มันค่อนข้างยากที่จะสร้างตัวแปลงความถี่ด้วยมือของคุณเอง เนื่องจากคุณจำเป็นต้องรอบรู้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังและเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ แต่ก่อนที่คุณจะคิดเกี่ยวกับการออกแบบอุปกรณ์นี้ คุณต้องค้นหาว่าอุปกรณ์ดังกล่าวใช้เพื่อวัตถุประสงค์ใด คุณจะต้องรู้ด้วยว่าส่วนประกอบหลักของระบบอิเล็กทรอนิกส์เหล่านี้มีอะไรบ้าง
ตัวแปลงความถี่คืออะไร
ทุกคนรู้ว่ามีกระแสสลับในเครือข่ายและมีความถี่ที่แน่นอน ในรัสเซีย ค่ามาตรฐานคือ 50 เฮิรตซ์ ในประเทศตะวันตกบางประเทศ มาตรฐานที่แตกต่างกันเล็กน้อยคือ 60 เฮิรตซ์ การทำงานของอุปกรณ์หลายอย่างขึ้นอยู่กับความถี่ของกระแสไฟ คอนเวอร์เตอร์ใช้สำหรับจ่ายไฟให้กับมอเตอร์แบบอะซิงโครนัส มีเหตุผลหลายประการในการใช้วิธีการทางอิเล็กทรอนิกส์ ตัวอย่างเช่น ในอุตสาหกรรมอินเวอร์เตอร์เป็นที่แพร่หลายตั้งแต่ใช้งานช่วยให้คุณกำจัดกลไกขนาดใหญ่
ในรายละเอียดเพิ่มเติม คุณสามารถเปลี่ยนความเร็วของการหมุนของสายพานบนสายพานลำเลียงได้โดยใช้กระปุกเกียร์ซึ่งขึ้นอยู่กับประเภทของกระปุกเกียร์รถยนต์ ยิ่งไปกว่านั้น มันสามารถเป็นแบบกลไก (ใช้หลายเกียร์) หรือ CVT ก็ได้ แต่จะมีประสิทธิภาพมากกว่าในการเปลี่ยนพารามิเตอร์ของกระแสที่ป้อนให้กับมอเตอร์ การหมุนตัวต้านทานปรับค่าได้จะเปลี่ยนความเร็วในการหมุนของสายพานลำเลียง ยิ่งกว่านั้นความถี่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ในวงกว้าง
ตัวแปลงความถี่มีฟีเจอร์อะไรอีกบ้าง
นอกจากนี้ การตั้งค่าอินเวอร์เตอร์ช่วยให้มอเตอร์ไฟฟ้าค่อยๆ เพิ่มความเร็วในไม่กี่วินาที ผู้ใช้ตั้งค่าเวลาผ่านการเขียนโปรแกรมฟังก์ชันตัวแปลงความถี่ ในทำนองเดียวกันคุณสามารถทำเวลาหยุดเกราะของเครื่องยนต์ได้ ซึ่งจะช่วยลดภาระในไดรฟ์ ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อทรัพยากรของไดรฟ์
นอกจากนี้ สำหรับธุรกิจขนาดเล็กที่ไม่มีความสามารถในการจัดหาเครือข่ายสามเฟสด้วยตนเอง แต่มีความจำเป็น การใช้เครื่องแปลงความถี่ถือเป็นยาครอบจักรวาลอย่างแท้จริง มีหลายรุ่นของอุปกรณ์ดังกล่าวที่เชื่อมต่อกับเครือข่ายกระแสสลับแบบเฟสเดียวและผลิตสามตัวที่เอาต์พุต ดังนั้นจึงสามารถเสียบมอเตอร์ไฟฟ้าเข้ากับเต้ารับปกติได้ และในกรณีนี้จะไม่สูญเสียพลังงานการทำงานจะถูกต้อง
ส่วนประกอบกำลังของคอนเวอร์เตอร์
