Схема подключения частотного преобразователя: звезда — треугольник

Перейти в каталог продукции: Частотные преобразователи

Для управления трехфазным асинхронным двигателем применяются частотные преобразователи (инверторы), рассчитанные на однофазное или трехфазное входное напряжение. Инверторы обеспечивают возможность мягкого запуска двигателя и регулировки частоты оборотов, защиту от перегрузок. Кроме этого, частотник позволяет подключать трехфазные двигатели к однофазным сетям без потерь мощности. Преобразователи частоты трансформируют напряжение электросети частотой 50 Гц в импульсное с частотой от 0 Гц до 1 кГц.

Внимание: представленная  схема является общей. При подключении используйте схему из инструкции по эксплуатации!

Однофазные преобразователи частоты рассчитаны на входное напряжение 1 фаза 220 В и на выходе формируют трехфазное напряжение 220 В заданной частоты. Иными словами, однофазный инвертор обеспечивает трехфазное питание асинхронного двигателя от бытовых электросетей. При использовании однофазных частотных преобразователей, в клеммной коробке двигателя, клеммы  подключают по схеме «треугольник» (Δ). При подключении трехфазного асинхронного двигателя к однофазной сети 220 В, при использовании конденсаторной схемы, неизбежна большая  потеря мощности. В то время как, при пользовании однофазного частотного преобразователя, подключаемого в двигателю по схеме «треугольник» (Δ), потерь мощности не происходит.

Более совершенные трехфазные преобразователи частоты работают от промышленных трехфазных сетей с напряжением 380 В, 50 Гц. Частота напряжения на выходе – от 0 Гц до 1кГц. Трехфазные инверторы подключают по схеме «звезда» (Y).

Трехфазный частотный преобразователь подключают асинхронному двигателю по схеме звезда:

Однофазный частотный преобразователь подключают асинхронному двигателю по схеме треугольник:

Для ограничения пускового тока и снижения пускового момента при пуске асинхронного двигателя мощностью более 5 кВт может применяться метод переключения «звезда-треугольник». В момент пуска напряжение на статор подключается по схеме «звезда», как только двигатель разгонится до номинальной скорости, производится переключение питания на схему «треугольник». Пусковой ток при переключении втрое меньше, чем при прямом пуске двигателя от сети. Этот метод пуска оптимально подходит для механизма с большой маховой массой, если нагрузка набрасывается после разгона.

Способ пуска переключением «звезда-треугольник» можно использовать только для двигателей, имеющих возможность подключения по обеим схемам. При пуске наблюдается уменьшение пускового момента на треть от номинального. Если переключение произойдет до того, как двигатель разгонится, ток увеличится до значений, соответствующих току прямого пуска.

При пуске переключением «звезда-треугольник» неизбежны резкие скачки токов, в отличие от плавного нарастания при прямом пуске. В момент переключения на «треугольник» на двигатель не подается напряжение и скорость вращения может резко снизится. Для восстановления частоты оборотов требуется увеличение тока.

Перейти в каталог продукции: Частотные преобразователи

Преобразователи частоты: все типовые схемы существующих высоковольтных преобразователей

Двухтрансформаторная схема

Терристорные преобразователи частоты

Высоковольтные преобразователи частоты на IGB транзисторах

Преобразователи частоты — это устройства, которые предназначены для контроля оборотов асинхронных и синхронных электродвигателей. На сегодняшний день высоковольтные частотные преобразователи используются повсеместно, начиная от обычной бытовой техники, например кухонных комбайнов и заканчивая сложными промышленными роботами или портовыми кранами.

Огромное количество видов электродвигателей и необходимость их регулирования привело к появлению различных видов частотников, которые выполняя, в принципе одну и ту же задачу, могут очень сильно отличаться по внутреннему устройству, принципу работы и управления.

По состоянию на 2016 год рынок преобразователей частоты Украины считается насыщенным. Для решения практически любой задачи управления электродвигателем сейчас можно найти высоковольтные преобразователи частоты от именитых брендов, как например Scheneider Electric, Siemens или ABB, так и не дорогих, например от Азиатских брендов. При этом конкуренция здесь довольно высока. Европейские бренды постоянно пытаются снизить стоимость, сохранив при этом качество изделий, а китайские, корейские другие бренды с годами выпускают всё более и более надежные решения.

В нашей стране существует большая потребность в преобразователях частоты для электродвигателей среднего и высокого напряжения. Темой данной статьи являются высоковольтные частотные преобразователи для управления средне и высоковольтными электродвигателями. 

Высоковольтные преобразователи частоты: основные типы

Типовые схемы высоковольтных преобразователей частоты

Двухтрансформаторная схема.

Принцип работы заключается в том, что входящее напряжение в 6-10 кВ с помощью входного трансформатора снижается до 400-660В, далее с помощью обычного низковольтного частотника происходит модуляция выходного напряжения. После этого уже модулированное выходное напряжение повышается с помощью выходного трансформатора до необходимых 6-10 кВ.

Данная схема имеет огромное количество минусов и в основном не используется в качественных решениях. Хотя некоторые именитые бренды, например Schneider Electric пытается продвигать такие решения, как основные.

Практически единственный плюс от такого решения — цена, она в среднем в несколько раз ниже аналогов.

Из минусов можно отметить следующее:

• пиковые перенапряжения на выходе частотника могут доходить до 1кВ, это угрожает выходом из строя повышающего выходного трансформатора. Из-за этого требуется установка защитного синусоидального фильтра, который является дорогостоящим устройством.
• Высоковольтный преобразователь частоты, изготовленный по двухтрансформаторной схеме, из-за особенностей конструкции имеют существенное ограничение по диапазону регулирования оборотов. В основном она находится в диапазоне от 0,5 до 1nном
• Так же при снижении частоты значительно снижается КПД управляемого электродвигателя
• Размеры и вес устройства. Такой высоковольтный преобразователь частоты значительно больше и тяжелее частотников, построенных по другим схемам.
• Появление большой реактивной мощности. Из-за особенностей конструкции данные устройства обладают низким коэффициентом мощности, что значительно снижает качество напряжение в питающей сети, если не производить его коррекцию с помощью установок компенсации реактивной мощности.

Терристорные преобразователи частоты

За основу теристорных частотных преобразователей берется 3-5 уровневые преобразователи частоты на высоковольтных теристорных приборах.

Теристорные высоковольтные преобразователи частоты в основном состоят из понижающего трансформатора, который преобразует трехфазное напряжение в 6-10 кВ  в две-три группы по 1-3 киловольтного напряжения.

Далее напряжение выправляют диоды. Для снижения высших гармоник используются 18-ти, 24-х пульсные схемы преобразователей, Число вторичных обмоток трансформаторов в этих схемах равно 3 и 4 соответственно.  

В Украине существует несколько предприятий, изготавливающих по индивидуальному заказу теристорные преобразователи частоты. Например Запорожский завод «Преобразователь», но к сожалению, качество изделий от одной партии к другой может существенно отличаться.

Из минусов данной схемы можно отметить:

• огромную реактивную мощность, которую так же необходимо уменьшать с помощью устройств компенсации реактивной мощности.
• Необходимость в строгом согласовании работы электронных ключей, поскольку полупроводниковые элементы, изготовленные даже в одной партии, имеют разброс параметров, поэтому очень остро стоит задача согласования их работы по времени.
• Надежность. Использование высокоточных терристоров, которые должны открываться и закрываться с высокой синхронностью требует большого времени настройки системы и низкую ремонтнопригодность.
• Обязательное наличие синус-фильтра

Из плюсов стоит отметить:

• высокое КПД до 97%
• Широкий диапазон выходной частоты от 0 до 300 Гц
• малые габаритные размеры
• В Украине это наиболее распространенная схема построения высоковольтных преобразователей частоты

Высоковольтные преобразователи частоты на IGB транзисторах

Частотные преобразователи изготовленный по данной технологии на данный момент являются наиболее современными из производимых в промышленных маштабах. Концепция чистой синусоиды включает в себя ряд инновационных решений

Частотник состоит из сухого входного трансформатора и транзисторных инверторных ячеек объединеннных в единый блок. Эти 2 блока уже поставляются в виде единой сборки и не требуют дополнительного монтажа. Принцип построения преобразователей на данной схеме похож на терристорную схему, отличие только в IGB транзисторах вместо тирристоров.

