Разрабатываю частотник для АД, подскажите пожалуйста.

[Gisteresis]

Мяяяу!
Доброго здравия всем котам. Разрабатываю простой, частоный преобразователь для ассинхронных двигателей.
Смотрел проекты
Простой преобразователь частоты для асинхронного электродвигателя.
http://radiokot.ru/circuit/power/converter/47/
Частотный преобразователь
http://radiokot.ru/circuit/digital/security/31/
Частотный привод 5-200Гц (10-400Гц) своими руками
http://cxem.net/promelectr/promelectr27.php
Прочитал часто встречающиеся статьи, с общей теорией. Собственно они очень поверхностны детали непонятны.

Пока хочу лучше понять теорию чтобы решить, хочу ли я повторить вышеупомянутые конструкции или же разработать свою на MC3PHAC или МК.
Для начала хочу запустить двигатель 250Вт (Пусть частотник будет на 0.4кВт)

В перспективе нужно запустить разные двигатели до 1.5кВт. Желательно не сильно заморачиваясь, мне что попроще.

Пока вижу 2 варианта реализации.
1 MC3PHAC + IR2135 (2130..) + IGBT (Или модули IRAM)
2 МК (предварительно ATMega328p) + IR2135 (2130..) + IGBT (Или модули IRAM)

Прошу помощи по следующим вопросам.
1 Посоветуйте что-нибудь почитать не сильно замороченое.
2 Насколько я понял все вышеперечисленные проекты реализуют скалярный метод управления. Я так понял он проще? Векторный сильно замороченный? В пределах одного абзаца опишите пожалуйста через что придется пройти для реализации векторного метода. Я так понял там наличие ОС (энкодера в составе двигателя) обязательно?
3 Насколько я понял в скалярном методе нет ОС. Ну кроме шунта, для измерения суммарного тока.
4 Как реализуются защиты?
Защита от межфазного КЗ.
Защита от КЗ фазы и нейтрали.
5 Для реализации скалярного метода достаточно формировать 3 синуса смещенные между собой на 120 градусов? Больше ничего?
6 Как выбирать транзисторы?
Не менее 600В?
А как сичтать ток? Часто встречается (в обсуждениях на форумах) 1.5 кратный запас. Так считать?
Т.е. у меня двигатель 250Вт, значит 250/220=1.14А. Значит минимум 1.14*1.5=1.71А.
7 Для выходных дросселей кольца из комповых БП не подойдут?
У меня получаются гигантские дроссели


Для начала хватит, далее по мере продвижения.

ПС: В журнале радио, есть интересная статья 2 номера 2002г в которой написано как повысить кпд до 58% при помощи 2х фазосдвигающих конденсаторов. Метод с одним конденсатором дает только 35% от номинала. Ну это так, к теме.

[goldmen8]

Для справки про трёхфазный двигатель:
Для расчета тока трехфазного асинхронного двигателя используют формулу:

Iн = 1000 Pн / √3 * (ηн * Uн * cosφн),

В этой формуле:
Pн – номинальная мощность;
Uн – номинальное напряжение;
Ηн – номинальный КПД;
Cosφн – номинальный коэффициент мощности.

Существует такое понятие, как пусковые токи. наверное нужно отталкиваясь от этого параметра и выбирать транзисторы. Вот график пусковых токов двигателей от разных устройств. В частотном преобразователе есть режим разгона и режим торможения...

[Пилот]

Зачем выходные дроссели и почему именно так Вы их считаете? Частотники без них работают, свистят частотой 10-15 кГц прямо в двигатель, он и сам нехилая индуктивность. Вроде когда накрутил ближе к 15 кГц такой частотник акустический шум стал почти не слышен (а ведь 11 кВт). А дроссели на железе надо рассчитаные на 50 Гц (чтоб подавляли-сглаживали все что выше)

БТИЗы надо брать на 1200 я думаю, потому как все таки напряжения и их возможные всплески на пределе

Вот векторное управление кстати на днях всплывало (тоже первый раз слышу про него)
https://geektimes.ru/company/npf_vektor/blog/269486/

[Gisteresis]

Iн=250/(sqrt(3)*220*0.68*0.77)=1.25А Собственно, что и написано на двигателе

Кто то говорит надо, кто то не надо, на каких то схемах они есть, а на тех же но немного покореженных нет.
Я собственно не знаю, надо оно или нет.
Слабовик сказал надо.

Как считать хз. По сути это такой же выходной каскад как у ИИП. Амплитуда перед дросселем 310В, самый сложный режим для дросселя половинный, на него и рассчитываем. Мощность частотника берем 0.4кВт, потому что это значение мало мальски унифицировано и такие частотники встречаются. Значит ток берем 2А. Частоту ШИМ слизал с других схем, в частности MC3PHAC, и там она довольно низкая. 4..20кГц. Плотность тока можно и повысить. Вот собственно из каких соображений я исходил.
Но на фото, готовых самодельных частотников, видел те же комповые дроссели с родной намоткой.

[Андрей СШ]

2. ОС для векторного управления обязательно, а вот энкодер нет (существуют и другие способы обеспечения обратной связи). Векторное управление (в том виде в котором это обычно понимается) требует большого количества вычислений (Мега не потянет).

3. Скалярное управление можно сделать как с ОС так и без. Можно даже с энкодером.

5. Скалярный метод (да и векторный тоже) требует формирования трёх синусоид с переменной частотой и амплитудой.

Существует такое понятие, как пусковые токи.

При применении частотника пусковых токов быть не должно (если есть, значит надо настройки подправить).


Дроссели на выходах частотника ставятся для двух разных целей:
1. У низковольтных двигателей (например 25 В) собственная индуктивность очень мала и они не могут сглаживать ШИМ. Дроссели для добавления индуктивности.
2. Если двигатель подключен к частотнику через длинный кабель, то в кабеле могут возникать всякие волновые эффекты на частоте ШИМ, которые могут приводить к локальным перенапряжениям с пробитием изоляции.

Маломощные частотники на 380 В обычно обходятся без дросселей. У меня например есть частотник на 1,5 кВт с кабелем 40 см и он без дросселей.

Термины "скалярный" и "векторный", хотя и встречаются часто, но на самом деле не несут особой смысловой нагрузки (в основном маркетинговую) ибо:
Скалярные методы - это методы в которых регулируется одна независимая величина.
Векторные методы - методы в которых регулируется две или больше независимых величины.

Каждая из этих групп содержит несколько разных (иногда совсем разных) методов.

МК (предварительно ATMega328p)

ATtiny841 содержит трёхфазный ШИМ с генератором пауз.

[goldmen8]

...

Существует такое понятие, как пусковые токи.

При применении частотника пусковых токов быть не должно (если есть, значит надо настройки подправить)...

Пуск двигателя это разгон, Кто будет двигатель раскручивать: совершать работу; прикладывать усилие; ускорять; как ещё... на режим кто выводить будет?
Попробуйте не превышая рабочий ток просчитать время разгона... Какое время у вас получилось?

[Андрей СШ]

Для совершения работы по разгону двигателя превышать номинальный ток не обязательно. Хотя конечно зависит от потребностей. Может кому и нужна повышенная стартовая мощность.

[goldmen8]

Для совершения работы по разгону двигателя превышать номинальный ток не обязательно...

...время разгона... Какое время у вас получилось?

Вопрос остался открытым...

[Андрей СШ]

Никакое. Нет никаких исходных данных. Но если Вы думаете что потребуются часы, то заблуждаетесь.

[Пилот]

При запуске частота растет плавно в течении минуты-двух и ток нарастает тоже плавно до номинального, никаких бросков там нет, в том и смысл частотника (их ставят иногда даже лишь из-за плавного запуска)
Частоту надо делать такую, какую позволят ключи. Если относительно медленные IGBT с токовыми хвостами в микросекунды то 4 кГц самый раз, а если ключи быстрые то можно и уменьшить акустический шум подняв частоту. Частота важна для самих ключей, вернее для их нагрева. Ну и конечно присутствует фактор срача в эфир этой частотой

[Gisteresis]

ATtiny841 содержит трёхфазный ШИМ с генератором пауз.

Что то ничего не могу найти про трехфазный шим с генератором пауз.
Может имелся в виду AT90PWM3?

[Андрей СШ]

Опечатка.
Имел ввиду Tiny461/861.

[Gisteresis]

AT90PWM3, Tiny461/861 интересные контроллеры, но они не заменяют драйвер затворов. Все равно придется использовать драйвер (Думаю IR2135). А в нем уже есть защита от сквозного тока. Поэтому можно и 328 зарядить, там же можно ШИМ каналы в инверсии пускать. А деад таймом будет рулить IR.
Или я что то упускаю?

[Андрей СШ]

Если использовать IR2135 то можно наверное обойтись без генератора пауз в ШИМ, но в ней DT фиксированная 100 нс. Нужно просчитывать хватит ли этого времени на переключение нужных транзисторов.

[Пилот]

У IR2135 пауза 250 нс, но этого мало для IGBT с их хвостами да еще и учитывая не самый большой выдаваемый драйвером ток. Да и если уж 1200 В ключи то и драйвер тоже должен быть 1200 В

[Андрей СШ]

250 нс это "типичное" время, а минимальное 100 нс.

Допустим транзистор IRG4BC30W (самый дохлый который есть в Чип-НН).

Время задержки отключения - 150 нс
Время спада тока - 150 нс
Время задержки включения 25 нс

Следовательно пауза нужна
DT > (150+150)-25 = 275 нс.

Даже в "типичные" 250 нс укладывается.

