмешательства извне, чтобы начать вращение. В этом случае мы ограничимся рассмотрением трехфазных двигателей, используемых в трехфазных преобразователях частоты.

Шина постоянного тока
Второй компонент, известный как шина постоянного тока (показан в центре рисунка), не виден и не во всех преобразователях частоты, потому что он не вносит прямого вклада в работу с переменной частотой.Но он всегда будет там в виде высококачественных преобразователей частоты общего назначения (производимых специализированными производителями преобразователей частоты). Не вдаваясь в подробности, шина постоянного тока использует конденсаторы и катушку индуктивности для фильтрации «пульсаций» переменного напряжения от преобразованного постоянного тока до того, как оно попадет в секцию инвертора. Он также может включать фильтры, препятствующие гармоническим искажениям, которые могут возвращаться в источник питания, питающий преобразователь частоты. Преобразователи частоты более старых версий и некоторые преобразователи частоты для конкретных насосов требуют отдельных сетевых фильтров для выполнения этой задачи.

Инвертор
Справа от рисунка — «внутренности» преобразователя частоты. Инвертор использует три набора высокоскоростных переключающих транзисторов для создания «импульсов» постоянного тока, которые имитируют все три фазы синусоидальной волны переменного тока. Эти импульсы определяют не только напряжение волны, но и ее частоту. Термин инвертор или инверсия означает «реверсирование» и просто относится к движению вверх и вниз генерируемой формы волны. Современный инвертор с преобразователем частоты использует метод, известный как «широтно-импульсная модуляция» (ШИМ), для регулирования напряжения и частоты.Мы рассмотрим это более подробно, когда рассмотрим выход инвертора.

Еще один термин, с которым вы, вероятно, столкнулись при чтении литературы или рекламы по преобразователям частоты, — это «IGBT». IGBT относится к «биполярному транзистору с изолированным затвором», который является переключающим (или импульсным) компонентом инвертора. Транзистор (который заменил лампу) выполняет две функции в нашем электронном мире. Он может действовать как усилитель и увеличивать сигнал, как в радио или стереосистеме, или он может действовать как переключатель и просто включать и выключать сигнал.IGBT — это просто современная версия, которая обеспечивает более высокие скорости переключения (3000 — 16000 Гц) и пониженное тепловыделение. Более высокая скорость переключения приводит к повышению точности эмуляции волн переменного тока и снижению слышимого шума двигателя. Уменьшение выделяемого тепла означает меньшие радиаторы и, следовательно, меньшую площадь основания преобразователя частоты.

Выход инвертора
На рисунке справа показана форма волны, генерируемая инвертором преобразователя частоты с ШИМ, по сравнению с формой истинной синусоидальной волны переменного тока.Выход инвертора состоит из серии прямоугольных импульсов с фиксированной высотой и регулируемой шириной. В этом конкретном случае есть три набора импульсов — широкий набор в середине и узкий набор в начале и конце как положительной, так и отрицательной частей цикла переменного тока. Сумма площадей импульсов равна эффективному напряжению истинной волны переменного тока (мы обсудим эффективное напряжение через несколько минут). Если бы вы отрезали части импульсов выше (или ниже) истинной волны переменного тока и использовали их для заполнения пустых пространств под кривой, вы бы обнаружили, что они почти идеально совпадают.Таким образом, преобразователь частоты регулирует напряжение, подаваемое на двигатель.

Сумма ширины импульсов и пустых промежутков между ними определяет частоту волны (отсюда ШИМ или широтно-импульсная модуляция), воспринимаемой двигателем. Если бы импульс был непрерывным (то есть без пробелов), частота все равно была бы правильной, но напряжение было бы намного больше, чем у истинной синусоидальной волны переменного тока. В зависимости от желаемого напряжения и частоты преобразователь частоты будет изменять высоту и ширину импульса, а также ширину пустых промежутков между ними.Хотя внутренние компоненты, обеспечивающие это, относительно сложны, результат элегантно прост!

