Трехфазный инвертор своими руками

Как из 220 Вольт сделать 380 В?

Почти все бытовые электроприборы рассчитаны на напряжение 220 В. Мы, не задумываясь, включаем их в розетку и наслаждаемся работой устройств. Но иногда требуется подключить асинхронный двигатель, рассчитанный на 380 В. Для его запуска можно использовать специальную схему, которая позволяет подключать электромотор к однофазной сети, но при этом придётся смириться с потерей мощности. Можно ли однофазную сеть превратить в трехфазную и как из 220 Вольт сделать 380?

Оказывается, такая возможность есть. Существует несколько способов получить 380 В из однофазной сети. Ниже мы покажем, как это сделать, но для начала разберёмся в том, чем отличается однофазная сеть от трёхфазной.

На промышленных электростанциях генераторы вырабатывают трёхфазный ток, и повышают его напряжение до десятков и даже сотен киловольт. По линиям электропередач электричество поставляется потребителям. Но перед этим ток поступает на силовой трансформатор, который понижает напряжение до 380 В. Из распределительной подстанции электроэнергия поступает в потребительскую сеть.

В трёхфазной сети ток подаётся таким образом, что все три сдвинуты относительно друг друга на 120 градусов. Напряжение между фазами составляет 380 В, а между фазой и нейтралью 220 В (см.рис. 1). Именно это напряжение подаётся в каждую квартиру.

Рис. 1. Структура трёхфазного тока

Так как нашей целью является получение 380 В именно из однофазной сети, то перейдём к способам преобразования 220 В на 380.

Способы получения 380 Вольт из 220

Рассмотрим основные способы преобразования 220 вольт в полноценный трёхфазный ток, напряжением 380 В:

• с помощью электронного преобразователя напряжения;
• путём применения трансформатора;
• использованием трёх фаз;
• используя трёхфазный двигатель в качестве генератора;
• пользуясь конденсаторной схемой.

Преобразователь напряжения

Самый простой и надёжный способ преобразовать 220 В в 380 – купить электронный преобразователь напряжения. (см. рис. 2). Этот прибор часто называют инвертором. Гаджет прост в управлении и генерирует качественный трёхфазный ток. Правда, мощность инверторов не слишком большая, но её, как правило, хватает для большинства трёхфазных бытовых приборов.

Рис. 2. Преобразователь напряжения

Преобразователь хорош ещё и тем, что у него есть встроенная функция защиты от перегрузок и КЗ. А это значит, что электромотор не перегреется и не выйдет из строя в результате КЗ.

Высокое качество тока достигается благодаря принципу работы устройства. Инвертор сначала выпрямляет переменный однофазный ток, а затем генерирует трёхфазное напряжение с заданной частотой и со стандартным сдвигом фаз. При этом количество фаз может быть и больше чем 3 (с соответствующим углом сдвига).

Используя трансформатор

С помощью повышающего трансформатора можно получить какое угодно напряжение, в том числе и 380 В. Однако, если вас интересует трёхфазное напряжение, то необходим специальный трёхфазный трансформатор. преобразующий однофазный ток в трёхфазный. Такие трансформаторы есть в продаже.

Обмотки трансформатора соединены звездой или треугольником. Напряжение однофазной сети подаётся на две первичные обмотки напрямую, а на третью – через конденсатор. При этом ёмкость конденсатора подбирается из расчёта 7 мкФ на каждые 100 Вт мощности.

Обратите внимание на то, что номинальное напряжение конденсатора не должно быть ниже 400 В. Такое устройство нельзя включать без нагрузки.

Хоть мы и получим таким способом необходимые 380 В, всё равно будет наблюдаться снижение мощности электромотора (если вы планируете подключать его к трансформатору). Соответственно КПД двигателя тоже упадёт.

Использование 3-х фаз

Если вы проживаете в многоквартирном доме, то к нему уже подведено 3 фазы, которые с целью оптимального распределения нагрузок разведены по отдельным квартирам. На каждом этаже стоят распределительные щиты, откуда можно завести в квартиру недостающие две фазы. Но для этого потребуется разрешение.

При желании вы можете получить разрешение у энергоснабжающей компании или согласовать с Энергонадзором обустройство трёхфазного питания в вашей квартире. При этом потребуется установить трёхфазный счётчик электроэнергии.

Использование электродвигателя

Вы наверно знаете, что ротор обычного трёхфазного двигателя после запуска продолжает вращаться после отключения одной фазы. Оказывается, что между выводом отключенной обмотки и задействованными выводами имеется ЭДС.

Сдвиг фаз между обмотками статора зависит только от их расположения. В трёхфазном двигателе эти катушки расположены под углом 120º, а значит они обеспечивают такой же угол сдвига фаз. Это обстоятельство наталкивает на мысль, что асинхронный трёхфазный двигатель можно использовать для получения 380 вольт от обычной однофазной сети. Простая схема подключения электромотора изображена на рисунке 3. Конденсатор на схеме нужен только для запуска двигателя. После запуска его можно отключить. Конденсатор берём типа МБГО, МБГП, МБГТ или К42-4, рабочее напряжение которого должно быть не менее 600 В. Можно применить конденсатор К42-19, с рабочим напряжением минимум 250 В.

Пример подключения фазосдвигающего конденсатора см. на рис. 3.

Рис. 3. Подключение пускового конденсатора

Параметры конденсатора подбираем в зависимости от мощности мотора. Заметим, что параметры фазосдвигающего конденсатора на качество генерируемого тока не влияют. Нагрузку подключаем к обмоткам статора, согласно схеме, показанной на рис. 4.

Рис. 4. Трёхфазный ток от электромотора

Скорость вращения ротора почти не зависит от напряжения однофазной сети, так что её можно считать постоянной. Это значит, что частота трёхфазного тока при номинальных нагрузках изменяться не будет.

