Главная » Промышленная электроника
Призовой фонд
на июнь 2018 г.
1. Регулируемый паяльник 60 Вт
Паяльник
2. Тестер компонентов LCR-T4
Паяльник
3. 150 руб.
От пользователей

Похожие статьи:


Частотный привод 5-200Гц (10-400Гц) своими руками

В данной статье речь пойдет о частотном преобразователе, в простонародье, частотнике. Данный частотник, а в дальнейшем частотный привод, способен управлять 3-х фазным асинхронным двигателем. В данном частотном приводе (ЧП) я использую интеллектуальный силовой модуль компании International Rectifier, а конкретно IRAMS10UP60B (на AliExpress), единственное, что с ним сделал, это перегнул ножки, так что, по сути, модуль получился IRAMS10UP60B-2. Выбор на данный модуль пал преимущественно из-за встроенного драйвера. Главной особенностью встроенного драйвера является возможность использования 3 ШИМ вместо 6 ШИМ каналов. Кроме того цена на данный модуль на eBay около 270 рублей. В качестве управляющего контроллера использую ATmega48.

Разрабатывая данный привод я делал упор на эффективность конструкции, минимальную себестоимость, наличие необходимых защит, гибкость конструкции. В результате получился частотный привод со следующими характеристиками (функциями):

  1. Выходная частота 5-200Гц
  2. Скорость набора частоты 5-50Гц в секунду
  3. Скорость снижения частоты 5-50Гц в секунду
  4. 4-х фиксированная скорость (каждая из которых от 5-200Гц)
  5. Вольт добавка 0-20%
  6. Две "заводских" настройки, которые всегда можно активировать 
  7. Функция намагничивания двигателя 
  8. Функция полной остановки двигателя 
  9. Вход для реверса (как без него)
  10. Возможность менять характеристику U/F
  11. Возможность задания частоты с помощью переменного резистора
  12. Контроль температуры IGBT модуля (сигнализация в случае перегрева и остановки привода)
  13. Контроль напряжения DC звена (повышенное-пониженное напряжение DC звена, сигнализация и остановка привода)
  14. Пред заряд  DC звена  
  15. Максимальная мощность с данным модулем 750вт, но крутит и 1.1кв на моем ЧПУ
  16. Все это на одной плате размером 8 х 13 см .  

На данный момент защита от сверх тока или кз не реализованы (считаю нет смысла, хотя, свободную ногу в МК с прерыванием по изменению оставил) 

Собственно, схема данного девайса .

Проект в layout

Ниже фото того, что у меня получилось   

Печатная плата данного девайса (доступна в lay под утюг)

На данном фото полностью рабочий экземпляр, проверенный и обкатанный (не имеет панельки расположен слева). Второй для теста atmega 48 перед отправкой (расположен справа) . 


На данном фото тот самый irams (делал с запасом,  должен поместится iramx16up60b )

Алгоритм работы устройства

Изначально МК  (микроконтроллер) является настроенным на работу с электродвигателем номинальным напряжением 220В при частоте вращающего поля 50Гц (т.е. обычный асинхронник, на котором написано 220в 50Гц). Скорость набора частоты установлена на уровне 15Гц/сек.(т.е. разгон до 50 гц займет чуть более 3 сек., до 150 Гц-10 сек ). Вольт добавка установлена на уровне 10 %, длительность намагничивания 1 сек. (постоянная величина неизменна ), длительность торможения постоянным током 1 сек. (постоянная величина неизменна). Следует отметить ,что напряжение при намагничивании, как и при торможении, является напряжением вольт добавки и меняется одновременно. К слову, преобразователь частоты является скалярным, т.е. с ростом выходной частоты увеличивается выходное напряжение.

 После подачи питания происходит заряд емкости dc звена. Как только напряжение достигает 220В (постоянное ) с определенной задержкой включается реле предзаряда и загорается единственный у меня светодиод L1. С этого момента привод готов к запуску. Для управления частотником имеется 6 входов:

  1. Вкл (если подать лишь этот вход, ЧП будет вращать двигатель с частотой 5Гц)
  2. Вкл+реверс(если подать лишь этот вход, ЧП будет вращать двигатель с частотой 5Гц, но в другую сторону) 
  3. 1 фиксированная частота (задается R1)
  4. 2 фиксированная частота (задается R2)
  5. 3 фиксированная частота (задается R3)
  6. 4 фиксированная частота (задается R4)

В этом управлении есть одно Но. Если в процессе вращения двигателя менять задание на резисторе, то оно изменится лишь после повторной подачи команды (вкл.) или (вкл+реверс.). Иначе говоря, данные с резисторов читаются пока отсутствуют эти два сигнала. Если планируется регулировать скорость с помощью резистора в процессе работы, то необходимо установить джампер J1.В этом режиме активен лишь первый резистор, причем резистор R4 ограничивает максимальную частоту, то есть если его выставить на 50% (2.5 вольта 4 "штырь". на фото ниже 5 земля), то частота R1 будет регулироваться резистором от 5 до 100Гц. 

