Частотник однофазный своими руками: Скалярный частотник для однофазного асинхронного двигателя / Хабр

Однофазный частотный преобразователь на Arduino

В статье речь пойдет о создании простого однофазного маломощного частотного преобразователя на базе Arduino.

Предыстория. Как-то давно возникла у меня необходимость регулировать скорость вытяжного (канального) вентилятора. К моему удивлению, задача эта оказалась не совсем простой, как казалось на первый взгляд.  Я перепробовал несколько самых очевидных вариантов, но у всех были свои минусы. Первое, что приходит на ум, это диммер на симисторе и всяческие его разновидности, но этот вариант я отмел сразу, т.к. работает он некорректно: двигатель сильно гудит, греется и всем своим видом показывает, что ему это не нравится. Следующий вариант это регулировка (по факту – уменьшение) оборотов вентилятора путем увеличения скольжения двигателя, т.е. уменьшения напряжения. В общем, вариант неплохой (по крайней мере, для вентилятора), но только если нужно небольшое замедление, т.к. при увеличении скольжения опять же растут потери и нагрев двигателя. Еще одним недостатком данного варианта является сложность изменения переменного напряжения, это можно делать дискретно, включая последовательно с двигателем различную нагрузку: активную (лампочка, мощный резистор), реактивную (дроссель, конденсатор), как раз вариант с конденсатором проработал у меня в вытяжке довольно долго. Если же нужно менять напряжение постепенно, то самым простым и доступным вариантом является ЛАТР, его же основной недостаток – это размеры и вес, как-то не очень, когда регулятор в несколько раз больше и тяжелее регулируемого устройства. Ну и, наконец, последний, самый правильный вариант – это, конечно, частотный преобразователь, далее о нем.

Поискав в сети и не найдя ничего подходящего (т.к. в основном все частотники трехфазные и выдают более киловатта мощности), я принял решение собирать свое.

Вкратце об общих принципах

За основу была взята плата Arduino (nano), как самый простой вариант для начала, до этого программированием каких-либо МК я не занимался. Задача ее формировать два шим сигнала, нарезающих синус, для положительной и отрицательной полуволн поочередно (Униполярная модуляция, если не ошибаюсь). Выглядеть это должно примерно так:

Силовая часть – это полный мост на четырех транзисторах, управляемых двумя драйверами IR2110, выход с которых фильтруется LC фильтром, также есть защита по току, реализованная на датчике тока и компараторе (ОУ tl072cp, был под рукой), порог срабатывания настраивается.  Блок питания логики и драйверов изобретать не стал, просто оставил место на плате для отдельной платы бп, например такой:

(в рабочем варианте поставил плату от сетевого адаптера на 13в т.к. когда собирал китайцы БП еще не прислали). Выходное напряжение блока питания в идеале 13-15в, можно и 12, если ключи не особо мощные. Для питания ардуинки и дисплея на плате есть стабилизатор на 5 вольт (lm7805).

Теперь немного подробней, начнем с программной части. При написании прошивки очень помог сайт Алекса Гайвера, за что ему огромное спасибо!

Для начала с помощью библиотеки формируется ШИМ сигнал (частота около 8кГц) на 9 и 10 ногах, для положительной и отрицательной полуволны соответственно.  Далее для создания синусоиды используется массив из 100 значений в диапазоне от 0 до 2000 (диапазон скважности для данного варианта ШИМа).

В основном цикле программы по значениям из этого массива меняется скважность поочередно для положительной и отрицательной полуволны (сначала для 9 потом для 10 пина). Частота синуса устанавливается через период для каждого значения из таблицы, например, для 50 гц расчет будет следующий: частота 50гц, соответственно,  период одного полного колебания 0,02с или 20000 микросекунд (именно в них задается интервал), за это время должно получиться две полуволны, т.е. 200 значений скважности (сначала 100 для 9го пина потом еще раз для 10го), отсюда время на одно значение скважности будет рассчитываться как 20000мкс/200=100мкс, для 25гц соответственно 40000/200=200мкс. У меня диапазон регулируется от 81мкс до 178мкс на одно значение из массива, что соответствует значениям частоты от 53 до 26 герц примерно. Что соответствует регулировке скорости от 106% до 26%. Быстрей эти движки крутиться не способны, а медленней для вентилятора не нужно, да и к тому же это уже чрезмерное насилие, не рассчитаны они на такое.