ตัวแปลงความถี่ทั้งหมดใช้ทรานซิสเตอร์ IGBT หรือ MOSFET อันทรงพลัง เหมาะสำหรับงานประเภทนี้ ติดตั้งในโมดูลแยกต่างหาก วิธีการติดตั้งนี้สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้ ทรานซิสเตอร์เหล่านี้ทำงานในโหมดคีย์ การควบคุมดำเนินการโดยใช้ระบบไมโครโปรเซสเซอร์ ความจริงก็คือการควบคุมทั้งหมดเป็นกระแสต่ำไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าสูง ดังนั้น สามารถทำได้โดยใช้ไมโครโปรเซสเซอร์ที่ง่ายที่สุด
ชุดประกอบพิเศษที่ใช้บ่อยที่สุดในซีรีส์ IR2132 และ IR2130 ประกอบด้วยไดรเวอร์หกตัวที่ควบคุมคีย์ สามใช้สำหรับด้านล่างและสามสำหรับด้านบน แอสเซมบลีนี้ช่วยให้คุณสามารถใช้ตัวแปลงความถี่แบบเรียงซ้อนอย่างง่าย นอกจากนี้ยังมีการป้องกันหลายระดับ ตัวอย่างเช่น ป้องกันการลัดวงจรและการโอเวอร์โหลด ดูคุณสมบัติโดยละเอียดเพิ่มเติมขององค์ประกอบทั้งหมดได้ในคู่มือ แต่องค์ประกอบด้านพลังงานทั้งหมดมีข้อเสียเปรียบอย่างมาก - สินค้ามีราคาสูง
ไดอะแกรมโครงสร้างของตัวแปลง
ตัวแปลงความถี่ใดๆ สำหรับมอเตอร์มีสามบล็อกหลัก - วงจรเรียงกระแส ตัวกรอง อินเวอร์เตอร์ ปรากฎว่าแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับถูกแปลงเป็น DC ก่อนจากนั้นจึงกรอง หลังจากทั้งหมดนี้ มันถูกแปลงกลับเป็นตัวแปร แต่มีบล็อกที่สาม - การควบคุมไมโครโปรเซสเซอร์ของอินเวอร์เตอร์ และเพื่อให้ทรานซิสเตอร์ IGBT ทรงพลังและแม่นยำยิ่งขึ้น หากคุณเคยรับมือกับตัวแปลงความถี่ คุณจะรู้ว่าที่แผงด้านหน้ามีปุ่มหลายปุ่มสำหรับตั้งโปรแกรม
คู่มือการใช้งานของอินเวอร์เตอร์จะแนะนำวิธีการตั้งค่าฟังก์ชันทั้งหมดให้คุณ นี่เป็นเรื่องที่ซับซ้อนมาก เนื่องจากมีการตั้งค่าค่อนข้างมากแม้ในอุปกรณ์ที่ง่ายที่สุด นอกจากความจริงที่ว่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ช่วยให้คุณเปลี่ยนความถี่ของการหมุนของเกราะมอเตอร์ ปรับเวลาเร่งและชะลอตัว นอกจากนี้ยังมีระดับการป้องกันหลายระดับ ตัวอย่างเช่นกระแสเกิน ในกรณีที่ใช้อุปกรณ์ดังกล่าว ไม่จำเป็นต้องติดตั้งสวิตช์อัตโนมัติ
วงจรเรียงกระแส
