Управление трехфазным двигателем в однофазной сети (PS11036, IRPT2060A, IR2130)
В области силовых приборов “законодателями" являются фирмы INTERNATIONAL RECTIFIER - сокращенно IR и MITSUBISHI Electric - сокращенно ME, а также INFENION Technologies - IT.
Я привожу наименование фирм-изготовителей для того, чтобы пользователи могли ориентироваться при выборе элементов. Так как, в основном, только эти фирмы занимаются разработкой элементной базы для силовых приводов.
Данная статья поможет многим радиолюбителям применить современные силовые электронные приборы для управления 3-х фазными электродвигателями в однофазной сети.
Схема
На рис. 1 приведена схема электрическая принципиальная электронного привода электродвигателя. Устройство работает следующим образом.
Рис. 1. Схема управления трехфазными двигателями с помощью силовой электроники в однофазной сети.
Задающий генератор DD1 серии NE555 вырабатывает импульсы частотой 360 Гц, поступающие на вывод 9 DD2 (счетный вход) 55БТМ8 (аналог 74175N - четыре D-триггера). В микросхеме используются три D-тригг*ра в качестве схемы, сдвига.
То есть, с их прямых и инверсных выходов выходит трехфазное напряжение управления частотой 60 Гц, которое подается на соответствующие входы микросхемы DA3 IR2130S.
Чтобы электронный привод работал на различных частотах, нужно резистор R2 номиналом 100 кОм заменить на цепочку из постоянного 62 кОм и переменного 56 кОм резисторов.
Микросхема DA3 IR2130S представляет собой шестиканальный высоковольтный драйвер (схема управления) управления выходными ключами фирмы IR. При нажатии на кнопку S1 “Пуск" драйвер управляет как верхними ключами, так и нижними.
Транзисторы VТ1, VТ2, VТ3 - верхние ключи, соответственно VТ4, VТ5, VТ6 - нижние ключи. Питание схемы осуществляется таким образом.
Трансформатор Т1 понижает напряжение сети до 18 В, которое выпрямляется мостом VDS2 и фильтруется конденсаторами С3, С6. Выпрямленное напряжение поступает на стабилизатор DA2 7815.
С выхода DA2 напряжение +15 В служит для питания микросхемы DA3 IR2130. Напряжение +15 В понижается стабилизатором DA1 7805 (КРЕН5) до 5 В, необходимого для питания микросхем DD1, DD2.
Рис. 2. Схема генератора на микросхеме.
Рис. 3. Установка дополнительного резистора.
Рис. 4. Схема драйвера.
Внимание! Минусовой провод на схеме показан как “общЕго ни в коем случае нельзя соединять с корпусом прибора. Он должен быть надежно изолирован от корпуса. Сам корпус привода и электродвигатель должны быть надежно заземлены.
При работе с устройством надо соблюдать осторожность, чтобы избежать поражения электрическим током!
Детали
Мост VDS1 должен быть рассчитан на прямой ток 20...25 А и обратное напряжение 400 В. Данные параметры зависят от мощности используемого двигателя. Я рассчитывал на мощность 1.5...2 кВт.
Подходящим является мост КВРС2504 - Іпр. = 25 А и LJo6p. = 400 В. Примененный мост можно, конечно, заменить отечественными мощными диодами, установив их на радиатор, но опять же габариты схемы увеличатся.
Мост VDS2 рассчитан на Uo6p. = 400 В и Іпр.=1 А, например, КЦ405. Диоды VD1, VD2, VD3 должны быть быстродействующими, с ІІобр. не менее 400 В, например, 11DF4 или 10DF6.
Резисторы R6, R8, R10, R12, R13, R14 номиналом 100 Ом, R7, R9. R11 - номиналом 47 Ом. Защитные диоды VD4....VD9 - быстродействующие, с ІІобр. не менее 400 В и выдерживающие прямой импульсный ток более 30 А, например, MUR680.
Но можно обойтись и без защитных диодов - для этого нужно применить выходные ключи VТ1 ...VТб с защитными диодами, встроенными в корпуса транзисторов.
