Содержание
Содержание
В статье описывается инвертор напряжения для питания трехфазного электродвигателя. Инвертор осуществляет ручное скалярное управление работой электродвигателя.
В современном частотно-регулируемом электроприводе можно выделить три основные составляющие:
1. Преобразователь электроэнергии (выпрямитель-инвертор).
2. Система управления.
3. Асинхронный электродвигатель.
Преимущественно в частотно-регулируемых приводах применяется простая схема, состоящая из неуправляемого выпрямителя и независимого инвертора напряжения.
В регулируемых электроприводах переменного тока используются три основные структуры системы автоматического регулирования:
1. Реализация заданной статической зависимости между частотой и действующим значением напряжения U, питающего электродвигатель (скалярное управление электроприводом).
2. Алгоритм векторного управления.
3. Алгоритм прямого управления моментом.
При скалярном управлении контур управления разомкнут. Частота вращения электродвигателя в этом случае определяется моментом нагрузки и выходной частотой преобразователя f. Выходное напряжение преобразователя зависит от частоты и определяется соотношением K=U/f. Для каждого конкретного случая эта зависимость может иметь различный угол наклона U/f.
Система автоматической регулировки должна измерять фазные токи IА, IВ и вычислять активное значение тока, пропорциональное моменту. Область применения такого преобразователя с системой скалярного типа: насосы, вентиляторы, центрифуги, конвейеры.
Система автоматического регулирования с векторным управлением используется для регулирования частоты вращения или момента электродвигателя. Типичное применение: краны, подъемники, лебедки. Такое управление требует измерения тока статора IА, IВ и числа оборотов ротора двигателя. Полученные сигналы вводятся в математическую модель асинхронного электродвигателя. Система автоматического регулирования прямого управления моментом основана на реализации во времени работы двух моделей:
1. Регулирование в скользящем режиме вектора потокосцепления статора и момента М электродвигателя по значениям, их заданных и действительных величин. Такое регулирование осуществляется модулем сверхбыстрых процессоров.
[su_box style="default" title="" box_color="#F27405" radius="0"]2. Модель асинхронного электродвигателя через каждый промежуток времени осуществляет вычисление действительных значений потока статора и момента по вводимой в нее (модель) информации: токам фаз статора, напряжению звена постоянного тока и положению ключей инвертора. Кроме того, производится вычисление скорости асинхронного двигателя и частоты выходного тока инвертора. Этот метод прямого управления моментом привлекателен тем, что отсутствует широтно-импульсная модуляция и не используется датчик вращения электродвигателя.
[/su_box]Из сказанного следует, что реализовать два последних метода САР часто затруднительно.
В большинстве преобразователей частоты для формирования синусоидального тока в статорной обмотке асинхронного двигателя используется ШИМ (широтно-импульсная модуляция).
Наряду с массой преимуществ такой способ получения синусоидального тока не свободен от существенных недостатков, главный из которых заключается в том, что для получения малых гармонических составляющих тока необходимо значительно увеличить частоту переключений ключей инвертора (до 20…25 кГц).
Это вызывает рост динамических потерь в ключах инвертора, а также усложнение и без того тяжелых энергетических условий, в которых работают силовые элементы схемы. Кроме того, принцип ШИМ не позволяет полностью использовать напряжение источника питания, особенно в случаях, когда необходимо реализовать повышенный момент на валу асинхронного двигателя.
На рис.1 показана принципиальная схема автономного инвертора напряжения для питания трехфазного асинхронного двигателя. Это устройство реализует ручное скалярное управление электродвигателем, поскольку нет обратной связи (не контролируется величина тока в обмотках статора). Реализация заданной статической зависимости между частотой f и действующим значением напряжения U, питающего электродвигатель, осуществляется вручную.
https://www.youtube.com/watch?v=3dcrmY0goXYЗадающий генератор выполнен на основе 3 инверторов DD1.1–DD1.3. Скважность его импульсов близка к 50%, и генератор работает на частоте, определяемой выражением F~1/[0,5(R2+R3)C1]. Такой генератор мало чувствителен к изменениям величины напряжения питания. Регулирование частоты генератора (а, следовательно, и выходной частоты преобразователя) осуществляется резистором R3.
