3-ФАЗНЫЙ ИНВЕРТОР ОТ 220 В
Представляем довольно простую конструкцию небольшого инвертора для трехфазного двигателя, мощностью около 400 Вт. Инвертор питается от одной фазы переменного напряжения стандартных 220 В. На выходе выдается трехфазное напряжение 3x 220 В.
Схема трёхфазного инвертора
Тут основной элемент управления — FNA41560, который на Али стоит всего около 150 рублей. Правда стоимость остальных элементов гораздо больше. Самые дорогие компоненты — конденсаторы и дроссель. Ну да хватит о деньгах, перейдём к самой схеме 3-фазного преобразователя питания. На входе инвертора имеется схема коррекции коэффициента мощности, которая гарантирует что ток, потребляемый из сети, не искажается и находится в фазе с напряжением.
Напряжение на конденсаторах фильтра составляет приблизительно 430 В без нагрузки и падает до 400 В при нагрузке. В инверторе транзисторы переключаются с частотой 5 кГц, потому что для этой частоты и оптимизирован чип FNA41560, дедтайм для транзисторов составляет около 1,2 мкс (см. осциллограммы).
Инвертор имеет защиту от высокой температуры (свыше 105 С), короткого замыкания (от 5 А), высокого напряжения на конденсаторах фильтра (460 В). Защита от короткого замыкания автоматически сбрасывается в конце каждого цикла ШИМ (действует как ограничение тока). Это можно изменить в регистре микроконтроллера PIC33FJ32MC102 P1FLTACON на режим удержания. В режиме этом генераторы ШИМ отключаются и останавливаются до удаления проблемы. Частота регулируется многооборотным потенциометром, с разрешением 0,1 Гц. Регулируемый частотный диапазон от 1 Гц до 80 Гц. Полезный диапазон начинается с 5 Гц. Для генерации выходного сигнала использовался алгоритм VSM-пространственной векторной модуляции (как звучит-то!), который позволяет максимально использовать напряжение постоянного тока, подаваемое на модуль FNA41560.
Различия в формах сигналов, генерируемых с помощью SPWM и SVM, следующие. В случае SPWM максимальное межфазное напряжение на выходе инвертора может быть не более v3 / 2 x Udc, для SVM равно Udc — если не учитывать потери в транзисторах. Фактически, метод SVM дает примерно на 15% более высокое выходное напряжение по сравнению с методом синусоидальной ШИМ.
Следует помнить, что источник питания схемы не изолирован от сети, и при использовании следует соблюдать особые меры предосторожности. Отсутствие гальванической развязки потенциально опасно для жизни.
Сборку устройства предлагается начать с пайки, а затем запуска PFC-части, припаять интегральную микросхему MC33262, выпрямительный мост, диод D11, транзистор Q1 и дроссель, фильтрующие конденсаторы C17 и C22, к которым нужно припаять резисторы 470 кОм. Обмотка (3 катушки) должна быть намотана на дроссель, который будет питать микросхему MC33262. Для намотки использовался кабель от компьютерной сети. Конец и начало обмоток важны в плане полярности и должны быть подключены, как указано в инструкции по применению.
Питание инвертора следует подавать через термисторы, чтобы ограничить ток, протекающий через диод D11, или использовать другое решение, ограничивающее пусковой ток. В данном случае применено 2 термистора NTC6D-15 с максимальным током 5 А. Прямое подключение к сети может повредить диод D11. После пайки элементов схемы PFC, припаяны две последовательно включенные лампы накаливания 100W / 220V к конденсаторам, таким образом проверяем, работает ли PFC блок. Напряжение на лампочках должно быть 400 В.
Следующим шагом была пайка и проверка работы бестрансформаторного блока питания, построенного на микросхеме LNK306. На выходе его следует замерить напряжение, которое должно быть 15 В. В конце спаять FNA41560 и микроконтроллер, который должен быть запрограммирован в схеме. Разъем Pickit3, совместимый с J3, как раз и используется для программирования.
Для запуска схемы, помимо естественно включения питания, необходимо подать логическую единицу с выхода RA2 на вход RA3, после чего инвертор запускается до скорости, установленной потенциометром. Подключение RA3 к земле вызывает остановку инвертора — отключение транзисторов.
Важно управлять запуском или остановкой инвертора с выхода RA2 (контакт 1 на J4, как показано на схеме), потому что в случае слишком высокой температуры или других помех состояние R2 меняется на низкое, и инвертор выключается.