Итак, частота регулируется, но в частотнике также пропорционально частоте понижается и напряжение (скалярное управление, о векторном я даже не думал, и трудно, и не нужно). Это реализовано следующим образом: (скважность/32)*коэффициент (PotMapSkvaz) , который принимает значения от 30 до 16 в итоге результирующее значение скважности получается в диапазоне от 94% до 50% от того, которое было считано из таблицы, соответственно, и напряжение понижается на столько же (забегая немного вперед: ровного синуса не получилось за счет чего напряжение на выходе немного завышено, поэтому максимальная скважность не 100% а 94%).

В общем, цикл выглядит так: обнуляем оба значения скважности (от греха, но больше от сквозняков), рисуем первую полуволну синуса, проходя по массиву на каждом значении, задерживаясь в течение установленного времени, опять обнуляем значения скважностей и повторяем все для второй полуволны (отрицательного полупериода). По сути, ШИМ на обоих пинах работает постоянно, меняется только скважность, но, когда она равна нулю, фактически на пине нет никаких импульсов.

Далее про управление и индикацию: с энкодером проблем не было, он работает на прерываниях и много ресурсов не тратит, при повороте он уменьшает и увеличивает, соответственно, частоту до установленных пределов (53-25Гц), при нажатии на кнопку устанавливает частоту в дефолт (~50Гц).
Дисплей. С ним пришлось немного повозиться, т.к. при работе в цикле он оказывает влияние на быстродействие программы и, соответственно, на частоту, что никуда не годится, поэтому решено было присовокупить это действо к моментам изменения частоты, т.е. информация на дисплее обновляется только в моменты поворота энкодера, что немного замедляет программу, но, т.к. это происходит не постоянно, то ничего страшного в этом я не вижу. Также была прикручена запись переменной энкодера в постоянную память, что позволяет сохранить настройки частоты при отключении устройства от питания, происходит это тоже только лишь в моменты изменения оной.

По софту все, далее про железо. Схема: 

Как было сказано выше, основа схемы – это мост из 4 транзисторов (FQPF6N90C), управляемых двумя драйверами IR2110. Вход верхнего плеча одного драйвера соединен со входом нижнего плеча второго и наоборот. Питание схемы осуществляется отдельным импульсным БП на 13 вольт, ардуинка и дисплей питаются от 5 вольт через стабилизатор LM7805.

Энкодер в виде стандартного модуля для ардуино был немного переделан, изначально в нем стояли подтягивающие резисторы на 10к, что оказалось слишком много: наблюдались самопроизвольные срабатывания от наведенных помех, поэтому резисторы были заменены на 2к и добавлены конденсаторы по 0.47 мкФ, после этого ложных срабатываний больше не наблюдалось.

Также в схеме присутствует защита по току, реализованная на компараторе, на операционном усилителе tl072cp (из тех, что были под рукой) и датчике тока (R21 10 ом). В среднем положении подстроечного резистора R20 защита срабатывает примерно при токе в пол ампера, что соответствует нагрузке около 100 ватт (мощность стандартного канального вентилятора около 15-25 ватт), мощность моего по паспорту 16ватт. При превышении установленного тока и срабатывании компаратора высокий уровень сигнала подается на 11 ноги обоих драйверов (вход SD), что, соответственно, приводит к исчезновению сигналов на выходе и остановке генерации.

Далее про выходную часть. После транзисторов идет  LC фильтр, состоящий из индуктивности, в моем случае – 2,78 мГн и конденсатора в 0,47 мкФ. Об индуктивности стоит сказать отдельно: катушка намотана на сердечнике из материала МП-140, типоразмера П19х11х6.7, из двух половинок, витки не считал,  мотал около трех метров эмалированным проводом  d0.4мм.

Ну и по итогу о результатах. Печатная плата:

Финальная реализация готового устройства:

(Все фото кроме последнего сделаны с RC фильтром, который в итоге был заменен на LC, остальное без изменений)

Платы были заказаны у китайцев, после сборки и экспериментов на тестовой:

Форма выходного сигнала:

Ровного синуса на выходе не получилось, то, что получилось, видно на примерах осциллограмм, почему так, я до конца не понял, грешу на выходной фильтр, возможно нужна катушка большей индуктивности, если кто подскажет, куда копать, буду очень благодарен. Однако, несмотря на неровности выходного сигнала, двигатель вентилятора работает на нем прекрасно, без гула и перегрева. Нагрев присутствует, но в пределах нормы, такой, как при питании от сети, ну или,  немного больше, но, в общем, абсолютно не критично.

Как видно по фото, транзисторы установлены на радиатор (из алюминиевого уголка 40*40*3), также имеется принудительная вентиляция. Так вот, при первоначальных тестах в качестве фильтра был вариант RC пары (Резистор 100 Ом и конденсатор 0.47 мкФ), при таком варианте грелся достаточно неплохо резистор и немного радиатор с ключами, поэтому вентилятор и был прикручен. Однако с дросселем ситуация изменилась в корне: нагрев транзисторов фактически отсутствует, дроссель, может, на пару тройку градусов теплее температуры окружающего воздуха, но вентилятор убирать уже не стал, просто притормозил его резистором, чтоб не шумел, так он вроде никому не мешает.