Для управления работой трансзисторов используются современные микроконтроллеры.

Всё вместе позволяет значительно увеличить надежность систем и значительно уменьшить габариты установки. Из плюсов так же стоит отметить малое количество гармоник, это не требует установки дополнительного защитного оборудования. 

Следует отметить так же почти идеальную синусоиду на выходе, что позволяет отказаться от синусоидального фильтра и подключать практически любые виды электродвигателей.

Отказ от выходного трансформатора и синусного фильтра позволяет использовать частотник в векторном режиме с или без датчика обратной связи.

Еще одним плюсом является широкий диапазон регулирования выходной частоты до 1:50

К сожалению, не все компании имеют достаточную производственную и научную базу для изготовления высоковольных преобразователей частоты на IGB транзисторов. Из представленных в Украине брендов, наверное можно отметить Siemens и корейский концерн LS Industrial Systems.

Частотный Преобразователь Схема Электрическая Принципиальная

Циркуляркой уже полным ходом пилили на конденсаторах, когда появился необходимый вариант прошивки. Модули содержат шесть силовых ключей и схему управления.


Рядом с микропроцессором показан SWD -разъем P2 интерфейса прошивки микропроцессора и отладки кода с последовательным доступом. Убеждаемся, что привод функционирует.

Они задействованы для измерений напряжений шины постоянного тока, аналогового входа, фазных противо-ЭДС. И с одной парой полюсов и с мя.
Cтруктура и схема преобразователя частоты. Часть 1.

Долгий является также автором цикла статей о микроконтроллерах и многих других конструкций. Три диода и десяток резисторов, подключенных к процессору — хоть и не лучше схемотехническое решение, но решать задачу подхвата ротора или промышленной сети .

Следует отметить, что по современной терминологии подобные генераторы-формирователи называются контроллерами. Первый метод основан на назначении определенной зависимости чередования последовательностей широтно-импульсной модуляции ШИМ инвертора для заранее подготовленных алгоритмов.

Каков принцип частотных методов регулирования?

Также происходит насыщение магнитопровода статора. Конечно можно было бы взять в магазине фирменный частотник, но все-таки вариант самостоятельного изготовления оказался для меня наиболее приемлемым.

Выходное напряжение изменяется с помощью отношения между длительностью открытого и закрытого состояния, причем для получения требуемого напряжения это отношение можно менять. Следует отметить, что по современной терминологии подобные генераторы-формирователи называются контроллерами.

Подключение электродвигателя через частотный преобразователь. Плюсы и минусы

Функциональная схема подключения частотного преобразователя

При ее использовании получается произвести достаточно хорошую синусоидальную ШИМ с возможностью изменять напряжение. Крутим мотор-колесо коляски рукой, нажимаем кнопку «Пуск». Можно делать копии содержимого данной папки в родительской, переименовывать её и одноименные файлы с расширениями ewp, ewd, dep.

Обычный инвертор тока промежуточной цепи изменяющегося напряжения.

Способ ограничения зависит от вида модуляции. А так же функцию обработки прерывания таймера.

А так же функцию обработки прерывания таймера.

Они обеспечивают широкий диапазон регулировки частот, обладают высоким КПД и другими отличными техническими характеристиками. Справа от моста изображены операционные усилители нормирующие сигналы датчиков тока.

Преимуществом управляемых выпрямителей является их способность возвращать энергию в питающую сеть. Имеются три основных варианта задания режимов коммутации в инверторе с управлением посредством широтно-импульсной модуляции.

При этом амплитуда и частота напряжения на выходе преобразователя регулируются по скольжению и нагрузочному току, но без использования обратных связей по скорости вращения ротора.
ПОДКЛЮЧЕНИЕ ЧАСТОТНИКА к однофазному асинхронному двигателю.

Преобразователь частоты

Ответ на главный вопрос жизни, вселенной и бездатчикового электропривода — Чтобы избежать этих негативных последствий, при уменьшении частоты приходится снижать и эффективное значение напряжения на обмотках двигателя.

Функционирование без датчика положения. Таким образом, амплитуда отрицательных и положительных импульсов напряжения всегда соответствует половине напряжения промежуточной цепи. Способ векторов точнее и эффективнее.

Выходные сигналы с элементов DD3. Данные документируются протоколом обмена и используются пользователями, создающими программы управления для электронной техники и контроллеров.

Использование в работе частотника дает возможность работать двигателю без перерыва, экономично. Большая часть экономической эффективности заключается в возможности регулирования при помощи частотного преобразователя технологических характеристик процессов, температуры, давления, скорости движения, скорости подачи главного движения.

Данные параметры также регулируются широтно-импульсной модуляцией, а сама ширина импульсов модулируется по синусоидальному закону. Промежуточная цепь одного из трех типов: a преобразующая напряжение выпрямителя в постоянный ток. Примечание: для большинства приложений использование только пропорциональной и интегральной составляющей без использования дифференциальной составляющей даёт хорошие результаты. Такой вид управления инвертором называется амплитудно-импульсной модуляцией АИМ.

Такие преобразователи используются в мегаваттном диапазоне мощности для формирования низкочастотного питающего напряжения непосредственно из сети частотой 50 Гц, при этом их максимальная выходная частота составляет около 30 Гц. Все это управляется при помощи двух кнопок и одного переключателя, который изменяет направление вращения вала. Резисторы, соединил параллельно по кОм с помощью затворных проходных конденсаторов, позади платы их напаял. А удерживание инициирует дальнейший разгон до 50 Гц в течении приблизительно 2 секунд. SFAVM SFAVM — пространственно-векторный способ модуляции, который позволяет случайным образом, но скачкообразно изменять напряжение, амплитуду и угол инвертора в течение времени коммутации.

В описываемой схеме вполне возможно применить драйверы IR или IR В каждом из проектов имеются 7 файлов: mckits.

Механические устройства не могут выполнить такие функции. Также происходит насыщение магнитопровода статора. Моторы переделывают электроэнергию в механическое движение. Катушка индуктивности преобразует изменяющееся напряжение выпрямителя в изменяющийся постоянный ток.
Самодельный частотный преобразователь 220-380V собственной сборки

Схема прямого матричного преобразователя Непрямой матричный преобразователь indirect matrix converter состоит из двунаправленного трехфазного выпрямителя, виртуального звена постоянного тока и трехфазного инвертора.

Диоды позволяют току протекать только в одном направлении: от анода А к катоду К. И они творят революцию — успешно перевели на веб-платформу комплекс программных средств для разработки электрических принципиальных схем и печатных плат.

Состоит из выпрямителя и фильтрационных устройств.

Эти значения времени коммутации должны устанавливаться таким образом, чтобы допускать только минимум высших гармоник. Печатная плата комплекта разработчика устройств управления электродвигателями Есть особенность, которую должен учитывать разработчик устройств управления электродвигателями. В наше время существует несколько компоновок инверторов с управляемыми ключами: запираемые GTO тиристоры; биполярные IGBT-транзисторные ключи с затвором.

Выходное напряжение является результатом комбинации сегментов входного напряжения в котором основная гармоника следует за опорным сигналом. Транзистор-прерыватель управляет напряжением промежуточной цепи Фильтр промежуточной цепи сглаживает прямоугольное напряжение после прерывателя. Три проекта написаны так, чтобы в режиме сравнения файлов по содержимому однозначно идентифицировалось все, что с ней связано параметры, межблочные связи, расчетный код.

В состав преобразователей частоты входят четыре основных элемента: Рис. Нажимаем кнопку Event в окне программы. Аварийные ситуации при этом сводятся на нет.

Электрическая принципиальная схема частотного преобразователя

Частота задается конденсатором C1, регулировка частоты осуществляется переменным резистором R2. Проекты пошаговой разработки программного кода цифровой системы управления В дополнение к аппаратной части, инженеру предоставлен комплект проектов для пошаговой разработки программного кода векторной системы управления.

