Il est assez difficile de fabriquer des convertisseurs de fréquence de vos propres mains, car vous devez être très familiarisé avec l'électronique de puissance et la technologie des semi-conducteurs. Mais avant de penser à concevoir cet appareil, vous devez savoir à quelles fins ils sont utilisés. Vous devrez également savoir quels sont les principaux composants de ces systèmes électroniques.
Qu'est-ce qu'un convertisseur de fréquence ?
Tout le monde sait qu'il y a du courant alternatif dans le réseau et qu'il a une certaine fréquence. En Russie, la norme est de 50 Hertz. Dans certains pays occidentaux, une norme légèrement différente est de 60 Hertz. Le fonctionnement de nombreux appareils dépend de la fréquence du courant. Les convertisseurs sont utilisés pour alimenter les moteurs asynchrones. Il existe de nombreuses raisons d'utiliser des moyens électroniques. Par exemple, dans l'industrie, les onduleurs se sont généralisés, puisque leur utilisationvous permet de vous débarrasser d'énormes mécanismes.
Plus en détail, vous pouvez modifier la vitesse de rotation de la bande sur le convoyeur en utilisant une boîte de vitesses basée sur une sorte de boîte de vitesses de voiture. De plus, il peut être soit mécanique (utilisant plusieurs vitesses) soit CVT. Mais il est beaucoup plus efficace de modifier les paramètres du courant qui alimente le moteur. Tourner la résistance variable modifie la vitesse de rotation du convoyeur. De plus, la fréquence peut être modifiée dans une large plage.
Quelles sont les autres caractéristiques des convertisseurs de fréquence ?
De plus, les réglages de l'onduleur permettent au moteur électrique de gagner progressivement en vitesse sur plusieurs secondes. L'heure est définie par l'utilisateur via la programmation des fonctions du variateur de fréquence. De même, vous pouvez faire avec le temps d'arrêt de l'induit du moteur. Cela réduit la charge sur le disque, ce qui affecte directement sa ressource.
De plus, pour les petites entreprises qui n'ont pas la capacité de se doter d'un réseau triphasé, mais qui en ont besoin, l'utilisation de convertisseurs de fréquence est une véritable panacée. Il existe de nombreux modèles de tels appareils qui sont connectés à un réseau à courant alternatif monophasé, et ils en produisent trois en sortie. Par conséquent, il est possible de brancher un moteur électrique dans une prise de courant ordinaire. Et dans ce cas, il ne perdra pas de puissance, son travail sera correct.
Composants de puissance des convertisseurs
Tous les convertisseurs de fréquence utilisent de puissants transistors IGBT ou MOSFET. Ils sont idéaux pour ce type de travail. Ils sont montés dans des modules séparés. Cette méthode d'installation peut améliorer les performances d'un appareil électronique. Ces transistors fonctionnent en mode clé, le contrôle est effectué à l'aide d'un système à microprocesseur. Le fait est que tout contrôle est à faible courant, la commutation de hautes tensions n'est pas nécessaire. Par conséquent, cela peut être réalisé en utilisant le microprocesseur le plus simple.
Les ensembles spéciaux les plus couramment utilisés des séries IR2132 et IR2130. Ils se composent de six pilotes qui contrôlent les touches. Trois sont utilisés pour le bas et trois pour le haut. Cet ensemble vous permet de mettre en œuvre une cascade simple du convertisseur de fréquence. De plus, il possède plusieurs degrés de protection. Par exemple, contre les courts-circuits et les surcharges. Des caractéristiques plus détaillées de tous les éléments peuvent être trouvées dans les manuels. Mais tous les éléments de puissance ont un énorme inconvénient - le coût élevé des produits.
Schéma structurel du convertisseur
Tout convertisseur de fréquence pour un moteur comporte trois blocs principaux: un redresseur, des filtres et un onduleur. Il s'avère que la tension AC est d'abord convertie en DC, puis filtrée. Après tout cela, il est inversé en variable. Mais il y a un troisième bloc - le contrôle par microprocesseur de l'onduleur. Et pour être plus précis, des transistors IGBT puissants. Si vous avez déjà traitéconvertisseurs de fréquence, alors vous savez que sur le panneau avant, ils ont plusieurs boutons pour la programmation.
Le manuel d'instructions de l'onduleur vous guidera dans la configuration de toutes les fonctions. C'est une question très compliquée, car il y a beaucoup de paramètres, même dans l'appareil le plus simple. Outre le fait que l'appareil électronique vous permet de modifier la fréquence de rotation de l'induit du moteur, de régler le temps d'accélération et de décélération, il existe également plusieurs degrés de protection. Par exemple, surintensité. Dans le cas de l'utilisation d'un tel appareil, il n'est pas nécessaire d'installer des interrupteurs automatiques.
Redresseur
Selon l'objectif du convertisseur de fréquence, différents étages de redressement sont utilisés. Et l'option d'alimentation peut être soit à partir d'un réseau triphasé, soit à partir d'un réseau monophasé. Mais à la sortie de l'onduleur, dans tous les cas, il y a une tension alternative triphasée. Mais pour contrôler le courant, il faut d'abord le redresser. Le fait est qu'il est assez difficile de contrôler la variable - il est nécessaire d'utiliser de gros rhéostats, ce qui n'est pas très pratique. De plus, à l'heure de la microélectronique et de l'automatisation, il est non seulement déraisonnable d'utiliser des technologies obsolètes, mais aussi très peu rentable.
Un dispositif électronique composé de six diodes semi-conductrices est utilisé pour redresser un courant alternatif triphasé. Ils sont allumés dans un circuit en pont, il s'avère que chaque paire de diodes sert à redresser une phase. Une tension constante apparaît à la sortie du bloc redresseur, sonla valeur est égale à celle qui passe à l'entrée. A ce stade, toutes les transformations sont terminées, aucun contrôle de ce bloc n'est effectué. Dans le cas où l'alimentation est fournie à partir d'un réseau monophasé, un étage redresseur suffit même à partir d'une seule diode. Mais il est plus efficace d'utiliser un circuit en pont de quatre.
Boîte de filtre
Ce module est utilisé pour le filtrage de la tension continue. La version la plus simple du bloc est une inductance incluse dans l'entrefer de l'épaulement positif. Un condensateur électrolytique est connecté entre les pôles. Il a une fonction - se débarrasser de la composante variable. Le fait est que le redresseur n'est pas capable de se débarrasser complètement des ondulations. Il reste une petite quantité de courant alternatif qui peut produire un bruit important pendant le fonctionnement.
Pour considérer le principe de fonctionnement du bloc filtre, il faut analyser en remplaçant les éléments. Lors d'un fonctionnement en courant continu, l'inductance est remplacée par une résistance, le condensateur est remplacé par un circuit ouvert. Mais lorsqu'il est alimenté en courant alternatif, la capacité est remplacée par une résistance. Par conséquent, toute la composante variable disparaît, puisqu'un court-circuit se produit dans ce cas. Pour comprendre cela est assez difficile, il est nécessaire de comprendre les fondements théoriques de l'électrotechnique. Mais un convertisseur de fréquence triphasé ne peut pas être fabriqué sans cela.
Étage onduleur
Et ici le plaisir commence - l'utilisation de puissants transistors IGBT. Ils sont contrôlés par un système à microprocesseur, dela qualité de leur fonctionnement dépend du fonctionnement de l'ensemble du variateur de fréquence. Un tel circuit convertisseur de tension est largement utilisé. En fait, à l'aide de transistors de puissance, n'importe quelle tension peut être inversée. Au total, six éléments sont utilisés dans le circuit le plus simple - deux pour chaque phase. Le convertisseur de fréquence produit 220 volts sur chaque phase par rapport à zéro.
Pour se débarrasser de l'apparition de tension inverse, il est nécessaire d'utiliser des diodes semi-conductrices. Ils sont connectés entre le collecteur et l'émetteur des transistors de puissance. La gestion s'effectue à l'entrée de la base. Comme mentionné précédemment, les convertisseurs de fréquence à faire soi-même ont deux transistors pour chaque phase de la cascade d'onduleurs. Allumez leurs jonctions p-n en série. La phase est retirée du milieu de chaque épaule. Des modules prêts à l'emploi sont disponibles à la vente, ils ont des fils pour fournir une tension continue, ainsi que trois contacts pour supprimer l' alternance triphasée. De plus, il y a un connecteur pour connecter un système de contrôle à microcontrôleur.
Commande par microprocesseur
Utilisée pour modifier la vitesse de l'arbre moteur par l'onduleur, la tension, dont la fréquence par défaut est de 50 Hz, peut être modifiée en amplitude sur une large plage. Et plus précisément, de zéro à la fréquence que peut fournir le microprocesseur. La principale exigence pour ce dernier est la possibilité de connecter plusieurs appareils. Quand vousconcevoir un convertisseur dont la tension, dont la fréquence est modifiée par une résistance variable, doit être contrôlée par le processeur. Il est choisi avec soin, il doit avoir un nombre suffisant de ports I/O.
Vous pouvez compliquer un peu le système en connectant un écran LCD au microcontrôleur. Un rendu des couleurs élevé n'est pas requis, le monochrome suffit, comme dans les calculatrices simples. Des boutons de programmation sont également connectés aux ports d'entrée-sortie. C'est ainsi que vous pouvez fabriquer un convertisseur de fréquence simple. Le prix de tous les éléments ne dépassera pas deux mille roubles. Mais le coût d'un onduleur d'une puissance de 200 à 750 watts varie de 6 500 à 12 000 roubles. Tout dépend du fabricant et des capacités de l'appareil.
Étui de l'appareil
Les convertisseurs de fréquence à monter soi-même doivent avoir un boîtier fiable. Non seulement la facilité d'utilisation en dépend, mais aussi l'efficacité. La base est en aluminium. La raison de l'utilisation de ce matériau est le besoin d'un refroidissement de haute qualité. Pendant le fonctionnement, le module IGBT devient très chaud et la température des diodes semi-conductrices augmente également. Et peu importe que vous disposiez d'un convertisseur de fréquence 380 ou 220 volts.
Le reste du corps est en plastique. Il est nécessaire que tous les éléments de puissance soient cachés par celui-ci, afin qu'il n'y ait pas de contact accidentel avec les bornes haute tension pendant le fonctionnement. Dans la partie avant, il est nécessaire de prévoir un trou pour l'écran LCD et les boutons. Séparément, dansun endroit pratique, une résistance variable est installée. Lors de la programmation du microcontrôleur, il faut tenir compte du fait que cette résistance modifie la fréquence du courant de sortie.
Échange de chaleur des éléments du système
Une attention particulière doit être accordée à la dissipation de la chaleur. Plus l'appareil en cours de développement est puissant, plus le système de refroidissement doit être fiable. Comme mentionné ci-dessus, la base doit être en aluminium. Le circuit du convertisseur de tension doit fournir une protection contre la surchauffe. A cet effet, il est nécessaire de percer un trou dans le boîtier, un capteur de température y est monté. De là, le signal est transmis via un dispositif d'adaptation au microcontrôleur. Si la température maximale est dépassée, la charge doit être déconnectée. Par conséquent, le module de transistor de puissance s'éteint.
Pour améliorer la dissipation de la chaleur, des ventilateurs doivent être utilisés. Leur emplacement doit être choisi de manière à ce que le flux d'air refroidisse les ailettes du radiateur du boîtier. Pour augmenter l'efficacité du système de refroidissement, vous devez utiliser de la pâte thermique. Il est plus raisonnable d'allumer les ventilateurs au moment du démarrage de l'appareil. Mais il est également possible de programmer le contrôleur à l'aide d'un signal provenant d'un capteur de température. Lorsque la température atteint la moitié de la température à laquelle l'arrêt d'urgence de l'appareil se produit, les ventilateurs s'allument.
Circuit imprimé
En tant que circuit imprimé, il est préférable d'utiliser des options prêtes à l'emploi. En vente, il existe des planches de différentes tailles avec des trous autour desquelspetits contacts étamés. Ils sont familièrement appelés "poissons". La seule chose à considérer est la possibilité de remplacer le processeur et les microcircuits. Pour cela, vous devez utiliser des connecteurs soudés à la carte. Les convertisseurs de fréquence à faire soi-même sont mieux fabriqués dans l'espoir d'un remplacement rapide des éléments. Le circuit intégré ou le contrôleur est simplement branché sur cette prise, comme une fiche dans une prise.
Conclusions
Vous pouvez également créer votre propre convertisseur de fréquence. Le prix des analogues, comme nous l'avons découvert, est beaucoup plus élevé. Même si, bien sûr, ils ont plus d'opportunités. Mais en fait, si vous y regardez de plus près, il s'avère que pas plus de cinq fonctions sont réellement utilisées. Lorsque le variateur est en marche, il est nécessaire de modifier la vitesse de rotation, ainsi que d'ajuster les temps d'accélération et de décélération. Un peu moins souvent, la fonction inverse et la modification du courant maximal autorisé sont utilisées.