Для задании частоты вращение нужно учитывать, что 5v на входе в МК соответствует 200Гц., 1v-40Гц, 1.25v-50Гц и т.д. Для измерения напряжение предусмотрены контакты 1-5, где 1-4 соответствуют номерам резисторов, 5- общий минус(на фото ниже). Резистор R5 служит для подстройки маштабирования напряжения DC звена 1в -100в (на схеме R30).


Расположение элементов

Внимание! Плата находится под напряжением опасным для жизни. Входа  управления развязаны оптопарами.

Особенности настройки

Настройка привода  перед первым включением сводится к проверке монтажа электронных компонентов и настройки делителя напряжения для DC звена (R2).

100 Вольтам DC звена должно соответствовать 1 вольт на 23 (ножке МК)- это ВАЖНО!!!!....На этом настройка завершена...

Перед подачей сетевого напряжения необходимо промыть плату (удалить остатки канифоли) со стороны пайки растворителем или  спиртом, желательно покрыть лаком.

Привод имеет "заводские " настройки, которые подходят как для двигателя с напряжением 220В и частотой 50Гц), так и  для двигателя с напряжением 380в и частотой 50гц. Данные настройки всегда можно установить если вы не решаетесь сами настраивать привод. Для того чтобы установить "заводские " настройки для двигателя (220в 50Гц) : 

  1. Включить привод 
  2. Дождаться готовности (если подано питание только на МК , просто подождать 2-3 секунды)
  3. Нажать и удерживать кнопку В1 до тех пор, пока светодиод L1 не начнет мигать, отпустить кнопку В1
  4. Подать команду выбора 1 скорости. Как только светодиод перестанет мигать, убрать команду
  5. Привод настроен . В зависимости от того .........................светодиод горел (если не горел, то привод ожидает напряжения на DC звене).

  При такой настройке автоматически в  записываются следующие параметры:

  1. Номинальная частота двигателя при 220В - 50Гц
  2. Вольт добавка (напряжение намагничивания, торможения ) - 10%
  3. Интенсивность разгона 15Гц./сек 
  4. Интенсивность торможения 15Гц./сек 

Если подать сигнал выбора второй скорости, то в EEPROM запишутся следующие параметры  (разница лишь в частоте):

  1. Номинальная частота двигателя при 220В- 30Гц
  2. Вольт добавка (Напряжение намагничивания, торможения ) 10%
  3. Интенсивность разгона 15Гц./сек 
  4. Интенсивность торможения 15Гц./сек 

Наконец, третий вариант Настройки:

  1. Нажать на кнопку В1 и держать
  2. Дождаться, когда светодиод начнет мигать
  3. Отпустить кнопку В1
  4. Не подавать напряжение на входа выбора 1-ой или 2-ой скорости 
  5. Задать параметры подстроечными резисторами
  6. Нажать и удерживать кнопку В1 до тех пор, пока светодиод не начнет моргать 

Таким образом, до тех пор, пока светодиод мигает, привод находится в режиме настройки. В этом режиме при подаче входа 1-ой или 2-ой скорости  в EEPROM записываются  параметры. Если не подавать напряжение на входа выбора 1-ой или 2-ой скорости, то фиксированные параметры в  EEPROM не запишутся, а будут задаваться подстроечными резисторами.