Задача перевода объекта из одного состояния в другое решается «программной машиной состояний». Расчёт производится по значению ошибки управления — расхождению между заданным значением и значением сигнала обратной связи обычно показания датчика какого-либо технологического параметра. Электрическая принципиальная схема комплекта разработчика устройств управления электродвигателями В нижней части схемы изображены импульсный преобразователь напряжения и линейные стабилизаторы, питающие фрагменты схемы. Основным различием способов являются критерии, которые используются при вычислении значений активного тока, тока намагничивания магнитного потока и крутящего момента.
Частотник для регулирования оборотов трёхфазного двигателя

Как подключить частотный преобразователь к электродвигателю — основные этапы

Частотный преобразователь — это высокотехнологичный прибор с широкими возможностями. Подключение частотного преобразователя помогает автоматизировать различные производственные процессы, получить существенную экономию электроэнергии и заметно продлить ресурс оборудования.

Микропроцессорная база и встроенные компьютерные технологии делают прибор очень гибким по функционалу. Выбор комбинаций огромен, но для начала частотный преобразователь необходимо правильно подключить и настроить.

Установка частотника

Ошибки при подключении двигателя через частотный преобразователь способны значительно снизить срок его жизни и даже вывести электропривод из строя при первом же запуске. Важным этапом ввода в эксплуатацию является выбор предполагаемого места установки преобразователя. Необходимо учитывать комплекс условий, в числе которых:

• Возможности питающей линии.
• Диапазон рабочих температур.
• Влажность.
• Вибрации.
• Наличие агрессивных сред (какой класс защиты IP требуется).

Частотник можно монтировать вдали от электродвигателя. Но есть нюансы с длиной кабеля. Чтобы избежать появления эффекта отраженной волны, перенапряжения и коронного заряда, длину питающего кабеля следует ограничить. При периоде ШИМ от 0,3 мс — не более 45 м, при ШИМ 0,1 мс — не более 16 м.

Если двигатель специально предназначен для работы совместно с преобразователем, то длина кабеля может быть любой. Например, двигатели, сертифицированные по стандарту NEMA Standart MG-1. Двигатель для ПЧ должен быть оснащен изоляцией класса F или выше, а также иметь фазовую изоляцию. Также, чтобы избежать нежелательных явлений при большой длине кабеля, можно установить сглаживающие реакторы и фильтры сразу после ПЧ и непосредственно перед электродвигателем.

Подключение частотного преобразователя к электродвигателю следует производить строго по инструкции производителя. Особенно внимательно нужно отнестись к подключению силовой части. Перед прибором необходимо установить автоматический выключатель, работающий с током ≥ номинальному потребляемому току электродвигателя. Входные клеммы должны быть подключены только к фазам питающей сети (заземление только к заземляющему контуру), а выходные клеммы — к питаемому электродвигателю. В компании «Веспер» разработаны наглядные схемы и даны подробные инструкции к каждой модели. Например, схема подключения частотного преобразователя «Веспер E4-8400»:

Сетевые технологии для управления

Настройка частотника и программирование режимов работы осуществляется непосредственно с панели управления, выносного пульта или, что наиболее удобно, с помощью компьютера. Операционное место может находиться за многие километры от ПЧ, для этого необходимо воспользоваться сетевыми технологиями.

Для совместной работы электродвигателя и системы автоматического управления используются различные протоколы передачи данных. Наибольшее распространение получил протокол связи Modbus с интерфейсом RS-485. Передача управляющего сигнала в линиях RS-485 осуществляется по проводу. Даже если сразу не требуется включать частотник в систему удаленного управления, на перспективу такой вариант подключения следует предусмотреть и заранее запланировать место, где удобнее проложить магистраль и подключиться к сети.

ПЧ — органы управления

Преобразователи «Веспер» оборудованы панелью с информационным ЖК-дисплеем и набором для управления и проведения пусконаладки. В зависимости от модели ПЧ, дисплеи могут отличаться количеством строчек. На дисплей прибора можно выводить данные о текущем состоянии параметров.

Для большего удобства и реализации более сложных систем управления через аналоговые и дискретные (релейные, транзисторные) выходы можно подключить выносной ДУ-пульт. А через линию интерфейсной связи — ПК (ноутбук или стационарный).

Ноутбук можно использовать в режиме осциллографа — для наблюдения за изменениями параметральных величин в реальном времени. В таком случае также необходимо заранее подготовить место с изолированной поверхностью и предусмотреть возможность работы ноутбука от батареи.

Настройка перед запуском

Частотные преобразователи — сложные компьютеризированные устройства со множеством функций и настроек. Чтобы облегчить и ускорить ввод прибора в эксплуатацию, на заводе уже проведены базовые настройки. При этом многие параметры «по умолчанию» могут быть оптимальными для решения поставленных задач.

В дополнение к базовым настройкам, преобразователи «Веспер» поддерживают функцию автонастройки — идентификационный пуск. В этом режиме ПЧ до запуска двигателя или уже у работающего двигателя автоматически определяет параметры обмоток.

Перед запуском также необходимо проверить и задать стартовый набор параметров:

• Характеристики управляемого двигателя — напряжение, мощность, рабочий диапазон частоты вращения (эти параметры можно посмотреть в технической документации или на шильдике двигателя).
• Канал задания — указать, из какого источника ПЧ следует брать задания (панель управления, дискретные/аналоговые выходы, удаленный интерфейс).
• Канал управления — указать, откуда будут поступать управляющие команды (запуск/остановка). В качестве управляющего канала можно выбрать: панель управления, дискретные/аналоговые выходы, удаленный интерфейс.
• Схема преобразования — если нет опыта, эту настройку лучше не менять, оставить по умолчанию.

Строго следуя инструкции и обладая базовыми знаниями, можно самостоятельно разобраться с тем, как подключить частотный преобразователь к электродвигателю. Но если нет желания или времени во все вникать — поручите это высококвалифицированным сотрудникам «Веспер». Они проведут пусконаладочные работы быстро и профессионально.

Видео

Вступительный фильм о типовых примерах применения преобразователей частоты Веспер. В видеоролике показаны преимущества использования частотно-регулируемого электропривода по отношению к другим типам приводов. Коротко представлена продукция нашей компании и география ее использования.

