Relé de tensión trifásico: diagrama y características de conexión, precio. Reguladores de potencia analógicos trifásicos Características de los tipos comunes de relés de voltaje.

El controlador de potencia digital para un motor de CA trifásico se fabrica utilizando un chip MC3PHAC especial de NXP Semiconductor. Genera 6 señales PWM para un motor de CA trifásico. La unidad se combina fácilmente con un potente controlador de llave IGBT/MOSFET trifásico. La placa proporciona 6 señales PWM para el inversor IPM o IGBT, así como una señal de freno. El circuito funciona sin conexión y no requiere programación ni codificación.

Circuito regulador

Control S

• PR1: Potenciómetro para configurar la aceleración
• PR2: Potenciómetro de regulación de velocidad
• SW1: interruptor DIPX4 para configurar frecuencias 60 Hz/50 Hz y configurar salida activa baja/activa alta
• SW2: interruptor de reinicio
• SW3: Arranque/parada del motor
• SW4: cambiar la dirección del motor

Ajustes principales

• Alimentación del controlador 7-15 VCC
• Potenciómetro para control de velocidad del motor.
• Frecuencia PWM predeterminada 10,582 kHz (5,291 kHz - 164 kHz)

M/s MC3PHAC es un controlador inteligente monolítico diseñado específicamente para satisfacer la necesidad de sistemas de control de motores de CA trifásicos de velocidad variable de bajo costo. El dispositivo se adapta y configura en función de sus parámetros. Contiene todas las funciones activas necesarias para implementar la parte de bucle abierto del control. Esto hace que el MC3PHAC sea ideal para aplicaciones que requieren soporte de control de motores de CA.

El MC3PHAC incluye funciones de protección que consisten en monitoreo de voltaje del bus de CC y entrada de falla del sistema, que desactivarán inmediatamente el módulo PWM cuando se detecte una falla del sistema.

Todas las señales de salida son de nivel TTL. La entrada para la fuente de alimentación es de 5-15 VCC, el voltaje constante en el bus debe estar en el rango de 1,75 - 4,75 voltios, se proporciona un interruptor DIP en la placa para instalación con motores con una frecuencia de 60 o 50 Hz. Los puentes ayudan a configurar la polaridad de la salida PWM - señal, es decir, activa baja o activa alta, lo que permite utilizar esta placa en cualquier módulo, ya que la salida se puede configurar en activa baja o alta. El potenciómetro PR2 ayuda a regular la velocidad del motor. Para cambiar la frecuencia base, el tiempo de apagado PWM y otros posibles parámetros, estudie la hoja de datos. Archivos del tablero - archivados

control de velocidad. La frecuencia síncrona del motor eléctrico se puede ajustar en tiempo real a cualquier valor desde 1 Hz hasta 128 Hz ajustando el potenciómetro PR2. El factor de escala es de 25,6 Hz por voltio. Procesado con un filtro digital de 24 bits para aumentar la estabilidad de la velocidad.

Control de aceleración. La aceleración del motor se puede configurar en tiempo real en el rango de 0,5 Hz/s a 128 Hz/s ajustando el potenciómetro PR1. El factor de escala es 25,6 Hz/segundo por voltio.

Proteccion. Cuando ocurre una falla, el MC3PHAC desactiva inmediatamente el PWM y espera hasta que se elimine la condición de falla antes de iniciar un temporizador para volver a habilitarla. En modo independiente, este intervalo de tiempo de espera se establece durante la fase de inicialización aplicando voltaje al pin MUX_IN mientras el pin RETRY_TxD está bajo. Por lo tanto, se pueden especificar tiempos de repetición de 1 a 60 segundos con un factor de escala de 12 segundos por voltio.

Monitoreo de fallas externas. El pin FAULTIN acepta una señal digital que indica una falla detectada por circuitos de monitoreo externos. Un nivel alto en esta entrada hace que el PWM se apague inmediatamente. Una vez que esta entrada vuelve a la lógica baja, el temporizador de reintento de falla comienza a funcionar y el PWM se vuelve a habilitar después de alcanzar el valor de tiempo de espera programado. El pin de entrada 9 del conector CN3 FLTIN debe estar en alto potencial.

