Перетворювач однофазного напруги в трифазне - опис
Відомі різні перетворювачі однофазного напруги в трифазне. В [1] описано прилад, виконаний на основі асинхронного трифазного двигуна, як і будь-яка електрична машина оборотного: генератор може служити двигуном, і навпаки. Недоліки такого перетворювача - значний "перекіс" фаз, а також те, що потужність двигуна-перетворювача повинна бути більше, ніж питомого від нього електрообладнання.
Керований напівпровідниковий інвертор для живлення трифазного двигуна запропонований в [2]. Його недолік полягає в застосуванні регульованого автотрансформатора для зміни вихідного трифазного напруги. Але деякі його вузли (пристрої управління вихідними ключами, що живляться бутстрепним способом) дуже добре працюють і тому використані і в розробленому нами пристрої.
Джерело живлення трифазного електродвигуна від однофазної мережі з регулюванням частоти обертання розглянуто в [3]. Але для харчування "верхніх" і "нижніх" транзисторів його вихідних ключів потрібні окремі джерела напруги. Самі ключі виконані на біполярних транзисторах, що мають великий внутрішній опір в режимі насичення.
Пропонований перетворювач однофазного напруги в трифазне позбавлений недоліків пристроїв, описаних в [2] і [3]. Його загальна схема представлена на рис. 1. Виходи формувача трифазних імпульсних послідовностей А1 з'єднані з входами трьох однакових потужних комутаторів А2.1, А2.2 і А2.3, до виходів яких і підключають трифазному навантаженні.
Комутатори харчуються випрямленою за допомогою діодного моста VD1 напругою однофазної мережі 220 В. Конденсатори С2 і СЗ - згладжують. До мережі підключено і "електронний трансформатор" для харчування галогенних ламп U1 - перетворювач напруги в імпульсне амплітудою 15В і частотою 45 кГц. Його вихідна напруга випрямляє міст з високочастотних випрямних діодів VD2-VD5. Конденсатор С1 згладжує пульсації випрямленої напруги, яким харчуються електродвигуни М1-МЗ вентиляторів, обдуває тепловідвід, на якому розміщені потужні транзистори комутаторів А2.1-А2.3. Вентилятори - типорозміру 80x80 мм від комп'ютера.
Напругою 12 В з виходу інтегрального стабілізатора DA1 живлять формувач А1 і малопотужні вузли комутаторів А2.1-А2.3. Застосована в якості DA1 мікросхема KIA7812AP1505 відрізняється тим, що має ізольований корпус. Це дозволяє кріпити її безпосередньо на шасі пристрою, використовуючи його в якості тепловідводу.
Схема формувача А1 зображена на рис. 2. Генератор тактових імпульсів зібраний на таймері DA1 КР1006ВІ1 за схемою мультивібратора. Їх частоту регулюють змінним резистором R1.1, а одночасно встановлений з ним на одній осі змінний резистор R1.2 змінює шпаруватість імпульсів. З підвищенням частоти тривалість імпульсів на виході генератора, що задає повинна зменшуватися.
Тактові імпульси надходять на вхід лічильника DD2, на виходах якого по черзі на один період повторення імпульсів встановлюється високий рівень напруги. Оскільки рівень на вході СР лічильника низький, зміна його стану відбувається по наростаючим перепадів імпульсів на вході CN. З появою високого рівня на виході 6 (виведення 5) і з'єднаному з ним вході R лічильник негайно повертається в стан з високим рівнем на виході 0 (висновок 3), після чого цикл повторюється.
Імпульси з виходів лічильника DD2 за допомогою мікросхеми DD3 перетворюються в три послідовності імпульсів тривалістю три такту, що повторюються з періодом шість тактів. Послідовності взаємно зміщені в часі на третину періоду (два такту). Елементами мікросхеми DD4 ці послідовності інвертують, а за допомогою D-тригерів мікросхеми DD6 затримують щодо вихідних. Для цього на вхід З мікросхеми DD6 подані тактові імпульси, причому зміна стану тригерів відбувається по їх спадів. В результаті імпульси на виходах мікросхеми DD6 затримані щодо вхідних на тривалість тактового імпульсу.
З отриманих описаним чином дванадцяти імпульсних послідовностей елементи мікросхем DD1.1-DD1.4, DD5.1, DD5.2 формують імпульси управління комутаторами А2.1-А2.3.
Комутатори виконані за схемою, запозиченою з [2] і показаної на рис. 3. Вихідні польові транзистори прототипу замінені на більш потужні IGBT IRG4BC40U (залишкову напругу - 1, 7 В при струмі 40 А) з демпфірувальними діодами FR607. Все IGBT встановлені через ізолюючі прокладки на загальних тепловідводу, що обдувається вентиляторами (див. Рис. 1). Розміри тепловідведення - 260x90 мм.
На двосторонній друкованій платі, зображеної на рис. 4, розміщені, як показано на рис. 5, все елементи вузлів А1, А2.1-А2.3, за винятком здвоєного змінного резистора, IGBT і демпфуючих діодів. Позначення елементів вузлів А2.1-А2.3 на платі забезпечені цифровими префіксами, відповідними номером вузла.
При зазначених на схемі номіналах елементів тактового генератора частота формованого трифазного напруги регулюється здвоєним змінним резистором R1 від 31 до 52 Гц, а коефіцієнт заповнення відповідно від 66 до 92%. Останнє дозволяє уникнути надмірного збільшення струму в обмотках електродвигуна при зниженій частоті напруги живлення. Інтервал регулювання частоти може бути зрушений вгору зменшенням ємності конденсатора С1 в тактовом генераторі.
Для двигуна на номінальну частоту 50 Гц підвищувати частоту напруги живлення вище 100 Гц не варто. При цьому частота обертання ротора наблизиться до 6000 хв ', що небезпечно для підшипників. Якщо використовувати перетворювач для живлення будівельних і сільськогосподарських механізмів, двигуни яких розраховані на напругу 36 В при частоті 200. 400 Гц, то на діодний міст VD1 (див. Рис. 1) потрібно подати напругу 36 В 50 Гц, а частоту тактового генератора в вузлі А1 відповідно збільшити.