Теперь некоторые из вас, вероятно, задаются вопросом, как этот «поддельный» переменный ток (на самом деле постоянный ток) может управлять асинхронным двигателем переменного тока. В конце концов, разве не требуется переменный ток, чтобы «вызвать» ток и соответствующее ему магнитное поле в роторе двигателя? Что ж, переменный ток вызывает индукцию естественным образом, потому что он постоянно меняет направление. DC, с другой стороны, этого не делает, потому что обычно он неподвижен после активации цепи.Но постоянный ток может индуцировать ток, если его включать и выключать. Для тех из вас, кто достаточно взрослый, чтобы помнить, что автомобильные системы зажигания (до появления твердотельного зажигания) имели набор точек в распределителе. Назначение точек было «импульсное» питание от батареи в катушку (трансформатор). Это вызвало заряд в катушке, который затем увеличил напряжение до уровня, при котором свечи зажигания могли загореться. Широкие импульсы постоянного тока, показанные на предыдущем рисунке, на самом деле состоят из сотен отдельных импульсов, и именно это включение и выключение выхода инвертора позволяет возникать индукции через постоянный ток.

Эффективное напряжение
Мощность переменного тока — довольно сложная величина, и неудивительно, что Эдисон почти выиграл битву за то, чтобы сделать постоянный ток стандартом в США. К счастью, для нас все сложности были объяснены, и все, что нам нужно сделать, это следовать правилам, изложенным до нас.

Одним из атрибутов, делающих переменный ток сложным, является то, что он непрерывно изменяет напряжение, переходя от нуля к некоторому максимальному положительному напряжению, затем обратно к нулю, затем к некоторому максимальному отрицательному напряжению и затем снова обратно к нулю.Как определить действительное напряжение, приложенное к цепи? На рисунке слева изображена синусоидальная волна 60 Гц, 120 В. Обратите внимание, однако, что его пиковое напряжение составляет 170 В. Как мы можем назвать это волной 120 В, если ее фактическое напряжение составляет 170 В? В течение одного цикла оно начинается с 0 В и повышается до 170 В, затем снова падает до 0. Оно продолжает падать до –170, а затем снова повышается до 0. Оказывается, площадь зеленого прямоугольника, верхняя граница которого находится на уровне 120 В, равна сумме площадей под положительной и отрицательной частями кривой.Может ли тогда 120 В быть средним? Что ж, если бы вы усреднили все значения напряжения в каждой точке цикла, результат был бы примерно 108 В, так что это не должно быть ответом. Почему тогда значение, измеренное VOM, составляет 120 В? Это связано с тем, что мы называем «эффективным напряжением».

Если бы вы измерили тепло, выделяемое постоянным током, протекающим через сопротивление, вы бы обнаружили, что оно больше, чем тепло, производимое эквивалентным переменным током. Это связано с тем, что переменный ток не поддерживает постоянное значение в течение всего цикла.Если вы проделали это в лаборатории в контролируемых условиях и обнаружили, что определенный постоянный ток вызывает повышение температуры на 100 градусов, его эквивалент по переменному току приведет к увеличению на 70,7 градуса или всего 70,7% от значения постоянного тока. Следовательно, эффективное значение переменного тока составляет 70,7% от постоянного. Также оказывается, что действующее значение переменного напряжения равно квадратному корню из суммы квадратов напряжения на первой половине кривой. Если пиковое напряжение равно 1, и вы должны были измерить каждое из отдельных напряжений от 0 до 180 градусов, эффективное напряжение будет равно 0.707 пикового напряжения. 0,707 пикового напряжения 170, показанного на рисунке, равно 120 В. Это эффективное напряжение также известно как среднеквадратическое или среднеквадратичное напряжение. Отсюда следует, что пиковое напряжение всегда будет в 1,414 пикового значения от эффективного напряжения. Ток 230 В переменного тока имеет пиковое напряжение 325 В, а 460 — пиковое напряжение 650 В. Эффект пикового напряжения мы увидим немного позже.

Что ж, я, вероятно, говорил об этом дольше, чем необходимо, но я хотел, чтобы вы получили представление об эффективном напряжении, чтобы вы поняли иллюстрацию ниже.В дополнение к изменению частоты преобразователь частоты также должен изменять напряжение, даже если напряжение не имеет ничего общего со скоростью, с которой работает двигатель переменного тока.

