принцип работы и схема подключения

Инверторные устройства используются в самых различных областях. В большинстве случаев, это однофазные приборы, работающие по классическим схемам. Однако, возникают ситуации, когда необходимо обеспечить электроэнергией асинхронный двигатель от аккумуляторной батареи или просто получить трехфазный ток для специфических нужд. И здесь на выручку приходит трехфазный инвертор с увеличенным числом электронных управляемых ключей, преобразующий постоянный ток в трехфазный переменный с требуемыми характеристиками.

Содержание

Где применяется

Область применения трехфазных инверторов достаточно большая, а в некоторых случаях без них просто невозможно обойтись. Управление электродвигателями будет гораздо эффективнее, когда используются модифицированные современные трехфазные инверторные устройства. Они включаются в общую схему с одно- и трехфазными асинхронными двигателями, коллекторными агрегатами, а также с трехфазными двигателями постоянного тока.

Для управления разными типами двигателей используются свои режимы, поддерживаемые соответствующим программным обеспечением. Это дает возможность подключать практически любые двигатели в обмотках которых имеется от 1 до 3 фаз. В виде исключения можно отметить конструкцию биполярных двухфазных шаговых двигателей, оборудованных двумя независимыми обмотками.

В состав комплектующих такого инвертора входит основная плата управления, входы и выходы питания, а также интерфейс для ввода необходимых данных и вывода текущих показаний на дисплей или табло. Довольно часто управления осуществляется с помощью компьютера. Подключение инвертора выполняется через специальный разъем, установленный на плате.

В современных инверторах управления предусмотрен демонстрационный режим, при котором поочередно запускается показ основных функций – пуска и остановки, изменения скорости и реверса. Для переключений между функциями предусмотрены 4 кнопки, расположенные на плате.

Разновидности трехфазных инверторов

По своим параметрам, характеристикам и предназначению все виды преобразователей можно условно разделить на несколько групп.

В первую очередь, они могут быть автономными или зависимыми. В первом случае постоянный ток преобразуется в переменный, где частоту определяет система управления, а характеристики выходного напряжения тесно связаны с параметрами нагрузки. Зависимые устройства выдают ток, определяемый частотой местной сети, с постоянными значениями. В автономных приборах возможны плавные изменения напряжения от нуля до наибольшей допустимой величины. Поэтому такие инверторы чаще всего используются в различных схемах.

Существует дополнительная классификация автономных инверторов в соответствии с его схемой, способами принудительной коммутации, параметрами нагрузки и источников питания. Они могут быть автономными инверторами тока – АИТ или напряжения – АИН, а также резонансными – АИР.

В соответствии с количеством токовых коммутаций, трехфазный инвертор бывает одно- или двухступенчатым. В первом случае ток нагрузки сразу поступает к тиристору, включающемуся в работу, а во втором происходит изначальное переключение нагрузки на вспомогательную цепь, и лишь потом она переходит в основную. Если в схеме используются тиристоры, рассчитанные только на одну операцию, в нее могут быть дополнительно включены узлы принудительной коммутации.

Как работает 3-х фазный инвертор

В состав силовой части трехфазного инвертора входят транзисторные ключи с маркировкой от VT1 до VT6 в количестве шести элементов и диоды обратного тока VD1–VD6, также шесть штук. Диоды соединяются в общий мост и подключаются параллельно с источником питания.

Силовая трёхфазная цепь инверторов может быть построена разными способами. При постоянной структуре цепи, подача управляющих сигналов происходит одновременно сразу к трем силовым транзисторам. Таким образом, ее структура остается неизменной. В случае использования переменной структуры, количество транзисторов для подачи управляющих сигналов нередко бывает менее трех.

Продолжительность переключений, выполняемых транзисторными ключами и частота напряжения на выходе, зависит от используемой системы управления. В интервале, включающем в себя один период, переключения на выходе транзисторов анодной и катодной групп может происходить от одного до множества раз.