Частотные преобразователи, принцип работы частотного преобразователя

Частотные преобразователи предназначены для плавного регулирования скорости асинхронного двигателя за счет создания на выходе преобразователя трехфазного напряжения переменной частоты. В простейших случаях регулирование частоты и напряжения происходит в соответствии с заданной характеристикой V/f, в наиболее совершенных преобразователях реализовано так называемое векторное управление. Принцип работы частотного преобразователя или как его часто называют — инвертора: переменное напряжение промышленной сети выпрямляется блоком выпрямительных диодов и фильтруется батареей конденсаторов большой емкости для минимизации пульсаций полученного напряжения. Это напряжение подается на мостовую схему, включающую шесть управляемых IGBT или MOSFET транзисторов с диодами, включенными антипараллельно для защиты транзисторов от пробоя напряжением обратной полярности, возникающем при работе с обмотками двигателя. Кроме того, в схему иногда включают цепь «слива» энергии — транзистор с резистором большой мощности рассеивания. Эту схему используют в режиме торможения, чтобы гасить генерируемое напряжение двигателем и обезопасить конденсаторы от перезарядки и выхода из строя. Блок-схема инвертора показана ниже. Частотный преобразователь в комплекте с асинхронным электродвигателем позволяет заменить электропривод постоянного тока. Системы регулирования скорости двигателя постоянного тока достаточно просты, но слабым местом такого электропривода является электродвигатель. Он дорог и ненадежен. При работе происходит искрение щеток, под воздействием электроэрозии изнашивается коллектор. Такой электродвигатель не может использоваться в запыленной и взрывоопасной среде. Асинхронные электродвигатели превосходят двигатели постоянного тока по многим параметрам: они просты по устройству и надежны, так как не имеют подвижных контактов. Они имеют меньшие по сравнению с двигателями постоянного тока размеры, массу и стоимость при той же мощности. Асинхронные двигатели просты в изготовлении и эксплуатации. Основной недостаток асинхронных электродвигателей – сложность регулирования их скорости традиционными методами (изменением питающего напряжения, введением дополнительных сопротивлений в цепь обмоток). Управление асинхронным электродвигателем в частотном режиме до недавнего времени было большой проблемой, хотя теория частотного регулирования была разработана еще в тридцатых годах. Развитие частотно-регулируемого электропривода сдерживалось высокой стоимостью преобразователей частоты. Появление силовых схем с IGBT-транзисторами, разработка высокопроизводительных микропроцессорных систем управления позволило различным фирмам Европы, США и Японии создать современные преобразователи частоты доступной стоимости. Регулирование частоты вращения исполнительных механизмов можно осуществлять при помощи различных устройств: механических вариаторов, гидравлических муфт, дополнительно вводимыми в статор или ротор резисторами, электромеханическими преобразователями частоты, статическими преобразователями частоты. Применение первых четырех устройств не обеспечивает высокого качества регулирования скорости, неэкономично, требует больших затрат при монтаже и эксплуатации. Статические преобразователи частоты являются наиболее совершенными устройствами управления асинхронным приводом в настоящее время. Принцип частотного метода регулирования скорости асинхронного двигателя заключается в том, что, изменяя частоту f1 питающего напряжения, можно в соответствии с выражением неизменном числе пар полюсов p изменять угловую скорость магнитного поля статора. Этот способ обеспечивает плавное регулирование скорости в широком диапазоне, а механические характеристики обладают высокой жесткостью. Регулирование скорости при этом не сопровождается увеличением скольжения асинхронного двигателя, поэтому потери мощности при регулировании невелики. Для получения высоких энергетических показателей асинхронного двигателя – коэффициентов мощности, полезного действия, перегрузочной способности – необходимо одновременно с частотой изменять и подводимое напряжение. Закон изменения напряжения зависит от характера момента нагрузки Mс. При постоянном моменте нагрузки Mс=const напряжение на статоре должно регулироваться пропорционально частоте: Для вентиляторного характера момента нагрузки это состояние имеет вид: При моменте нагрузки, обратно пропорциональном скорости: Таким образом, для плавного бесступенчатого регулирования частоты вращения вала асинхронного электродвигателя, преобразователь частоты должен обеспечивать одновременное регулирование частоты и напряжения на статорной обмотке асинхронного двигателя. Преимущества использования регулируемого электропривода в технологических процессах Применение регулируемого электропривода обеспечивает энергосбережение и позволяет получать новые качества систем и объектов. Значительная экономия электроэнергии обеспечивается за счет регулирования какого-либо технологического параметра. Если это транспортер или конвейер, то можно регулировать скорость его движения. Если это насос или вентилятор – можно поддерживать давление или регулировать производительность. Если это станок, то можно плавно регулировать скорость подачи или главного движения. Особый экономический эффект от использования преобразователей частоты дает применение частотного регулирования на объектах, обеспечивающих транспортировку жидкостей. До сих пор самым распространённым способом регулирования производительности таких объектов является использование задвижек или регулирующих клапанов, но сегодня доступным становится частотное регулирование асинхронного двигателя, приводящего в движение, например, рабочее колесо насосного агрегата или вентилятора. При использовании частотных регуляторов обеспечивается плавная регулировка скорости вращения позволяет в большинстве случаев отказаться от использования редукторов, вариаторов, дросселей и другой регулирующей аппаратуры. При подключении через частотный преобразователь пуск двигателя происходит плавно, без пусковых токов и ударов, что снижает нагрузку на двигатель и механизмы, тем самым увеличивает срок их службы. Перспективность частотного регулирования наглядно видна из рисунка Таким образом, при дросселировании поток вещества, сдерживаемый задвижкой или клапаном, не совершает полезной работы. Применение регулируемого электропривода насоса или вентилятора позволяет задать необходимое давление или расход, что обеспечит не только экономию электроэнергии, но и снизит потери транспортируемого вещества. Структура частотного преобразователя Большинство современных преобразователей частоты построено по схеме двойного преобразования. Они состоят из следующих основных частей: звена постоянного тока (неуправляемого выпрямителя), силового импульсного инвертора и системы управления. Звено постоянного тока состоит из неуправляемого выпрямителя и фильтра. Переменное напряжение питающей сети преобразуется в нем в напряжение постоянного тока. Силовой трехфазный импульсный инвертор состоит из шести транзисторных ключей. Каждая обмотка электродвигателя подключается через соответствующий ключ к положительному и отрицательному выводам выпрямителя. Инвертор осуществляет преобразование выпрямленного напряжения в трехфазное переменное напряжение нужной частоты и амплитуды, которое прикладывается к обмоткам статора электродвигателя. В выходных каскадах инвертора в качестве ключей используются силовые IGBT-транзисторы. По сравнению с тиристорами они имеют более высокую частоту переключения, что позволяет вырабатывать выходной сигнал синусоидальной формы с минимальными искажениями. Принцип работы преобразователя частоты Преобразователь частоты состоит из неуправляемого диодного силового выпрямителя В, автономного инвертора , системы управления ШИМ, системы автоматического регулирования, дросселя Lв и конденсатора фильтра Cв. Регулирование выходной частоты fвых. и напряжения Uвых осуществляется в инверторе за счет высокочастотного широтно-импульсного управления. Широтно-импульсное управление характеризуется периодом модуляции, внутри которого обмотка статора электродвигателя подключается поочередно к положительному и отрицательному полюсам выпрямителя. Длительность этих состояний внутри периода ШИМ модулируется по синусоидальному закону. При высоких (обычно 2…15 кГц) тактовых частотах ШИМ, в обмотках электродвигателя, вследствие их фильтрующих свойств, текут синусоидальные токи. Таким образом, форма кривой выходного напряжения представляет собой высокочастотную двухполярную последовательность прямоугольных импульсов (рис. 3). Частота импульсов определяется частотой ШИМ, длительность (ширина) импульсов в течение периода выходной частоты АИН промодулирована по синусоидальному закону. Форма кривой выходного тока (тока в обмотках асинхронного электродвигателя) практически синусоидальна. Регулирование выходного напряжения инвертора можно осуществить двумя способами: амплитудным (АР) за счет изменения входного напряжения Uв и широтно-импульсным (ШИМ) за счет изменения программы переключения вентилей V1-V6 при Uв = const. Второй способ получил распространение в современных преобразователях частоты благодаря развитию современной элементной базы (микропроцессоры, IBGT-транзисторы). При широтно-импульсной модуляции форма токов в обмотках статора асинхронного двигателя получается близкой к синусоидальной благодаря фильтрующим свойствам самих обмоток. Такое управление позволяет получить высокий КПД преобразователя и эквивалентно аналоговому управлению с помощью частоты и амплитуды напряжения. Современные инверторы выполняются на основе полностью управляемых силовых полупроводниковых приборов – запираемых GTO – тиристоров, либо биполярных IGBT-транзисторов с изолированным затвором. На рис. 2.45 представлена 3-х фазная мостовая схема автономного инвертора на IGBT-транзисторах. Она состоит из входного емкостного фильтра Cф и шести IGBT-транзисторов V1-V6 включенными встречно-параллельно диодами обратного тока D1-D6. За счет поочередного переключения вентилей V1-V6 по алгоритму, заданному системой управления, постоянное входной напряжение Uв преобразуется в переменное прямоугольно-импульсное выходное напряжение. Через управляемые ключи V1-V6 протекает активная составляющая тока асинхронного электродвигателя, через диоды D1-D6 – реактивная составляющая тока. И – трехфазный мостовой инвертор; В – трехфазный мостовой выпрямитель; Сф – конденсатор фильтра; Вариант схемы подключения частотного преобразователя фирмы Omron.   Подключение частотных преобразователей с соблюдением требований ЭМС Монтаж и подключение с соблюдением требований ЭМС подробно описаны в соответствующих руководствах на устройства. Техническая информация преобразователи частоты , Optdrive английское качество.

Частотные преобразователи

20 августа 2021 г. 00:40

Назначение.