Следует иметь в виду то, что мощность трёхфазного двигателя, работающего от однофазной сети, падает. Соответственно, номинальная мощность трёхфазной нагрузки будет, примерно, на треть ниже, от той, которая заявлена в паспорте электромотора.

Электродвигатель в качестве генератора

Ещё один способ, позволяющий из 220 В получить 380, это создание системы двигатель-генератор. В качестве двигателя можно взять любой электромотор, работающий от сети 220 В, а в качестве генератора – доработанный трёхфазный асинхронный двигатель (схему установки смотрите на рис. 5).

Сразу заметим, что эффективность такой установки под вопросом, но получить таким способом требуемое напряжение 380 В можно. В данной схеме требуется обеспечить такую частоту вращения ротора, чтобы генератор выдавал ток с частотой, равной 50 Гц. Для этого необходимо вращать вал с угловой скоростью 1500 об/мин.

Рис. 5. Трёхфазный двигатель в качестве генератора

В домашних условиях в качестве привода можно использовать однофазный мотор от стиральной машины или другой бытовой техники. Важно только обеспечить требуемую угловую скорость вращения ротора.

Поскольку вращение вала электродвигателей работающих, например, в стиральной машине составляет около 12 – 20 тыс. об./мин., то необходимо использовать шкивы, диаметры которых соотносятся как 1 к 10. То есть, чтобы обеспечить вращение ротора генератора со скоростью 1500 об/мин. можно взять шкив, который уже смонтирован на электромоторе от пралки, а на вал трёхфазного двигателя надеть шкив, диаметром в 10 раз больше.

Получить 380 вольт от сети 220 В возможно несколькими способами. Самым эффективным является способ применения электронного инвертора:

• стабильные параметры тока;
• безопасная эксплуатация;
• обеспечение заявленной выходной мощности;
• компактность установки.

Все выше перечисленные способы преобразования 220 Вольт в 380 работают, поэтому имеют право на существование. Но надо быть готовым к потере мощности и к трудностям по достижению других параметров тока, включая его частотные характеристики.

Трехфазный инвертор своими руками

Не нашел простой схемы преобразователя 220вольт на 380 вольт трехфазный для питания двигателя 2,2 квт
Что-то наподобие сварочника Негуляева.
Может кто-то уже делал? Поделитесь опытом.

Электроника на таких мощностях ненадёжна и достаточно дорога. Может попробовать механично-электрический способ?

wafa61, а ты вскрой какой-нибудь простенький на 3,5 киловатта Altivar, ты просто охренеешь насколько это сложно.

нужен проц для формирования трёх фазного шима драйвер igbt(микросхема такая)и сами igbt модули 6штук ну радиато и вентилятор повкусу и делов то

рассматривали уже подобный пребразователь http://monitor.espec.ws/section44/topic191823.html , там по ссылкам есть схема статического преобразователя, только жизнеспособный или нет -не знаю

схема с кандёрами жизнеспособна-видал такие на самодельных пилорамах-мотор и ящик кандёров и запуск ручной только мощность и кпд двигателя будут низкими

n max, я про эту

Моща по данной схеме какая?

моща тут от тиристоров зависит,и судя по транзюкам в лучшем случае ку202 откроет и будет каждую половинку синусоиды пихать на фазы поочерёдно,посему и частоту удвоили диодным мостом

viktor_ramb, по этой сцыле нашел Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное ,на какую мощь и рабочая ли схема самому интересно

мощности этой схемы на наждак хватит точно 202 тиристор с радиатором максимум ватт 500 потяеет-это если совковые с резьбой(сам когда-то тестил)новые в корпусе то-220 и того меньше,тут ещё запас на пусковой ток надо давать для обеспечения надёжности

Я имел дело, давно с 380 50 на 36 200 для ручного инструмента, тогда у нас еще промышленность была, шкаф около 2х метров и постоянно летели тиристоры, мощные, в справочнике они есть. В 90х они были уже не на водяном охлаждении.
Электромеханические надежнее.
Авария когда то еще в 60х, мотор – генератор для зарядки аккумуляторов, пошел в разнос, все обмотки вырвало у генератора.

Уже забыл, где то 2 kW на тиристорах с громадными радиаторами, и громадным вентилятором. Частотник от Сименса, где то 2005 для движков где то 300 W, размером в безперебойник.

Мужики,да вы чего?? Схема НЕ РАБОЧАЯ!! Нижние тиристоры откроются, да. А верхние?!

Если откинуть систему управления, то нефига там сложного нет. Выпрямитель-фильтр-модуль IGBT.

Я немного упустил, видно появились новые приборы которые позволяют коммутировать большие токи.
Подходы к радиотехнике и электротехнике немного разные, но вот с точки зрения электрика когда остановка из за аварии иногда исчисляется громадным ущербом и даже может вызвать смерть, я консерватор.
Я видел движки для сети 25, 50, 200, 400, 500 герц и их конструкция отличается здорово, можно заставить двигатель крутится, но КПД его на указанной частоте.

RomanRB, Рома, так в системе управления то вся соль. В противном случае нафига всякую хрень собирать?

Сергей, промышленная отличалась гальванической развязкой на трансформаторах и конструкцией диодов для лучшего охлаждения, т. е. под винт анод или катод.
Схема была на 511 серии.

atmicandr, Нуу, дык. И я про то же.
Когда инженером на предприятии работал. Занимался ими плотно. Альтивары, Лыжи. Альтивары на 0,75кВт дохли как мухи. Их даже не пытались ремонтить. Модуль в хлам.