Из даташита можно сделать вывод, что время отключения IGBT мало зависит от тока драйвера.

----------
Я склоняюсь к мысли, что надо таки IRAM использовать - это будет намного проще. Все параметры согласованы, драйвер и защиты интегрированы, разница в цене по сравнению с рассыпухой почти отрицательная.

Я уже даже купил один (больше в магазине не было), но уже года два руки не доходят заняться частотником.

[Gisteresis]

Только хотел спросить как считать необходимую задержку. Андрей СШ благодарствую
Есть конечно вариант IR2130, но там нет входа SD (отключение моста). Но эту функцию можно сделать например выставляя регистры ШИМ в 0 или например если развязать оптронами то можно блокировать их.

А вот тут автор маленький деад тайм рассматривает как преимущество IR2135
http://radiokot.ru/circuit/power/converter/47/
Но у него там AT90PWM3 он наверное задержки формирует программно.

Единственное, что пока мне не ясно это реализация защит. (если на отдельных транзисторах делать) По температуре можно термо реле пластинное.

IRAM, да, контроль температуры интегрирован, защиты да и цена вроде приемлемая
http://www.compel.ru/lib/ne/2008/18/5-n ... duley-iram
Странно, что более хлипкие 6А стоят дороже более сильных 10А.

Еще такой вопрос в MC3PHAC как выбирается номинальная частота и питание, они там зашиты что ли жестко? Это перемычки 50 или 60Гц это оно? И жестко 220В (выпрямленных 310В)?

Я так понял нужно еще амплитуду уменьшать с уменьшением частоты? А момент при этом тоже будет падать если я низкие обороты выставлю? (Есть мысли по созданию токарника. Там нужны обороты и 3000 и 200 ну хотя бы 400 об/мин)

http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/app/micr ... AVR494.htm

Не шибко понял зачем третья гармоника.
Чтобы провалы транзисторов на близких скважностях к полному закрытию/открытию компенсировать?

[Starichok51]

Время задержки включения 25 нс

Следовательно пауза нужна
DT > (150+150)-25 = 275 нс.

включение не имеет никакого отношения к отключению. отнимать 25 нс нельзя.

[goldmen8]

...1) Я так понял нужно еще амплитуду уменьшать с уменьшением частоты? А момент при этом тоже будет падать если я низкие обороты выставлю?
2) Не шибко понял зачем третья гармоника...

Электротехника. Электрические машины.
1) Момент вращения электродвигателя определяется величиной магнитного потока, током и угловым сдвигом между ЭДС и током в роторе. Каждая из этих величин в свою очередь зависит от скольжения...
Величина момента пропорциональна квадрату напряжения и обратно пропорциональная квадрату частоты.
Характерными значениями момента в зависимости от скольжения (или скорости) являются начальное значение момента (когда электродвигатель еще неподвижен), максимальное значение момента (и соответствующее ему скольжение, называемое критическим) и минимальное значение момента в пределе скоростей от неподвижного состояния до номинальной.
2) ЭДС изменяется по трапециидальному закону, что объясняется наличием высших гармоник ЭДС. Из электротехники следует, что так как ЭДС симметрична отностительно оси Х, то четные гармоники отсутствуют.
ЭДС третьей гармоники во всех фазах обмотки совпадают в пространстве и во времени, и при соединении звездой или треугольником также будут отсутствовать и соответственно кратный ей. Будут присутствовать 5 и 7 гармоники ЭДС.

P.S. ... режимы работы устройств плавного пуска, по значению пускового тока, можно разделить на следующие три:
•Легкий. Величина пускового тока не превышает трехкратного значения номинала, и время пуска не превышает 20 секунд

[Андрей СШ]

Биметаллическое термореле на мой взгляд будет сложновато пристроить к транзисторам и установить нужную температуру. От перегрева наверное проще какой нибудь терморезистор пристроить.

IRAM-ы бывают с контролем тока в общем проводе и с постоечным контролем. Вторые надёжнее и сложнее. Этим может быть вызвана разница в цене. Хотя наверное есть и другие различия.

С уменьшением частоты индуктивное сопротивление двигателя падает и растёт ток. Если снижать напряжение пропорционально частоте, то ток двигателя остаётся неизменным и момент не падает. Но тут нужно правильно выставить точки на графике.

Третья гармоника позволяет из имеющегося постоянного напряжения выжать немного большее переменное. Полезно при дефиците напряжения (неважно чем вызванного). Фича чисто программная и может быть добавлена позднее.

Тут уже была ссылка https://geektimes.ru/company/npf_vektor/blog/269486/ там в конце есть картинка с двумя вращающимися звёздами. Первая звезда вращается вокруг неподвижного центра, а у второй центр плавает вверх/вниз. Вот это плавание и есть третья гармоника.

включение не имеет никакого отношения к отключению. отнимать 25 нс нельзя.

25 нс это время задержки включения, а не самого включения. Так что можно.