  1. Резистор задает номинальную частоту двигателя при 220 В ( Так, например, если на двигателе написано 200Гц /220 то резистор нужно выкрутить  на  максимум; если написано 100Гц/ 220в нужно добиться 2.5 Вольта на 1-ом контакте. (1Вольт на первом контакте соответствует 40Гц); если на двигателе написано 50Гц/400В то нужно  выставить 27Гц/0,68 В (например:(50/400)*220=27Гц )так, как нам необходимо знать частоту двигателя при 220В питания двигателя. Диапазон изменения параметра 25Гц - 200Гц.(1 Вольту на контакте 1-ом соответствует 40 Гц) 
  2. Резистор отвечает за вольт добавку. 1 Вольт на 2-ом контакте соответствует 4% напряжения вольт добавки (мое мнение выбрать на уровне 10% то есть 2.5 вольта повышать с осторожностью) Диапазон настройки 0-20% от напряжения сети (1 Вольту на контакте 2-ом соответствует 4%) 
  3. Интенсивность разгона 1 В соответствует 10Гц/сек (на мой взгляд оптимально 15 -25 Гц/сек) Диапазон настройки 5Гц/сек - 50Гц/сек. (1 вольту на контакте 3-ом соответствует 10 Гц/сек) 
  4. Интенсивность торможения 1 В соответствует 10Гц/сек (на мой взгляд оптимально 10 -15 Гц/сек) Диапазон настройки 5Гц/сек - 50Гц/сек. (1 вольту на контакте 4-ом соответствует 10 Гц/сек) 

После того, как все резисторы выставлены нажимаем и держим кнопку В1 до тех пор пока светодиод не перестанет мигать!!!! Если светодиод моргал и загорелся, то привод готов к запуску.Если светодиод моргал и НЕ загорелся, то ждем 5 секунд, и только потом отключаем питание от контроллера.

Ниже представлена вольт-частотная характеристика устройства для двигателя 220в 50Гц с вольт добавкой в 10 % . 

  

  • Uмах- максимальное напряжение, которое способен выдать преобразователь
  • Uв.д.- напряжение вольт добавки в процентах от напряжении сети
  • Fн.д.- номинальная частота вращения двигателя при 220В . ВАЖНО
  • Fmax- максимальная выходная частота преобразователя.

Еще один пример настройки

Предположим, у вас имеется двигатель, на котором указана номинальная частота 50Гц , номинальное напряжение 80В, Чтобы узнать  какая будет  номинальная частота при 220В  необходимо: 220 В разделить на номинальное напряжение и умножить на номинальную частоту (220/80*50=137Гц). Таким образом, мы получим,что напряжение на 1 контакте (резисторе) нужно выставить 137/40=3,45 В. 

Симуляция в протеусе разгон 0-50Гц одной фазы (на 3-х фазах зависает комп )

Как видно из скриншота с ростом частоты увеличивается амплитуда синуса. Разгон занимает примерно 3.1 сек.

По поводу питания

Рекомендую использовать трансформатор, так как это самый надежный вариант. На моих тестовых платах нет диодных мостов и стабилизатора для igbt  модуля 7812. Для скачивания доступны две печатные платы. Первая та которая представлена в обзоре. Вторая имеет незначительные изменения, добавлен диодный мостик и стабилизатор. Защитный диод ставить обязательно P6KE18A или 1.5KE18A ставить обязательно.

Пример размещения трансформатора, как оказалось найти совсем нетрудно.

Какой двигатель можно подключить к данному преобразователю частоты?

 Все зависит от модуля. В принципе можно подключить любой, главное, чтобы его сопротивление для модуля irams10up60 было более 9 Ом. Нужно учесть, что модуль irams10up60 рассчитан на маленький импульсный ток и имеет встроенную защиту на уровне 15 А  Этого очень мало. Но для двигателей 50Гц 220В 750 Вт, этого за глаза. Если у вас высокооборотистый шпиндель, то скорее всего он имеет маленькое сопротивление обмоток. Данный модуль может пробьет импульсным током. При использовании модуля IRAMX16UP60B (ножки придется загнуть самостоятельно) мощность двигателя по даташиту возрастает с 0.75 до 2.2 КВт.

Главное у данного модуля: ток короткого замыкания 140А против 47А, защита настроена на уровне 25А. Какой модуль использовать решать вам. Нужно помнить что на 1 кВт необходимо 1000мкФ емкости dc звена.

По поводу защиты от КЗ. Если у привода сразу после выхода не ставить сглаживающий дроссель (ограничивает скорость нарастания тока) и коротнуть выход модуля, то модулю придет "хана". Если у вас модуль iramX, шансы есть.  А вот с IRAMS шансов ноль, проверено.

Программа занимает 4096 кБ памяти из 4098. Все сжато и оптимизировано под размер программы по максимум. Время цикла есть фиксированная величина равная 10мс.

На данный момент всё вышеописанное работает и испытано. 

Если использовать кварц на 20МГц, то привод получится 10-400Гц; темп разгона 10-100Гц/сек; частота ШИМа возрастет до 10кГц; время цикла упадет до 5мс.