На рисунке показаны две синусоидальные волны 460 В переменного тока. Красный — это кривая 60 Гц, а синий — 50 Гц. Оба имеют пиковое напряжение 650 В, но 50 Гц намного шире. Вы можете легко увидеть, что область под первой половиной (0–10 мс) кривой 50 Гц больше, чем площадь первой половины (0–8,3 мс) кривой 60 Гц.И, поскольку площадь под кривой пропорциональна эффективному напряжению, его эффективное напряжение выше. Это увеличение эффективного напряжения становится еще более значительным при уменьшении частоты. Если позволить двигателю 460 В работать при этих более высоких напряжениях, его срок службы может значительно сократиться. Следовательно, преобразователь частоты должен постоянно изменять «пиковое» напряжение относительно частоты, чтобы поддерживать постоянное эффективное напряжение. Чем ниже рабочая частота, тем ниже пиковое напряжение и наоборот.По этой причине двигатели 50 Гц, используемые в Европе и некоторых частях Канады, рассчитаны на напряжение 380 В. Видите ли, я говорил вам, что кондиционер может быть немного сложным!

Теперь вы должны иметь довольно хорошее представление о работе преобразователя частоты и о том, как он управляет скоростью двигателя. Большинство преобразователей частоты предлагают пользователю возможность вручную устанавливать скорость двигателя с помощью многопозиционного переключателя или клавиатуры или использовать датчики (давления, расхода, температуры, уровня и т. Д.) Для автоматизации процесса.

Роторные преобразователи частоты — Мотор-генераторные установки

Georator — международный лидер в производстве и продаже вращающихся преобразователей частоты.Мы работаем по всему миру и гордимся нашим качеством и сервисом. Обратитесь к одному из наших опытных торговых представителей сегодня, чтобы запросить расценки или дополнительную информацию.

Что такое вращающийся преобразователь частоты?

Вращающиеся преобразователи частоты (также называемые «Мотор-генераторы» или MG Sets) преобразуют поступающую мощность переменного тока в механическую энергию вращения (вращающийся двигатель), который передает свою мощность вращения генератору, который преобразует его механическую мощность в электрическую мощность переменного тока на выходе. Мощность вращения часто описывается в лошадиных силах, а электрическая мощность — в киловаттах (кВт) или киловольт-амперах (кВА).Этому процессу присуще преобразование частоты (герц — Гц), напряжения и / или фазы (3 фазы, 1 фаза).

Типы поворотных преобразователей и двигателей-генераторов

Мотор-генераторная установка с ременной муфтой

Мотор-генераторная установка с ременной муфтой

Самый простой способ подсоединения приводного двигателя к генератору — это использование приводных ремней и шкивов.

Подробнее

Электродвигатели-генераторные установки с прямым подключением

Электродвигатели-генераторные установки с прямым подключением

Этот метод также допускает параллельную работу нескольких преобразователей частоты.

Подробнее

Электрогенераторы с общим валом

Электрогенераторы с общим валом

Синхронный двигатель — это самый совершенный и точный преобразователь частоты вращения.

Подробнее

Бесщеточные генераторы на постоянных магнитах

Бесщеточные генераторы на постоянных магнитах

Бесщеточные преобразователи частоты с постоянным магнитом 400 Гц, также известные под торговым названием «NoBrush».

Подробнее

Что приводит в действие вращающийся преобразователь частоты?

Двигатель В генераторных установках используется несколько методов соединения приводного двигателя с генератором.Самый простой и наименее затратный метод — это преобразователи с ременной муфтой, в которых приводные ремни и шкивы используются не только для передачи энергии от двигателя к генератору, но и для изменения частоты с помощью передаточного числа шкивов. Некоторые клиенты обеспокоены долговечностью приводных ремней, но на практике приводные ремни не выходят из строя при правильной конструкции и установке. Georator имеет безупречный послужной список в этом отношении.

Другой метод — это преобразователи с прямым соединением, которые напрямую соединяют вал двигателя с валом генератора с помощью механической муфты и регулируют скорость приводного двигателя для изменения скорости вращения генератора, изменяя таким образом выходную частоту.Для этой цели используется электронный привод с регулируемой скоростью (ASD) вместо обычного пускателя двигателя.

Наконец, наиболее сложным и наиболее дорогостоящим методом является сборка двигателя и генератора на одном общем валу, называемых преобразователями частоты с общим валом. В этом случае изменение частоты осуществляется путем намотки двигателя с другим числом электрических полюсов, чем у генератора. Например, 12-полюсный двигатель и 10-полюсный генератор обеспечат преобразование 60 Гц в 50 Гц.

В некоторых приложениях требуется только изоляция линии электропередачи (полное отсутствие непрерывности на входе и выходе) или кондиционирование линии электропередачи (плохая входящая электрическая мощность преобразуется в хорошую выходную мощность). В этих изоляторах линии электропередачи между двигателем и генератором используется изолированная гибкая муфта для передачи мощности от двигателя к генератору и полной изоляции входа от выхода. Обычно частоты не меняются, хотя может потребоваться преобразование фазы или напряжения.

