Es bastante difícil hacer convertidores de frecuencia con sus propias manos, ya que necesita estar muy bien versado en electrónica de potencia y tecnología de semiconductores. Pero antes de pensar en diseñar este dispositivo, debe averiguar para qué se utilizan. También necesitará saber cuáles son los componentes principales de estos sistemas electrónicos.
¿Qué es un convertidor de frecuencia?
Todo el mundo sabe que hay corriente alterna en la red y tiene una frecuencia determinada. En Rusia, el estándar es de 50 Hertz. En algunos países occidentales, un estándar ligeramente diferente es 60 Hertz. El funcionamiento de muchos dispositivos depende de la frecuencia de la corriente. Los convertidores se utilizan para alimentar motores asíncronos. Hay muchas razones para usar medios electrónicos. Por ejemplo, en la industria se han generalizado los inversores, ya que su usote permite deshacerte de grandes mecanismos.
Más detalladamente, puede cambiar la velocidad de rotación de la correa en el transportador usando una caja de cambios, que se basa en una especie de caja de cambios de automóvil. Además, puede ser mecánico (con varias marchas) o CVT. Pero es mucho más efectivo cambiar los parámetros de la corriente que alimenta el motor. Girar la resistencia variable cambia la velocidad de rotación del transportador. Además, la frecuencia se puede cambiar en un amplio rango.
¿Qué otras características tienen los convertidores de frecuencia?
Además, la configuración del inversor permite que el motor eléctrico gane velocidad gradualmente durante varios segundos. El tiempo lo establece el usuario a través de la programación de funciones del convertidor de frecuencia. Del mismo modo, se puede hacer con el tiempo de parada del inducido del motor. Esto reduce la carga en el disco, lo que afecta directamente a su recurso.
Además, para las pequeñas empresas que no tienen la capacidad de dotarse de una red trifásica, pero la necesitan, el uso de convertidores de frecuencia es una verdadera panacea. Hay muchos modelos de dispositivos de este tipo que están conectados a una red de corriente alterna monofásica y producen tres en la salida. Por lo tanto, es posible enchufar un motor eléctrico en un tomacorriente normal. Y en este caso, no perderá potencia, su trabajo será correcto.
Componentes de potencia de convertidores
Todos los convertidores de frecuencia utilizan potentes transistores IGBT o MOSFET. Son ideales para este tipo de trabajos. Se montan en módulos separados. Este método de instalación puede mejorar el rendimiento de un dispositivo electrónico. Estos transistores funcionan en modo clave, el control se realiza mediante un sistema de microprocesador. El hecho es que todo el control es de baja corriente, no se requiere cambiar voltajes altos. Por lo tanto, esto se puede lograr usando el microprocesador más simple.
Los conjuntos especiales más utilizados de las series IR2132 e IR2130. Se componen de seis controladores que controlan las teclas. Tres se utilizan para la parte inferior y tres para la parte superior. Este ensamblaje le permite implementar una cascada simple del convertidor de frecuencia. Además, cuenta con varios grados de protección. Por ejemplo, contra cortocircuito y sobrecarga. Las características más detalladas de todos los elementos se pueden encontrar en los manuales. Pero todos los elementos de poder tienen un gran inconveniente: el alto costo de los productos.
Esquema estructural del convertidor
Cualquier convertidor de frecuencia para un motor tiene tres bloques principales: un rectificador, filtros y un inversor. Resulta que el voltaje de CA se convierte primero en CC y luego se filtra. Después de todo esto, se invierte en una variable. Pero hay un tercer bloque: control por microprocesador del inversor. Y para ser más precisos, potentes transistores IGBT. Si alguna vez has tratadoconvertidores de frecuencia, entonces sabe que en el panel frontal tienen varios botones para programar.
El manual de instrucciones del inversor le indicará cómo configurar todas las funciones. Este es un asunto muy complicado, ya que hay bastantes configuraciones incluso en el dispositivo más simple. Además del hecho de que el dispositivo electrónico le permite cambiar la frecuencia de rotación de la armadura del motor, ajustar el tiempo de aceleración y desaceleración, también hay varios grados de protección. Por ejemplo, sobrecorriente. En el caso de utilizar un dispositivo de este tipo, no es necesario instalar interruptores automáticos.