ขึ้นอยู่กับจุดประสงค์ของตัวแปลงความถี่ วงจรเรียงกระแสแบบต่างๆ จะถูกใช้ และตัวเลือกแหล่งจ่ายไฟสามารถเป็นได้ทั้งจากเครือข่ายสามเฟสหรือจากเฟสเดียว แต่ที่เอาต์พุตของอินเวอร์เตอร์ไม่ว่าในกรณีใดจะมีแรงดันไฟสลับสามเฟส แต่การจะควบคุมกระแสได้นั้นต้องแก้ไขเสียก่อน ประเด็นคือการควบคุมตัวแปรค่อนข้างยาก - จำเป็นต้องใช้รีโอสแตตขนาดใหญ่ซึ่งไม่สะดวกมาก ยิ่งกว่านั้น ขณะนี้เป็นเวลาของไมโครอิเล็กทรอนิกส์และระบบอัตโนมัติ ไม่เพียงแต่การใช้เทคโนโลยีที่ล้าสมัยอย่างไม่สมเหตุสมผลเท่านั้น แต่ยังทำให้ไม่เกิดประโยชน์อีกด้วย
อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ประกอบด้วยไดโอดเซมิคอนดักเตอร์หกตัวใช้เพื่อแก้ไขกระแสสลับสามเฟส พวกมันเปิดอยู่ในวงจรบริดจ์ ปรากฎว่าไดโอดแต่ละคู่ทำหน้าที่แก้ไขหนึ่งเฟส แรงดันคงที่ปรากฏขึ้นที่เอาต์พุตของยูนิตวงจรเรียงกระแสซึ่งก็คือค่าจะเท่ากับค่าที่ไหลเข้าสู่อินพุต ในขั้นตอนนี้ การแปลงทั้งหมดจะเสร็จสิ้น ไม่มีการควบคุมบล็อกนี้ ในกรณีที่จ่ายไฟจากเครือข่ายเฟสเดียว สเตจวงจรเรียงกระแสก็เพียงพอแล้วแม้จะมาจากไดโอดเพียงตัวเดียว แต่จะมีประสิทธิภาพมากกว่าถ้าใช้วงจรบริดจ์สี่วงจร
กล่องกรอง
โมดูลนี้ใช้สำหรับกรองแรงดันไฟตรง บล็อกรุ่นที่ง่ายที่สุดคือตัวเหนี่ยวนำที่รวมอยู่ในช่องว่างของไหล่บวก ตัวเก็บประจุไฟฟ้าเชื่อมต่อระหว่างขั้ว มันมีหนึ่งฟังก์ชัน - เพื่อกำจัดองค์ประกอบตัวแปร ประเด็นคือวงจรเรียงกระแสไม่สามารถกำจัดระลอกคลื่นได้อย่างสมบูรณ์ ยังมีไฟ AC จำนวนเล็กน้อยที่สามารถสร้างเสียงรบกวนระหว่างการทำงานได้
เพื่อพิจารณาหลักการทำงานของบล็อกตัวกรอง จำเป็นต้องวิเคราะห์โดยแทนที่องค์ประกอบ เมื่อทำงานในสภาวะกระแสตรงการเหนี่ยวนำจะถูกแทนที่ด้วยความต้านทานตัวเก็บประจุจะถูกแทนที่ด้วยวงจรเปิด แต่เมื่อขับเคลื่อนด้วยกระแสสลับ ความจุจะถูกแทนที่ด้วยความต้านทาน ดังนั้นองค์ประกอบตัวแปรทั้งหมดจึงหายไป เนื่องจากเกิดไฟฟ้าลัดวงจรในกรณีนี้ เพื่อให้เข้าใจสิ่งนี้ค่อนข้างยาก จำเป็นต้องเข้าใจพื้นฐานทางทฤษฎีของวิศวกรรมไฟฟ้า แต่เครื่องแปลงความถี่ 3 เฟสไม่สามารถทำได้หากไม่มีสิ่งนี้
อินเวอร์เตอร์
และความสนุกก็เริ่มต้นขึ้น - การใช้ทรานซิสเตอร์ IGBT อันทรงพลัง ถูกควบคุมโดยระบบไมโครโปรเซสเซอร์ จากคุณภาพของการทำงานขึ้นอยู่กับการทำงานของเครื่องแปลงความถี่ทั้งหมด วงจรแปลงแรงดันไฟฟ้าดังกล่าวใช้กันอย่างแพร่หลาย ในความเป็นจริง ด้วยความช่วยเหลือของทรานซิสเตอร์กำลัง แรงดันไฟฟ้าใดๆ สามารถกลับด้านได้ โดยรวมแล้วมีหกองค์ประกอบที่ใช้ในวงจรที่ง่ายที่สุด - สองอันสำหรับแต่ละเฟส เครื่องแปลงความถี่ผลิตไฟฟ้า 220 โวลต์ในแต่ละเฟสโดยเทียบกับศูนย์