Широтно-импульсный модулятор построен на микросхеме DD7 и инверторе DD11.2. Микросхема DD7 (западный аналог этой микросхемы CD4007) содержит два инвертора и два полевых (р-канальный и n-канальный) транзистора. Сопротивление каналов этих транзисторов почти линейно зависит от входного напряжения. Полевые транзисторы включены через диоды VD1 и VD2 параллельно резистору R9.
При высоком уровне напряжения на выходе генератора диод VD2 будет проводить, т.е. выходное сопротивление р-канала транзистора DD7.3 будет включено параллельно с резистором R9. Подобным же образом выходное сопротивление n-канального транзистора включается параллельно резистору R9 при низком уровне на выходе генератора.
Широтно-импульсный модулятор реализуется изменением скважности импульсов генератора в соответствии с входным напряжением, поступающим с двухзвенной интегрирующей цепочки R6C4, R7C5. Само изменение частоты колебаний минимально зависит от их скважности, так как выходное сопротивление одного транзистора возрастает, а другого всегда уменьшается при любой величине управляющего напряжения.
Таким образом, среднее за период значение шунтирующего резистор R9 сопротивления остается постоянным. Частота колебаний генератора соответствует 10 кГц. Увеличение управляющего напряжения, поступающего на модулятор, приводит к увеличению длительности выходных импульсов. Уменьшение управляющего напряжения, соответственно, приводит к уменьшению длительности импульсов выходного сигнала.
При этом частота колебаний остается неизменной.
Выходной сигнал задающего генератора (DD1.1–DD1.3) подается на вход 13 DD5.1 (с выв. 3 DD1.2), а также на тактовый вход 14 DD2 (с выв. 11 DD1.1).
На микросхеме DD2 выполнен десятичный счетчик-делитель частоты с дешифратором. Если на входе «разрешение» 13 ИМС DD2 присутствует низкий уровень, счетчик считает импульсы по положительному перепаду на тактовом входе 14. При высоком уровне на входе 13 ИМС DD2 действие тактового входа запрещается, и счет останавливается.
[su_box style="default" title="" box_color="#BF0404" radius="0"]Высокий уровень на входе сброса R (выв. 15) DD2 счетчика устанавливает его в «нулевое» состояние. На каждом выходе счетчика-дешифратора DD2 высокий уровень последовательно появляется только на длительность периода тактового импульса.
[/su_box]Выходные импульсы с выходов микросхемы DD2 формируются в трехфазную импульсную последовательность с помощью микросхемы DD3. Микросхема DD4 осуществляет инверсию трехфазной импульсной последовательности.
С помощью D-триггеров микросхемы DD8 получают трехфазную импульсную последовательность, задержанную относительно исходной.
Из прямых и инверсных выходных сигналов микросхем DD3.1–DD3.3, DD4.1–DD4.3 и триггеров DD8 логические элементы DD9.1, DD9.2, DD10.1, DD10.2, DD11.1, DD11.3 формируются импульсы управления «верхними» и «нижними» силовыми ключами.
[su_quote]Преобразователь реализован по схеме полного трехфазного моста, выполненного на шести транзисторах VT1–VT6. Синусоидальный выходной сигнал формируется методом широтно-импульсной модуляции. Управляется мост тремя высокочастотными драйверами типа IR2110 (ИМС DA1–DA3), способными перезаряжать затворы полевых транзисторов током до 2 А. Входное напряжение для этих драйверов должно находиться в пределах 10…15 В. При снижении напряжения ниже 10 В драйвер отказывается работать, так как он имеет встроенную схему контроля питающего напряжения.
[/su_quote]Повышение напряжения выше 15 В приводит к выходу из строя драйверов или затворов полевых транзисторов. Максимальное напряжение между затвором и истоком VT1–VT6 составляет 20 В. Драйверы DA1–DA3 имеют вход SD, при подаче на который сигнала высокого уровня они запираются, и преобразователь не работает. Это можно использовать для защиты преобразователя от перегрузки. Выходной сигнал с задающего генератора поступает на делитель частоты на 3 (DD5.1, DD6.1, DD6.2), а также на логический элемент «Исключающее ИЛИ», выполненный на микросхеме DD5.3.
[su_box style="default" title="" box_color="#475904" radius="0"] [/su_box]Логический элемент DD5.2 в сочетании с резистором R4 и конденсатором C2 создает пусковой импульс, устанавливающий оба триггера ИМС DD6 в исходное состояние. Выходной сигнал делителя частоты на 3 (сдвинут на 180° относительно входного), проходит через две последовательно соединенные интегрирующие цепочки R6C4, R7C5 и представляет собой по форме приблизительно синусоиду с периодом в 10 мс.