На этом все. С удовольствием отвечу на вопросы, надеюсь, кому то мой опыт будет полезен.

P.S.: Про существование платы EGS002 я в курсе, к сожалению, про нее я узнал только ближе к концу моего приключения, и останавливаться было уже поздно)). Может, позже попробую что-нибудь и на ней собрать, но это будет уже совсем другая история.

Теги:

• Arduino
• Eagle

Частотный преобразователь однофазный 220 В для электродвигателя

Данная политика конфиденциальности относится к сайту под доменным именем instart-info.ru. Эта страница содержит сведения о том, какую информацию мы (администрация сайта) или третьи лица могут получать, когда вы пользуетесь нашим сайтом.

Данные, собираемые при посещении сайта

Персональные данные

Персональные данные при посещении сайта передаются пользователем добровольно, к ним могут относиться: имя, фамилия, отчество, номера телефонов, адреса электронной почты, адреса для доставки товаров или оказания услуг, реквизиты компании, которую представляет пользователь, должность в компании, которую представляет пользователь, аккаунты в социальных сетях; поля форм могут запрашивать и иные данные.

Эти данные собираются в целях оказания услуг или продажи товаров, связи с пользователем или иной активности пользователя на сайте, а также, чтобы отправлять пользователям информацию, которую они согласились получать.

Мы не проверяем достоверность оставляемых данных, однако не гарантируем качественного исполнения заказов или обратной связи с нами при некорректных данных.

Данные собираются имеющимися на сайте формами для заполнения (например, регистрации, оформления заказа, подписки, оставления отзыва, обратной связи и иными).

Формы, установленные на сайте, могут передавать данные как напрямую на сайт, так и на сайты сторонних организаций (скрипты сервисов сторонних организаций).

Также данные могут собираться через технологию cookies (куки) как непосредственно сайтом, так и скриптами сервисов сторонних организаций. Эти данные собираются автоматически, отправку этих данных можно запретить, отключив cookies (куки) в браузере, в котором открывается сайт.

Не персональные данные

Кроме персональных данных при посещении сайта собираются не персональные данные, их сбор происходит автоматически веб-сервером, на котором расположен сайт, средствами CMS (системы управления сайтом), скриптами сторонних организаций, установленными на сайте. К данным, собираемым автоматически, относятся: IP адрес и страна его регистрации, имя домена, с которого вы к нам пришли, переходы посетителей с одной страницы сайта на другую, информация, которую ваш браузер предоставляет добровольно при посещении сайта, cookies (куки), фиксируются посещения, иные данные, собираемые счетчиками аналитики сторонних организаций, установленными на сайте.

Эти данные носят неперсонифицированный характер и направлены на улучшение обслуживания клиентов, улучшения удобства использования сайта, анализа посещаемости.

Предоставление данных третьим лицам

Мы не раскрываем личную информацию пользователей компаниям, организациям и частным лицам, не связанным с нами. Исключение составляют случаи, перечисленные ниже.

Данные пользователей в общем доступе

Персональные данные пользователя могут публиковаться в общем доступе в соответствии с функционалом сайта, например, при оставлении отзывов, может публиковаться указанное пользователем имя, такая активность на сайте является добровольной, и пользователь своими действиями дает согласие на такую публикацию.

По требованию закона

Информация может быть раскрыта в целях воспрепятствования мошенничеству или иным противоправным действиям; по требованию законодательства и в иных случаях, предусмотренных законом.

Для оказания услуг, выполнения обязательств

Пользователь соглашается с тем, что персональная информация может быть передана третьим лицам в целях оказания заказанных на сайте услуг, выполнении иных обязательств перед пользователем. К таким лицам, например, относятся курьерская служба, почтовые службы, службы грузоперевозок и иные.

Сервисам сторонних организаций, установленным на сайте

На сайте могут быть установлены формы, собирающие персональную информацию других организаций, в этом случае сбор, хранение и защита персональной информации пользователя осуществляется сторонними организациями в соответствии с их политикой конфиденциальности.

Сбор, хранение и защита полученной от сторонней организации информации осуществляется в соответствии с настоящей политикой конфиденциальности.

Как мы защищаем вашу информацию

Мы принимаем соответствующие меры безопасности по сбору, хранению и обработке собранных данных для защиты их от несанкционированного доступа, изменения, раскрытия или уничтожения, ограничиваем нашим сотрудникам, подрядчикам и агентам доступ к персональным данным, постоянно совершенствуем способы сбора, хранения и обработки данных, включая физические меры безопасности, для противодействия несанкционированному доступу к нашим системам.

Ваше согласие с этими условиями

Используя этот сайт, вы выражаете свое согласие с этой политикой конфиденциальности. Если вы не согласны с этой политикой, пожалуйста, не используйте наш сайт. Ваше дальнейшее использование сайта после внесения изменений в настоящую политику будет рассматриваться как ваше согласие с этими изменениями.

Отказ от ответственности

Политика конфиденциальности не распространяется ни на какие другие сайты и не применима к веб-сайтам третьих лиц, которые могут содержать упоминание о нашем сайте и с которых могут делаться ссылки на сайт, а также ссылки с этого сайта на другие сайты сети Интернет. Мы не несем ответственности за действия других веб-сайтов.

Изменения в политике конфиденциальности

Мы имеем право по своему усмотрению обновлять данную политику конфиденциальности в любое время. В этом случае мы опубликуем уведомление на главной странице нашего сайта. Мы рекомендуем пользователям регулярно проверять эту страницу для того, чтобы быть в курсе любых изменений о том, как мы защищаем информацию пользователях, которую мы собираем. Используя сайт, вы соглашаетесь с принятием на себя ответственности за периодическое ознакомление с политикой конфиденциальности и изменениями в ней.

Как с нами связаться

Если у вас есть какие-либо вопросы о политике конфиденциальности, использованию сайта или иным вопросам, связанным с сайтом, свяжитесь с нами:

8 800 222 00 21

[email protected]

Страница не найдена

• Дом
• страницы
• 404

ОБЗОРЫ GOOGLE

Отличные продажи и еще более качественное послепродажное обслуживание.

Очень рекомендую Электрам!

— Подрядчик по электрике Брент

На самом деле можно поговорить с людьми, которые знают свое дело, не перепродают, быстро все доставят.

— Грэм

Фантастический опыт. Я долго выбирала, но они всегда были рядом, чтобы ответить на все мои вопросы. Могу только порекомендовать Electram

— Юрг Владелец деревообрабатывающего цеха

В прошлом году купил у этих ребят аппарат. Отличный сервис, выше всяких похвал! Я был в затруднительном положении, мне нужно было срочно, и они добрались до меня здесь, в Британской Колумбии. Быстрый ответ и очень хорошо осведомленный купил бы от них в одно мгновение.

— Джоди Владелец бизнеса

Команда Electram обладает невероятно разнообразным набором навыков и организована таким образом, чтобы производить только лучшее. Все, что выходит за дверь, проверяется и перепроверяется, контроль качества выдающийся, и у них есть богатые знания, которыми они находят время, чтобы поделиться со всеми, кто спросит. Настоятельно рекомендую.

— Джейк Электрик Контракор

Рон и команда Electram обеспечивают превосходное обслуживание клиентов и высококачественную продукцию. Я настоятельно рекомендую их другим электрикам, инженерам или всем, кто нуждается в их услугах. Очень доволен и надеюсь снова поработать с ними в ближайшее время.

— Джесси Владелец деревообрабатывающего цеха

Электрам очень терпеливо отвечал на все мои вопросы и очень много знал. Очень рад, что нашел их.

— Тамара Владелец малого бизнеса

Я купил подержанный фазоинвертор Electram на Craigslist и нуждался в помощи с подключением. Сотрудники Electram немедленно ответили на мои электронные письма и телефонный звонок и были очень полезны, ответив на все мои вопросы, быстро настроив и запустив мой фазовый преобразователь. Отличное обслуживание клиентов. У них даже есть все оригинальные характеристики и информация о моем точном преобразователе.

— Марк Владелец малого бизнеса

Спасибо за интенсивный сервис и доставку запчастей. Вы, люди, были знающими, терпеливыми и полезными. От заказа запчастей в 16:00 по восточному поясному времени до их получения на следующий день к полудню не один, а 3 раза! Абсолютно потрясающе. И особая благодарность Рону за то, что мы устраняли неполадки в очень сложном приложении. Наш клиент был очень доволен и впечатлен.

— Тони Владелец Orser Technical Services

Фантастическая техническая и коммерческая поддержка. Очень рекомендую этих ребят!