Каковы общие области применения поворотных преобразователей?

Роторные преобразователи частоты очень хороши при запуске и работе с типичными заводскими нагрузками. Они обладают способностью создавать высокие пусковые импульсные токи в течение коротких периодов времени, что делает их идеальными для нагрузок двигателя. Эти преобразователи очень прочные и могут выдерживать суровые условия окружающей среды. Несмотря на то, что они подвержены проливному дождю, с соответствующими кожухами эти устройства могут быть размещены на открытом воздухе и выдерживают широкий диапазон рабочих температур.

Типовые характеристики поворотных преобразователей частоты

  • Больше возможностей для более крупных приложений 10 кВА плюс
  • Намного лучше при пуске двигателя при нагрузках
  • Прочная конструкция для напольного монтажа
  • Обычно фиксированная выходная частота
  • Стоимость не увеличивается линейно с увеличением мощности; например, 3x мощность = 1,5x стоимость
  • Гармонические искажения и шум от входной мощности не передаются на выход
  • Может вызывать сильные токи перегрузки 2-4X на короткие периоды времени
  • КПД при полной нагрузке до 90 +% на больших агрегатах

Что такое преобразователь частоты — Часто задаваемые вопросы о преобразователе частоты

1.Электронные преобразователи частоты лучше поворотных устройств? Я имею в виду, роторные — это старая технология, а электроника — передовая и, следовательно, лучше, не так ли?

2. Я хочу перевезти свою бытовую технику из США, например, стиральную машину, блендер и т. Д., В другую страну, где есть мощность 50 Гц. Нужен ли частотный преобразователь?

3. Я связался со своим поставщиком электроэнергии и купил понижающий трансформатор с 480 В на 380 В.Однако с моим зарубежным оборудованием это не сработало, и мне нужен преобразователь частоты. Можете ли вы поставить преобразователь, который работает от 380 В, 60 Гц и подает 380 В, 50 Гц?

4. Я хочу сэкономить, если я куплю трансформатор для преобразования напряжения до или после преобразователя, можете ли вы просто поставить преобразователь, который преобразует 50 Гц в 60 Гц при том же напряжении?

5. Какие общие области применения твердотельных преобразователей частоты?

6.Какова функция преобразователя частоты?


Щелкните здесь, чтобы узнать больше о фактах о частотных преобразователях


1. Электронные преобразователи частоты лучше поворотных? Я имею в виду, роторные — это старая технология, а электроника — передовая и, следовательно, лучше, не так ли?

Хотя поворотные устройства просты, большие и немного шумные, они чрезвычайно надежны и просты в поиске и устранении неисправностей.При прочих равных мы спросим клиентов, как долго они могут позволить себе отключать преобразователь в случае непредвиденного сбоя.

Поворотный агрегат может быть диагностирован практически любым человеком, у которого есть счетчик, примерно за час, а детали можно заказать у множества поставщиков в одночасье. Электронному блоку часто требуется несколько часов для устранения неполадок, а детали можно заказать только через нас. Хотя мы стараемся иметь запчасти под рукой, нам часто приходится отправлять их с одного из наших азиатских заводов, что может занять до двух недель.

Дополнительно электронные блоки имеют средний срок службы 10-15 лет. Роторный агрегат при надлежащем техническом обслуживании может прослужить 50 и более лет.

2. Я хочу перевезти свою бытовую технику из США, например, стиральную машину, блендер и т. Д., В другую страну, в которой есть мощность 50 Гц. Нужен ли частотный преобразователь?

Да, для всего, что имеет двигатель, потребуется преобразователь частоты. К сожалению, преобразователь, который будет работать только с одним прибором, будет стоить больше, чем вся бытовая техника в вашем доме.Мы рекомендуем покупать новую технику в той стране, в которую вы собираетесь.

3. Я связался со своим поставщиком электроэнергии и купил понижающий трансформатор с 480 В на 380 В. Однако с моим зарубежным оборудованием это не сработало, и мне нужен преобразователь частоты. Можете ли вы поставить преобразователь, который работает от 380 В, 60 Гц и подает 380 В, 50 Гц?