Monitoreo de integridad de voltaje(pin de señal de entrada 10 en cn3) en DC_BUS se monitorea a 5,3 kHz (4,0 kHz si la frecuencia PWM está configurada en 15,9 kHz). En el modo independiente, los umbrales se fijan en 4,47 voltios (128 % del nominal) y 1,75 voltios (50 % del nominal), donde se determina que el valor nominal es 3,5 voltios. Tan pronto como el nivel de la señal DC_BUS vuelve a un valor dentro del límite permitido, el temporizador de repetición de falla comienza a funcionar y el PWM se enciende nuevamente después de alcanzar el valor de tiempo de espera programado.

Regeneración. El proceso de ahorro mediante el cual la energía mecánica almacenada en el motor y la carga se transfiere de nuevo a la electrónica del accionamiento se produce normalmente como resultado de una desaceleración forzada. En casos especiales donde este proceso ocurre con frecuencia (por ejemplo, sistemas de control de motores de ascensores), incluye funciones especiales para permitir que esta energía regrese a la red de CA. Sin embargo, en la mayoría de los variadores de CA de bajo costo, esta energía se almacena en el capacitor del bus de CC aumentando su voltaje. Si no se instala este proceso, la tensión del bus de CC puede aumentar a niveles peligrosos, lo que puede dañar el condensador del bus o los transistores del inversor de potencia. MC3PHAC le permite automatizar y estabilizar este proceso.

Frenado resistivo. El pin DC_BUS se monitorea a 5,3 kHz (4,0 kHz si la frecuencia PWM se establece en 15,9 kHz), y cuando el voltaje alcanza un cierto umbral, el pin RBRAKE aumentará. Esta señal se puede utilizar para controlar un freno de resistencia colocado a través de un condensador de bus de CC de modo que la energía mecánica del motor se disipe en forma de calor en la resistencia. En modo independiente, el umbral DC_BUS requerido para reconocer la señal RBRAKE se fija en 3,85 voltios (110 % del nominal), donde el nominal se define como 3,5 voltios.

Selección de frecuencia PWM. El MC3PHAC tiene cuatro frecuencias de conmutación discretas que se pueden cambiar dinámicamente a medida que gira el motor. Esta resistencia puede ser un potenciómetro o una resistencia fija dentro del rango que se muestra en la tabla. La frecuencia PWM se determina aplicando voltaje al pin MUX_IN mientras que el pin FREQ_RxD PWM tiene un potencial bajo.

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Los reguladores de potencia presentados en esta página están diseñados para conmutar cargas trifásicas en sistemas de automatización, en producción y en el hogar. Un regulador de potencia trifásico es un dispositivo completo que contiene tiristores de potencia, fusibles, un radiador, un ventilador y un circuito de control en una sola carcasa. El regulador trifásico está diseñado para conmutar la carga simultáneamente en las 3 fases. El voltaje de conmutación es variable ~200…480VAC 50 Hz. La señal de control puede ser de diferentes tipos: voltaje 0-10 VCC, corriente 4-20 mA y se selecciona mediante hardware con un puente. La designación 60 amperios significa que el regulador de potencia puede conmutar esta corriente en cada fase. Según el tipo de conmutación, existen modelos con conmutación cuando la tensión pasa por cero (serie ZZ) y con control de fase (serie TP). Todos los reguladores de potencia pueden funcionar con red trifásica sin neutro.

Características del funcionamiento de un regulador de potencia trifásico.

El regulador se calienta durante el funcionamiento. Los modelos con 30 y 45 amperios utilizan refrigeración natural; los modelos con 60 amperios o más utilizan un ventilador. Los reguladores tienen un sistema de protección contra sobrecalentamiento incorporado. Cuando se activa la protección, el voltaje de salida se apaga. El voltaje trifásico se conecta a los terminales en la parte superior del dispositivo, debajo de los terminales para conectar el cable de alimentación de carga. El regulador de potencia se monta verticalmente en la pared con tornillos en las ranuras del radiador.

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Les presento un regulador de potencia trifásico en un microcontrolador.