Забегая вперед следующий частотный преобразователь будет реализован на ATmegа64, иметь разрядность ШИМ не 8, а 10 Бит, иметь дисплей и множество параметров. 

Ниже смотрите видео настройки привода, проверки защиты перегрева, демонстрации работы (использую двигатель 380В 50Гц, а настройки для 220В 50Гц). Так сделал специально, чтобы проверить как работает ШИМ с минимальным заданием.)

В свободном доступе прошивке не будет, НО запрограммированный контролер ATmega48-10pu или ATmega48-20pu будет дешевле mc3phac. Готов ответить на все ваши вопросы.

Заказ прошитого контроллера

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество ПримечаниеМагазинМой блокнот
DD1 МК AVR 8-бит
ATmega48
1 Поиск в магазинеВ блокнот
DD2 МикросхемаIRAMS10UP60B1 Поиск в магазинеВ блокнот
DD3-DD8 Оптопара
PC817
6 Поиск в магазинеВ блокнот
DD9 ИС буфера, драйвера
SN7404
1 Поиск в магазинеВ блокнот
DD10 Линейный регулятор
LM7805
1 Поиск в магазинеВ блокнот
VT1 Биполярный транзистор
2N2222
1 Поиск в магазинеВ блокнот
D1 Диодный мост1 Поиск в магазинеВ блокнот
D2-D7 Диодm76 Поиск в магазинеВ блокнот
D8 Защитный диод
P6KE16A
1 Поиск в магазинеВ блокнот
LD1 Светодиод1 Поиск в магазинеВ блокнот
С1-С6 Конденсатор0.1 мкФ6 Поиск в магазинеВ блокнот
С7, С8 Конденсатор18 пФ2 Поиск в магазинеВ блокнот
С9-С11 Конденсатор4.7 мкФ3 Поиск в магазинеВ блокнот
С12 Электролитический конденсатор560 мкФ 400 В1 Поиск в магазинеВ блокнот
С13, С14 Электролитический конденсатор100 мкФ 50 В2 Поиск в магазинеВ блокнот
С15 Конденсатор1 мкФ1 Поиск в магазинеВ блокнот
Р1-Р4 Переменный резистор10 кОм4 Поиск в магазинеВ блокнот
Р5 Переменный резистор2 кОм1 Поиск в магазинеВ блокнот
R5-R10 Резистор
220 Ом
6 Поиск в магазинеВ блокнот
R12, R16-R22, R28 Резистор
1.8 кОм
9 Поиск в магазинеВ блокнот
R13 Резистор
300 Ом
1 Поиск в магазинеВ блокнот
R23 Резистор
2 кОм
1 8 ВтПоиск в магазинеВ блокнот
R24 Резистор
47 кОм
1 Поиск в магазинеВ блокнот
R25-R27 Резистор
30 кОм
3 2 ВтПоиск в магазинеВ блокнот
R29 Резистор
1 кОм
1 Поиск в магазинеВ блокнот
ZQ1 Кварцевый резонатор10 МГц1 Поиск в магазинеВ блокнот
F1 Предохранитель5 А 250 VAC1 Поиск в магазинеВ блокнот
К1 Реле1 Поиск в магазинеВ блокнот
J1 Джампер1 Поиск в магазинеВ блокнот
В1 Выключатель1 Поиск в магазинеВ блокнот
М1 3-х фазный двигатель1 Поиск в магазинеВ блокнот
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Прикрепленные файлы:

Теги:

Опубликована: Изменена: 12.10.2015 0 17
Я собрал 0 5
x

Оценить статью

  • Техническая грамотность
  • Актуальность материала
  • Изложение материала
  • Полезность устройства
  • Повторяемость устройства
  • Орфография
0

Средний балл статьи: 4.5 Проголосовало: 5 чел.