Мы не можем сделать это для поворотных устройств, потому что 380 В при 60 Гц — это не тот двигатель, который мы можем получить. Остается только электронный преобразователь, который стоит намного дороже, поскольку он должен быть больше по размеру, чтобы выдерживать нагрузки двигателя.Гораздо выгоднее вообще отказаться от трансформатора.

4. Я хочу сэкономить, если я куплю трансформатор для преобразования напряжения до или после преобразователя, можете ли вы просто поставить преобразователь, который преобразует 50 Гц в 60 Гц при том же напряжении?

Преобразователи частоты по своей природе также преобразуют напряжение. Вы больше не платите за преобразование напряжения. Добавление трансформатора только увеличивает общую стоимость системы.

5. Каковы общие области применения твердотельных преобразователей частоты?

Короткий ответ:

Твердотельные преобразователи частоты идеальны там, где первостепенное значение имеют шум, размер, точность или регулируемость.

Длинный ответ:

Твердотельные преобразователи частоты по своей сути бесшумны, как и компьютеры, при этом основной «шум» исходит от вентиляторов принудительного воздушного охлаждения. Это делает твердотельные блоки идеальными для офисных и лабораторных помещений. Кроме того, твердотельная схема обеспечивает точность и аккуратность, ограниченную только суммой расходов, которые клиент желает потратить на предмет.

Типичными ограничениями по этим вопросам являются уровни шума менее или равные 65 децибел (дБ) и точность в пределах 1% для всех значимых параметров.

6. Какова функция преобразователя частоты ?

Преобразователь частоты часто путают с преобразователем частоты, поскольку оба они меняют выходное напряжение, частоту и силу тока. Преобразователь частоты, также называемый приводом с регулируемой скоростью (ASD) или частотно-регулируемым приводом (VFD), используется для изменения скорости, мощности и крутящего момента подключенного асинхронного двигателя в соответствии с требуемыми условиями нагрузки.

Основное различие между двумя технологиями состоит в том, что секция инвертора в преобразователе пытается поддерживать постоянное выходное напряжение и частоту независимо от выходного тока. Привод с регулируемой скоростью изменяет напряжение и частоту с обычно постоянным выходным током для ускорения или замедления нагрузки двигателя. Преобразователи частоты обычно рассчитываются по максимальному выходному току, а преобразователи частоты — по выходной мощности. Во многих корпусах «качество» выходного сигнала, измеряемое «искажением» выходного синусоидального сигнала, лучше в преобразователях, поскольку такая точность не требуется в приводах с регулируемой скоростью.

Вернуться к началу

Схема преобразователя напряжения в частоту с использованием AD654

Преобразователь напряжения в частоту (VFC) — это генератор, который выдает прямоугольный сигнал, частота которого линейно пропорциональна его входному напряжению. Выходной прямоугольный сигнал можно напрямую подать на цифровой вывод микроконтроллера для точного измерения входного постоянного напряжения, что означает, что входное напряжение можно измерить с помощью 8051 или любого другого микроконтроллера, не имеющего встроенного АЦП.

VFC часто ошибочно принимают за генератор, управляемый напряжением (VCO), но VFC имеют много преимуществ и улучшенных характеристик производительности, которых нет у (VCO), таких как динамический диапазон, низкая погрешность линейности, стабильность температуры и напряжения питания и многие другие. более. Обратное преобразование VFC также возможно означает преобразование частоты в напряжение, которое мы уже продемонстрировали в предыдущем уроке.

Здесь IC AD654 используется в этой схеме для демонстрации работы, которая представляет собой монолитное напряжение для преобразователя частоты.Осциллограф также используется для отображения выходной прямоугольной волны.

IC AD654

AD654 — это микросхема преобразователя напряжения в частоту , выпускаемая в 8-выводном корпусе DIP. Он состоит из входного усилителя, очень точного встроенного генератора и сильноточного выходного драйвера с открытым коллектором, который позволяет ИС управлять до 12 нагрузок TTL, оптопарами, длинными кабелями или аналогичными нагрузками и может работать в между (5-30) вольт. Следует также отметить, что, в отличие от других микросхем, микросхема AD654 выдает прямоугольный сигнал, поэтому микроконтроллер может легко измерить показания.Некоторые из наиболее интересных функций этого чипа перечислены ниже.