Преобразователи частоты представляют собой устройства силовой промышленной электроники и предназначены для преобразования однофазного или трехфазного напряжения сети переменного тока постоянной частоты в трехфазное напряжение регулируемой частоты. Возможность регулирования частоты выходного напряжения позволяет применять частотные преобразователи для изменения скорости вращения электродвигателей, одновременно обеспечивая умную защиту подключенной нагрузки. Кроме основной защиты от перегрузки по току, большая часть современных преобразователей частоты оснащена функциями защиты от понижения напряжения источника питания (защита ЗМН), перенапряжения, однофазного короткого замыкания на землю и других неисправностей. Наличие этих опций значительно увеличивает срок безаварийной эксплуатации электродвигателей. Регулирование частоты осуществляется по закону V/f или используется векторное управление. Системы под управлением частотных преобразователей обладают высоким коэффициентом полезного действия. За счет этого, а также благодаря возможности динамического изменения скорости вращения электродвигателя в зависимости от входных сигналов с датчиков или по заданной оператором программе, применение частотных преобразователей дает возможность снизить затраты на потребляемую электроэнергию до 30%. Окупаемость использования систем управления с преобразователями частоты в среднем достигается в первые 1-2 года после внедрения. В случае выхода из строя, частотные преобразователи подлежат ремонту, подробнее об этом написано в данной статье.

Устройство.

Частотный преобразователь состоит из нескольких основных электронных узлов.

1. Однофазный или трехфазный выпрямительный мост на основе диодов, тиристоров соединенных чаще всего по схеме Ларионова для трехфазных цепей.
2. ЭМС фильтр содержит дроссель на ферритовом сердечнике и неполярные конденсаторы.
3. Емкостная часть цепи постоянного тока состоит из сборки конденсаторов включенных последовательно для увеличения общего номинального напряжения и параллельно для увеличения общей емкости.
4. Схема управления собрана на основе микропроцессора, драйвера, опторазвязки.
5. Источник питания чаще всего состоит из многоканального импульсного блока питания с выходными каналами +5В, +12В, -12В, +24В. В редких случаях используются источники питания на основе низкочастотных понижающих трансформаторов.
6. Силовая часть частотных преобразователей обычно состоит из шести IGBT транзисторов, объединенных в IGBT модули.
7. Схема измерения основана на датчиках тока Холла.
8. Схема ввода-вывода представлена чаще всего в виде отдельной платы с АЦП, ЦАП, оптической развязкой, интерфейсом связи RS-485.
9. Узел ограничения зарядного тока конденсаторов цепи постоянного тока содержит термистор для устройств небольшой мощности или ограничительный резистор, шунтирующий нормально открытые контакты реле (контактора) для мощных частотных преобразователей.
10. Цепь торможения — тормозной резистор применяется для динамического торможения электродвигателей средней и большой мощности и может быть как встроенным, так и внешним по отношению к преобразователю частоты.
11. Система охлаждения может содержать радиатор и вентиляторы.
12. Панель управления с цифровым дисплеем — может являться как обязательной частью частотного преобразователя, так и независимым устройством для считывания и записи настроек.

Принцип действия.

Выпрямленное напряжение от шины постоянного тока поступает на IGBT транзисторы, которые управляются через оптическую развязку от драйвера ШИМ. На драйвер сигналы управления через схему согласования уровней передаются от микропроцессора, содержащего алгоритм управления. По этому алгоритму происходит управление работой драйвера и далее взаимозависимое открытие-закрытие соответствующих выходных транзисторов. В результате на выходе каждого из трех каналов будут получены сигналы синусоидальной формы со смещением друг относительно друга. Чем выше частота переключения ШИМ — тем больше форма синусоиды близка к идеальной. Наиболее частыми значениями частоты работы ШИМ являются 4 кГц, 8 кГц, 16 кгц. Эти значения могут быть изменены пользователем в процессе подготовки к эксплуатации.

Примеры работ
Услуги
Контакты

Время выполнения запроса: 0,00301790237427 секунд.

Частотный преобразователь своими руками — как сделать преобразователь частоты

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.

2 Объяснение простых схем преобразователя напряжения в частоту

Схема преобразователя напряжения в частоту преобразует пропорционально изменяющееся входное напряжение в пропорционально изменяющуюся выходную частоту.

В первой конструкции используется микросхема IC VFC32, которая представляет собой усовершенствованное устройство преобразования напряжения в частоту от BURR-BROWN, специально разработанное для получения чрезвычайно пропорциональной частотной характеристики подаваемому входному напряжению для заданного применения схемы преобразователя напряжения в частоту.

Как работает устройство

Если входное напряжение изменяется, выходная частота следует этому и изменяется пропорционально с большой степенью точности.

Выход IC представляет собой транзистор с открытым коллектором, которому просто требуется внешний подтягивающий резистор, подключенный к источнику 5 В, чтобы выход был совместим со всеми стандартными устройствами CMOS, TTL и MCU.

Ожидается, что выходной сигнал этой ИС будет устойчивым к шумам и с превосходной линейностью.

Полный диапазон преобразования выходного сигнала определяется включением внешнего резистора и конденсатора, размеры которых могут быть выбраны для получения достаточно широкого диапазона отклика.

Основные характеристики VFC32

Устройство VFC32 также имеет функцию работы противоположным образом, то есть его можно настроить для работы также как преобразователь частоты в напряжение с аналогичной точностью и эффективностью. Об этом мы подробно поговорим в следующей статье.

ИС может поставляться в различных упаковках в зависимости от требований вашего приложения.

На первом рисунке ниже показана стандартная схема преобразователя напряжения в частоту, где R1 используется для настройки диапазона обнаружения входного напряжения.

Включение обнаружения полной шкалы

Резистор 40 кОм может быть выбран для получения обнаружения входа полной шкалы от 0 до 10 В, другие диапазоны могут быть достигнуты простым решением следующей формулы:

R1 = Vfs / 0.25 мА

Предпочтительно R1 должен быть типа MFR для обеспечения повышенной стабильности. Регулируя значение R1, можно уменьшить доступный диапазон входного напряжения.

Для достижения регулируемого выходного диапазона FSD вводится диапазон C1, значение которого может быть соответствующим образом выбрано для назначения любого желаемого диапазона преобразования выходной частоты, здесь, на рисунке, он выбран, чтобы дать шкалу от 0 до 10 кГц для входного диапазона от 0 до 10 В. .

Однако следует отметить, что качество C1 может напрямую влиять на линейность или точность выходного сигнала, поэтому рекомендуется использовать конденсатор высокого качества.Тантал, возможно, станет хорошим кандидатом для этого типа области применения.

Для более высоких диапазонов порядка 200 кГц и выше можно выбрать конденсатор большего размера для C1, а R1 можно установить на 20 кОм.

Соответствующий конденсатор C2 не обязательно влияет на работу C1, однако значение C2 не должно выходить за заданный предел. Значение для C2, как показано на рисунке ниже, не следует понижать, хотя увеличение его значения выше этого может быть нормальным. что выходной каскад, подключенный к этому выводу, будет испытывать только понижающееся напряжение / ток (низкий логический уровень) для предлагаемого преобразования напряжения в частоту.

Чтобы получить переменную логическую реакцию вместо только ответа «понижающийся ток» (низкий логический уровень) от этой распиновки, нам необходимо подключить внешний подтягивающий резистор с питанием 5 В, как показано на второй диаграмме выше.

Это обеспечивает поочередно изменяющийся логический высокий / низкий отклик в этой распиновке для подключенного каскада внешней схемы.

Возможные применения

Описанная схема преобразователя напряжения в частоту может использоваться для многих конкретных приложений пользователя и может быть настроена для любых соответствующих требований.Одним из таких приложений может быть создание цифрового измерителя мощности для записи потребления электроэнергии для данной нагрузки.

Идея состоит в том, чтобы подключить резистор, считывающий ток, последовательно с рассматриваемой нагрузкой, а затем интегрировать развивающийся ток на этом резисторе с описанной выше схемой преобразователя напряжения в частоту.

Поскольку ток, нарастающий на чувствительном резисторе, будет пропорционален потребляемой нагрузке, эти данные будут точно и пропорционально преобразованы в частоту с помощью описанной схемы.

Преобразование частоты может быть дополнительно интегрировано со схемой частотомера IC 4033 для получения цифровых калиброванных показаний потребления нагрузки, и это может быть сохранено для будущей оценки.