Комментарии (171) | Я собрал (0) | Подписаться

0
Денис #
Здравствуйте, Иван! Прочитал статью, но так как в матчасти я практически ноль так и не понял, можно ли записаться трехфазный двигатель от сети 380 вольт? У вас на схеме вход 220 в и в видео у вас трехфазный двигатель питается от одной фазы.
Мне нужно просто иметь возможность управлять оборотами 3х фазного двигателя, но если питать от 220 то упадет мощность его в 1.7 раз.
Ответить
0

[Автор]
ivan-durnev #
Вот продолжение
Если питать от 1 фазы мощность упадет раза в 3 а,то и в 4!!! (если двигатель соединен звездой), а вот если его соединить в треугольник (тот же мотор в котором соединение звездой дает 380), то он уже становится 3 фазы 220 вольт....В таком случае мой частотник позволит снять всю мощность.....Но если мотор нельзя переключить, то тогда номинальный момент будет доступен до 32 герц, затем будет падать...
Ответить
0
Дения #
Иван, а не могли бы вы нарисовать схему (можно прям карандашом на бумаге) подключения трехфазного мотора (380в) к трехфазной сети (380в) с использованием вашего частотника. Пожалуйста. А то на видео 220 а я в этом ноль а мотор хороший простаивает.
Ответить
0
Василий #
У любого движка 3ф три обмотки. Их можно подсоединить по любому. Если в борно выведены 3 конца, то 3 соединены внутри. Движок скорей всего с перемотки.
Ответить
0
Алексей #
Добрый день! Как дела с окончательной версией? Можно ли заказать вместе плату+контроллер?
Ответить
0

[Автор]
ivan-durnev #
добрый день. На данный момент еще есть вот такая версия
Что касается заказа в месте с платой, то увы просто нет времени. Что касается продолжения, то оно бесспорно будет и однозначно с модулем iramx30 на 64меге с датчиками тока на эффекте холла, с дисплеем и кнопками.
Ответить
0
Александр #
Здравствуйте, сколько будет стоить ваш контролёр, мне нужен на 20мгц. И такой вопрос возможно приобретение прошивки, а то в процессе творчества часто бывает удается повредить контролёр?
Ответить
0
Михаил #
Иван, как думаете,- возможно ли "прикрутить" к доработанной 1-й версии частотника обратную связь, например на оптопаре, работающей на отражение (ITR8307) ?
Для примера привожу реализацию такой обратной связи в схеме управления коллекторным двигателем. Думаю, что сигнал с оптопары можно использовать и для отображения оборотов двигателя ( тахометре).
Прикрепленный файл: U211b_cxema.jpg
Ответить
0
Sergey #
Здравствуйте. Тема с покупкой прошитого микроконтроллера актуальна? Как можно заказать? Чего то ссылка не работает.
Ответить
0

[Автор]
ivan-durnev #
Покупка актуальна. Ссылка не работает, так как магазин не принимает заказы. Пишите в личку я вам подробно отвечу как можно оплатить... Что касается доставки, это почта России (письмо с трек номером )
Ответить
0
евгений нуждин #
Интересует вариант 3-380 в 7.5 кВт.
Ответить
0

[Автор]
ivan-durnev #
Добрый день...В голове уже сделан, реализовать пока нет времени.....
Ответить
0
Alex #
А можете выложить первую версию прошивки (для этого частотника) в свободный доступ?
Ответить
0

[Автор]
ivan-durnev #
Не могу
Ответить
0
kotol #
Здравствуйте. Какова цена прошитой микрухи?
Ответить
0

[Автор]
ivan-durnev #
700р с доставкой
Ответить
0
P_M_Ch #
Здравствуйте. Возможна ли отправка прошитого МК в Беларусь?
Ответить
0

[Автор]
ivan-durnev #
Да
Ответить
0
Иван #
Интересует преобразователь однофазного асинхронного электродвигателя до 1 кВт. В качестве датчика тока можно использовать LTS 25-NP или ACS750.
Первый легко внедряемый, второй более чувствительный. Контроллер интересует НЕ в DIP корпусе. Планирую реализовать все это в СМД компонентах во второй версии на смд элементах. Но все зависит от покупки у Вас контроллера но в СМД исполнении.
Ответить
0
Роман #
Есть такой вопрос к вам как к понимающему человеку. Досталось мне два частотника, которые собирались на заказ под конкретную цель (управление насосом гидравлика). Собраны они на ключах IGBT, драйверах IR (точную маркировку не записывал, на каждое плечо один драйвер, всего их три. Управление драйверами идёт от контроллера Атмега (довольно большая) питание однофазное, двигатель был 2.2 кВт. Управление было внешнее, но точный алгоритм не известен. Можно ли с вами проконсультироваться касательно доработки данного частотника с помощью замены той Атмеги под ваш? Разумеется, не бесплатно. Спасибо заранее.
Ответить
«12
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется электрическое сопротивление?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

Мультиметр DT9205A
Мультиметр DT9205A
Набор начинающего радиолюбителя Discovery V8
вверх