Выходной сигнал логического элемента DD5.3 – прямоугольный импульс длительностью 0,5 мс и периодом в 1,7 мс. Длительность импульса можно регулировать, изменяя величину резистора R5. От длительности импульса зависит величина зазора между включением силовых ключей. Это необходимо для того, чтобы силовые ключи не оказались одновременно открытыми, что опасно протеканием через них сквозных токов.
[su_box style="default" title="" box_color="#475904" radius="0"] [/su_box]Диоды VD7–VD10 устанавливаются в том случае, когда используемые в инверторе силовые транзисторы не имеют внутреннего диода. Мощность преобразователя зависит от типа примененных полевых транзисторов. Полевые транзисторы, а также транзисторы IGBT можно устанавливать параллельно для увеличения мощности преобразователя.
https://www.youtube.com/watch?v=obrVIkbBb7QНа рис.2 показаны временные диаграммы сигналов в определенных точках инвертора, а именно:
1 – тактовая частота задающего генератора;
2 – выходной сигнал логического элемента DD5.3;
3 – вывод12 D-триггера DD6.2;
4 – импульсная последовательность на выводе 9 логического элемента DD3.1;
6 – импульсная последовательность на выводе 6 логического элемента DD3.2;
8 – импульсная последовательность на выводе 10 логического элемента DD3.3. (т.е. образуется прямая трехфазная импульсная последовательность);
5, 7, 9 – инверсная трехфазная импульсная последовательность, на выводах логических элементов DD4.1–DD4.3;
10, 12, 14 – задержанная (на длительность импульса логического элемента DD5.3) прямая трехфазная импульсная последовательность;
11, 13, 15 – задержанная инверсная трехфазная импульсная последовательность;
16, 18, 20 – входные сигналы верхних ключей драйверов DA1–DA3;
17, 19, 21 – входные сигналы нижних ключей драйверов DA1–DA3;
Сигналы 6–21 показаны без высокочастотного заполнения.
Как правило, в преобразователях частоты для получения широтно-импульсной модуляции используются микропроцессоры. Мне хотелось решить эту задачу аппаратным способом. Проблема заключается в том, что широтно-импульсную модуляцию необходимо менять на каждом полупериоде синусоидального напряжения.
Силовая часть инвертора особенностей не имеет, но желательно использовать устройство для «плавного» пуска [1].
1. Калашник В. Устройство для «плавного» пуска нагрузки в электросети // Электрик. – 2011. – №4. – С.82–83.
Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5c0661c064c7fc0436738224/avtonomnyi-3faznyi-invertor-napriajeniia-5c2893c171a4ff00abd1e9d3
Инверторный генератор Elitech БИГ 2000. Устройство и внешний вид
В этой статье поделюсь своим опытом по подключению инверторного бензинового генератора к дому. В качестве подопытного образца выступает генератор Elitech Big 2000.
Внешний вид и основные органы управления показаны на фото слева. А инструкцию на этот генератор можно будет скачать, дочитав статью до конца).
Как обычно, все фото можно приблизить, а все файлы скачать бесплатно.
Ну и тоже, как обычно, сразу даю смежные статьи на моём блоге, которые схожи по теме:
Статья 1 – Подключение бензинового генератора Huter к дому. На эту статью я буду часто ссылаться, в ней рассмотрены теория и многие тонкости.
Статья 2 – Использование ИБП (UPS) для питания цепей управления. В этой статье также рассмотрены многие теоретические и практические вопросы применения UPS, приведены реальные осциллограммы.
Чем отличается инвертерный генератор от обычного? По моему мнению, если к обычному генератору (статья 1) подключить онлайн UPS, то вся эта система будет похожа на инверторный генератор.
Но не всё так просто. Инвертерный генератор лучше обычного, поскольку он может крутиться с любой частотой. Он сам определяет свои обороты в зависимости от потребляемой мощности. Обычный же генератор вынужден при любой нагрузке (в том числе, и на холостом ходу) крутиться с одинаковой частотой, выдавая в сеть 220В 50Гц.
[su_box style="default" title="" box_color="#F27405" radius="0"]Инверторный генератор крутится по ситуации, подзаряжая встроенную аккумуляторную батарею. А постоянное напряжение батареи преобразуется в чистый синуc, как это происходит в онлайн UPS. Потому такие генераторы ещё часто называют генераторами с двойным преобразованием.