El dispositivo regula la potencia en una carga activa conectada en triángulo o estrella, sin utilizar conductor neutro. Diseñado para su uso con hornos de resistencia, calderas de agua caliente, elementos calefactores trifásicos e incluso lámparas incandescentes, sujeto a la condición de carga simétrica en las fases. Dos modos de funcionamiento: regulación mediante el algoritmo de Bresenham y método de regulación de fase. Se pretendía que el dispositivo fuera lo más simple posible y fácil de replicar. Control mediante botones o potenciómetro, LED indicador de modos de funcionamiento (opcional), LED indicador del estado del dispositivo.

¡Atención! ¡Existe tensión potencialmente mortal! ¡Para usuarios avanzados!

Por conveniencia, el diagrama del dispositivo se divide en bloques funcionales. Esto permite realizar más cambios y mejoras en el diseño, sin tener que modificar radicalmente todo el circuito. Cada bloque se describirá por separado a continuación.

Circuito de potencia

La versión del autor se construyó sobre potentes módulos de optotiristores MTOTO 80 - 12. Cada módulo contiene dos módulos de optotiristores consecutivos de ochenta amperios. Se utilizan tres módulos, uno para cada fase. Los pulsos de control llegan simultáneamente a ambos interruptores de alimentación, pero solo se abrirá aquel al que se aplica voltaje en polaridad directa. Los módulos son reemplazables con conjuntos de tiristores o triac, o tiristores y triacs individuales. Los conjuntos modulares son más convenientes de instalar, tienen un sustrato aislado y simplifican el aislamiento galvánico del circuito de control. Cuando utilice tiristores o triacs separados, deberá instalar transformadores de pulso u optoacopladores adicionales. También deberá seleccionar resistencias limitadoras de corriente de los optoacopladores (R32 – R34) para las copias que tenga. El microcontrolador genera impulsos de control que son amplificados por los transistores compuestos T7-T9. Los pulsos se modulan a alta frecuencia para reducir la corriente a través de optoacopladores; esto también permite utilizar transformadores de pulsos de pequeño tamaño (en adelante TI). Los optoacopladores o TI se alimentan de una tensión no estabilizada de 15V.

Es obligatorio instalar circuitos RC en paralelo con los tiristores. En mi versión, se trata de resistencias PEV-10 de 39 ohmios y condensadores MBM de 0,1 µF 600V. Los módulos se instalan sobre un radiador y se calientan durante el funcionamiento. Carga calentador de nicromo trifásico, corriente máxima 60A. No hubo fallas durante dos años de operación.

El esquema no muestra, pero debe instalarse, un disyuntor para la carga calculada; también es aconsejable instalar un disyuntor separado para las fases de la unidad de sincronización. El dispositivo está conectado a una red de 3x380 voltios respetando la rotación de fases A-B-C; si la rotación es incorrecta, el dispositivo no funcionará. El cable neutro es necesario para conectar el transformador de alimentación si su devanado primario es de 220 voltios. Cuando se utiliza un transformador de 380 voltios, no se necesita un conductor neutro.

¡Es obligatoria la conexión a tierra de protección del cuerpo del dispositivo!

No es necesaria ninguna explicación, se utilizan dos voltajes: 15 voltios no estabilizados y 5 voltios estabilizados, el consumo en la versión del autor era de hasta 300 mA, dependiendo en gran medida del indicador LED y de los elementos de potencia utilizados. Puede utilizar cualquier pieza disponible, no hay requisitos especiales.

Contiene tres canales idénticos. Cada canal está conectado entre dos fases, es decir Los canales están incluidos en un triángulo. En el momento de igualdad de los voltajes de fase (el punto de intersección de las sinusoides), se genera un pulso que se utiliza para la sincronización en el MC. Los detalles no son críticos, pero es necesario respetar los valores para una sincronización más precisa. Si tiene un osciloscopio de dos haces, es recomendable seleccionar las resistencias R33, R40, R47 para ajustar el momento de formación del pulso al Punto de intersección de las sinusoides. Pero esto no es un requisito previo. Los optoacopladores AOT 101 utilizados se pueden sustituir por otros similares y disponibles, el único requisito para ellos es una alta tensión de ruptura, ya que son los optoacopladores los que aíslan galvánicamente la unidad de control de la red. Puedes buscar un circuito detector de cero más sencillo y montarlo, pero teniendo en cuenta la conexión a 380 V fase a fase. Es muy recomendable utilizar fusibles, como se muestra en el esquema, también es recomendable utilizar un circuito aparte. disyuntor para esta unidad.