Unidad rectificadora
Dependiendo del propósito del convertidor de frecuencia, se utilizan diferentes etapas rectificadoras. Y la opción de alimentación puede ser tanto desde una red trifásica, como desde una monofásica. Pero a la salida del inversor, en cualquier caso, hay una tensión alterna trifásica. Pero para controlar la corriente, primero debe rectificarse. El caso es que es bastante difícil controlar la variable: es necesario usar reóstatos grandes, lo cual no es muy conveniente. Además, ahora es el momento de la microelectrónica y la automatización, no solo no es razonable usar tecnologías obsoletas, sino que también es muy poco rentable.
Un dispositivo electrónico que consta de seis diodos semiconductores se utiliza para rectificar una corriente alterna trifásica. Se encienden en un circuito puente, resulta que cada par de diodos sirve para rectificar una fase. Aparece un voltaje constante en la salida de la unidad rectificadora, suel valor es igual al que fluye a la entrada. En esta etapa, se completan todas las transformaciones, no se realiza ningún control de este bloque. En el caso de que la alimentación se suministre desde una red monofásica, una etapa rectificadora es suficiente incluso desde un solo diodo. Pero es más eficiente usar un circuito puente de cuatro.
Cuadro de filtro
Este módulo se utiliza para el filtrado de voltaje de CC. La versión más simple del bloque es un inductor incluido en el espacio del hombro positivo. Un condensador electrolítico está conectado entre los polos. Tiene una función: deshacerse del componente variable. El problema es que el rectificador no puede eliminar por completo las ondas. Queda una pequeña cantidad de CA que puede producir un ruido significativo durante el funcionamiento.
Para considerar el principio de funcionamiento del bloque de filtro, es necesario analizar reemplazando los elementos. Cuando se opera en condiciones de corriente continua, la inductancia se reemplaza por resistencia, el capacitor se reemplaza por un circuito abierto. Pero cuando se alimenta con corriente alterna, la capacitancia se reemplaza por resistencia. Por tanto, toda la componente variable desaparece, ya que en este caso se produce un cortocircuito. Para entender esto es bastante difícil, es necesario comprender los fundamentos teóricos de la ingeniería eléctrica. Pero no se puede fabricar un convertidor de frecuencia trifásico sin esto.
Etapa inversor
Y aquí comienza la diversión: el uso de potentes transistores IGBT. Están controlados por un sistema de microprocesador, desdela calidad de su funcionamiento depende del funcionamiento de todo el convertidor de frecuencia. Tal circuito convertidor de voltaje es ampliamente utilizado. De hecho, con la ayuda de transistores de potencia, se puede invertir cualquier voltaje. En total, se utilizan seis elementos en el circuito más simple: dos para cada fase. El convertidor de frecuencia produce 220 voltios en cada fase con respecto a cero.
Para evitar que se produzca un voltaje inverso, es necesario utilizar diodos semiconductores. Están conectados entre el colector y el emisor de los transistores de potencia. La gestión se realiza en la entrada de la base. Como se mencionó anteriormente, los convertidores de frecuencia de bricolaje tienen dos transistores para cada fase en la cascada del inversor. Encienda sus uniones p-n en serie. La fase se elimina desde el punto medio de cada hombro. Los módulos listos para usar están disponibles para la venta, tienen cables para suministrar voltaje continuo, así como tres contactos para eliminar la alterna trifásica. Además, hay un conector para conectar un sistema de control de microcontrolador.
Control por microprocesador
Utilizado para cambiar la velocidad del eje del motor por el inversor, el voltaje, cuya frecuencia predeterminada es 50 Hz, se puede cambiar en amplitud en un amplio rango. Y más concretamente, de cero a la frecuencia que pueda proporcionar el microprocesador. El requisito principal para este último es la capacidad de conectar múltiples dispositivos. Cuando usteddiseñe un convertidor, el voltaje, cuya frecuencia cambia mediante una resistencia variable, debe ser controlado por el procesador. Se elige con cuidado, debe tener un número suficiente de puertos de E / S.
Puede complicar un poco el sistema conectando una pantalla LCD al microcontrolador. No se requiere una alta reproducción cromática, el monocromo es suficiente, como en las calculadoras simples. Los botones para la programación también están conectados a los puertos de entrada y salida. Así es como se puede hacer un convertidor de frecuencia simple. El precio de todos los elementos no será más de dos mil rublos. Pero el costo de un inversor con una potencia de 200-750 vatios oscila entre 6500 y 12000 rublos. Todo depende del fabricante y de las capacidades del dispositivo.
Caja del dispositivo
Los convertidores de frecuencia de bricolaje deben tener una carcasa fiable. De ello depende no sólo la facilidad de uso, sino también la eficiencia. La base está hecha de aluminio. La razón para usar este material es la necesidad de un enfriamiento de alta calidad. Durante el funcionamiento, el módulo IGBT se calienta mucho y la temperatura de los diodos semiconductores también aumenta. Y no importa en absoluto si tiene un convertidor de frecuencia de 380 o 220 voltios.
El resto del cuerpo es de plástico. Es necesario que todos los elementos de potencia estén ocultos por él, para que no haya contacto accidental con terminales de alto voltaje durante la operación. En la parte frontal, es necesario proporcionar un orificio para la pantalla LCD y los botones. por separado, enun lugar conveniente, se instala una resistencia variable. Al programar el microcontrolador, es necesario tener en cuenta que esta resistencia cambia la frecuencia de la corriente de salida.
Intercambio de calor de los elementos del sistema
Se debe prestar especial atención a la disipación del calor. Cuanto más potente sea el dispositivo que se está desarrollando, más fiable debería ser el sistema de refrigeración. Como se mencionó anteriormente, la base debe ser de aluminio. El circuito del convertidor de tensión debe proporcionar protección contra el sobrecalentamiento. Para este propósito, se requiere perforar un orificio en la carcasa, se monta un sensor de temperatura en él. Desde allí, la señal se alimenta a través de un dispositivo de adaptación al microcontrolador. Si se supera la temperatura máxima, se debe desconectar la carga. Por lo tanto, el módulo del transistor de potencia se apaga.
Para mejorar la disipación del calor, se deben utilizar ventiladores. Su ubicación debe elegirse de modo que el flujo de aire enfríe las aletas del radiador de la caja. Para aumentar la eficiencia del sistema de enfriamiento, debe usar pasta térmica. Es más razonable encender los ventiladores al momento de encender el dispositivo. Pero también es posible programar el controlador usando una señal de un sensor de temperatura. Cuando la temperatura alcanza la mitad de la temperatura a la que se produce el apagado de emergencia del dispositivo, los ventiladores se encienden.
Placa de circuito
Como placa de circuito, es mejor usar opciones preparadas. A la venta hay tablas de diferentes tamaños con agujeros alrededor de los cualespequeños contactos estañados. Se les conoce coloquialmente como "peces". Lo único que vale la pena considerar es la posibilidad de reemplazar el procesador y los microcircuitos. Para este propósito, debe usar conectores soldados a la placa. Los convertidores de frecuencia de bricolaje se fabrican mejor con la expectativa de un reemplazo rápido de los elementos. El IC o controlador simplemente se enchufa en este zócalo, como un enchufe en un zócalo.
Conclusiones
También puede hacer su propio convertidor de frecuencia. El precio de los análogos, como descubrimos, es mucho más alto. Aunque, claro, tienen más oportunidades. Pero, de hecho, si observa más de cerca, resulta que en realidad no se utilizan más de cinco funciones. Cuando el variador está funcionando, es necesario cambiar la velocidad de rotación, así como ajustar los tiempos de aceleración y desaceleración. Con un poco menos de frecuencia, se utilizan la función inversa y el cambio de la corriente máxima permitida.