Спасибо всем откликнувшимся. Схему управы уже откопал http://arv.radioliga.com/content/view/64/44/, но я ни разу не работал с М/К, и там нет силовой части. Суть устройства: выпрямляем перем. 220=310вольт постоянки, подаем —310 на 3-х фазный мост(6 мощных IGBT 600В 50А)
Думаю такой аппарат интересует многих. Зимой свободного времени у меня побольше- хочу этим заняться.
Кто делал подобное, напишите.

wafa61, Небольшой совет, вернее два совета: 1.Модуль сади на радиатор + обдув. 2.Если нагрузка мощная-управление силовой частью через оптроны.

wafa61, мне не хочется по ссылкам ползать. Ты скажи, о каких контроллерах речь идёт? Что значит ты с ними не работал? Тебя интересует только прошивка или даже разработка исходников для компиляции прошивки? Я тебя уверяю- прошить это как 2 пальца об асфальт, а вот второе и мне не дано.

wafa61, там из статьи -«В схеме используется недорогой микроконтроллер AT89C2051-24PI. Он реализует все требуемые функции по специально разработанной программе.», найти его можно, прошить тоже не проблема, а вот что в него заливать, вроде ссылок на прошиву нет в статье?

Сколько воды утекло.

ДОБАВЛЕНО 06/12/2012 00:43

цитата «Качественные изображения схемы, рисунка проводников печатной платы, бинарный файл прошивки, можно скачать в ф а й л о в о м а р х и в е, а некоторые дополнительные сведения об особенностях построения остальных, не рассмотренных в настоящей статье, узлов привода и инвертора можно получить из дополнительной статьи-приложения, находящейся там же»

Посмотрите по ссылке http://www.chipinfo.ru/literature/radio/200312/p35-37.html
На работе человек собирает, только с учетом современных элементов
Драйвера другие, ключи другие.
Все уже собрал, кроме дросселя L1

«В схеме используется недорогой микроконтроллер AT89C2051-24PI. Он реализует все требуемые функции по специально разработанной программе.», найти его можно, прошить тоже не проблема, а вот что в него заливать, вроде ссылок на прошиву нет в статье?

Вот к этой схеме прошивки, тоже смотрел эту статью, только для этого проца прогер какойто хитрый по моему надо?

ДОБАВЛЕНО 08/12/2012 16:44

Вот если бы кто переписал прошивку под скажем мегу 8.

ДОБАВЛЕНО 08/12/2012 16:56

wafa61 В этой схемке есть и силовуха. (Схему не анализировал- некогда.)

ДОБАВЛЕНО 08/12/2012 16:57

Забыл прицепить извиняюсь.

ALXLIST, на схемах то вроде микрочиповские контроллеры стоят, ничего не перепутал?

да Атмел там на MSC51 ядре. Там товарисщ просто хочет слепить их 2х схем одну.
А по поводу автора управления — ARV — не задумываясь бы повторял то, что он написал.

ALXLIST, на схемах то вроде микрочиповские контроллеры стоят, ничего не перепутал?

БЕЗЫМЯННЫЙ вы о чём? AT89C2051-24PI- Атмел, PIC16F84A- Микрочип.

В схеме с AT89C2051-24PI по моему сквозняк получается или нет кто пробовал моделировать?

Тема интересная и нужная. Лет 10 тому была потребность в мощном перфораторе, а он -3 фазы-220в. Подключил двигатель -3 фазный через пусковой конденсатор и в розетку-220в, а с двигателя уже снимал — 3/220в, работал отлично. Может кому пригодится.

И получаем БАх по всем ключам. Советую обратить внимание вот сюдЫ:
http://www.chipmaker.ru/topic/5529/
Там расматриваются частотники для управления асинхронными трехфазными двигателями мощностью до 2,2кВт от однофазной сети. Тема прикрыта, но схем и разработок там полно. К сожалению там не раскрыта работа частотника в симбиозе с стабилизатором напряжения, а также вольдобавкой при работе на звезду от одной вазы

yjriy
А на ПИК16ф84 не смотрел схемку?

Сори, пост выше уже показал это решение

kapral_82: Управа есть готовая и даже доставаемая в рознице

Дак она одна микра фиолет стоит, а ещё кондюки, ключи.
Да и вообще ПЧ на ней какой то аналоговый выходит .

ДОБАВЛЕНО 19/12/2012 16:57

В смысле не то что аналоговый но не к ПК же его подключать.
А на контроллере и табло и управление- законченное устройство.

Не совсем так, эта ммикра имеет интерфейс связи, по нему что с контроллером что с компом соединяться разницы нет, вся ее прелесть в том, что она заточена для применения в инверторах. На самом деле это и есть контроллер Frescale (примерно как AVR по вычислительным возможностям) только там уже зашита программа формирования сигналов для управления двигателем, причем скалярное управление. Современные же частотники строятся на базе DSP-процессоров со сложной математикой и реализацией не только скалярного управления, но и векторного по нескольким алгоритмам, с математикой состояния двигателя по току и прочие плюшки, которые одному человеку никак не осилить, если он не плотно сидит на разработке такой продукции,

Вопрос к спецам по изготовлению и программированию — Может кто подробно опишет или даст схемку, или ссылку где можно бы разобраться с всем этим, тому кто с этим не работал. Сами понимаете, очень уж сложно это все переварить, когда это все руками не потрогал. Думаю многим это пригодится и дружно скажем спасибо. Да, нужно свободное время, но если можно научите таких далеких как я .

Ага,щас кто-нть возьмет и частотник от нечего делать сварганит. Не простое это дело, для начала посмотрите
Усольцев А.А. Частотное управление асинхронными двигателями

ИМХО это затея не на один год, проще купить готовый

kapral_82, Вот это верно. Понять как это работает-сложно. А понять, как это собрать-практически невозможно.

Это то же самое, как собрать телевизор с нуля. Рассчитать каждый узел, накупить деталей рассыпухой, вытравить плату и всё это собрать. Так, от нефиг делать.

И на том спасибо, что рассказали как это сложно.

kapral_82: Ага,щас кто-нть возьмет и частотник от нечего делать сварганит.