Unidad de control y visualización

Este es el bloque principal. El microcontrolador ATmega8 emite pulsos de control a los tiristores y proporciona una indicación de los modos de funcionamiento. Alimentado por un oscilador interno, reloj de 8 MHz. Los fusibles se muestran en la siguiente imagen. Indicador LED de siete segmentos con ánodo común, tres caracteres. Controlados a través de tres interruptores de ánodo T1-T3, los segmentos se conmutan mediante un registro de desplazamiento. No es necesario instalar el indicador, registrarse y elementos relacionados si no necesita personalizar su trabajo. Puede instalar cualquier tipo de indicador disponible, pero deberá seleccionar resistencias limitadoras de corriente en el circuito del segmento. El LED HL1 muestra el estado principal del dispositivo.

El arranque y la parada se realizan mediante el interruptor SB1. Estado cerrado - Iniciar, estado abierto - Detener. El ajuste de potencia se realiza desde los botones Arriba, Abajo o desde el controlador R6, la elección se realiza a través del menú. Se necesita cualquier inductor L de pequeño tamaño para filtrar mejor el voltaje de referencia del microcontrolador ADC. Las capacitancias C5, C6 deben instalarse lo más cerca posible de los pines de alimentación del MK y del registro, en mi versión estaban soldados a las patas en la parte superior de los microcircuitos. En condiciones de altas corrientes y fuertes interferencias, son necesarios para el funcionamiento confiable del dispositivo.

Operación del regulador de potencia

Dependiendo del firmware seleccionado, la regulación se realizará mediante el método de pulso de fase o mediante el método de omisión de períodos, el llamado algoritmo de Bresenham.

Con el control de pulso de fase, el voltaje en la carga cambia suavemente de casi cero al máximo cambiando el ángulo de apertura de los tiristores. El pulso se emite dos veces por período, simultáneamente a ambos tiristores, pero solo se abrirá aquel al que se le aplica voltaje en polaridad directa.

A voltajes bajos (ángulo de apertura grande), es posible que se sobrepase debido a la imprecisión del pulso de sincronización en el momento de la intersección de las sinusoides. Para eliminar este efecto, por defecto el límite inferior está establecido en 10. A través del menú, si es necesario, puede cambiarlo en el rango de 0 a 99. En la práctica, esto nunca ha sido necesario, pero todo depende de la situación específica. tarea. Este método es adecuado para ajustar el flujo luminoso de lámparas incandescentes, siempre que tengan la misma potencia en cada fase.

También es importante que la rotación de fases de la red sea correcta A-B-C. Para comprobarlo, puede probar la rotación de fase correcta al encender el dispositivo. Para hacer esto, al encender el dispositivo, cuando se muestren los símbolos - 0 - en el indicador, mantenga presionado el botón menú, si la fase es correcta, el indicador mostrará los símbolos AbC, si no hay ACb, y deberá intercambiar dos fases cualesquiera.

Si sueltas el botón menú el dispositivo cambiará al modo de funcionamiento principal.

Cuando se utiliza regulación por salto de períodos, no se requiere fase y la prueba no está incluida en el firmware. En este caso, los tiristores se abren simultáneamente; puedes imaginarlos como un simple arrancador que conmuta las tres fases a la vez. Cuanta más potencia se necesite en la carga, más veces por unidad de tiempo los tiristores estarán en estado conductor. Este método no es adecuado para lámparas incandescentes.

El dispositivo no requiere configuración.

Cuando se enciende, la configuración se lee desde la memoria no volátil del MK, si no hay valores en la memoria o son incorrectos, se establecen los valores predeterminados. A continuación, el MK verifica la presencia de pulsos de sincronización y el estado del interruptor SB1. Si SB1 en estado abierto no emite pulsos de control, se muestra un mensaje en el indicador APAGADO, el LED HL1 parpadea con alta frecuencia. Si cierra SB1, la configuración de energía actual se mostrará en el indicador, se generarán pulsos de control y el LED HL1 se iluminará constantemente. Si al inicio o durante la operación los pulsos de control desaparecen durante más de 10 segundos, el indicador mostrará números 380 , el LED parpadeará a baja frecuencia y se eliminarán los pulsos de control del tiristor. Cuando aparezcan los pulsos de sincronización, el dispositivo volverá a funcionar. Esto se debió a una red deficiente en el lugar donde se utilizó el dispositivo, interrupciones frecuentes y desequilibrios de fase.

El menú contiene cuatro submenús, conmutables mediante botón. menú, si el botón no se presiona durante un tiempo, el nivel de potencia actualmente establecido se muestra condicionalmente de 0 a 100. El nivel de potencia se puede cambiar usando botones. Arriba o Abajo o, si está habilitado (de forma predeterminada), mediante un potenciómetro.

Pulsación larga del botón menú cambia de submenú.

Submenú 1 el indicador muestra Gramoˉ este es el límite superior de regulación de potencia al presionar los botones Arriba o Abajo, se mostrará el valor actual, se puede cambiar hacia arriba o hacia abajo, dentro de los límites. El valor predeterminado es 99.

Submenú 2 en el indicador Gramo_ Este es el límite inferior de regulación de potencia, todo es igual, el valor predeterminado es 10.

Submenú 3 muestra si se utiliza la referencia del potenciómetro 1 - sí 0 - no. en el indicador 3-1 o 3-0 , selección pulsando botones Arriba o Abajo. Predeterminado: usado(1).

Submenú 4 en el indicador BORRAR, al pulsar cualquiera de los botones Arriba o Abajo, Los valores actuales se escribirán en la memoria no volátil del MK. Al grabar, la inscripción parpadeará una vez. BORRAR. Se registrarán los límites de control, si el potenciómetro está habilitado y el valor de potencia actual si se configura mediante los botones y no se utiliza el potenciómetro.

Siguiente prensa menú, cambiará al menú principal, se mostrará el valor de potencia. Además, si no presiona los botones durante mucho tiempo, el menú cambiará al principal.

No hace falta utilizar el indicador LED de siete segmentos si no necesitas cambiar nada, en cuyo caso todo funcionará, regulable de 10 a 99 mediante un potenciómetro. El estado del dispositivo se mostrará mediante el LED HL1. El indicador en sí era necesario en la etapa de depuración y para la posterior modernización. Hay planes para construir un regulador para una carga inductiva sobre esta base y fabricar un dispositivo de arranque suave para un motor asíncrono.

La placa de circuito impreso fue desarrollada para la unidad de sincronización y para la unidad de control, pero al final, debido a retrabajos, la unidad de control se hizo de forma articulada, sobre una placa de pruebas. La placa de circuito impreso está "tal cual" en el archivo, el diseño del indicador de siete segmentos está hecho para que coincida con el indicador que tengo, si es necesario, puede cambiar mediante programación los segmentos de salida correspondientes. Algunas piezas (circuitos RC, resistencias y diodos del circuito de alimentación, elementos de alimentación, botones, potenciómetro y LED) también se montaron mediante un método articulado.

El archivo contiene la placa de la unidad de control y la unidad de sincronización, en formato sprint y diagramas en formato Splan 7, también hay dos opciones de firmware para control de pulso de fase y control de salto de período. El MK fue cosido con un programador de “cinco cables” que ejecuta el programa Uniprof, puede descargarlo en el sitio web del autor http://avr.nikolaew.org/

Los fusibles se presentan a continuación.

Los fusibles se proporcionan para su instalación en este programa, cuando se utiliza otro. Recuerde que el FUSIBLE habilitado es el FUSIBLE sin marca de verificación.