— Джозеф

Кому нужен преобразователь частоты? Я просто куплю инвертор…

Ken Reindel, 2023

Чтобы просмотреть преобразователи частоты и напряжения для покупки, нажмите здесь: https://www.kccscientific.com/frequency-converters/

Неудивительно, что люди всегда хватаются за «более дешевый» или «умный» способ преобразования частоты. Недавно к нам пришел любопытный покупатель и задал такой вопрос: «Зачем мне преобразователь частоты? Я просто куплю дешевый китайский синусоидальный инвертор, и он подойдет».

Довольно интересная идея! Да, правильный синусоидальный инвертор обеспечит определенное выходное напряжение переменного тока и частоту. И для некоторых приложений это может работать как часть головоломки. Но прежде чем вы приступите к этому подходу «сделай сам», было бы разумно подумать, с чем вы столкнетесь.

Если вы опытный инженер-электронщик, желающий заниматься исследованиями, и у вас достаточно денег, чтобы попробовать некоторые вещи, то вы, возможно, сможете справиться с этим. Если нет, то не стоит и пытаться. Не существует шаблонных решений, поскольку инверторы во многом различаются.

Давайте рассмотрим некоторые проблемы, связанные с инвертором и преобразователем частоты.

>Вы не сможете получить доступ к рекомендациям по поддержке продукта от производителя инвертора.   Что произойдет, если технически что-то пойдет не так? И есть длинный список возможных проблем. Читайте дальше…

>Вам будет трудно найти подходящий преобразователь напряжения и частоты там, где вы находитесь.   Например, если вы живете в США, вам будет сложно найти инвертор на 230 В переменного тока с частотой 50 Гц.

>Вам необходимо оценить инвертор на его выходную составляющую постоянного тока.   Это может стать серьезной проблемой, если вы думаете о питании аудиооборудования с помощью входных трансформаторов или большого трансформатора поезда.

>Один инвертор не может обеспечить заданную частоту или выходное напряжение.

>Погрешность частоты инвертора обычно составляет в лучшем случае 1% …а некоторые даже 5%. Для устройств, требующих точной синхронизации, это просто не сработает. На верхнем пределе этого предела ошибки вы вполне отчетливо услышите ошибку высоты тона, если вы включаете проигрыватель. Мы знаем некоторых людей, которые могут обнаружить ошибку основного тона с точностью до 1%. Если вы хотите привести в действие дрель или пилу в каком-нибудь удаленном месте, вдали от бытовой электросети, то да, этот уровень точности подойдет.

>Упаковка, упаковка, упаковка.  Возможно, вам не нужен синусоидальный инвертор, предназначенный для работы в кемпинге, пучок проводов, несколько незакрепленных электронных деталей и открытый блок питания рядом с вашим дорогим проигрывателем, ламповым предусилителем или музыкальным автоматом.

>Вам может понадобиться БОЛЬШОЙ аккумулятор и зарядное устройство. Многие инверторы разработаны с учетом того, что они питаются от батарей. Оставайтесь в безопасности! Требования к силе тока могут привести к возгоранию проводов или расплавлению межсоединений, если вы не спроектируете их должным образом. Кроме того, некоторые батареи представляют опасность взрыва при наличии искр. Тщательно выбирайте зарядное устройство; некоторые выкипятят электролит батареи.

>Необходимо защитить аккумулятор от глубокого разряда. Для этого потребуется датчик уровня и переключатель. Для этого может быть полезным выбор инвертора с удаленным входом «вкл.».

>Замена батареи источником постоянного тока требует технических знаний.   Это может сработать, если вы готовы выполнить некоторую интеграцию электроники и выбрать совместимый блок питания. Вам нужно будет оценить требования к мгновенной мощности многих инверторов и электронных устройств, которые вы, возможно, пытаетесь запитать. Некоторые имеют такие высокие значения входной емкости, что многие блоки питания не могут их запустить.

В процессе правильного решения этой проблемы может оказаться, что блок питания дороже инвертора. Вам также могут понадобиться правильно подобранные конденсаторы и фильтры на пути между источником питания и инвертором. Рассмотрим, как их выбрать и зачем они нужны, и как их защитить. Вам может повезти, и все наладится, но надолго ли? Например, что, если инвертор выйдет из строя и отключит питание?

>Вы не будете получать поддержку от компании-производителя инверторов по вопросам интеграции частей вместе. Вы будете предоставлены сами себе, если что-то пойдет не так или инвертор перестанет работать из-за сделанной вами ошибки.

>Вы не получите качественной изоляции.   Инверторы предназначены не для этого. Так что будьте готовы к высокочастотным контурам заземления и всем связанным с этим проблемам с шумом.

>Вы можете столкнуться с РЧ (радиочастотными) помехами.  При соединении двух коммутационных устройств вместе, даже если каждое из них сертифицировано для радиочастотного излучения, взаимодействие между ними представляет собой авантюру.