เพื่อกำจัดการเกิดแรงดันย้อนกลับ จำเป็นต้องใช้เซมิคอนดักเตอร์ไดโอด พวกมันเชื่อมต่อระหว่างตัวสะสมและตัวปล่อยของทรานซิสเตอร์กำลัง การจัดการจะดำเนินการที่ทางเข้าฐาน ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ ตัวแปลงความถี่ที่ต้องทำด้วยตัวเองมีทรานซิสเตอร์สองตัวสำหรับแต่ละเฟสในน้ำตกอินเวอร์เตอร์ เปิดทางแยก p-n เป็นอนุกรม เฟสจะถูกลบออกจากจุดกึ่งกลางของไหล่แต่ละข้าง มีขายโมดูลสำเร็จรูป มีสายสำหรับจ่ายแรงดันไฟตรง และหน้าสัมผัสสามตัวสำหรับการถอดไฟฟ้ากระแสสลับสามเฟสออก นอกจากนี้ยังมีช่องต่อสำหรับเชื่อมต่อระบบควบคุมไมโครคอนโทรลเลอร์
การควบคุมไมโครโปรเซสเซอร์
ใช้ในการเปลี่ยนความเร็วของเพลามอเตอร์โดยอินเวอร์เตอร์ แรงดันไฟฟ้าซึ่งมีความถี่เริ่มต้นคือ 50Hz สามารถเปลี่ยนแอมพลิจูดได้หลากหลาย และโดยเฉพาะอย่างยิ่ง จากศูนย์ถึงความถี่ที่ไมโครโปรเซสเซอร์สามารถให้ได้ ข้อกำหนดหลักสำหรับอย่างหลังคือความสามารถในการเชื่อมต่ออุปกรณ์หลายเครื่อง เมื่อคุณการออกแบบตัวแปลง, แรงดันไฟฟ้า, ความถี่ที่มีการเปลี่ยนแปลงโดยความต้านทานตัวแปร, จะต้องถูกควบคุมโดยโปรเซสเซอร์ มันถูกเลือกอย่างระมัดระวัง จะต้องมีพอร์ต I / O เพียงพอ
คุณสามารถทำให้ระบบซับซ้อนขึ้นเล็กน้อยโดยเชื่อมต่อจอ LCD เข้ากับไมโครคอนโทรลเลอร์ ไม่จำเป็นต้องมีการเรนเดอร์สีสูง แต่ขาวดำก็เพียงพอแล้วเช่นเดียวกับในเครื่องคิดเลขธรรมดา ปุ่มสำหรับการตั้งโปรแกรมยังเชื่อมต่อกับพอร์ตอินพุต-เอาท์พุตอีกด้วย นี่คือวิธีสร้างตัวแปลงความถี่อย่างง่าย ราคาขององค์ประกอบทั้งหมดจะไม่เกินสองพันรูเบิล แต่ค่าใช้จ่ายของอินเวอร์เตอร์ที่มีกำลังไฟ 200-750 วัตต์อยู่ในช่วง 6500 ถึง 12,000 รูเบิล ทั้งหมดขึ้นอยู่กับผู้ผลิตและความสามารถของอุปกรณ์
เคสเครื่อง
ตัวแปลงความถี่ทำเองต้องมีที่อยู่อาศัยที่เชื่อถือได้ ไม่เพียงแต่ความง่ายในการใช้งานเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพด้วย ฐานเป็นอะลูมิเนียม เหตุผลในการใช้วัสดุนี้คือความต้องการระบบทำความเย็นคุณภาพสูง ระหว่างการทำงาน โมดูล IGBT จะร้อนมากและอุณหภูมิของไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ก็สูงขึ้นเช่นกัน และไม่สำคัญหรอกว่าคุณมีตัวแปลงความถี่ 380 หรือ 220 โวลต์