RomanRB: Вот это верно. Понять как это работает-сложно. А понять, как это собрать-практически невозможно.

Это то же самое, как собрать телевизор с нуля. Рассчитать каждый узел, накупить деталей рассыпухой, вытравить плату и всё это собрать. Так, от нефиг делать.

Глаза боятся, руки делают

ALXLIST, Тема называется: «Частотник- это сложно?» Я подтвердил-ДА, СЛОЖНО. Вы не представляете себе, как это сложно. Все схемы в открытом доступе-это не частотник. Это пародия на частотник. У полноценного ПЧ гибкая логика, его можно настраивать под любые схемные решения и проекты в номинально заданном диапазоне мощности.
Прежде чем что то собирать, тем более что уже давно придумано, может лучше почитать, для начала тех. документацию. А потом уже принимать решение: делать или покупать готовое устройство.

RomanRB Да я это так . А вообще сам работаю в фирме делаем самые разные привода в том числе и ПЧРы так что в курсе что ой как не прсто. Правда они промышленные и процессоров в них по штук 5 да все специализированные (на индикацию только мега128) мне после них на эти самоделки вообше смотреть тошно. Я ипишу что мне MC3PHAC это аналоговая схема. Просто думал авось у кого цифровая есть простень

Трехфазный инвертор своими руками

Универсальный преобразователь однофазного тока в трёхфазный

В статье освещаются вопросы эксплуатации трёхфазных асинхронных двигателей в однофазных сетях. Предлагаемое устройство позволяет снять все проблемы, возникающие при этом.

В настоящее время многих любителей конструирования, владельцев личных подсобных хозяйств интересуют вопросы применения трёхфазных асинхронных двигателей в однофазной сети. Асинхронные двигатели конструктивно очень просты и неприхотливы в эксплуатации, что и обеспечивает их наибольшее распространение среди потребителей. Вместе с тем, эксплуатация трёхфазных двигателей в однофазной сети связана с рядом трудностей. Как известно из курса электротехники, трёхфазный переменный электрический ток порождает вращающееся магнитное поле, которое создаёт вращающий момент на валу электродвигателя. Однофазный ток создаёт пульсирующее поле, не способное привести ротор двигателя во вращение — такой ток необходимо преобразовать в многофазный и только потом подавать на электродвигатель. На сегодня известно большое количество способов преобразования однофазного тока в многофазный, но все они, как правило, имеют ряд недостатков:

— трудно получить «чистый» трёхфазный ток (добиться разности фаз 120° между фазами). В большинстве случаев получают двухфазный ток с разностью фаз Δφ=90°. Эксплуатация на таком токе ведет к значительной потере мощности электродвигателя. Теоретически, такие потери составляют 30-40%, в реальности — значительно больше (50-60%). Например, от трёхфазного электродвигателя мощностью 2 кВт в однофазной сети может остаться 800 Вт;
— преобразователи однофазного тока не обладают универсальностью. Они создаются под конкретный электродвигатель, имеют ограничения по мощности и т. д. Вместе с тем, существуют определённые типы трёхфазных электродвигателей, которые не запускаются в однофазной сети всеми известными методами (см. Адаменко А.и д.р. Однофазные конденсаторные электродвигатели. Сб. «В помощь радиолюбителю», 1975, № 49, с.69-77);
— наличие реактивных элементов (как правило, конденсаторов) для пуска и работы электродвигателя создает целый ряд эксплуатационных неудобств, делает конструкцию громоздкой и не всегда безопасной в быту и т.д.

Предлагаемый универсальный преобразователь однофазного тока в трёхфазный, построенный на базе обычного трёхфазного электромотора, полностью лишён этих недостатков:
— способен вырабатывать «полноценный» трёхфазный ток, в т.ч. напряжением 380 В;
— нет потерь в мощности двигателя;
— пригоден для любого типа электродвигателей и любой мощности (мощность ограничена возможностями электросети в пределах 7 кВт);
— конструктивно очень прост. Человек, владеющий навыками электротехники в объёме средней школы, сделает его в течение 1-2 часов. Для — его построения требуется трёхфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором мощностью 3-4 кВт, один конденсатор ёмкостью 40-60 мкФ и набор монтажного провода. Трёхфазный двигатель никакой переделки не требует;

— собственное потребление энергии минимально. Преобразователь автора этой статьи мощностью 4 кВт потребляет на холостом ходу примерно 200 Вт.

Рассмотрим основные принципы, положенные в основу работы преобразователя. Для этого вспомним устройство и работу синхронного генератора трёхфазного тока. Он состоит из ротора и статора. Три статорных обмотки сдвинуты в пространстве на угол 120°. С помощью внешнего источника энергии ротор генератора приводится во вращение, и его изменяющийся магнитный поток наводит в обмотках статора ЭДС индукции. Если обмотки статора соединить с потребителем, в цепи появится трёхфазный электрический ток. Для получения однофазного тока используют выводы от одной статорной обмотки трёхфазного генератора. Такой ток, чаще всего, используют для бытовых нужд и личного потребления.

Попробуем теперь, имея одну фазу, восстановить оставшиеся две. Возьмём обычный трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором. У него также имеются ротор и три статорные обмотки, сдвинутые в пространстве на угол 120°. Подадим на одну из обмоток однофазный ток. По указанным выше причинам, ротор такого двигателя не сможет сам начать вращение. Но, если посторонней силой, сообщить ему первоначальный вращающийся момент, то он будет вращаться дальше за счёт переменного однофазного напряжения в одной обмотке. (Строгое научное объяснение этого факта я опускаю, т.к. оно широко известно из курса электротехники). Вращающийся ротор своим магнитным потоком навёдет ЭДС индукции в двух других статорных обмотках, т.е. восстановит недостающие две фазы. Таким образом, мы получим что-то вроде вращающегося трёхфазного трансформатора. Одна из обмоток двигателя, на которую подаётся переменный однофазный ток из сети, становится возбуждающей обмоткой, формирующей магнитное поле вращающегося ротора, а он, в свою очередь, возбуждает переменное напряжение в оставшихся обмотках.

Полученное напряжение будет трёхфазным, т.к. это обусловлено самой конструкцией электродвигателя. Напряжение на двух оставшихся обмотках будет несколько меньше напряжения на возбуждающей обмотке (за счёт потерь при преобразовании). Эта разница составляет, примерно 10-15 В и определяется конструктивными особенностями электродвигателя. Блок-схема универсального преобразователя показана на рис.1.

Как заставить ротор преобразователя вращаться от однофазного напряжения? Таких способов существует несколько. Я рекомендую использовать широко распространённую схему с пусковым конденсатором (см. рис.2).

Рис.2 Схема универсального преобразователя.

Ёмкость конденсатора Сп может быть небольшой, т.к. ротор асинхронного преобразователя приводится во вращение без механической нагрузки на валу. Для преобразователя, построенного на базе асинхронного электродвигателя мощностью 4 кВт (авторский вариант) достаточно конденсатора Сп=60 мкФ. Эксперименты, проведённые с таким преобразователем, дали хорошие результаты, но, вместе с тем, были выявлены некоторые недостатки:
— напряжение 380 В является очень опасным для жизни человека. Чтобы снизить вероятность ЧП, в быту, желательно, использовать линейное напряжение 220 В;
— собственное потребление электроэнергии преобразователем было значительным. Это снижало КПД устройства, особенно в режиме «холостого хода».

Дальнейшая модернизация конструкции позволила избавиться от этих недостатков. Так, в качестве преобразователя автор применял асинхронный 4-киловаттный электродвигатель с 6-полюсной статорной обмоткой (т.н. «тысячник «). Его обмотки включены «звездой» и рассчитаны на линейное напряжение 380 В. Я же подключал их к 220 В (т.е. между «фазой» и «нулём» двигателя было 127 В). Такое подключение показано на рис.3.

Рис.3 Схема преобразователя на «трёхфазное» линейное напряжение 220 В.

Обычно, пусковой конденсатор Сп отключается после того, как преобразователь начнёт работать, но можно и не отключать, т.к. его влияние на работу устройства, в целом, минимально. Легко заметить, что в данном случае получилась «несимметричная звезда» Преобразователь вырабатывает: «фаза» + «фаза» + «ноль». Я такой ток называю «квазитрёхфазный» т.е. «похожий на трёхфазный ток» (см. рис.4).

Рис.4 Векторные диаграммы напряжений вырабатываемые преобразователем.

И, действительно, достоинств у него оказалось не меньше, чем у обычного трёхфазного тока. Он также порождает вращающееся магнитное поле. А, т.к. «рождён» он трёхфазным асинхронным двигателем, то идеально подходит в качестве рабочего тока для трёхфазных асинхронных двигателей. Кроме всего прочего, удалось снизить линейное напряжение до 220 В, а также собственное энергопотребление довести до 200 Вт. Все потребители, подключаемые к такому преобразователю, можно включать как «звездой», так и «треугольником» рис.5.

Рис.5 Подключение потребителей к преобразователю.

С целью повышения эффективности отдачи преобразователя, можно дополнить его автотрансформатором соответствующей мощности, который включается после преобразователя в одну из фаз. Если у автотрансформатора сделать несколько отводов, то напряжение на какой-либо фазе можно менять, а, стало быть, регулировать мощность подключаемых к преобразователю электромоторов, что хорошо экономит электроэнергию. Например, установленный на крупорушке однокиловаттный трёхфазный электродвигатель, я использую на полную мощность только при помоле твёрдых семян (кукурузы и гороха), а для помола ячменя и пшеницы достаточно 400-500 Вт. Автотрансформатор торроидального типа мощностью ≈5 кВт на статорном железе от сгоревшего электродвигателя мощностью 10 кВт. Обмотка автотрансформатора содержит около 300 витков провода ПЭТВ Ø 2,12 мм с 10 отводами (после каждых 30 витков – отвод). При необходимости, количество витков автотрансформатора можно уточнить по формуле:
W=220·45/S

где S=а×в, (S, см2). (см рис.6).

Чтобы извлечь магнитопровод из корпуса статора, его надо разбить и удалить сгоревшую обмотку. Получится чистый магнитопровод. Его обматывают куском ткани (мешковиной), пропитанной эпоксидным клеем или лаком. Когда клей высохнет, можно наматывать обмотку автотрансформатора. Её мотают в несколько слоёв, равномерно распределяя по всему магнитопроводу. Верхний слой также покрывается тканью, пропитанной слоем эпоксидной смолы. Такая технология обеспечивает надёжную защиту от влаги и достаточную механическую прочность. Конечная схема преобразователя выглядит следующим образом (рис.7).

Рис.7 Схема преобразователя с автотрансформатором.

Хочу добавить, что мой преобразователь используется в личном хозяйстве около 12 лет. От него работают трёхфазные потребители:
– электропилорама, мощностью 2,8 кВт;
– крупорушка, мощностью 1 кВт;
– электроточило, мощностью 400 Вт.
Такой же преобразователь я помог сделать своему коллеге по работе. У него безупречно функционируют трёхфазные:
– электрический бур, мощностью 1 кВт;
– малогабаритная бетономешалка, мощностью 500 Вт;
– крупорушка, мощностью 1,2 кВт;
– электрофуганок, мощностью 0,6 кВт.

Разумеется, трёхфазные электродвигатели от однофазной сети будут потреблять при работе через преобразователь ровно столько энергии, сколько написано в их паспорте (закон сохранения энергии не обманешь!).

В заключение хочу дать несколько практических советов для тех, кто захочет повторить конструкцию преобразователя (и навсегда забыть обо всех проблемах, связанных с эксплуатацией трёхфазных электродвигателей в однофазных сетях):

Мощность электродвигателя, используемого в качестве преобразователя, должна быть больше мощности подключаемого к нему электропривода. Например, если в преобразователе используется электродвигатель мощностью 4 кВт, то мощность подключаемых электродвигателей должна быть меньше или равной 3 кВт;

Практика показала, что преобразователь мощностью 4 кВт может решить все «проблемы» личного хозяйства. К тому же нагрузка на сеть в пределах 2-3 кВт является вполне приемлемой;

Ток, потребляемый преобразователем в рабочем режиме не должен превышать значений паспортного тока для данного типа электродвигателей (в противном случае преобразователь может сгореть);

В качестве электродвигателей-преобразователей лучше использовать «тихоходные» электромоторы (синхронная частота вращения 1000 об/мин и меньше). Они очень легко запускаются, и кратность пускового тока к рабочему у них, как правило, меньше, чем у высокооборотных, а стало быть «мягче» нагрузка на сеть.

Порядок работы с преобразователем должен быть такой: первым запускается преобразователь, затем потребители трёхфазного тока. Выключение осуществляется в обратной последовательности.

В качестве пускового конденсатора Сп можно применять конденсаторы типа МБГО, МБГП, МБГТ, К-42-4 и др. на рабочее напряжение не менее 600 В. Применять электролитические конденсаторы не желательно. Ёмкость пускового конденсатора Сп определяется мощностью преобразователя. Для 4-киловаттных преобразователей она примерно равна 60-80 мкФ Её подбирают экспериментально, начиная с верхней границы:
Сп=2800·Iф/Uс,
где Iф–номинальный фазный ток преобразователя, А,
Uс–напряжение однофазной сети, В.

Литература: Прищеп Л. Г. Учебник сельского электрика. М.: Агропромиздат, 1986.
Бирюков С. Три фазы — без потери мощности.- Радио, 2000, № 7, с. 37–39
Адаменко А. и д.р. Однофазные конденсаторные электродвигатели. Сборник «В помощь радиолюбителю», 1975, № 49, с.69–77.
В. Клейменов. Электродвигатель — преобразователь однофазного напряжения в трехфазное. Радио, 2002, № 1, с.28.
Гуров С. Трехфазное напряжение — это очень просто.- Радио, 2002, № 1, с.29

Статья опубликована в журнале «Сделай сам» 2003, № 4, с.90 – 94.

Частотный преобразователь своими руками

Частотный преобразователь своими руками

Частотный преобразователь своими руками — представляю вам небольшую статью о асинхронном двигателе и частотном преобразователе, который мне ранее приходилось делать. Вот и теперь потребовался хороший привод для циркулярной пилы. Конечно можно было бы взять в магазине фирменный частотник, но все-таки вариант самостоятельного изготовления оказался для меня наиболее приемлемым.

К тому же, качество регулировки скорости привода пилорамы не требовало абсолютной точности. Однако с нагрузками ударного типа и длительными перегрузками он должен справляться. К тому же хотелось сделать управление наиболее простым, без всяких там параметров, а просто установить пару кнопок.

Главные преимущества привода с регулировкой частоты:

• Создаем из однофазного напряжения 220v полновесные три фазы 220v, сдвиг у которых будет 120°, при этом получаем абсолютный вращательный момент с мощностью на валу
• Повышенный момент старта с плавным запуском без максимального пускового тока
• Нет сильного замагничивания и излишнего перегрева мотора, как это бывает когда применяются конденсаторы
• При необходимости можно свободно управлять скоростью вращения и менять направление

Ниже показана принципиальная схема устройства:

Трехфазный мост выполнен на гибридных IGBT транзисторах c диодами обратной проводимости. В целом это представляет собой бустрепное управление микроконтроллером PIC16F628A, осуществляемое с помощью специализированных оптодрайверов HCPL-3120. Во входном тракте установлен конденсатор гашения напряжения, выполняющего функцию мягкой зарядки электролитических конденсаторов в цепи постоянного напряжения.

Быстродействующая защита

Далее по схеме он зашунтирован электромагнитным реле, при этом на PIC16F628A подается цифровой логический уровень готовности. В схеме предусмотрена быстродействующая защита по току от короткого замыкания и критической перегрузке мотора, выполненная по триггерной схеме. Все это управляется при помощи двух кнопок и одного переключателя, который изменяет направление вращения вала.

Частотный преобразователь своими руками, в частности участок силовых напряжений был собран методом навесного монтажа, а контроллер размещен на печатной плате, которая показана ниже:

Постоянные резисторы с номиналом 270к, шунтирующие конденсаторы установленные в цепи затвора IGBT, запаял со стороны дорожек, так как упустил из виду сделать для них площадки. Их конечно можно заменить на smd.

Здесь показано фото печатной платы контроллера после распайки компонентов:

А это с противоположной стороны

Для подачи напряжения питания в модуль управления был изготовлен стандартный обратноходовой импульсный источник питания.

Принципиальная схема блока питания:

Чтобы изготовить частотный преобразователь своими руками в принципе можно использовать практически любой источник питания с выходным напряжением 24v. Однако, этот блок питания должен быть стабилизированный и с задержкой напряжения на выходе с момента исчезновения напряжения сети, хотябы в пределах 3-х секунд. Это обусловлено тем, что двигатель смог отключится в случае возникновения ошибки по DC. Достигается подбором электролитического конденсатора С1 с большим значением емкости.

Ну, а теперь нужно подробнее разобраться в самом важном компоненте данного устройства — в программе микроконтроллера. В интернете подходящей для меня информации по этому вопросу я не нашел, хотя были предложения установить специальные фирменные контроллеры. Но как я уже говорил, мне принципиально нужно было установить, что-то собственной разработки. Приступил во всех подробностях анализировать ШИМ модуляцию, в какое время и каким способом открыть определенный транзистор…

Программа формирования задержек

Выяснились некоторые закономерности и получился образец несложной программы формирования задержек. При ее использовании получается произвести достаточно хорошую синусоидальную ШИМ с возможностью изменять напряжение. Естественно контроллер делать какие либо вычисления не успевал, задержки не давали того эффекта, который был нужен. Следовательно, такой вариант обсчитывания ШИМ на микроконтроллере PIC16F628A я забраковал сразу.

В результате образовалась констант матрица, а ее уже отрабатывал PIC16F628A. Они формировали и диапазон частоты и напряжение питания. Конечно эта работа по созданию данного устройства несколько затянулась. Циркуляркой уже полным ходом пилили на конденсаторах, когда появился необходимый вариант прошивки. Первоначально тестировал схему на моторе от вентилятора, мощностью 180 Вт. Вот фото прибора на стадии экспериментальных работ:

Тестирование устройства

Чуть позже, в процессе испытания программа подвергалась усовершенствованию, а после запуска двигателя мощностью на 4 кВт я практически был удовлетворен итогом своей работы. Защита от короткого замыкания прекрасно срабатывает, полутора-киловаттный мотор на 1440об/мин с диском 300мм свободно справлялся с приличными брусками. Шкивы были установлены одинаковые, что на двигатель, что на вал циркулярки. При попадании пилы на сучок сетевое напряжение немного падало, хотя двигатель продолжал работать.

По ходу работы потребовалось немного натянуть ремень, поскольку при увеличении нагрузки он начинал скользить на шкиве. В дальнейшем применили двойную передачу. Но на этом решил не останавливаться, поэтому сейчас начал усовершенствовать программу, в итоге она будет значительно эффективней. Принцип работы ШИМ-контролера немного усложняется, появится больше режимов, появится ресурс раскручивания выше номинального значения.

В конце статьи файлы для того самого простого варианта устройства, которое прекрасно работает с циркулярной пилой уже больше года.

Характеристики:

• Частота на выходе: 2,5-50Гц, шаг 1,25Гц; Частота ШИМ-контроллера синхронная, с возможностью изменения. Диапазон частот в пределах 1750-3350Гц.; Скалярное управление частотным преобразователем, мощность мотора около 4кВт. Самая меньшая частота работы при разовом нажатии кнопки «Пуск» — составляет 10Гц.
• Во время удержании кнопки нажатой появляется разгоняющий момент, а когда кнопка отпускается, то частота буде той, до какой смог разогнаться. Частота по максимуму — 50Гц информирует светодиодный индикатор. Номинальное время разгоняющего момента составляет 2 секунды.
• Индикатор «Готов» сообщает о готовности устройства к старту двигателя.

Частотник для трехфазного электродвигателя своими руками

Сегодня асинхронные двигатели являются основными тяговыми приводами для станков, конвейеров, и прочих промышленных агрегатов.

Для того чтобы моторы могли нормально функционировать, им нужен частотный преобразователь. Он позволяет оптимизировать работу агрегата и продлить срок его службы. Покупать устройство необязательно — частотник для трехфазного электродвигателя можно сделать своими руками.

Назначение частотного преобразователя

Асинхронный электродвигатель может работать и без частотника, но в этом случае у него будет постоянная скорость без возможности регулировки. К тому же отсутствие частотного преобразователя приведет к возрастанию пускового тока в 5−7 раз от номинального, что вызовет увеличение ударных нагрузок, повысит потери электроэнергии и приведет к существенному сокращению срока службы агрегата.

Для нивелирования всех вышеперечисленных негативных факторов были изобретены преобразователи частоты для асинхронных двигателей трехфазного и однофазного тока.

Частотник дает возможность в широких пределах регулировать скорость электродвигателя, обеспечивает плавный пуск, позволяет регулировать как скорость запуска, так и скорость торможения, подключать трехфазный мотор к однофазной сети и многое другое. Все эти функции зависят от микроконтроллера, на котором он построен, и могут отличаться у разных моделей.

Принцип работы устройства

Переменный ток поступает из сети на диодный мост, где он выпрямляется и попадает на батарею сглаживающих конденсаторов, где окончательно превращается в постоянный ток, который поступает на стоки мощных IGBT транзисторов, управляемых главным контроллером. Истоки транзисторов, в свою очередь, подключены к двигателю.

Вот упрощенная схема преобразователя частоты для трехфазного асинхронного двигателя.

Теперь рассмотрим, что происходит с транзисторами и как они работают.

Полевой транзистор (он же ключ, мосфет и пр.) — это электронный выключатель, принцип его действия основан на возникновении проводимости между двумя выводами (сток и исток) мосфета, при появлении на управляющем выводе (затворе) напряжения, превышающего напряжение стока.

В отличие от обычных реле, ключи работают на очень высоких частотах (от нескольких герц до сотен килогерц) так что заменить их на реле не получится.

С помощью этих быстродействующих переключателей микроконтроллер получает возможность управления силовыми цепями.

К контроллеру, кроме мосфетов, также подключены датчики тока, органы управления частотником, и другая периферия.

При работе частотного преобразователя микроконтроллер измеряет потребляемую мощность и, в соответствии с установленными на панели управления параметрами, изменяет длительность и частоту периодов, когда транзистор открыт (включен) или закрыт (выключен), тем самым изменяя или поддерживая скорость вращения электродвигателя.

Самостоятельное изготовление прибора

Несмотря на множество агрегатов заводского производства, люди делают преобразователи частоты самостоятельно, благо на сегодняшний день все его компоненты можно купить в любом радиомагазине или заказать из Китая. Такой частотник обойдется вам значительно дешевле покупного, к тому же вы не будете сомневаться в качестве его сборки и надежности.

Делаем трехфазный преобразователь

Собирать наш преобразователь будем на мосфетах G4PH50UD, которыми будет управлять контроллер PIC16F628A посредством оптодрайверов HCPL3120.

Собранный частотник при подключении в однофазную сеть 220 В будет иметь на выходе три полноценные фазы 220 В, со сдвигом 120°, и мощность 3 КВт.

Схема частотника выглядит так:

Так как частотный преобразователь состоит из частей, работающих как на высоком (силовая часть), так и на низком (управление) напряжении, то логично будет разбить его на три платы (основная плата, плата управления, и низковольтный блок питания для неё) для исключения возможности пробоя между дорожками с высоким и низким напряжением и выхода устройства из строя.

Вот так выглядит разводка платы управления:

Для питания платы управления можно использовать любой блок питания на 24 В, с пульсациями не более 1 В в размахе, с задержкой прекращения подачи питания на 2−3 секунды с момента исчезновения питающего напряжения 220 В.

Блок питания можно собрать и самим по этой схеме:

Обратите внимание, что номиналы и названия всех радиокомпонентов на схемах уже подписаны, так что собрать по ним работающее устройство может даже начинающий радиолюбитель.

Перед тем как приступить к сборке преобразователя, убедитесь:

1. В наличии у вас всех необходимых компонентов;
2. В правильности разводки платы;
3. В наличии всех нужных отверстий для установки радиодеталей на плате;
4. В том, что не забыли залить в микроконтроллер прошивку из этого архива:

Если вы все сделали правильно и ничего не забыли, можете приступать к сборке.

После сборки у вас получится что-то похожее:

Теперь вам осталось проверить устройство: для этого подключаем двигатель к частотнику и подаем на него напряжение. После того как загорится светодиод, сигнализирующий о готовности, нажмите на кнопку «Пуск». Двигатель должен начать медленно вращаться. При удержании кнопки двигатель начинает разгоняться, при отпускании — поддерживает обороты на том уровне, до которого успел разогнаться. При нажатии кнопки «Сброс» двигатель останавливается с выбегом. Кнопка «Реверс» задействуется только при остановленном двигателе.

Если проверка прошла успешно, то можете начинать изготавливать корпус и собирать в нем частотник. Не забудьте сделать в корпусе отверстия для притока холодного и оттока горячего воздуха от радиатора IGBT транзисторов.

Частотник для однофазного двигателя

Преобразователь частоты для однофазного двигателя отличается от трехфазного тем, что имеет на выходе две фазы (ошибки тут нет, двигатель однофазный, при подключении без частотника рабочая обмотка подключается в сеть напрямую, а пусковая — через конденсатор; но при использовании частотника пусковая обмотка подключается через вторую фазу) и одну нейтраль — в отличие от трех фаз у последнего, так что сделать частотник для однофазного электродвигателя, используя в качестве основы схему от трехфазного, не получится, поэтому придется начинать все сначала.

В качестве мозга этого преобразователя мы будем использовать МК ATmega328 с загрузчиком ардуины. В принципе, это и есть Arduino, только без своей обвязки. Так что, если у вас в закромах завалялась ардуинка с таким микроконтроллером, можете смело выпаивать его и использовать для дела, предварительно залив на него скетч (прошивку) из этого архива:

К атмеге будет подключен драйвер IR2132, а уже к нему — мосфеты IRG4BC30, к которым мы подключим двигатель мощностью до 1 КВт включительно.

Схема частотного преобразователя для однофазного двигателя:

Также для питания ардуины (5в) и для питания силового реле (12в), нам понадобятся 2 стабилизатора. Вот их схемы:

Стабилизатор на 12 вольт.

Стабилизатор на 5 вольт.

Внимание! Эта схема не из простых. Возможно, придется настраивать и отлаживать прошивку для достижения полной работоспособности устройства, но это несложно, и мануалов по программированию Arduino в интернете — великое множество. К тому же сам скетч содержит довольно подробные комментарии к каждому действию. Но если для вас это слишком сложно, то вы можете попробовать найти такой частотник в магазине. Пусть они и не так распространены, как частотники для трехфазных двигателей, но купить их можно, пусть и не в каждом магазине.

Еще обратите внимание на то, что включать схему без балласта нельзя — сгорят выходные ключи. Балласт нужно подключать через диод, обращенный анодом к силовому фильтрующему конденсатору. Если подключите балласт без диода — опять выйдут из строя ключи.

Если вас все устраивает, можете приступать к изготовлению платы, а затем — к сборке всей схемы. Перед сборкой убедитесь в правильности разводки платы и отсутствии дефектов в ней, а также — в наличии у вас всех указанных на схеме радиодеталей. Также не забудьте установить IGBT-транзисторы на массивный радиатор и изолировать их от него путем использования термопрокладок и изолирующих шайб.

После сборки частотника можете приступать к его проверке. В идеале у вас должен получиться такой функционал: кнопка «S1» — пуск, каждое последующее нажатие добавляет определенное (изменяется путем редактирования скетча) количество оборотов; «S2» — то же самое, что и «S1», только заставляет двигатель вращаться в противоположном направлении; кнопка «S3» — стоп, при её нажатии двигатель останавливается с выбегом.

Обратите внимание, что реверс осуществляется через полную остановку двигателя, при попытке сменить направление вращения на работающем двигателе произойдет его мгновенная остановка, а силовые ключи сгорят от перегрузки. Если вам не жаль денег, которые придется потратить на замену мосфетов, то можете использовать эту особенность в качестве аварийного тормоза.

Возможные проблемы при проверке

Если при проверке частотника схема не заработала или заработала неправильно, значит, вы где-то допустили ошибку. Отключите частотник от сети и проверьте правильность установки компонентов, их исправность и отсутствие разрывов/замыканий дорожек там, где их быть не должно. После обнаружения неисправности устраните её и проверьте преобразователь снова. Если с этим все в порядке, приступайте к отладке прошивки.