Характеристики:

  • Широкое входное напряжение ± 30 В
  • Полная частота до 500 кГц
  • Высокое входное сопротивление 125 МОм,
  • Низкий дрейф (4 мкВ / ° C)
  • 2,0 мА Ток покоя
  • Низкое смещение 1 мВ
  • Минимальные требования к внешним компонентам

Необходимые компоненты
Sl.№ Детали Тип Кол. Акций
1 AD654 IC 1
2 LM7805 Регулятор напряжения IC 1
3 1000 пФ Конденсатор 1
4 0,1 мкФ Конденсатор 1
5 470 мкФ, 25 В Конденсатор 1
6 10 К, 1% Резистор 4
7 Потенциометр, 10К Переменный резистор 1
8 Блок питания 12 В, постоянный ток 1
9 Проволока одного калибра Общий 6
10 Макет Общий 1

Принципиальная схема

Схема для этой схемы преобразователя напряжения в частоту взята из таблицы , и некоторые внешние компоненты были добавлены для модификации схемы для этой демонстрации

Эта схема построена на макетной плате без пайки с компонентами, показанными на схеме. В демонстрационных целях во входной части усилителя добавлен потенциометр для изменения входного напряжения, и с его помощью мы можем наблюдать изменение выходного сигнала.

Примечание! Все компоненты расположены как можно ближе, чтобы уменьшить паразитную емкость, индуктивность и сопротивление.

Как работает устройство?

В качестве входа используется внутренний операционный усилитель, который преобразует входное напряжение в ток возбуждения для повторителя NPN, когда ток возбуждения 1 мА подается на ток преобразователя частоты. Он заряжает внешний синхронизирующий конденсатор, и эта схема позволяет генератору обеспечивать нелинейность во всем диапазоне напряжений от 100 нА до 2 мА.Этот выход также поступает на выходной драйвер, который представляет собой просто силовой транзистор NPN с открытым коллектором, из которого мы можем получить выход

.

Расчеты

Для теоретического расчета выходной частоты цепи можно использовать следующую формулу

  Fout  = Vin / 10 * Rt * Ct 

Где,

  • Fout — выходная частота
  • Vin — входное напряжение цепи,
  • Rt — резистор для RC-генератора
  • Ct — конденсатор для генератора Rc

Например,

  • Vin будет 0.1В или 100 мВ
  • Rt is 10000K или 10K
  • Ct быть 0,001 мкФ или 1000 пФ
  Fout  = 0,1 / (10 * 10 * 0,001)

  Fout  =  1 кГц  

Итак, если на вход схемы подается 0,1 В , мы получим 1 кГц на выходе

Испытания преобразователя напряжения в частоту

Для проверки схемы используются следующие инструменты

  1. Импульсный источник питания 12 В (SMPS)
  2. Meco 108B + Мультиметр
  3. Осциллограф Hantech 600BE USB для ПК

Для построения схемы используются 1% -ные металлопленочные резисторы, допуск конденсаторов не принимается во внимание.Во время тестирования

температура в помещении составляла 22 градуса Цельсия.

Тестовая установка

Как видите, входное напряжение постоянного тока составляет 11,73 В

А напряжение на входе микросхемы 104,8 мВ

Здесь вы можете увидеть, что выходной сигнал моего DSO составляет 1.045 кГц.

Подробное видео рабочей схемы приведено ниже, где было дано несколько входов, а частота изменилась в соотношении входного напряжения.

Дальнейшее улучшение

Сделав схему на печатной плате, можно повысить стабильность, также можно использовать резисторы и конденсаторы с допуском 0,5% для повышения точности. Самой важной частью этой схемы является секция RC-генератора, поэтому RC-генератор необходимо разместить как можно ближе к входным контактам, в противном случае пусковая емкость и сопротивление дорожек печатной платы или компонента могут снизить точность схемы.

Приложения

Это очень полезная ИС, которую можно использовать во многих приложениях, некоторые из которых перечислены ниже

  • AD654 VFC как АЦП
  • Удвоитель частоты
  • Датчик температуры с термопарой
  • Тензодатчик
  • Генератор функций
  • Прецизионные часы с самосмещением

Надеюсь, вам понравилась эта статья и вы узнали из нее что-то новое.Если у вас есть какие-либо сомнения, вы можете задать вопрос в комментариях ниже или воспользоваться нашим форумом для подробного обсуждения.