[/su_box]В результате, у инверторного генератора имеются существенные преимущества, по сравнению с обычным:
За все эти преимущества надо платить, поэтому основным минусом является цена.
https://www.youtube.com/watch?v=r_jJPLTrp8kИнвертерные генераторы, как правило, являются бензиновыми, в то время как обычные могут быть и бензиновыми, и дизельными, и газовыми.
Мне удивительно, что многие люди, купившие генератор, думают, что его нужно подключать в розетку. Просто, делают кусок провода, на на обоих концах которого – штепсельные вилки. У меня волосы дыбом, а они мне в ответ – “ну ведь всё работает же!”
Передо мной стояла задача подключить инверторный генератор для котла к дому. Особенностью подключения было то, что при пропадания электроэнергии генератор планировалось выносить на улицу и подключать через разъем. Кроме того, генератор хозяева планировали брать с собой на природу, пользуясь штатными выходами переменного тока 220В.
Я уже писал про то, как сделать схему АВР (Автоматический ввод резерва), см. ссылку на подключение Huter в начале статьи. В данном случае нужно было также сделать АВР, чтобы пользователю ничего не надо было делать в смысле переключений, только подключить разъем.
В принципе, для АВР совсем не важно, какой генератор через него подключают. Не важна ни фирма, ни форма синуса, ни частота и уровень напряжения. То есть, эта схема подойдёт для любого генератора.
Вот такую схему я накидал быстренько от руки в данном случае:
1 Схема АВР черновик
Что за резистор? Об этом чуть позже, а пока схема подключения генератора к дому, уже в приличном виде:
2 Подключение генератора – схема АВР
Чем эта схема отличается от приведенной в статье про подключение Huter?
Третий контакт реле РЭК77-3 (нормально замкнутый, который я опять забыл указать на схеме) используется для остановки генератора при появлении городского напряжения.
Процесс сборки показан на фото:
3 Сборка схемы АВР
Вот такой щиток у меня получился:
4 Щиток с АВР
Дальше работаем у клиента.
Чтобы генератор подключить через АВР к дому, его надо переделать.
5 Разбираем генератор
Мне важно добраться до проводов, идущих на выключатель двигателя, и до выхода 220В.
6 Ищем нужные провода
Как и в Хутере, в этом генераторе (думаю, что и во всех других) двигатель запустится только при замкнутых контактах этого выключателя.
7 Панель управления сзади
Подключаю выходной кабель к генератору. Использую кабель ПВС 4х1,5. Максимальная мощность, которая будет передаваться по этому кабелю – 2 кВт, ток не более 10А. Если ток будет превышен, должна сработать защита генератора. Кроме того, эти провода защищены автоматом Q2 на 16А.
Источник: https://contur-sb.com/zadayuschiy-generator-dlya-trehfaznogo-invertora/
> Генераторы > Какой генератор потянет инверторный сварочный аппарат
Сварочные аппараты используются во многих сферах жизнедеятельности человека. Они помогают решать проблемы в бытовых условиях загородного дома, на мелких производственных предприятиях, в автомастерских, на крупных промышленных объектах. Особенно сварка востребована на строительных площадках, где еще недавно использовали тяжелые трансформаторные сварочные аппараты. Они имеют большие габариты, такой агрегат приходится перевозить на автомобильном транспорте. Трансформаторную сварку проблематично перемещать по территории строительной площадки.
Процесс выполнения сварочных работ
Конструкция инверторного сварочного аппарата намного легче и компактнее.
https://www.youtube.com/watch?v=nYbKyox-ElQСтроение крупногабаритного сварочного трансформатора
Назначение элементов трансформаторного аппарата для сварки:
Инверторный аппарат состоит из трех основных малогабаритных элементов:
Устройство инверторного сварочного аппарата
На внешней стороне корпуса и панели управления расположены:
С развитием современных сварочных технологий инверторные аппараты постепенно заменяют трансформаторные. Эту тему хорошо раскрывает форум в интернете, там рассматриваются, достоинства и недостатки инверторных аппаратов. Они лучше трансформаторной сварки, имеют малый вес и габариты, более функциональны, просты в эксплуатации, легко переносятся вручную.
Пример транспортировки инверторного аппарата
Какой сварочный инверторный аппарат лучше
Поступающий на вход переменный ток (220 В частотой 50 Гц), на входном выпрямителе преобразуется в постоянный. Фильтры, состоящие из набора электролитических конденсаторов, дополнительно сглаживают его колебания, делая ток лучше, стабильнее.
Далее полупроводниковый модулятор снова преобразует напряжение постоянного тока в переменное, с частотой более высоких колебаний до 100 кГц. Вторичный выпрямитель делает его снова постоянным, понижающий трансформатор снижает напряжение до уровня 70 В. Сварочный ток при этом может регулироваться платой управления от 10 до 160А, этого вполне достаточно для сварки металлов.
Электронная плата инверторного сварочного аппарата
Проблемой в работе сварочных аппаратов инверторного типа являются нестабильные источники питания. Вопросы возникающих неисправностей, и то, как их устранять хорошо раскрывает форум интернета, где специалисты дают практические советы дилетантам и делятся опытом между собой. Полупроводниковые приборы, транзисторы модулятора и инверторные диоды выпрямителей в процессе работы сильно нагреваются. Для снижения температуры их устанавливают на дюралевые радиаторы. При высоких температурах и скачках питающего напряжения эти элементы могут выйти из строя.
Какой выбрать автономный источник питания для сварочного инверторного аппарата? Запитывая инверторный сварочный аппарат от промышленной сети, особо беспокоиться о стабильности мощности источника питания незачем. Но в полевых условиях, на строительных площадках не всегда можно подключиться к электросетям. Для этого надо выбрать автономные источники питания. Самый распространенный и востребованный вид – это малогабаритный бензиновый генератор.
Но при этом возникает целый ряд вопросов:
Тему, в каких случаях, к какому генератору подключиться, широко раскрывает форум специалистов в сети интернет. Там рассказывается, какое сварочное оборудование лучше использовать на строительных площадках.
https://www.youtube.com/watch?v=g1ElJxn6BeQИспользование инвертора с бензогенератором
В первую очередь надо ознакомиться с параметрами сварочного аппарата, они есть в паспорте на изделие, можно распечатать из интернета. К примеру, сварочный аппарат выдает ток по максимуму 160А, надо рассчитать, какую максимальную мощность может потреблять сварочный аппарат. Используется формула:
Р св = Is х Ud КПД, где
Р св = (160 х 25) 0,85 = 4,7кВт или 4700 Вт.
В процессе сварки никогда не используется постоянно режим максимальной мощности. Сварщики работают в пределах регулировки от среднего до максимального тока, в зависимости от того, с каким материалом имеют дело.
Нужен расчет средней мощности потребления сварочным аппаратом за период сварочных работ. В паспорте указывается такой параметр как ПВ, это временная поправка в процентах на использование максимальной мощности в процессе работы. Обычно ПВ – 40%, чтобы рассчитать среднюю мощность надо максимальную умножить на ПВ100, получится 4700 х 0.4 = 1,88 кВт.
В некоторых паспортах на инверторные аппараты и генераторы мощность обозначают не в кВт (киловаттах), а в кВА (киловольт-ампер). Эту разницу надо обязательно учитывать. Обе единицы измеряют потребляемую мощность, кВт – показывает потребление активной мощности, кВА – полной.
[su_box style="default" title="" box_color="#BF0404" radius="0"]В идеальном случае при использовании в качестве нагрузки нагревательных приборов вся мощность является активной, сила тока преобразуется в тепло кВА=кВт. Но при другой нагрузке, с инверторными аппаратами, электромоторами и другими потребителями только часть мощности будет активной, которая пойдет на раскрутку ротора электродвигателя или разогрев электрода сварочного аппарата. Появляется реактивная составляющая, которая расходуется на нагрев провода, полупроводниковых элементов электрических схем. В результате полная затраченная мощность будет больше активной.
[/su_box]Для оценки отношения активной и реактивной мощности с учетом появления линейных и нелинейных помех в сети с различными нагрузками ввели коэффициент мощности (КМ) соs-ϕ. Его оптимальное значение 1, когда нагрузка нагревательный тэн, для инверторных аппаратов КМ указывается в паспортах примерно 0,8. Для перевода кВА в кВт надо кВА умножить на соs-ϕ (КМ), чтобы кВт перевести в кВА, нужно кВтсоs-ϕ (КМ). В рассматриваемом случае:
Источник: https://respect-kovka.com/zadayuschiy-generator-dlya-trehfaznogo-invertora/