Конфигурация тока на выходе получается в соответствии с характеристиками нагрузки. Если нагрузка активно-индуктивная, получается форма в виде ломаной кривой, разделенной на четыре части, расположенные на половине периода. Эффект от токовой нагрузки определяется интегрированием наиболее характерных участков токовой кривой. Необходимая форма нагрузки, в том числе и синусоидальная, получается при многократном включении и отключении управляемых вентилей в пределах одного периода.

Регулировка выходного напряжения в инверторе осуществляется при помощи широтно-импульсной модуляции – ШИМ. Сформированная модуляция в виде прямоугольника, получила название широтно-импульсного регулирования – ШИР. Такое регулирование выходного напряжения выполняется за счет изменяющейся продолжительности подключения нагрузки к источнику питания. Данная схема применяется в момент паузы между импульсами, когда происходит запирание двух одинаковых силовых транзисторов.

В случае групповых переключений в нагрузочном напряжении возникает определенная пауза. Это происходит при изменении током своего знака в тот момент, когда два транзистора начинают запираться. Если же ток к этому времени не изменит своего знака или нагрузка окажется слишком продолжительной, то формирования паузы в напряжении на выходе не получится. При использовании ШИР, структура тока и напряжения на выходе в диапазоне малых частот и напряжений, значительно ухудшается. Для того чтобы избежать этого негативного явления, ШИР приходится выполнять на действующих несущих частотах.

Схема подключения

Подключение трехфазного инвертора в качестве примера можно рассмотреть в общей связке с электродвигателем. На представленном ниже рисунке обозначен двигатель М, работающий под управлением ключей V1 – V6. Все полупроводники для более наглядного отображения представлены как обычные механические контакты. Для питания используется постоянное напряжение Ud, поступающее из выпрямителя, не отмеченного на схеме. Ключи 1, 3, 5 относятся к верхним, а три ключа 2, 4, 6 – к нижним.

Верхние и нижние ключи никогда не открываются одновременно, во избежание короткого замыкания. Схема будет нормально работать, когда нижний ключ открывается, а верхний к этому времени уже находится в закрытом состоянии. Для формирования этой паузы используются контроллеры.

Продолжительность паузы должна гарантировать, чтобы силовые транзисторы закрывались своевременно. При недостаточности этого временного промежутка, верхний и нижний ключи могут одновременно открыться на очень короткое время. Это крайне нежелательно и не должно происходить систематически, поскольку выходные транзисторы сильно нагреваются и быстро выйдут из строя. Подобная ситуация известна как сквозные токи.

Существует гальваническая связь между нижними и верхними ключами и с управляющим устройством. Подача сигнала управления выполняется через резисторы непосредственно к составному транзистору, выполняющему функции драйвера нижнего ключа. У верхних ключей отсутствует гальваническая связь с элементом управления и с общим проводником. Поэтому для более эффективного управления к верхнему составному транзистору помимо драйвера дополнительно устанавливается оптрон. Питание верхних ключей производится от отдельных выпрямителей, каждый из которых подключен к собственной обмотке трансформатора.

Различия между одно- и трехфазными инверторами

Существуют принципиальные отличия однофазного от трехфазного инвертора. В основном они связаны с их конструктивными особенностями. Это наглядно видно на примере устройств, используемых с солнечными батареями. Схема однофазного инвертора использует 1 или 2 трекера МРРТ, выполняющих слежение за максимальной отметкой мощности панели.

Далее в цепь включается инвертор, выполняющий преобразование тока и синхронизирующий его с сетью. Электроэнергия, полученная от этого инвертора, поступает непосредственно в сеть. К каждому трекеру подключается своя солнечная панель. При наличии двух трекеров можно подключить на выбор 1 или сразу 2.

Трехфазный инвертор напряжения может иметь в своей схеме от 1 до 4 трекеров, в зависимости от мощности каждого преобразователя. Они также выполняют слежение за точкой максимальной мощности и направляют постоянный ток от солнечной панели к входу инвертора. В свою очередь, преобразователь соединяется с сетевыми фазами и синхронизирует их сдвиг на все 3 фазы.

Таким образом, основное отличие между обоими устройствами заключается в разнице распределения полученной энергии. Распределение электричества трехфазным прибором осуществляется равномерно между всеми фазами. Если же для этой цели используется три однофазных инвертора, то выходная мощность каждого из них будет колебаться в соответствии с мощностью, выдаваемой солнечной панелью.

Мультиметр: назначение, виды, обозначение, маркировка, что можно измерить мультиметром

Система запуска асинхронного двигателя: устройство и принцип работы, схема,

Реверсивный пускатель: подключение и запуск, настройка реверса

Реверсивная схема подключения электродвигателя

Стабилизаторы напряжения переменного тока: принцип работы + схемы

Диммер своими руками: 5 схем сборки самодельного светорегулятора

Трехфазный инвертор

В промышленности, особенно при работе в помещениях повышенной категории опасности, электроинструменты обычно питают от трехфазных электросетей 36 В 400 Гц или 42 В 200 Гц. Предлагаемый инвертор позволит пользоваться таким электроинструментом в местах, где имеется только однофазная сеть 36 В 50 Гц. В нем предусмотрено защитное отключение прибора при перегрузке по току. Схема инвертора показана на рис. 4.52. Его выходное напряжение — 3×42 В, частота — 200 Гц.

Мощность нагрузки — не более 400 Вт. КПД при максимальной выходной мощности — не менее 90%. Переменное напряжение однофазной сети поступает на мостовой выпрямитель VD2…VD5. Выпрямленным напряжением 42 В питают собственно инвертор, выполненный по известной «схеме Ларионова» на транзисторах VT2…VT10 с защитными диодами VD6…VD11. Нагрузку, соединенную «треугольником» или «звездой», можно подключать через разделительный трансформатор или без него.

Элементы DD1.,1 и DD1.2 образуют задающий генератор, а микросхемы DD2…DD4 вместе с элементами DD1.3…DD1.5 представляют собой распределитель импульсов, управляющий силовыми ключами. Микросхемы питают через стабилизатор напряжения, состоящий из резистора R1, стабилитрона VD1 и транзистора VT1.

Для защиты инвертора от перегрузки служит подключенный параллельно стабилитрону тринистор VS1. На его управляющий электрод поступает часть пропорционального току нагрузки напряжения, падающего на резисторе R2. Если она превысит порог открывания тринистора, последний «замкнет» стабилитрон и напряжение питания микросхем уменьшится почти до нуля. Задающий генератор и распределитель импульсов прекратят работу, причем все силовые ключи окажутся закрытыми. О срабатывании защиты сигнализирует погасший светодиод HL1. Чтобы вновь запустить инвертор, необходимо нажать на кнопку SB1.

Налаживание устройства следует начинать с установки порога срабатывания защиты. Для этого следует, установив движок подстроечного резистора R3 в крайнее левое (по схеме) положение, разорвать цепь в точке А.

Затем подать на крайние выводы резистора R3 от внешнего источника напряжение 1,2 В (плюс — к правому по схеме выводу), соответствующее падению напряжения на резисторе R2 при протекании через него тока силой 12 А. Медленно вращая движок резистора R3, добиваются срабатывания защиты. После этого внешний источник напряжения отключают и цепь в точке А восстанавливают.

В заключение следует установить подстроечным резистором R5 частоту выходного напряжения инвертора равной 200 Гц. Частота повторения импульсов на выходе элемента D1.2 должна быть в шесть раз больше — 1200 Гц. Транзисторы VT1, VT3, VT4, VT6, VT7, VT9, VT10 необходимо снабдить теплоотводами площадью по 100…200 см2. Следует иметь в виду, что различные экземпляры тринистора КУ101А открываются при напряжении на управляющем электроде от 0,25 до 10 В, поэтому не все из них смогут работать в предлагаемом устройстве. Для более надежной работы устройства рекомендуется увеличить сопротивление резисторов R4, R12, R17 до 2 кОм.

Как собрать 3-фазный инвертор

Содержание

Эта страница представляет собой краткое руководство по созданию 3-фазного инвертора с использованием высококлассного оборудования Imperix для управления силовой электроникой. Он создан специально для пользователей, которые хотят ознакомиться с решениями компании imperix и создать свой первый преобразователь с помощью B-Box RCP с использованием набора блоков Simulink. Преобразователь построен на силовой электронной связке imperix, но возможно использование и других конфигураций оборудования. Для получения подробной информации о том, как собрать силовой преобразователь в открытой стойке, см. Как собрать понижающий преобразователь (PN119).

Реализация 3-фазного инвертора

В этом руководстве рассматривается реализация 3-фазного инвертора с разомкнутым контуром, генерирующим 3-фазные синусоидальные токи при резистивной нагрузке. Топология этого преобразователя показана на следующей схеме. Он просто состоит из трех полумостовых модулей, каждый из которых подключен к катушке индуктивности последовательно с резистором.

Схема трехфазного инвертора

Необходимое аппаратное оборудование

Комплект силовой электроники содержит все необходимое аппаратное обеспечение Imperix для создания трехфазного инвертора. Кроме того, отдельные компоненты перечислены ниже. Список включает продукты imperix, а также дополнительные компоненты, обычно доступные в исследовательских лабораториях силовой электроники:

• Продукты Imperix:
  • 1x программируемый контроллер (B-Box RCP)
  • 3x модуля фазных ветвей (PEB8038 или PEB8024 или PEB4050)
  • 1x блок пассивных фильтров
  900 23
  • Средства разработки управления для Simulink и PLECS (ACG SDK) с действующей лицензией 
  • Прочее:
    • 3 резистора (от 5 Ом до 100 Ом)
    • Источник питания постоянного тока (не менее 100 В, 5 А)
    • Лабораторные кабели безопасности (банан )
    • Дополнительно: напряжение и токовые пробники с осциллографом 92}} = 8,3\,\text{A}$$ Таким образом, выходной ток значительно ниже номинального значения 13,5 [A] нагрузочных резисторов. В таблице ниже показаны значения и рекомендуемый диапазон для пассивных компонентов, используемых в этой системе.
      9006 0 50–800 В (см. примечание ниже)

      	Выбранные значения	Предлагаемый диапазон
      Шина постоянного тока	200 В
      Катушки индуктивности	2,36 мГн	1–5 мГн
      Резисторы	8,5 Ом	5-100 Ом (см. примечание ниже)

      Обратите внимание, что Vdc, R, L должны быть выбраны, чтобы гарантировать, что Irms всегда меньше номинальных токов резисторов, катушек индуктивности и силовых модулей. .

      Сборка трехфазного инвертора

      Приведенная ниже схема служит справочным материалом для подключения силового преобразователя и контроллера B-Box RCP.

      Схема электрических соединений трехфазного инвертора

      Начиная с передней стороны комплекта, первым шагом является подключение порта Ethernet B-Box RCP к локальной сети компьютера или непосредственно к ПК, чтобы позже иметь возможность загрузить код к B-боксу. Затем, как показано на схеме ниже, необходимо подключить оптические волокна для ШИМ-сигналов от B-Box RCP к трем модулям. Измерения датчиков извлекаются путем подключения кабелей RJ45 от модулей к аналоговым входам B-Box RCP. В этом случае измеряются напряжение на шине постоянного тока, а также токи трех ветвей.

      На задней стороне комплекта источник питания подключается к клеммам питания модулей DC+ и DC-. Затем средняя точка каждого модуля подключается к катушке индуктивности, которая затем подключается к одному из резисторов. Затем три резистора соединяются вместе в звезду.

      Схема подключения преобразователя.

      Конфигурация передней панели B-Box. B-Box RCP можно найти здесь: Конфигурация аналогового интерфейса на B-Box RCP). Необходимо настроить следующие параметры:

      • Тип импеданса (низкий или высокий)
      • Программируемое усиление
      • Требуемый фильтр
      • Пороги защиты (верхний и нижний пределы)

      Следующая схема иллюстрирует полностью конфигурируемый интерфейс B-Box РКП.

      Схема аналогового интерфейса

      Обратите внимание, что тип импеданса зависит от типа используемого датчика, а программируемый коэффициент усиления должен совпадать с коэффициентом, который будет позже настроен в блоке АЦП в программном обеспечении.

      Перед выполнением каких-либо экспериментов важно всегда правильно настраивать пороги защиты аналогового входа B-Box из соображений безопасности. Их назначение — блокировать выходы ШИМ, что немедленно останавливает работу преобразователя в случае неожиданного высокого напряжения или тока.

      ЖК-экран и поворотная кнопка B-Box позволяют считывать и записывать все параметры конфигурации аналогового интерфейса. Чтобы получить доступ к соответствующему меню:

      1. Нажмите один раз, выберите АНАЛОГОВЫЕ ВХОДЫ  и нажмите еще раз для подтверждения.
      2. Выберите нужный входной канал и подтвердите.

      Уравнение: \(l = s*G*m\) используется для вычисления порога аналогового входа, где l – верхний/нижний предел входа, s – чувствительность датчика, G – аналоговое усиление, а m – максимальное значение. /минимальное реальное значение тока или напряжения. В следующей таблице приведены диапазоны измерения (в соответствии с ранее определенной рабочей точкой) и чувствительность датчика.

      9 0060 -10 – 10 [A] 9005 6

      Сигнал	Выбранный мин./макс.	Датчик	Чувствительность
      \(I_{a,b,c}\)	Встроенный датчик тока модуля	50 [мВ/А]
      \(В_{дюйм}\)	0 – 200 [В]	Датчик напряжения, встроенный в модуль	4,99 [мВ/В]

      Параметры измерения

      Измерение Используемые диапазоны допускают усиление аналогового входа x4 на всех каналах контроллера. Используя вышеупомянутую формулу, пределы аналогового входа вычисляются с некоторым запасом, чтобы избежать нежелательных отключений. Затем выбранный максимальный выходной ток устанавливается равным 15 А, что означает ограничение передней панели в 3 В. Напряжение шины постоянного тока выбрано ограниченным до 250 В, что дает 5 В для предела передней панели. Конфигурация четырех аналоговых входных каналов представлена ​​в таблице ниже.

      9 0056

      Измеренный сигнал	Номер входного канала	Низкий импеданс	Коэффициент усиления	Фильтр	Верхний предел [В]	Нижний предел [ V]	Отключить безопасность	Сохранить
      \ (I_a\)	0	нет	x4	нет	3	-3	нет	да
      \(I_b\)	1	нет	x4	нет	3	-3	нет	да
      \(I_c\)	2	нет	x4	нет	3	-3	нет	да
      \(V_{DC}\)	3	нет	x4	нет	5	-0 . 2	нет	да

      Конфигурация аналогового входа

      Обязательно правильно настроить пределы порогов защиты, поскольку они гарантируют, что рейтинги оборудования не будут превышены!

      Программное обеспечение

      Для разработки управляющего кода B-Box требуются две части программного обеспечения. Пакет средств разработки программного обеспечения для автоматической генерации кода (ACG SDK) компании imperix можно загрузить здесь. Кроме того, требуется совместимая версия Matlab (2016 и новее), а также следующие наборы инструментов:

      • Matlab Simulink
      • Embedded coder
      • Matlab coder
      • Simulink coder
      • Набор блоков Simscape Power Systems 9 0018

      А совместимый версия PLECS (4.4.2 и новее) в 64 битах также может использоваться вместо Matlab.

