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):
- Выходная частота 5-200Гц
- Скорость набора частоты 5-50Гц в секунду
- Скорость снижения частоты 5-50Гц в секунду
- 4-х фиксированная скорость (каждая из которых от 5-200Гц)
- Вольт добавка 0-20%
- Две "заводских" настройки, которые всегда можно активировать
- Функция намагничивания двигателя
- Функция полной остановки двигателя
- Вход для реверса (как без него)
- Возможность менять характеристику U/F
- Возможность задания частоты с помощью переменного резистора
- Контроль температуры IGBT модуля (сигнализация в случае перегрева и остановки привода)
- Контроль напряжения DC звена (повышенное-пониженное напряжение DC звена, сигнализация и остановка привода)
- Пред заряд DC звена
- Максимальная мощность с данным модулем 750вт, но крутит и 1.1кв на моем ЧПУ
- 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:
- Вкл (если подать лишь этот вход, ЧП будет вращать двигатель с частотой 5Гц)
- Вкл+реверс(если подать лишь этот вход, ЧП будет вращать двигатель с частотой 5Гц, но в другую сторону)
- 1 фиксированная частота (задается R1)
- 2 фиксированная частота (задается R2)
- 3 фиксированная частота (задается R3)
- 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) :
- Включить привод
- Дождаться готовности (если подано питание только на МК , просто подождать 2-3 секунды)
- Нажать и удерживать кнопку В1 до тех пор, пока светодиод L1 не начнет мигать, отпустить кнопку В1
- Подать команду выбора 1 скорости. Как только светодиод перестанет мигать, убрать команду
- 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:
- Номинальная частота двигателя при 220В - 50Гц
- Вольт добавка (напряжение намагничивания, торможения ) - 10%
- Интенсивность разгона 15Гц./сек
- Интенсивность торможения 15Гц./сек
Если подать сигнал выбора второй скорости, то в EEPROM запишутся следующие параметры (разница лишь в частоте):
- Номинальная частота двигателя при 220В- 30Гц
- Вольт добавка (Напряжение намагничивания, торможения ) 10%
- Интенсивность разгона 15Гц./сек
- Интенсивность торможения 15Гц./сек
Наконец, третий вариант Настройки:
- Нажать на кнопку В1 и держать
- Дождаться, когда светодиод начнет мигать
- Отпустить кнопку В1
- Не подавать напряжение на входа выбора 1-ой или 2-ой скорости
- Задать параметры подстроечными резисторами
- 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.
- 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)
- 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%)
- 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)
- 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.
Список радиоэлементов
Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
---|---|---|---|---|---|---|
DD1 | МК AVR 8-бит | ATmega48 | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
DD2 | Микросхема | IRAMS10UP60B | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
DD3-DD8 | Оптопара | PC817 | 6 | Поиск в магазине Отрон | ||
DD9 | ИС буфера, драйвера | SN7404 | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
DD10 | Линейный регулятор | LM7805 | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
VT1 | Биполярный транзистор | 2N2222 | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
D1 | Диодный мост | 1 | Поиск в магазине Отрон | |||
D2-D7 | Диод | m7 | 6 | Поиск в магазине Отрон | ||
D8 | Защитный диод | P6KE16A | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
LD1 | Светодиод | 1 | Поиск в магазине Отрон | |||
С1-С6 | Конденсатор | 0.1 мкФ | 6 | Поиск в магазине Отрон | ||
С7, С8 | Конденсатор | 18 пФ | 2 | Поиск в магазине Отрон | ||
С9-С11 | Конденсатор | 4.7 мкФ | 3 | Поиск в магазине Отрон | ||
С12 | Электролитический конденсатор | 560 мкФ 400 В | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
С13, С14 | Электролитический конденсатор | 100 мкФ 50 В | 2 | Поиск в магазине Отрон | ||
С15 | Конденсатор | 1 мкФ | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
Р1-Р4 | Переменный резистор | 10 кОм | 4 | Поиск в магазине Отрон | ||
Р5 | Переменный резистор | 2 кОм | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
R5-R10 | Резистор | 220 Ом | 6 | Поиск в магазине Отрон | ||
R12, R16-R22, R28 | Резистор | 1.8 кОм | 9 | Поиск в магазине Отрон | ||
R13 | Резистор | 300 Ом | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
R23 | Резистор | 2 кОм | 1 | 8 Вт | Поиск в магазине Отрон | |
R24 | Резистор | 47 кОм | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
R25-R27 | Резистор | 30 кОм | 3 | 2 Вт | Поиск в магазине Отрон | |
R29 | Резистор | 1 кОм | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
ZQ1 | Кварцевый резонатор | 10 МГц | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
F1 | Предохранитель | 5 А 250 VAC | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
К1 | Реле | 1 | Поиск в магазине Отрон | |||
J1 | Джампер | 1 | Поиск в магазине Отрон | |||
В1 | Выключатель | 1 | Поиск в магазине Отрон | |||
М1 | 3-х фазный двигатель | 1 | Поиск в магазине Отрон | |||
Скачать список элементов (PDF)
Прикрепленные файлы:
- сила с мозгами V1_2(1).lay (126 Кб)
- сила с мозгами V1_2_1.lay (134 Кб)
Комментарии (202) | Я собрал (0) | Подписаться
Для добавления Вашей сборки необходима регистрация
Мне нужно просто иметь возможность управлять оборотами 3х фазного двигателя, но если питать от 220 то упадет мощность его в 1.7 раз.
[Автор]
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...
Есть задача сделать частотник с выходным напряжением 24 вольта (3 фазы)
[Автор]
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.
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).
[Автор]
[Автор]
[Автор]
[Автор]
[Автор]
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.
числа оборотов асинхронных электродвигателей с фазным ротором. Устройство должно быть максимально простым в эксплуатации и надежным до 0,75квт. Как мне осуществить вышеизложенное?
[Автор]
[Автор]
[Автор]
[Автор]
1 - вариант 1 силовая платас+мк (управление делается самостоятельно)
2 - вариант 2 платы+ 2мк (нужно только собрать)
Каждый из вариантов могут полностью комплектоваться деталями или быть полностью собранными, цена будет зависть от того какой кит будет выбран...
Скажите:
- можно ли доработать ЧП для работы с 1,5 квт 3-х фазником?
- во сколько обойдется 2-ой вариант с доставкой? и с учетом доработок с Вашей стороны?
Для двигателя 2 квт, с датчиком давления в системе водоснабжения, чтобы повышал мощность по мере падения давления.