Las placas de circuito impreso no son óptimas y lo más probable es que, al repetirlas, haya que modificarlas para adaptarlas a las piezas disponibles, así como a la configuración y disposición específica de los elementos (botones, potenciómetro, indicador, diodos y optoacopladores). También preste atención a las almohadillas de contacto; si le resulta difícil perforar orificios con un diámetro de 0,5 a 0,7 mm, antes de imprimir debe aumentar el tamaño de las almohadillas de contacto. El principal requisito para una unidad de sincronización es tener en cuenta que el voltaje es alto y puede haber roturas en la superficie de la PCB y en la superficie de las piezas, por lo que es recomendable utilizar piezas de plomo con una gran distancia entre ellas. los lideres. Por la misma razón, los puentes están formados por diodos separados. ¡No es necesario ahorrar espacio y textolita! ¡El voltaje en puntos individuales de la placa de sincronización puede alcanzar los 600 voltios! Después de la fabricación, el tablero debe recubrirse con barniz aislante eléctrico, preferiblemente en dos o tres capas, para evitar roturas por polvo.

El video se presenta cuando se opera en modo de control de pulso de fase, en un osciloscopio se transmite la señal de los transformadores de corriente conectados en dos fases, la carga es de tres lámparas incandescentes de 1 kW cada una. El video muestra un diseño de dispositivo utilizado para la depuración.

Literatura

• V.M. Yarov. Libro de texto "Fuentes de energía para hornos de resistencia eléctrica", 1982.
• AV Evstifeev "Microcontroladores AVR de la familia Mega, manual de usuario" 2007.

Lista de radioelementos

Los motores de CA asíncronos son los motores eléctricos más utilizados en absolutamente todos los campos económicos. Sus ventajas incluyen simplicidad estructural y bajo precio. En este caso, la regulación de la velocidad de un motor asíncrono es de gran importancia. Los métodos existentes se muestran a continuación.

Según el diagrama de bloques, la velocidad del motor eléctrico se puede controlar en dos direcciones, es decir, cambiando las cantidades:

1. velocidad del campo electromagnético del estator;
2. deslizamiento del motor.

La primera opción de corrección, utilizada para los modelos con rotor de jaula de ardilla, se realiza cambiando:

• frecuencias,
• número de pares de polos,
• Voltaje.

La segunda opción, utilizada para la modificación con rotor bobinado, se basa en:

• cambio en el voltaje de suministro;
• conectar un elemento de resistencia al circuito del rotor;
• uso de una cascada de válvulas;
• Uso de fuente de alimentación dual.

Debido al desarrollo de la tecnología de conversión de energía, actualmente se fabrican a gran escala todo tipo de variadores de frecuencia, lo que ha determinado el uso activo de los variadores de frecuencia. Veamos los métodos más comunes.

Hace apenas diez años, había una pequeña cantidad de controladores de velocidad ED en la cadena minorista. La razón de esto fue que aún no se habían producido módulos y transistores de potencia de alto voltaje baratos.

Hoy en día, la conversión de frecuencia es el método más común para regular la velocidad de los motores. Los convertidores de frecuencia trifásicos se crean para controlar motores eléctricos trifásicos.

Los motores monofásicos se controlan:

• convertidores de frecuencia monofásicos especiales;
• Convertidores de frecuencia trifásicos con eliminación de condensadores.

Esquemas de controladores de velocidad para motores asíncronos.

Para los motores utilizados en el uso diario, puede realizar fácilmente los cálculos necesarios y ensamblar el dispositivo en un chip semiconductor con sus propias manos. A continuación se muestra un ejemplo de un circuito controlador de motor. Este esquema permite controlar los parámetros del sistema de propulsión, mantener los costos de mantenimiento y reducir el consumo de electricidad a la mitad.

El diagrama esquemático del controlador de velocidad de rotación EM para las necesidades diarias se simplifica enormemente si se utiliza el llamado triac.

La velocidad de rotación del motor se regula mediante un potenciómetro que determina la fase de la señal de pulso de entrada que abre el triac. La imagen muestra que dos tiristores conectados en paralelo espalda con espalda se utilizan como interruptores. El controlador de velocidad por tiristor ED de 220 V se utiliza a menudo para regular cargas como atenuadores, ventiladores y equipos de calefacción. Los indicadores técnicos y la eficiencia operativa del equipo de propulsión dependen de la velocidad de rotación del motor asíncrono.