Преобразователь частоты

— обзор

VII.M Транзисторные усилители

В начале 1970-х годов была проведена достаточная исследовательская работа над микроволновыми транзисторами, чтобы ясно показать, что полевые транзисторы на основе GaAs открывают интригующие возможности в применениях в усилителях мощности, приемных усилителях и преобразователях частоты. . Производительность этого класса транзисторов является результатом высокой подвижности электронов элементов класса III – V в периодической таблице и способности проектировать геометрию транзистора, более близкую к планарной.У этих транзисторов были менее строгие требования к пространству, чем у эквивалентных биполярных блоков, и, как следствие, они могли предложить лучшие высокочастотные характеристики для данной степени сложности производства.

Затем последовала разработка схем, и впервые активные микроволновые схемы были разработаны с использованием подхода к проектированию эквивалентных схем, который был достаточно подробным, чтобы точно прогнозировать производительность, и в то же время достаточно простым, чтобы подойти для прямых вычислений геометрия устройства.Схемы усилителя могут быть спроектированы так, чтобы покрывать 10% полосы пропускания, поэтому регулировка частоты в полевых условиях не требуется. Это явное преимущество перед применением планарных триодных ламп и диодных усилителей IMPATT. Усилитель мощностью 2 Вт и частотой 4 ГГц был разработан для замены планарного триодного усилителя во многих приложениях, за ним последовала версия мощностью 5 Вт, которая дала возможность увеличить мощность более старых релейных систем на 2 Вт. Полевой опыт с усилителями мощности на полевых транзисторах с GaAs показал, что после короткого периода приработки отказы случаются редко, а характеристики достаточно стабильны, поэтому плановое техническое обслуживание не требуется.Это приводит к значительной экономической экономии для тех, кто владеет и эксплуатирует эти системы.

Низкий собственный шум GaAs FET-транзистора используется для увеличения чувствительности приемной части ретранслятора. Были созданы усилители с коэффициентом шума 2 дБ, которые обеспечивают улучшение чувствительности приемника как минимум в 2 раза. Чтобы получить наилучший коэффициент шума, длина и ширина затвора транзистора должны быть минимальными. Использование общего транзисторного малошумящего усилителя в прямоугольном волноводе с несколькими репитерами в тандеме обеспечивает низкий коэффициент шума для всех устройств при значительной экономии затрат.Обычный усилитель на входе приемника, если он не спроектирован так, чтобы иметь низкие характеристики интермодуляции, может привести к нежелательным межканальным перекрестным помехам в условиях сильного избирательного замирания. Следовательно, конструкции линейных усилителей иногда необходимы в приложениях низкого уровня на входе приемника.

В начале 1980-х дальнейшие разработки полупроводников продолжали оказывать влияние на возможности компонентов для микроволновых радиорелейных систем. Разработка полевого транзистора с двумя электродами затвора позволила разработать новую группу преобразователей частоты и схем управления усилением с достаточным усилением, чтобы замаскировать шум от последующих элементов схемы.Специальные легирующие составы, введение индия и улучшенная геометрия полупроводников привели к более высокой подвижности электронов, более близким расстояниям, более тонким проводникам и лучшему основанию. Возможность добавления элементов согласования схемы на полупроводниковом кристалле повысила эффективность СВЧ-излучения. Монолитные схемы с одним или несколькими каскадами на одном кристалле и устройства с высокой подвижностью электронов являются примерами этих улучшений. Разработчики схем смогли внедрить значимые программы компьютерного проектирования, которые позволяют более полную оценку схем и вариантов окружающей среды на стадии проектирования.

Типичные рабочие характеристики теперь включают уровни мощности до 100 Вт на низких микроволновых частотах (1 ГГц) и до 8 Вт на 18 ГГц. Полоса пропускания с относительно постоянным усилением была расширена до октавы или более. Усилители для цифровой модуляции квадратурной амплитудной модуляции имеют выходную мощность 4 Вт или более при насыщении, а коэффициенты усиления и линейности равны или превышают таковые у ЛБВ. Усилители с низким уровнем шума имеют коэффициент шума 1 дБ на частоте 1 ГГц, 1,3 дБ на частоте 6 ГГц и 3 дБ на частоте 20 ГГц.При охлаждении до 20 К возможны такие низкие показатели шума, как 0,1 дБ на 1 ГГц, 0,25 дБ на 6 ГГц и 0,9 дБ на 20 ГГц. При использовании транзисторов с высокой подвижностью электронов был получен коэффициент шума при комнатной температуре 1,4 дБ на частоте 11 ГГц. Если используется охлаждение, коэффициент шума снижается до 0,35 дБ.

Схемы, которые объединяют диэлектрический резонатор и транзистор на GaAs полевом транзисторе в конфигурации генератора, могут обеспечить стабильный источник частоты со стабильностью долей на миллион на градус Цельсия, что удовлетворяет требованиям на короткие расстояния.Для более ответственных операций транзистор, работающий в цепи фазовой автоподстройки частоты с низкочастотным опорным сигналом, обеспечивает еще лучшую стабильность частоты.

Обзор преобразователей частоты

Обзор преобразователей напряжения в частоту

База данных по электронике, КИПиА
Датчики и преобразователи Меню поставщиков
Напряжение Поставщику преобразователя частоты

Обзор преобразователей напряжения в частоту

Напряжение до частоты преобразователи (также называемые широкодиапазонными, управляемыми напряжением осциллятор) может быть компонентом или электронной схемой, которая преобразует входное напряжение в линейную или нелинейную частоту выход.Схема преобразователя напряжения в частоту обычно состоят из аналогового усилителя напряжения, схема генератора, требуемые резисторы и конденсаторы, и источник питания привода. Напряжение к преобразователям частоты выпускаются в виде интегральной схемы также. Интегральные схемы, объедините все, если необходимо электронные системы в компактном корпусе, который можно легко установлен на плате ПК.

Типовые характеристики для преобразователей напряжения в частоту включают следующее:

  • Необходимое количество аналоговые каналы
  • Необходимое количество дифференциальные каналы.
  • Дифференциал каналы
  • Максимальный вход и выходное напряжение
  • Пропускная способность
  • Изоляция сигнала
  • Точность (в процентах от диапазон)
  • Операционная температура
  • Рабочая полоса пропускания (обычно указывается в дБ)

Напряжение к частоте приложения включают автомобильный тахометр или тахометр двигателя, где частота преобразуется из переменного тока.Другие приложения включают телефонную связь, где постоянный ток не практичен, а напряжение до частоты преобразователь используется для передачи тока в частоту по междугородняя телефонная линия.

Напряжение в цепи преобразователя частоты с использованием 741 IC

IC 741 — наиболее часто используемая и популярная микросхема операционных усилителей благодаря своей уникальной особенности и низкой цене.Различные проекты на базе операционных усилителей 741 уже размещены в разделе проектов на базе операционных усилителей. Вот простой проект с использованием пары микросхем ОУ 741, называемой преобразователем напряжения в частоту.

Описание напряжения в цепи преобразователя частоты с использованием 741 IC

Цепь преобразователя напряжения в частоту состоит из пары операционных усилителей 741, пары транзисторов и нескольких пассивных компонентов (резисторов). Напряжение от 0,5 В до 15 В подается на вывод 2 Vin микросхемы IC 1 через VR 1 и резистор R 1 и преобразуется в соответствующую ему частоту.Эта схема, размещенная здесь, также может использоваться для измерения напряжения в цифровой форме.

IC 1 настроен в режиме инвертора, а IC 2 — в режиме триггера Schmit. Выход IC 1 зависит от входного напряжения и подается на вход IC 2 . IC 2 включаются и выключаются через фиксированный интервал времени. Треугольная волна получается на выходе IC 2 . Треугольная волна дополнительно усиливается и преобразуется в прямоугольную с помощью двух транзисторов T 1 и T 2 .Эта прямоугольная волна используется для счетчика показаний икры.

ПЕРЕЧЕНЬ ДЕТАЛЕЙ ЦЕПИ НАПРЯЖЕНИЯ НА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ 741 IC

Резистор (полностью-Вт, ± 5% углерода)

R 1 = 1 МОм

R 2 = 18 кОм

R 3 = 10 кОм

R 4 = 220 кОм

R 5 = 100 кОм

R 6 = 2,2 КОм

R 7 = 2.7 кОм

R 8 = 10 кОм

R 9 = 12 кОм

VR 1 = 500 кОм

VR 2 = 5 кОм

Конденсатор

C 1 = 0,1 мкФ (керамический диск)

Полупроводники

IC 1 , IC 2 = 741 (операционный усилитель общего назначения)

D 1 = 1N34 (германиевый диод)

T 1 , T 2 = BC108 (кремниевые NPN-биполярные транзисторы общего назначения малой мощности)

Нравится:

Нравится Загрузка…

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *