Частотник на irams10up60b своими руками

Добавил пользователь Дмитрий К.
Обновлено: 04.10.2024

Работал ли кто-нибудь c модулем управления трехфазным электроприводом IRAMS10UP60A ? Какие ШИМ - сигналы необходимо подавать на ноги 15 – 20 (я имею ввиду соотношения сигналов между собой) чтобы заставить трехфазный двигатель, подключенный к соответствующим выводам модуля, вращаться с номинальным моментом. Должны быть они сдвинуты относительно друг друга на 120 градусов или синфазны, а модуль сам формирует смещение или же . В общем в дэйташите я не смог найти на этот вопрос ответ Помогите разобраться.
Виталий
[/url][/b]

Этот модуль - только набор силовых ключей, драйверов согласования уровней и узлов защиты. Управляется он логическими сигналами. По сути - это набор транзисторов, управляеиых логикой. Шесть транзисторов - шесть входов. Логика управления определяется контроллером электропривода. Модуль - не электропривод. Обратите внимание на квадратик Controller на стр. 9 даташита.
Удачи.

Регулирование частоты вращения ротора и момента на валу двигателей переменного тока частотой напряжения на обмотках – один из самых перспективных способов управления. Такой метод позволяет сократить потребление электроэнергии, снизить износ двигателей и механизмов, осуществлять плавный пуск без скачков тока. Частотное управление также позволяет отказаться от заслонок, задвижек, муфт и других механических средств регулирования технологических параметров и изменения скорости вращения вала.

Для регулирования частоты напряжения, которое подается на статор электродвигателя, используют частотные преобразователи. Наибольше распространение получили устройства на базе инверторов напряжения.

Такие частотные преобразователи состоят из выпрямителя, звена постоянного тока, инвертора.

Трехфазное напряжение сети преобразуются в постоянное, в звене постоянного тока на базе емкостного элемента сглаживаются пульсации, в инверторе постоянное напряжение трансформируется в переменное другой частоты.

Частота на входе регулируется поочередным открыванием и запиранием электронных ключей. Импульсы, изменяющие состояние полупроводниковых коммутаторов, задаются с управляющего устройства. Ключи выполнены на базе силовых транзисторов или тиристоров. Наиболее распространенная элементная база – биполярные транзисторы с изолированным затвором IGBT или тиристоры GTO, GCT, IGCT , SGCT.

Преобразователи частоты применяются в электроприводах практически всех отраслей промышленности, в бытовых станках и других сферах.

Современный частотник это не только регулятор частоты вращения электродвигателя. Оборудование совмещает функции ПИ и ПИД-регуляторов, электроаппаратов защиты от аварий и аномальных режимов работы. Преобразователи частоты также обеспечивают индикацию рабочих параметров, связь с комплексными или местными системами автоматизации по распространенным протоколам связи, фиксируют неисправности и поломки, передают данные на удаленные устройства.

Простые преобразователи частоты для станков бытового применения можно сделать своими руками. Для этого необходимы базовые знания промышленной электроники, теоретической электротехники, а также иметь навыки построения схем, пайки.

Любительские преобразователи частоты в основном используют для непосредственного задания скорости электропривода небольшой мощности. Самостоятельно разработать и собрать устройство с функциями автоматического регулятора и другими параметрами промышленного оборудования довольно сложно. Рассмотрим преобразователь частоты, разработанный и собранный самостоятельно.

Схема и описание любительского частотника на IGBT транзисторах

Производители элементов для силовой электроники выпускают интеллектуальные силовые модули и микроконтроллеры для управления такими приводами, что существенно упрощает задачу.

До появления комплексных элементов силовую часть и управляющий блок с генератором импульса приходилось собирать самостоятельно.

В представленной схеме применяется микроконтроллер ATmega48 и силовой блок IRAMS10UP60B со встроенным драйвером и возможностью управления по 3 каналам широтно-импульсного модулятора.

Управляющий блок реализует скалярное управление приводом, с увеличением частоты напряжения на выходе увеличивается его величина.

Заводские настройки контроллера предназначены для работы с двигателем на номинальное напряжение 220 В частотой 50 Гц. Скорость изменения частоты при разгоне составляет 15 Гц/ сек, до номинальной скорости электродвигатель разгоняется за 3 секунды, до частоты 150 Гц – за 10 секунд.

Добавочное напряжение на намагничивание установлено 10% от номинального. Время намагничивания и торможения постоянным током постоянно и составляет 1 сек. Добавочное напряжение при намагничивании и в режиме торможения изменяется одновременно.

При подаче напряжения заряжается конденсатор в звене постоянного тока. Как только напряжение на конденсаторе достигает 220 В, привод можно запускать. Для индикации готовности к пуску предусмотрена сигнальная цепь из светодиода и реле предзаряда. Как только конденсатор заряжается, контакты реле замыкаются, загорается светодиод, сигнализирующий о готовности привода.

Для управления преобразователем предусмотрено 6 выходов. Первые 2 – прямое и обратное вращение вала с номинальной частотой. Выходы с 3 по 6 – подача напряжения фиксированной частоты, которая задается резисторами R1, R2, R3, R4.

При регулировке частоты резисторами во время работы двигателя изменять частоту вращения нельзя. Частота меняется только после повторной подачи команды на 1 или 2 выход. Данные с регулировочных сопротивления считываются микроконтроллером только при отсутствии сигналов с 1 и 2 выхода.

Для плавного изменения скорости при работающем электроприводе требуется включить в цепь джампер. При этом R1 остается активным, а при помощи R4 можно задавать частоту выходного напряжения 5 до 100Гц.

При регулировке частоты необходимо учитывать, что максимальном уровню сигнала 5 В на входе микроконтроллера соответствует верхнее значения частоты – 200 Гц. Для настройки масштабирования напряжения в звене постоянного тока 1:100 предусмотрен резистор R5. Для измерения уровня управляющего сигнала предусмотрены резисторы R1, R2, R3, R4 с общим отрицательным контактом.

Настройка самодельного преобразователя частоты

Перед настройкой преобразователя проверяют правильность и качество установки электронных комплектующих. Далее проверяют делитель напряжения для звена постоянного тока (цепь R2). 1 В на соответствующим выходе микроконтроллера должен соответствовать 100 В звена постоянного тока.

Далее приступают к настройке привода. Силовые модули имеют установленную заводскую конфигурацию для двигателей на 220 и 380 В номинальной частотой 50 Гц. Чтобы их активировать, требуется:

Подать питание на преобразователь и контроллер.
Дождаться готовности (должен загореться светодиод).
Удерживать кнопку В1 пока светодиод не начнет мигать, затем отпустить ее.
Выбрать 1 скорость, когда светодиодный индикатор перестанет мигать, снять команду.

В этом случае будут активированы настройки по умолчанию: номинальное напряжение электродвигателя – 220 В; 50 Гц, добавочное напряжение для намагничивания и торможения – 10%, скорость изменения частоты при разгоне и торможении – 15 Гц/сек.

Настройка на номинальную частоту 30 Гц осуществляется аналогично, разница в выборе выхода. В этом случае команда подается на выход 2.

Для задания 1 и 2 скорости настроечными резисторами необходимо не подавать напряжение на вход выбора 1 или 2 скорости до задания параметров регулировочными резисторами. Далее нажать и удерживать кнопку В1 до тех пор, пока светодиод не начнет моргать, выставить значения частоты (скорости) всеми резисторами. Затем удерживать кнопку В1 до исчезновения мигания светодиода. При этом настройки будут зафиксированы.

К такому приводу можно подключать двигатели до 0,75 кВт. Мощность электродвигателей зависит от емкости конденсатора в звене постоянного тока, на каждый 2 кВт необходимо 1000 мкФ. Для исключения повреждений силового модуля рекомендуется ставить дроссель на выходе. Индуктивный элемент ограничивает скорость нарастания тока и защищает преобразователь.

Возможности самодельного преобразователя частоты

Частотник, собранный по данной схеме, обеспечивает:

Задание частоты напряжения на выходе в пределах от 5 до 200 Гц.
Изменение скорости частоты от 5 до 50 Гц/cек.
4 фиксированные частоты с возможностью настройки в диапазоне 5-200 Гц.
Добавочное напряжение на намагничивание и торможение от 0 до 20% от номинального (по умолчанию 10%).
2 встроенные готовые настройки.
Регулировку скорости на ходу двигателя построечным потенциометром.
Индикацию готовности привода (предзаряда конденсатора в звене постоянного тока).
Возможность регулирования характеристики U/F (скалярное управление).

Устройство также контролирует температуру силовых транзисторов IGBT, величину напряжения DC звена, сигнализирует о недопустимых значениях этих параметров, обеспечивает аварийную остановку электропривода. При необходимости возможно реализовать защиту от сверхтоков.

Частотники, собранные своими руками, вполне можно использовать для маломощных приводов бытового назначения. Устройства обеспечивают необходимые функции и режимы работы такого оборудования.

В условиях жесткой конкуренции и непрерывного дорожания энергоресурсов производители бытовой техники находятся в постоянном поиске решений, направленных на улучшение ряда показателей выпускаемой ими продукции, в том числе себестоимости, надежности, безопасности, энергоэффективности, сервисных функций. Во многих случаях этого удается добиться за счет применения регулируемого электропривода переменного тока, одной из составляющих частей которого является силовой инвертор напряжения. Именно в ответ на растущую потребность в таком электроприводе компанией International Rectifier и было создано семейство интеллектуальных силовых модулей IRAM, которые помимо силового инвертора содержат драйверный каскад и контрольные элементы. Использование модулей IRAM существенно облегчает проектирование регулируемых электроприводов, т.к. разработчик получает возможность сосредоточиться на основных задачах управления электродвигателем и не вникать при этом в тонкости реализации силового и драйверного каскадов. Детальный обзор многих модулей IRAM уже публиковался на страницах НЭ [1]. С тех пор их линейка пополнилась новыми представителями (см. таблицу 1), которые дают возможность создавать более компактные системы управления электродвигателями различных мощностей, от сотен ватт до единиц киловатт.

Таблица 1. Модули IRAM

Двухамперные модули одно-и трехфазных инверторов

Широкое распространение в бытовой технике электроприводов мощностью менее 250 Вт (например, вентиляторы, насосы систем отопления или компрессоры холодильников) обусловило появление в линейке IRAM двухамперных модулей однофазного (IRAM109-015SD) и трехфазного (IRAM336-025SB) инверторов (см. рис. 1).

Рис. 1. Двухамперные модули одно- и трехфазных инверторов

Однофазный модуль IRAM109-015SD включает два силовых полумоста с драйверами затворов, а также элементы контроля тока (токовый шунт) и температуры (термистор). В отличие от многих модулей IRAM, ИС драйверов данного модуля не оснащены логикой защиты от токовой перегрузки. Взамен у них предусмотрен вход отключения /SD, который дает возможность внешней схеме, в случае выявления аварийной ситуации, быстро и одновременно отключить оба канала.

Внутренняя схема трехфазного модуля IRAM336-025SB тоже имеет свои особенности. Здесь ИС драйвера включает логику токовой защиты, но вот токовый шунт не предусмотрен. С другой стороны, это дает возможность использовать вход контроля тока ITRIP как вход отключения. Отключение силовых транзисторов происходит, если напряжение на этом входе превысит пороговое значение (0,48 В). Еще одной особенностью этого модуля являются соединенные вместе выводы EN (разрешение работы) и /F (выход с открытым стоком сигнализации аварийного режима). Они присутствуют на выводе 17 (FAULT/EN) модуля и дают возможность внешней схеме по одной и той же двунаправленной линии и контролировать состояние модуля, и, при необходимости, блокировать его работу.

10-амперные модули трехфазных инверторов

Прежде компания IR уже выпускала 10-амперные модули для управления трехфазными нагрузками IRAMS10UP60A и IRAMS10UP60B, различающиеся схемой соединения эмиттеров IGBT-транзисторов нижнего уровня. Теперь, линейка 10-амперных модулей расширена двумя новыми представителями IRAM136-1060B и IRAM136-1060BS, у которых эмиттеры транзисторов нижнего уровня, подобно IRAMS10UP60B, соединены вместе. Главным отличием и преимуществом новых модулей является их конструкция. Новые модули размещены в более компактном корпусе SIP05, занимаемое которым место примерно на 20% меньше, чем у корпуса SIP3. Применение более компактного корпуса стало возможным благодаря замене NPT IGBT-транзисторов на более современные Trench IGBT, которые отличаются от прочих разновидностей IGBT-транзисторов меньшей площадью кристалла [2]. Однако платой за снижение размеров стало некоторое ухудшение характеристик суммарных потерь мощности, что ограничивает возможности использования модулей в применениях с близкой к максимальной (20 кГц) частоте коммутации. Например, при токе 7 А и частоте коммутации 20 кГц суммарные потери мощности новых модулей выше примерно на 40% относительно своих предшественников. При более низких токах и частотах коммутации соотношение потерь мощности менее существенно.