Особое внимание следует обратить на выходные ключи VТ1 ....VТ6 - это транзисторы технологии IGBT - по входу полевой транзистор, т.е. затвор, а по выходу коллектор и эмиттер - это в первом приближении.
То есть IGBT - это смесь полевой и биполярной технологии. Такие транзисторы производят фирмы Infineon: BUP311D, BUP313D, Harris: HGTH20N40C1D, IR: IRG8C30D, IRGBC2GD с защитными (обратны* ми) диодами.
Рис, 5. Схема силового привода с использованием модуля фирмы MITSUBISHI SEMICONDUCTOR PS11036.
Все резисторы на схеме мощностью 0,25 Вт, кроме R15 - проволочный (падение напряжения на кем должно быть не более 0,5 В). Суммарная емкость конденсаторов после выпрямления сетевого напряжения должна быть около 1000 мкФ при нагрузке 2 кВт и более.
На схеме указаны номиналы С7 и С8 по 330 мкФ для случая нагрузки 1,5 кВт. Конденсаторы C10, С11, С12 номиналом 0,1 мкФ обязательно должны быть с малыми диэлектрическими потерями и термостабильными, рассчитанными на напряжение 50 В.
Трансформатор Т1 - мощностью не более 10 Вт. Если возникли трудности с приобретением DD1 NE555, ее можно заменить мультивибратором, собрав на отечественной 555-й серии.
Схема такого генератора показана на рис. 2. Тактовая частота будет определяться формулой:
F = 1/2C1R1,
где:
- С1. Фарад
- R, Ом.
Такой генератор будет работать в диапазоне 45 Гц ... 25 кГц. Если такой широкий диапазон генерирования не нужен, то вместо переменного резистора R1 номиналом в 510 Ом нужно установить цепочку из резистора номиналом 100 Ом и 470 Ом (рис.
3). Выходные ключи VТ1....VТ6 обязательно надо установить на теплоотвод через электроизоляционные теплопроводные прокладки (подойдет слюда от больших конденсаторов), иначе у конструктора возникнут трудности с теплоотводом и электроизоляцией.
Фирма JR об этом позаботилась и разработала силовые модули в широком ассортименте. В частности для однофазной сети были разработаны модули типов IRPT2060A на мощность нагрузки 2,2 кВт и IRPT2064A на мощность нагрузки 1,5 кВт (рис. 4).
В модуле, кроме силовых ключей, еще установлены силовой мост, токоизмерительные шунты (выводы IS1, IS2 и IS3, IS4) для IRPT2060A номиналом по 25 мОм (для IRPT2064A - номиналом по 45 мОм), терморезистор (выводы RT1 и RT2), имеющий значение 50 кОм ±5% при температуре модуля 25°С и 3,1 кОм при температуре 100°С для обоих модулей. В модуле еще установлен ключ (выводы BR и N). Он такой же мощный, как и шесть ключей, и предназначен для аварийного отключения модуля.
Я не стал с ним экспериментировать. Все ключи изолированы от корпуса модуля так, что отпадает проблема надежной теплоизоляции, хотя и в этом случае она не помешает при длительной работе модуля.
На рис. 5 приведена схема силового привода с использованием модуля фирмы MITSUBISHI SEMICONDUCTOR PS11036 мощностью 2,2 кВт. Эта схема самая простая в управлении.
Правда, модули такого типа для однофазной сети я не смог найти. Но ведь можно включит и таким образом, как показано на схеме. Вывод FO - выход сигнала об аварии.
Вывод Vamp - напряжение, усиленное в 10 раз с токового резистора нагрузки. Диапазон изменения напряжения на выходе Vamp составляет 0...5 В.
К нему можно подключить, например, вольтметр и измерять косвенно ток в нагрузке. Еще хочу напомнить, что на схеме минусовый провод показан как общий, но его ни в коем случае нельзя соединять с корпусом устройства.
В. Хрипченко. пос. Октябрьский Белгородской обл. РМ-07-17.
Комментарии (2):
Вы могли бы показать схему ЧП на силовом модуле FP25R12W2T4_B11
Спасибо. С уважением.
На выходе меандр? если да то двигатель сгорит, нужен синус. Стоит ли в таком случае повторять схему.