      Подробное руководство по настройке программного решения см. в Руководстве по установке imperix ACG SDK (PN133).

      Создание модели Simulink

      Ниже представлена ​​модель управления для реализации простого управления выходным током без обратной связи, а также пошаговые инструкции по ее созданию. Чтобы пойти дальше и реализовать управление инвертором по току с обратной связью, обратитесь к TN105.

      Three_Phase_Inverter_SimulinkDownload

      Генерация и выполнение кода контроллера в реальном времени

      Наконец, пользователь может создать код, нажав Ctrl + B в Simulink (Ctrl + Alt + B в PLECS). Это автоматически сгенерирует и скомпилирует код C, который будет загружен на B-Box RCP. Нажатие Ctrl + B также запускает утилиту управления BB. Его цель состоит в том, чтобы управлять целью и отслеживать переменные. Первое окно, показанное ниже, позволяет пользователю выбрать IP-адрес B-Box RCP. Этот IP-адрес будет динамическим или статическим в зависимости от того, подключен ли B-Box RCP к компьютеру напрямую или через сеть. Дополнительную информацию по этому вопросу см. в разделе Начало работы с BB Control.

      Затем при подключении утилита BB Control автоматически запускает код. На этом этапе можно добавить управляющие переменные, а также зонды в список наблюдения на вкладке отладки. В этом случае пользователь может добавить три измеренных тока, а также напряжение на шине постоянного тока: \(I_{a}\), \(I_{b}\), \(I_{c}\), \(V_ {dc}\) и индекс модуляции \(M\).

      BB Обзор управления

      Обратите внимание, что, поскольку датчики предназначены для измерения более высоких токов и напряжений (50 [А] и 800 [В]), они могут иметь смещение при измерении меньших значений.

      На вкладке «Регистрация данных» программы BB Control можно просмотреть три рабочих цикла, чтобы убедиться, что они действительно синусоидальны. Если это так, можно включить блок питания и медленно увеличить напряжение до 200 [В]. Чтобы убедиться, что измерение входного напряжения правильное, пользователь может убедиться, что \(V_{dc}\) действительно близко к 200 [В] при управлении BB. Последним шагом является установка значения амплитуды сигналов модуляции, например, 0,8, и нажатие кнопки включения выхода. Затем следует измерить синусоидальный выходной ток около 6 [A] RMS.

      Следующие экспериментальные токи показывают ожидаемые результаты:

      Экспериментальные фазные токи

      Идти дальше…

      Затем можно подключить 3-фазный инвертор к сети и заменить источник питания постоянного тока фотоэлектрической панелью с повышающим каскадом, чтобы сформировать a Трехфазный фотоэлектрический инвертор для приложений, связанных с сетью, и демонстрирует большой потенциал решения Imperix для модульных преобразователей энергии.

      404 ОШИБКА WOODWEB

      404 ОШИБКА WOODWEB

      Поиск по всему сайту Поиск в каталоге продуктов Поиск в базе знаний Поиск по всем форумам Поиск по биржевому оборудованию Поиск биржи пиломатериалов Поиск вакансий Поиск объявлений Новости отрасли Поиск по аукционам, распродажам и специальным предложениям Календарь событий поиска ———————— Поиск отдельных форумов Клеи Архитектурная мастерская Бизнес Изготовление шкафов САПР ЧПУ Пыль/Безопасность/Завод Отделка Лесное хозяйство Мебель Монтаж Ламинат/твердая поверхность Распиловка и сушка Обработка массивной древесины Добавленная стоимость Древесина Прод. alexxlab Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт Рубрики Прост Радио Разное Своими руками Советы Схем Схемы Транзист Транзисторы Электрон Электроника