Обращает на себя внимание выход FVO (контакт 11) микросхемы FNA41560, который закорочен на массу, когда напряжение питания меньше 12 В, а также когда схема не запитана. Об этом свидетельствует светодиод, во время запуска и начальных тестов, когда источник питания от программатора pickit3 подключен к плате нужно помнить, что когда этот светодиод горит, на выходе микроконтроллера не генерируются сигналы ШИМ.
Чтобы избавиться от этой ошибки и получить сигналы ШИМ на выходе микроконтроллера, временно отключите питание от программатора и подключите 15 В к FNA41560. Конечно, выполняем эти действия только тогда, когда инвертор отключен от сети. Максимальное выходное напряжение инвертора получается при частоте 60 Гц. Для низких частот напряжение от 1 Гц до 5 Гц является постоянным. Выше 5 Гц U / f = константа увеличивается.
Схема была собрана на печатной плате размером 100 x 100 мм. Программа управления написана на C в среде MPLABX.
На фото видно,что между инвертором и двигателем включен LC-фильтр 3x L = 1,5 мГн и 3x C = 0,68 мкФ, что смягчает работу.
В заключение хотелось бы добавить, что помимо пусковых термисторов инвертор должен питаться от помехозащитного фильтра. Схема принципиальная 3-х фазного инвертора, программное обеспечение и рисунок печатной платы находятся в приложении. Оригинал
Источник
Как из 220 Вольт сделать 380 В?
Почти все бытовые электроприборы рассчитаны на напряжение 220 В. Мы, не задумываясь, включаем их в розетку и наслаждаемся работой устройств. Но иногда требуется подключить асинхронный двигатель, рассчитанный на 380 В. Для его запуска можно использовать специальную схему, которая позволяет подключать электромотор к однофазной сети, но при этом придётся смириться с потерей мощности. Можно ли однофазную сеть превратить в трехфазную и как из 220 Вольт сделать 380?
Оказывается, такая возможность есть. Существует несколько способов получить 380 В из однофазной сети. Ниже мы покажем, как это сделать, но для начала разберёмся в том, чем отличается однофазная сеть от трёхфазной.
Теория
На промышленных электростанциях генераторы вырабатывают трёхфазный ток, и повышают его напряжение до десятков и даже сотен киловольт. По линиям электропередач электричество поставляется потребителям. Но перед этим ток поступает на силовой трансформатор, который понижает напряжение до 380 В. Из распределительной подстанции электроэнергия поступает в потребительскую сеть.
В трёхфазной сети ток подаётся таким образом, что все три сдвинуты относительно друг друга на 120 градусов. Напряжение между фазами составляет 380 В, а между фазой и нейтралью 220 В (см.рис. 1). Именно это напряжение подаётся в каждую квартиру.
Рис. 1. Структура трёхфазного тока
Так как нашей целью является получение 380 В именно из однофазной сети, то перейдём к способам преобразования 220 В на 380.
Способы получения 380 Вольт из 220
Рассмотрим основные способы преобразования 220 вольт в полноценный трёхфазный ток, напряжением 380 В:
- с помощью электронного преобразователя напряжения;
- путём применения трансформатора;
- использованием трёх фаз;
- используя трёхфазный двигатель в качестве генератора;
- пользуясь конденсаторной схемой.
Преобразователь напряжения
Самый простой и надёжный способ преобразовать 220 В в 380 – купить электронный преобразователь напряжения. (см. рис. 2). Этот прибор часто называют инвертором. Гаджет прост в управлении и генерирует качественный трёхфазный ток. Правда, мощность инверторов не слишком большая, но её, как правило, хватает для большинства трёхфазных бытовых приборов.
Рис. 2. Преобразователь напряжения
Преобразователь хорош ещё и тем, что у него есть встроенная функция защиты от перегрузок и КЗ. А это значит, что электромотор не перегреется и не выйдет из строя в результате КЗ.
Высокое качество тока достигается благодаря принципу работы устройства. Инвертор сначала выпрямляет переменный однофазный ток, а затем генерирует трёхфазное напряжение с заданной частотой и со стандартным сдвигом фаз. При этом количество фаз может быть и больше чем 3 (с соответствующим углом сдвига).
Используя трансформатор
С помощью повышающего трансформатора можно получить какое угодно напряжение, в том числе и 380 В. Однако, если вас интересует трёхфазное напряжение, то необходим специальный трёхфазный трансформатор. преобразующий однофазный ток в трёхфазный. Такие трансформаторы есть в продаже.
Обмотки трансформатора соединены звездой или треугольником. Напряжение однофазной сети подаётся на две первичные обмотки напрямую, а на третью – через конденсатор. При этом ёмкость конденсатора подбирается из расчёта 7 мкФ на каждые 100 Вт мощности.
Обратите внимание на то, что номинальное напряжение конденсатора не должно быть ниже 400 В. Такое устройство нельзя включать без нагрузки.
Хоть мы и получим таким способом необходимые 380 В, всё равно будет наблюдаться снижение мощности электромотора (если вы планируете подключать его к трансформатору). Соответственно КПД двигателя тоже упадёт.
Использование 3-х фаз
Если вы проживаете в многоквартирном доме, то к нему уже подведено 3 фазы, которые с целью оптимального распределения нагрузок разведены по отдельным квартирам. На каждом этаже стоят распределительные щиты, откуда можно завести в квартиру недостающие две фазы. Но для этого потребуется разрешение.
При желании вы можете получить разрешение у энергоснабжающей компании или согласовать с Энергонадзором обустройство трёхфазного питания в вашей квартире. При этом потребуется установить трёхфазный счётчик электроэнергии.
Использование электродвигателя
Вы наверно знаете, что ротор обычного трёхфазного двигателя после запуска продолжает вращаться после отключения одной фазы. Оказывается, что между выводом отключенной обмотки и задействованными выводами имеется ЭДС.
Сдвиг фаз между обмотками статора зависит только от их расположения. В трёхфазном двигателе эти катушки расположены под углом 120º, а значит они обеспечивают такой же угол сдвига фаз. Это обстоятельство наталкивает на мысль, что асинхронный трёхфазный двигатель можно использовать для получения 380 вольт от обычной однофазной сети. Простая схема подключения электромотора изображена на рисунке 3. Конденсатор на схеме нужен только для запуска двигателя. После запуска его можно отключить. Конденсатор берём типа МБГО, МБГП, МБГТ или К42-4, рабочее напряжение которого должно быть не менее 600 В. Можно применить конденсатор К42-19, с рабочим напряжением минимум 250 В.
Пример подключения фазосдвигающего конденсатора см. на рис. 3.
Рис. 3. Подключение пускового конденсатора
Параметры конденсатора подбираем в зависимости от мощности мотора. Заметим, что параметры фазосдвигающего конденсатора на качество генерируемого тока не влияют. Нагрузку подключаем к обмоткам статора, согласно схеме, показанной на рис. 4.
Рис. 4. Трёхфазный ток от электромотора
Скорость вращения ротора почти не зависит от напряжения однофазной сети, так что её можно считать постоянной. Это значит, что частота трёхфазного тока при номинальных нагрузках изменяться не будет.
Следует иметь в виду то, что мощность трёхфазного двигателя, работающего от однофазной сети, падает. Соответственно, номинальная мощность трёхфазной нагрузки будет, примерно, на треть ниже, от той, которая заявлена в паспорте электромотора.
Электродвигатель в качестве генератора
Ещё один способ, позволяющий из 220 В получить 380, это создание системы двигатель-генератор. В качестве двигателя можно взять любой электромотор, работающий от сети 220 В, а в качестве генератора – доработанный трёхфазный асинхронный двигатель (схему установки смотрите на рис. 5).
Сразу заметим, что эффективность такой установки под вопросом, но получить таким способом требуемое напряжение 380 В можно. В данной схеме требуется обеспечить такую частоту вращения ротора, чтобы генератор выдавал ток с частотой, равной 50 Гц. Для этого необходимо вращать вал с угловой скоростью 1500 об/мин.
Рис. 5. Трёхфазный двигатель в качестве генератора
В домашних условиях в качестве привода можно использовать однофазный мотор от стиральной машины или другой бытовой техники. Важно только обеспечить требуемую угловую скорость вращения ротора.
Поскольку вращение вала электродвигателей работающих, например, в стиральной машине составляет около 12 – 20 тыс. об./мин., то необходимо использовать шкивы, диаметры которых соотносятся как 1 к 10. То есть, чтобы обеспечить вращение ротора генератора со скоростью 1500 об/мин. можно взять шкив, который уже смонтирован на электромоторе от пралки, а на вал трёхфазного двигателя надеть шкив, диаметром в 10 раз больше.
Выводы
Получить 380 вольт от сети 220 В возможно несколькими способами. Самым эффективным является способ применения электронного инвертора:
- стабильные параметры тока;
- безопасная эксплуатация;
- обеспечение заявленной выходной мощности;
- компактность установки.
Все выше перечисленные способы преобразования 220 Вольт в 380 работают, поэтому имеют право на существование. Но надо быть готовым к потере мощности и к трудностям по достижению других параметров тока, включая его частотные характеристики.
Источник