Новые модули также дают возможность снизить размеры и себестоимость конечного решения за счет снижения емкости внешних конденсаторов, использующихся для формирования напряжения управления затворами IGBT-транзисторов верхнего уровня. Например, рекомендованное значение емкости этих конденсаторов при работе на частотах, близких к 20 кГц, составляет 1,5 мкФ у новых модулей и 2,2 мкФ у предшественников.

Несмотря на то, что для управления затворами транзисторов у новых и предшествующих модулей используются функционально-подобные ИС драйверов, изменения коснулись и этой части модуля. Самые главные отличия заключаются в том, что у новых модулей имеется два дополнительных вывода: ISD, который связан встроенным резистором с выводом ITRIP ИС драйвера, и RCIN, напрямую соединенный с одноименным выводом этой же ИС. Благодаря этому, применение модулей становится более гибким, так как появляются возможности регулировки уставки срабатывания токовой защиты и задержки перезапуска после выявления аварийного режима работы. У предшествующих модулей эти параметры были фиксированными. Уместно упомянуть, что именно диапазон регулировки уставки по току является единственным различием новых модулей IRAM136-1060B и IRAM136-1060BS. У модуля IRAM136-1060B уставка регулируется в пределах 15…20 А, а у IRAM136-1060BS — 7…9 А. Задержка перезапуска у предшествующих модулей фиксированная и составляет не более 8 мс, у новых же модулей ее можно увеличить до 32 мс. На рисунке 2 показана схема включения новых модулей, где выделено подключение регулировочных элементов.

Рис. 2. Схема включения модуля IRAM136-1060B

В их качестве выступают обычные резисторы, от величины сопротивления которых зависит значение уставки. Для выбора сопротивлений резисторов в документации на модули приводятся специальные графики. Граничные значения уставок можно задавать и без помощи резисторов. Если резистор задания уставки по току исключить из схемы, то уставка будет минимальной (15 А), а если закоротить — максимальной (20 А). При исключении из схемы резистора регулировки задержки перезапуска ее величина будет составлять 32 мс. Закорачивание этого резистора недопустимо, т.к. его рекомендованное минимальное сопротивление ограничено значением 1 МОм (задержка около 4 мс).

Еще одно отличие новых модулей состоит в том, что входы подачи ШИМ-сигналов у них имеют прямую логику (активный уровень высокий), а у предшественников — инверсную (активный уровень низкий). В остальном, функции новых модулей, в т.ч. контроль тока и температуры, блокировка при снижении напряжения и исключение сквозной проводимости идентичны прежним.

30-амперные модули трехфазных инверторов

Линейка модулей IRAM теперь замыкается 30-амперными модулями трехфазных инверторов (предшествующие им модули являются 20-амперными). Таким образом, диапазон мощностей трехфазных электродвигателей, которыми могут управлять модули IRAM, расширен от 2,2 до 3 кВт при условии питания от сети переменного тока 220 В. Новые 30-амперные модули IRAM136-3023B и IRAM136-3063B выполнены по идентичной схеме (см. рис. 3).

Рис. 3. Внутренняя электрическая схема модулей IRAM136-30xxB

Оба модуля размещены в корпусе SIP3, габаритные размеры которого составляют 78х31 мм (шаг выводов 2,54 мм). Невзирая на то, что наименования некоторых выводов отличаются, их назначение идентично. Если сопоставить внутреннюю схему 30-амперных модулей с другими трехфазными модулями, то можно обнаружить два важных отличия.

Вывод встроенного термистора и вывод сигнализации обнаружения аварийного режима у 30-амперных модулей соединены вместе. С одной стороны, такое решение экономит число линий ввода-вывода управляющего контроллера (вместо двух, одной аналоговой и одной цифровой, линий теперь требуется только одна аналоговая линия), а с другой стороны, может потребоваться изменение кода программы, чтобы диагностировать активизацию вывода /FT ИС драйвера. Если использовать на этом совмещенном выводе рекомендуемый в документации подтягивающий резистор 12 кОм, то напряжение на нем будет варьироваться от 5 В при температуре -40°С до 0,5 В при температуре 150°С. Таким образом, более низкие напряжения на этом выводе можно интерпретировать, как срабатывание логики защиты ИС драйвера.
Применена дополнительная температурная защита на основе позистора, которая своим исполнительным элементом воздействует на вход контроля тока ITRIP ИС драйвера, вызывая срабатывание логики токовой защиты.