ส่วนที่เหลือทำจากพลาสติก จำเป็นต้องซ่อนองค์ประกอบพลังงานทั้งหมดเพื่อไม่ให้สัมผัสกับขั้วไฟฟ้าแรงสูงโดยไม่ได้ตั้งใจระหว่างการใช้งาน ในส่วนด้านหน้า จำเป็นต้องจัดให้มีรูสำหรับจอแสดงผล LCD และปุ่มต่างๆ แยกจากกัน ในสถานที่ที่สะดวกมีการติดตั้งตัวต้านทานแบบปรับได้ เมื่อตั้งโปรแกรมไมโครคอนโทรลเลอร์ จำเป็นต้องคำนึงว่าความต้านทานนี้จะเปลี่ยนความถี่ของกระแสไฟขาออก
การแลกเปลี่ยนความร้อนขององค์ประกอบระบบ
ควรให้ความสนใจเป็นพิเศษกับการกระจายความร้อน ยิ่งอุปกรณ์กำลังถูกพัฒนามากเท่าไหร่ ระบบระบายความร้อนก็ยิ่งน่าเชื่อถือมากขึ้นเท่านั้น ดังที่กล่าวไว้ข้างต้นฐานจะต้องทำจากอลูมิเนียม วงจรแปลงแรงดันไฟฟ้าต้องช่วยป้องกันความร้อนสูงเกินไป เพื่อจุดประสงค์นี้จำเป็นต้องเจาะรูในตัวเรือนโดยติดตั้งเซ็นเซอร์อุณหภูมิไว้ จากนั้นสัญญาณจะถูกป้อนผ่านอุปกรณ์จับคู่กับไมโครคอนโทรลเลอร์ หากเกินอุณหภูมิสูงสุด โหลดต้องถูกตัดการเชื่อมต่อ ดังนั้นโมดูลทรานซิสเตอร์กำลังจึงปิด
ต้องใช้พัดลมเพื่อเพิ่มการกระจายความร้อน ต้องเลือกตำแหน่งของพวกเขาเพื่อให้การไหลของอากาศเย็นลงครีบหม้อน้ำของเคส เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของระบบทำความเย็น คุณต้องใช้แผ่นแปะความร้อน เป็นการเหมาะสมกว่าที่จะเปิดพัดลมในขณะที่สตาร์ทอุปกรณ์ แต่ยังสามารถตั้งโปรแกรมคอนโทรลเลอร์โดยใช้สัญญาณจากเซ็นเซอร์อุณหภูมิได้อีกด้วย เมื่ออุณหภูมิถึงครึ่งหนึ่งของอุณหภูมิที่จะปิดเครื่องฉุกเฉิน พัดลมจะเปิดขึ้น
แผงวงจร
สำหรับแผงวงจร ควรใช้ตัวเลือกสำเร็จรูป ลดราคามีกระดานขนาดต่าง ๆ พร้อมรูรอบซึ่งหน้าสัมผัสกระป๋องขนาดเล็ก พวกมันถูกเรียกขานว่า "ปลา" สิ่งเดียวที่ควรพิจารณาคือความเป็นไปได้ในการเปลี่ยนโปรเซสเซอร์และไมโครเซอร์กิต เพื่อจุดประสงค์นี้ คุณจำเป็นต้องใช้คอนเนคเตอร์ที่บัดกรีเข้ากับบอร์ด ตัวแปลงความถี่แบบ Do-it-yourself ทำได้ดีที่สุดโดยคาดหวังให้เปลี่ยนส่วนประกอบได้อย่างรวดเร็ว เสียบ IC หรือคอนโทรลเลอร์เข้ากับซ็อกเก็ตนี้ เหมือนกับปลั๊กในซ็อกเก็ต
สรุป
คุณสามารถสร้างตัวแปลงความถี่ของคุณเองได้ ราคาของแอนะล็อกที่เราพบนั้นสูงกว่ามาก แม้ว่าแน่นอนว่าพวกเขามีโอกาสมากกว่า แต่ที่จริงแล้ว หากพิจารณาให้ละเอียดยิ่งขึ้น ปรากฏว่าใช้งานจริงไม่เกินห้าฟังก์ชัน เมื่อไดรฟ์ทำงาน จำเป็นต้องเปลี่ยนความเร็วในการหมุน รวมทั้งปรับเวลาเร่งความเร็วและลดความเร็วด้วย บ่อยครั้งที่ใช้ฟังก์ชันย้อนกลับและเปลี่ยนกระแสสูงสุดที่อนุญาต