Предоставлено: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/vfc32.pdf

2) Использование IC 4151

Следующая высокопроизводительная схема преобразователя частоты в напряжение построена на основе нескольких компонентов и ИС. на основе коммутационной схемы. При значениях деталей, указанных на схеме, коэффициент преобразования достигается с линейной характеристикой прибл.1%. При подаче входного напряжения от 0 до 10 В оно преобразуется в пропорциональную величину выходного напряжения прямоугольной формы от 0 до 10 кГц.

С помощью потенциометра P1 можно настроить схему так, чтобы входное напряжение 0 В генерировало выходную частоту 0 Гц. Компонентами, отвечающими за фиксацию частотного диапазона, являются резисторы R2, R3, R5, P1 вместе с конденсатором C2.

Применяя формулы, показанные ниже, можно изменить отношение напряжения к частоте, чтобы схема работала очень хорошо для нескольких уникальных приложений.

При определении произведения T = 1.1.R3.C2 вы должны убедиться, что оно всегда меньше половины минимального периода вывода, то есть положительный выходной импульс всегда должен быть минимальным до тех пор, пока отрицательный импульс.

f0 / Uin = [0,486. (R5 + P1) / R2. R3. C2]. [кГц / В]

T = 1,1. R3. C2

ЦЕПЬ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ НА НАПРЯЖЕНИЕ Схема

Преобразователь частоты в напряжение — это электронное устройство, которое преобразует синусоидальную входную частоту в пропорциональный ток или выходное напряжение.В базовую схему входят операционные усилители и RC-цепи (резисторные конденсаторные сети). Операционные усилители используются для обработки сигналов. И RC-сети используются для удаления частотно-зависимой пульсации. На схеме ниже показана принципиальная схема преобразователя частоты в напряжение с использованием сетей ОУ и RC:

Входная частота этого преобразователя может находиться в диапазоне 0-10 кГц. А выходное напряжение может находиться в диапазоне от 0 до -10 В.

Блок-схема преобразователя F-V

На приведенной выше блок-схеме показан преобразователь частоты в напряжение.Схема заряжает конденсатор до определенного уровня. В него включен интегратор, и конденсатор разряжается в этот интегратор или в цепь нижних частот. Это происходит для всех циклов входного сигнала. Прецизионный переключатель и моностабильный мультивибратор генерируют импульс определенной амплитуды и периода, который подается в сеть усреднения. Следовательно, мы получаем на выходе постоянное напряжение.

СХЕМА F-V С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ LM331

Это принципиальная схема преобразователя частоты в напряжение, использующего LM331.

Photo Credit circuittoday

Эта ИС в основном представляет собой преобразователь напряжения в частоту, но может использоваться как преобразователь частоты в напряжение. Его приложения также включают аналого-цифровое преобразование и долгосрочную интеграцию.

Преобразователь FV РАБОЧИЙ

В этой схеме lm331 используется для преобразования частоты в напряжение. Напряжение на выходе пропорционально частоте на входе. Это 8-контактная ИС. Источник подключен к выводу 8 и подает 15 В постоянного тока.Контакты 3 и 4 подключены к земле. Входная частота задается на контакте 6, а выходное напряжение снимается с контакта 1. Входная частота дифференцируется с помощью резистора R7 и конденсатора C3, а затем результирующая последовательность импульсов поступает на контакт 6. Схема таймера запускается встроенной схемой. -в схеме компаратора в ИС при появлении отрицательного фронта последовательности импульсов на выводе 6.

Ток, вытекающий из вывода 6, пропорционален значениям конденсатора C1 и резистора R1 (которые также известны как компоненты синхронизации) и входной частоте.Таким образом, мы получаем выходное напряжение на резисторе R4, которое пропорционально входной частоте. В этой цепи используется 15 В постоянного тока, но рабочее напряжение IC может быть от 5 до 30 вольт постоянного тока. Величина резистора R3 зависит от напряжения питания.

ПРИМЕНЕНИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ F-V

Эти преобразователи используются в широком диапазоне приложений, таких как связь, управление мощностью, измерительные и измерительные системы и т. Д.

Мы подробно обсудим следующие приложения:

1. Преобразователь частоты в напряжение в тахометрах.
2. Измерение разности частот.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ F / V И ЦИФРОВОЙ ТАХОМЕТР

Цифровой тахометр — это электронное устройство, измеряющее скорость вращения колеса. Они отображают скорость вращения в виде напряжения, поэтому в них требуется преобразователь частоты в напряжение. На схеме ниже показан цифровой тахометр.

Цифровой тахометр

Частота возникновения некоторых событий может быть измерена измерителем скорости.Он считает события за определенный период времени, а затем делит количество событий на общее время, и, следовательно, мы получаем коэффициент. Это теория работы простого тахометра.

Мы используем микросхему LM2907 для этой схемы тахометра. Это 8-контактная ИС. На вывод 1 подаем частотный сигнал на вход зарядовой накачки. На выводе 2 напряжение будет между двумя значениями: (V _CC ) — V _BE и ¾ (V _CC ) — V _BE .

На схеме ниже показана конфигурация микросхемы LM2907:

.

Конденсаторы C1 и C2 и резистор R1 имеют определенные значения в соответствии с требованиями схемы.Эти значения можно изучить в техническом паспорте LM2907.

Интерфейс LM2907

Входной сигнал подается на вывод 1, а на вывод 11 подается опорное напряжение. На контакты 8 и 9 подается постоянное напряжение. Инвертирующий вход операционного усилителя соединен с выходом эмиттера. На выводе 5 мы получаем напряжение с низким импедансом, которое пропорционально заданной входной частоте. С вывода 5 и вывода 10 мы получаем выходной сигнал 67 Гц / В. Этот вывод отправляется на АЦП, а затем DSP может прочитать этот вывод.

ИЗМЕРЕНИЕ РАЗНИЦЫ ЧАСТОТ

TC9400 — это ИС преобразователя частоты в напряжение и напряжения в частоту. Его основные схемы подключения включают три резистора, два конденсатора и опорное напряжение. Мы можем использовать две микросхемы TC9400 и работать с ними в режиме преобразования частоты в напряжение, чтобы получить измерения разности частот.

Мы используем два преобразователя и получаем V1 и V2 как два отдельных выхода. Единичное усиление инвертирует напряжение V2, поступающее от преобразователя 2 ^nd F / V.Подключен операционный усилитель, который складывает как напряжения V1, так и инвертированное напряжение –V2. Эта сумма будет пропорциональна фактической разнице частот между F1 и F2. В цепь также включен преобразователь V / F, который дает частотный выход, который снова пропорционален разности частот между F1 и F2. Таким образом, мы получаем измерение разности частот как по частоте, так и по напряжению. На приведенной ниже диаграмме показана схема измерения разности требований f .

Помимо этих двух приложений, существует множество других приложений преобразователей F / V, таких как делители / умножители частоты, частотные декодеры, частотомеры, регуляторы скорости двигателя и т. Д., Которые можно легко найти на нескольких веб-страницах.

Схема преобразователя частоты в напряжение

на базе микросхемы TC9400 IC

Схема преобразователя частоты в напряжение на базе микросхемы TC9400.

Описание.
Здесь показан очень простой и недорогой преобразователь частоты в напряжение на базе микросхемы TC9400 от Microchip.TC9400 может быть подключен либо как преобразователь напряжения в частоту, либо как преобразователь частоты в напряжение, и для этого требуется минимум внешних компонентов. Функциональные блоки внутри TC9400 включают в себя операционный усилитель интегратора, схему задержки 3uS, схему однократного выброса, схему управления разрядкой заряда, сеть деления на 2 и необходимые драйверы. Эта схема находит применение в ряде электронных проектов, таких как частотомеры, тахометры, спидометры, FM-демодуляторы и т. Д.

Принципиальная схема.

TC9400 Преобразователь напряжения в частоту (версия с однополярным питанием)

В схеме, показанной выше, TC9400 подключен как преобразователь F в V, который работает от одного источника питания.Схема генерирует выходное напряжение, пропорциональное входной частоте. Входная частота подается на вывод 11 (неинвертирующий вход внутреннего компаратора). Для отключения компаратора амплитуда входной частоты должна быть больше +/- 200 мВ. Ниже этого уровня схема не будет работать ни при каких условиях.

Каждый раз, когда входной сигнал на вывод 11 IC1 пересекает ноль в отрицательном направлении, на выходе внутреннего компаратора становится низкий уровень. Схема задержки 3uS включает цепь заряда / разряда C ref после 3uS, и это подключает C ref к опорному напряжению, и это заряжает интегрирующий конденсатор C int на определенное количество напряжения.В режиме однополярного питания опорное напряжение — это разность потенциалов между контактами 2 и 7 TC9400. Каждый раз, когда форма волны входной частоты пересекает ноль в положительном направлении, выходной сигнал внутреннего компаратора становится высоким, и это отключает цепь заряда / разряда C ref , которая создает короткое замыкание на выводах C ref . Напряжение на интегрирующем конденсаторе C int сохраняется, поскольку единственный доступный путь разряда — это резистор 1 МОм R int , который является слишком высоким, а напряжение на C int является выходным напряжением.Резистор R смещения служит для установки тока смещения ИМС.

Схема делителя потенциала, состоящая из R6 и R7, гарантирует, что входной порог всегда отслеживает напряжение питания. Схема фиксации с использованием диода D2 предотвращает попадание отрицательного значения на вход для включения внутреннего компаратора. Проще говоря, этот участок схемы можно назвать переключателем уровня.

Производители TC9400 заявляют, что он может принимать на свой вход сигнал любой частоты.С практической точки зрения, для правильной работы этой схемы положительная половина входного сигнала должна иметь ширину импульса не менее 5 мкс, а отрицательная половина должна быть больше или равна 5 мкс.

Для калибровки отрегулируйте подстроечный регулятор смещения, чтобы получить 0 В на выходе без применения входной частоты. Если у вас есть функциональный генератор, установите входную частоту на 10 кГц и отрегулируйте значение C ref , чтобы получить на выходе от 2,5 до 3 вольт. Эта калибровка предназначена для максимальной входной частоты 10 кГц.

Примечания.

• Схема может быть собрана на плате Perf или печатной плате.
• Схема может получать питание от 10 до 15 В постоянного тока.
• R3 можно использовать для регулировки напряжения смещения.
• В схеме инвертирующий вход внутреннего компаратора привязан к 6,2 В с помощью D1. Таким образом, амплитуда входных сигналов должна быть между 4 В и напряжением питания (V +).
• В этой цепи выходное напряжение также составляет 6,2 В.
• Выходное напряжение и входная частота преобразователя F в V связаны с помощью уравнения V out = V ref x C ref x F in, где V out — выходное напряжение, а F in — входная частота.
• TC9400 и TL071 должны быть установлены на держателях.

Вариант схемы с двойным питанием.

Преобразователь частоты в напряжение (версия с двойным питанием)

Преобразователь частоты в напряжение на основе TC9400, работающий от двойного источника питания, показан выше.По сравнению с версией с однополярным питанием эта схема требует меньшего количества компонентов. Эта схема может питаться от двойного источника питания +/- 5 В постоянного тока. Схема работает только с биполярной входной частотой, и если доступная вам частота является однополярной (положительная последовательность импульсов), преобразуйте ее в биполярную, используя схему, показанную ниже.

Цепь преобразователя униполярной волны в биполярную

Цепь подавителя пульсаций.

На выходное напряжение преобразователя F в V на основе 9400 накладывается напряжение пульсации пилы, которое обратно пропорционально величине интегрирующего конденсатора C int .Для низкочастотных входов напряжение пульсаций можно уменьшить, увеличив значение C int . Но этот метод не подходит для высокочастотных входов, поскольку большее значение емкости резко сокращает время отклика схемы преобразователя. Ниже показан способ уменьшения пульсаций выходного напряжения без влияния на время отклика схемы.

Схема устранения пульсаций

Схема представляет собой не что иное, как операционный усилитель, работающий в синфазном режиме. Благодаря синфазному режиму пульсации переменного тока подавляются, и на выходе будет доступен чистый уровень постоянного тока.Подстроечный резистор R16 используется для регулировки усиления инвертирующих и неинвертирующих входов на одно и то же значение. Эта схема также будет действовать как буфер.

Схемы питания для данного проекта.

Схемы источника питания, необходимые для проекта преобразователя частоты в напряжение, показаны ниже. Источник 12 В постоянного тока может использоваться для питания версии с однополярным источником питания, в то время как двойной источник питания +/- 5 В постоянного тока может использоваться для питания версии с двумя источниками питания, а также цепи фильтра пульсаций. На принципиальных схемах мосты D4 и D3 могут быть выполнены с использованием диодов 1N4007.На рынке также доступны мостовые выпрямительные модули на 1 А. Дополнительные переключатели ВКЛ / ВЫКЛ могут быть добавлены последовательно к фазным линиям входа переменного тока. Рекомендуется установить соответствующий радиатор (2x2x2 см с алюминиевым оребрением или что-то подобное) на ИС регулятора напряжения.

Источник питания с двойным регулированием, 5 В, источник питания с регулируемым напряжением 12 В

Несколько других схем преобразователя частоты в напряжение.

1. Преобразователь частоты в напряжение с использованием Lm331 : очень компактный и точный преобразователь напряжения в частоту с использованием известной микросхемы Lm331 от National Semiconductors.Схема очень линейна и имеет очень большой динамический диапазон. Схема работает от одного источника и может быть легко собрана на плате Perf.

2. Преобразователь частоты в напряжение с использованием NE555 : Это отличное применение микросхемы таймера NE555. Очень простой и дешевый преобразователь F в V, работающий от 12 В постоянного тока. Использует минимальное количество компонентов, и почти все компоненты, необходимые для этой схемы, можно получить из вашего ящика для отходов. Это мило????. Попробуй.

Защита от короткого замыкания Преобразователь частоты Преобразователь частоты Однофазный преобразователь цепи управления преобразователем Цепь (2.2кВт): автомобильный

Цвет: 2.2KW

Характеристика:
Изделие может быть подключено к внешнему контроллеру для реализации бесконечного регулирования скорости с помощью аналогового входного напряжения 0 ~ 5 В / 0 ~ 10 В и входного сигнала тока 0 ~ 20 мА. Преобразователь частоты имеет быструю реакцию пуска-останова и высокий крутящий момент на низкой скорости. Функция внутренней защиты продукта имеет такие функции защиты, как пониженное напряжение, перенапряжение, перегрузка по току, перегрев и т. Д.Когда происходит короткое замыкание, он немедленно останавливается для защиты хоста (защита от короткого замыкания). Максимальная выходная частота преобразователя 0-400 Гц. Преобразователь частоты с многофункциональной релейной передачей, функцией PID, функцией подачи воды с постоянным давлением. Встроенный датчик температуры инвертора, функция внутреннего самоохлаждения для требований внешней среды низкие. Дополнительный пульт управления снабжен внешней неподвижной опорой корпуса и соединительным проводом длиной 1 метр.
Спецификация:
Модель: JH-S2-2T-007B / JH-S2-2T-015B / JH-S2-2T-022B (дополнительно)
Мощность двигателя адаптации: 0,75 / 1,5 / 2,2 кВт (соответствующая модель не является обязательной)
Серия продукта: JH-S2
Сфера применения: Универсальный
Фаза питания: однофазная
Номинальное входное напряжение: однофазное 220 В переменного тока
Напряжение питания: низкое напряжение
Фильтр: Нет
Характеристики источника питания постоянного тока: Тип напряжения управления
режим: V / F разомкнутый контур
Регулировка выходного напряжения: ШИМ-управление
Корпус: пластик
Цвет: черный
Номинальный ток: 20 (A)
Размер: 200 * 130 * 100 мм / 7.9 * 5,1 * 3,9 дюйма

Список пакетов:
1 * Преобразователь частоты
1 * Фиксированное основание
1 * Линия подключения (длина 1 м)
1 * Руководство пользователя (на английском языке)

Примечание:
Фактический цвет продукта может отклоняться от фото из-за света.
Возможны незначительные отклонения в измерениях продукта.

Цепь преобразователя напряжения в частоту

Таблица 1.

C1, C2, мкФ	F, кГц	R, кГц / В
0,001	35	3,5
0,01	3,5	0,35
0,1	0,35	0,035
1,0	0,035	0,0035
10,0	0,0035	0,00035

Процесс преобразования непрерывных сигналов в дискретные значения широко используется в цифровых вольтметрах и других измерительных приборах.Простое устройство, использующее этот принцип, может быть построено согласно принципиальной схеме, показанной слева на этой странице. Каждому значению напряжения соответствует частота импульсов на выходе схемы.

Как видно из принципиальной схемы, мультивибратор на транзисторах Т1, Т4 имеет в своей базовой сети два транзистора Т2, Т3 (подключенных по схеме с общим коллектором) вместо резисторов. Частота импульсов определяется транзисторами Т2, Т3 и конденсаторами С1, С2.Время разряда конденсаторов C1, C2 определяется внутренним сопротивлением транзисторов T2, T3. Внутреннее сопротивление зависит от управляющего напряжения и его знака.

При увеличении входного напряжения внутреннее сопротивление уменьшается, время разряда также уменьшается, поэтому частота импульсов увеличивается. Когда входное напряжение уменьшается, все процессы идут в обратном направлении.

Если входное напряжение находится в диапазоне от -5 до +5 В, коэффициент преобразования останется линейным.

Транзисторы Т1, Т4 — В435; Т2, Т3 — С450. Диоды D1, D2 — EA403. В этой схеме можно использовать современные транзисторы, в этом случае потребуется два резистора номиналом около ста кОм, каждый из которых должен быть включен между базой транзистора Т1, Т2 и проводом + 9В.

Частота импульсов (F) при нулевом выходном напряжении и коэффициент преобразования (R) определяется конденсаторами C1 и C2. Эти параметры приведены в таблице 1.

«Радиоконструктор», 1969, 07.

НАЗАД

Интегратор

— Помогите мне понять эту схему преобразователя напряжения в частоту

Вы, вероятно, зашли слишком далеко в изменении номиналов резисторов, потому что, несмотря на то, что это изменит как рабочий цикл, так и коэффициент преобразования напряжения в частоту, существует полный диапазон допустимых значений.

Итак, остановимся на интеграторе

Самый первый пункт — исключить любую проблему общего режима.

Фактически, беглый просмотр таблицы данных OPAx189 показывает, что входные напряжения могут находиться в диапазоне от GND-0.От 1 В до Vcc-2,5 В. Таким образом, учитывая источник питания 5 В и делитель 1: 2 R4 / R8, нам разрешено использовать управляющее напряжение V1 в диапазоне от 0 В до 5 В.

---

Второй простой момент — это сам делитель напряжения R4 / R8.

Хотя должно быть очевидно, что, поскольку нагрузка на V1 находится на должном уровне, значение резистора не вызывает большого беспокойства, но их соотношение вместо этого повлияет на работу VFC.

Итак, для общности определим \ $ \ alpha = \ frac {R_8} {R_8 + R_4} = \ frac {v _ +} {V1} \ $ как соотношение между входным неинвертирующим операционным усилителем и управляющим напряжением.

---

А теперь ядро, предполагая, что операционный усилитель находится в пределах линейности, мы можем полагаться на хорошо известное приближение \ $ v _ + = v _- \ $, которое в этом случае превращается в \ $ v _ + = v _- = \ alpha V_1 \ $

Входная величина интегратора: \ $ i_ \ text {in} = i_ \ text {R1} -i_ \ text {R2} \ $ current.

Пренебрегая T1 \ $ r_ \ text {DS (on)} \ $, мы можем легко записать его в двух случаях: T1 включен и выключен.

\ $ i_ \ text {in (ON)} = i_ \ text {R1} -i_ {R2} = \ frac {V_1- \ alpha V_1} {R_1} — \ frac {\ alpha V_1} {R_2} = V_1 \ left (\ frac {1- \ alpha} {R_1} — \ frac {\ alpha} {R_2} \ right) \ $

\ $ i_ \ text {in (OFF)} = i_ \ text {R1} = \ frac {V_1- \ alpha V_1} {R_1} = V_1 \ frac {1- \ alpha} {R_1} \ $

Теперь, учитывая, что выходной сигнал U2 является интегралом по времени этого тока, условием наличия колебательного выхода является то, чтобы этот ток был иногда положительным, а иногда — отрицательным.В противном случае выход интегратора продолжал бы расти (падать) до тех пор, пока не достигнет шин питания операционного усилителя.

Итак, при \ $ i_ \ text {in (OFF)}> 0 \ $ мы найдем условия для \ $ i_ \ text {in (ON)} <0 \ $

\ $ i_ \ text {in (ON)} <0 \; \ Rightarrow \; \ frac {1- \ alpha} {R_1} - \ frac {\ alpha} {R_2} <0 \; \ Rightarrow \; R_2 <\ frac {\ alpha} {1- \ alpha} R_1 \ $

Итак, вкратце, условием возникновения колебаний является $$ R_2 <\ frac {\ alpha} {1- \ alpha} R_1 $$ Что с вашими значениями сводится к R2

---

Необходимо определить зависимость частоты и рабочего цикла

Цепь преобразователя напряжения в частоту

с использованием CA3130

Это схема преобразователя напряжения в частоту, в которой используются микросхемы OP-Amp CA3130. На выходе линейность изменения очень хорошо до 0,5%. Кроме того, они имеют температурный коэффициент менее 0,01% на градус Цельсия.

Как работает преобразователь напряжения в частоту

На схеме ниже.IC1 действует как генератор частоты. Управляется напряжением. Предположим, сначала выходное напряжение IC1 равно + 15В. Затем C1 заряжает ток через D3, R4 и VR1. С постоянным значением, равным (R4 + VR1) C1.

Пока напряжение на инвертирующем входе IC1 не превысит на неинвертирующем входе. Какие три резистора R1, R2 и R3 устанавливают напряжение на неинвертирующем выводе. Теперь выход IC1 меняется на 0 вольт. Но падение напряжения на неинвертирующем входе составляет около 5 В.Из-за гистерезиса напряжения от R3.

Напряжение в цепи преобразователя частоты

Затем C1 начнет разряд на выходе IC2 через R7. Пока напряжение на инвертирующем входе меньше 5В. Затем выход IC1 снова увеличится до +15 В.

И снова начинается первоначальный процесс. Форма выходного сигнала IC1 включает положительный импульс с периодом времени, равным T2, и интервалом между импульсами, равным T3, который изменяется на выходное напряжение IC2

После этого R6 и C3 фильтруют выходное напряжение на выводе 3 IC2, V2. .Это плавное постоянное напряжение. Тогда это напряжение равно среднему значению формы волны IC1.

Поскольку T2 постоянно, V2 имеет подходящее значение. Он генерирует T1 или подходит для генератора частоты от IC1. Входное напряжение Vin поступает на инвертирующий вход IC2, который действует как схема интегратора-компаратора.

Примечание:
R4 = 180 кОм Резистор
D1 — D5 = 1N4148 Диод

Если Vin меньше V2, выход IC2 будет иметь форму волны положительного пилообразного изменения, C1 будет медленно разряжаться, что приведет к длительному диапазону T1.И уменьшите значение V2, но если V1 больше, чем V2, выход IC2 будет иметь форму волны отрицательного пилообразного изменения (до нуля).

Затем вызовите, что C1 разряжается быстрее, временной диапазон T1 уменьшится, и когда V1 будет равно V2, выходное напряжение IC2 будет постоянным, неизменным.

Когда схема выводит константу, тогда (Vin = V2) означает, что V1 — это правильные производимые частоты. Так как состояние контура — частота, соответствующее значение V2. Так что V1 тоже уместен.

Хорошая температурная стабильность, потому что температурный коэффициент D3 и D4 заставляет зарядку на C3 измениться.

Мы исправили это, поместив те же характеристики диода D3 и D4 (D1 и D2) последовательно с R3, чтобы компенсировать изменения температуры в соответствии с неинвертирующим входным выводом IC1.

VR2 регулирует напряжение смещения для IC2, чтобы выходное напряжение отсутствовало.

P1 используется для точной настройки изменения напряжения на частоту.

No related posts.