В остальном возможности этих модулей идентичны остальным трехфазным модулям IRAM.

Выводы

Таким образом, главными особенностями рассмотренных новинок являются более компактная конструкция и ориентация на новые сферы применения: бытовое электрооборудование с маломощным одно- или трехфазным электроприводом, электромобили, портативный силовой электроинструмент, светотехнические системы. Добиться столь существенного снижения габаритных размеров модулей стало возможным благодаря применению новых типов силовых коммутаторов, которым свойственна меньшая занимаемая кристаллом площадь. Кроме того, несмотря на использование функционально подобных ИС драйверов, вследствие применения различных схем их включения, имеются некоторые отличия в функциональных возможностях новых модулей.

Ответственный за направление в КОМПЭЛе — Людмила Горева

Недорогой вариант подключения частотного преобразователя VFD к домашнему станку.
Простой и полезный преобразователь позволяет использовать трех-фазные двигатели в бытовой сети без потери мощности, а также дает ряд преимуществ в плане удобства и управления.
Всех заинтересованных прошу под кат.

Update: продавец установил цену $67.99.

Всем привет!

Характеристики моей модели:
Номинальная мощность: 2.2KW (заявлено 8.0KVA/3HP)
Питание: AC 220V 50HZ/60HZ 1 фаза
Выход: 3 фазы 380/220V до 400HZ
Управление: с панели, внешнее аналоговое/цифровое (RS485)

Выбранная модель представляет собой весьма бюджетный частотный преобразователи и подходит для тех случаев, когда нужно из однофазной сети сделать трех-фазную, подключить асинхронный трехфазный двигатель, а также для управления двигателем. Внутри установлен мощный PWM-управляемый преобразователь. Чуть более подробнее — в обзоре Delta VFD-M VFD015M21A: частотный преобразователь для однофазной сети 220В (выход три фазы до 400Гц). Тогда речь шла про похожую модель, но с Таобао. Внешний вид, базовые возможности и функционал моделей одинаковы.

Подобные ЧП практически все одинаковы, отличаются, в основном, мощностью выхода.
Из важных особенностей выделю модели, которые работают от однофазной сети. Как правило, это модели до 4.0 кВт (мощнее уже для трехфазной сети). Устройства имеют панель для управления, силовые клеммы и контакты управления.

На панель вынесена кнопка реверса (FWD/REV) для случаев, когда нужно быстро изменить направление вращения двигателя, потенциометр изменения значений (по умолчанию — обороты двигателя). Кнопки старт-стоп работы, а также кнопки для программирования параметров ЧП.

А вот пару вилка-розетка оказалось проще найти по месту. Это промышленные IEK вилки типа CCИ-014 (или аналогичные), и розетка к ним. Вилки устанавливаются на имеющееся оборудование (например, д/о станки), а розетка — на блок с частотным преобразователем. Таким образом достигается универсальность использования одного ЧП для целого парка оборудования.

Параллельно обслужил механику старых станков. Двигатели — нормальные, трехфазные, 2-3 кВт. Однофазный двигатель на 1 кВт обходится примерно в такие же деньги, а вот мощности заметно не хватает. Подключение прямое — три фазы на вилку. Все управление сосредоточено в блоке. Раньше на каждом станке стояло по пусковому конденсатору (разные номиналы, разные мощности, различные проблемы).

Таким образом был восстановлен строгально-рейсмусовый станок. Замена двигателя прибавила необходимой мощности.

А также распиловочный циркулярный станок. Система подключения одинакова для всех (отличаются мощности используемых двигателей, но для ЧП это не важно).

Если у вас серьезные задачи, то можно подключить данный ЧП по Modbus/RS485 и управлять от контроллера. Частотник, в том числе, умеет управлять с помощью встроенного PID-регулятора, что подойдет для использования его в связке с насосом.

Брал достаточно давно, но похожие предложения есть сейчас и даже подешевле. Есть и на БГ, и на Али. В оффлайне подороже х2

P.s. удобство работы повысилось в разы. Очень удобно для модернизации деревообрабатывающих станков для домашнего использования.

Читайте также: