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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Três fases - de uma. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Fontes de alimentação Este conversor foi desenvolvido pelo autor para alimentar um motor elétrico trifásico de baixa potência no drive de um gravador de som mecânico. Ele fornece três velocidades fixas de disco - 33 1/3, 45 e 78 rpm. Com pequenas modificações, o conversor pode ser utilizado para alimentar motores elétricos assíncronos trifásicos e bifásicos com potência de até 1000 W, tanto de velocidade constante quanto variável. A regulação da velocidade de rotação dos motores elétricos assíncronos só é possível alterando a frequência da tensão de alimentação. Mas à medida que a frequência diminui, é necessário reduzir proporcionalmente a tensão de alimentação para evitar o superaquecimento dos enrolamentos e, inversamente, com o aumento da frequência, aumentar a tensão para manter a potência no eixo. O dispositivo [1] utiliza um autotransformador ajustável (LATR), que altera a tensão da qual depende a amplitude dos pulsos retangulares de uma determinada frequência fornecidos aos enrolamentos do motor. No dispositivo [2], a amplitude desses pulsos permanece constante, mas seu ciclo de trabalho muda, o que também leva ao resultado desejado. A desvantagem do primeiro dispositivo é um autotransformador volumoso e o segundo é um circuito excessivamente complexo. No conversor de tensão de rede monofásica para trifásica fornecida ao motor, que é levado ao conhecimento dos leitores, essas deficiências são eliminadas. Ele contém um retificador controlado por um triac e uma parte digital simples que produz três sequências de pulsos retangulares simétricos mutuamente deslocados em fase por 120о. O diagrama do dispositivo é mostrado na Fig. 1.
Um retificador ajustável é essencialmente um regulador triac comum operando em uma ponte retificadora de diodo com um capacitor que suaviza a tensão retificada. É composto por um triac de potência VS2, um dinistor simétrico VS1 com tensão limite de 32 V, capacitores C2, C4, C6, C8. A chave SA1.2 seleciona um dos três resistores R7-R9, formando um circuito defasador com o capacitor C2 que atrasa o momento de abertura do triac em relação ao início de cada meio ciclo. É difícil calcular com precisão a resistência desses resistores, por isso eles foram selecionados experimentalmente durante o processo de configuração do conversor. A tensão na qual os capacitores C4 e C6 são carregados depende do atraso de abertura do triac. Esta tensão alimenta interruptores poderosos nos transistores de efeito de campo VT1-VT6, que geram uma tensão de saída trifásica. O circuito amortecedor C8R11 reduz o ruído de comutação. E para evitar que interferências penetrem na rede de alimentação, o conversor é conectado a ela através de um filtro Z1 DL-6DX1. É composto por um indutor de dois enrolamentos, vários capacitores e um resistor através do qual os capacitores são descarregados após o dispositivo ser desconectado da rede. Para o correto funcionamento do filtro, seu invólucro deve ser aterrado - conectado ao terceiro contato da tomada. O resistor R6 evita danos aos elementos retificadores quando conectado à rede. O fato é que neste momento os capacitores C4 e C6 ainda não estão carregados. O pulso de sua corrente de carga, se sua amplitude não for limitada de forma alguma, pode danificar os diodos da ponte retificadora VD1 ou o triac VS2. O resistor R6 limita a amplitude deste pulso a aproximadamente 40 A, permitido para uma ponte de diodos e um triac. É claro que, para limitar a corrente, era possível usar um termistor com grande TCR negativo, mas não havia termistores adequados à venda, embora estejam disponíveis nos catálogos dos fabricantes. Portanto, o resistor de fio enrolado C6-5V-35 W (PEV-7,5) foi usado como R7,5. Você não deve substituí-lo por um resistor de fio enrolado importado. Por exemplo, um resistor Uni-Ohm com resistência de 5 Ohms e potência de 5 W queima instantaneamente quando o dispositivo é conectado à rede. A desmontagem deste resistor mostrou que ele possui um pequeno pedaço de fio extremamente fino de alta resistência enrolado em torno de uma estrutura de cerâmica do tamanho de um resistor MLT-0,5 que pode suportar uma corrente de não mais que 2...3 A. Dissipação de corrente constante potência igual à nominal é garantida pela boa remoção do calor do fio através do invólucro cerâmico externo do resistor e seu enchimento. Mas tal resistor não pode suportar sobrecargas de curto prazo muitas vezes. O resistor R2 é necessário para o correto funcionamento do triac VS2. Como você sabe, para um triac fechar, a diferença de potencial entre seus eletrodos 1 e 2 deve ser zero. Entretanto, isso não acontece quando o triac é operado em uma ponte retificadora com um capacitor de suavização de grande capacidade. Este efeito é eliminado pelo resistor R2. Sua resistência pode estar dentro de uma ampla faixa, mas se seu valor for muito alto, o triac para de fechar ao final de cada meio ciclo. A parte digital do dispositivo consiste em um oscilador mestre no chip DA1, um distribuidor de pulso no contador Johnson DD1, um gerador de sequência de pulso trifásico nos elementos 3OR do chip DD2, três drivers de meia ponte DA3-DA5 e seis interruptores nos transistores de efeito de campo VT1-VT6, formando uma ponte trifásica. A frequência dos pulsos gerados pelo chip XR2206CP (DA1) é determinada por uma relação simples F = 1/(R·C1), onde R é a soma da resistência de um resistor constante (um de R3-R5, selecionado pela chave SA1.1, emparelhado com SA1.2) e a resistência introduzida do resistor variável R1. Observe que esta frequência deve ser seis vezes a frequência da tensão de saída trifásica. Em um gravador para gravação de som mecânico, o disco deve ter três velocidades de rotação fixas - 78, 45 e 33 1/3 rpm, e para isso, levando em consideração a relação de transmissão do mecanismo, seu motor deve ser alimentado com alimentação trifásica tensão com frequência de 18,52, 10,68 e 7,917, respectivamente Hz A frequência do oscilador mestre do conversor deve ser seis vezes maior que esses valores - 111,2, 64,1 e 47,5 Hz. É para essas frequências que o diagrama mostra os valores dos resistores R3-R5 (da série padrão E96). É levado em consideração que um resistor variável R1 está conectado em série com eles, cuja resistência na posição intermediária é de 3,4 kOhm. Com sua ajuda, a velocidade de rotação do disco é determinada com precisão por meio de marcas estroboscópicas no aro. Os diodos VD3-VD5 junto com os capacitores C10-C12 formam circuitos de bootstrap para alimentar os drivers dos transistores de efeito de campo chave “superiores” da ponte trifásica, e os resistores R12-R17 limitam a corrente de pulso das portas dos transistores VT1- VT6. O fato é que poderosos transistores de efeito de campo têm uma capacitância de entrada de milhares de picofarads. Para evitar uma corrente de recarga muito grande desta capacitância, são utilizados os resistores mencionados. Para limitar efetivamente a corrente, a resistência desses resistores deve ser a mais alta possível, mas um aumento excessivo atrasa os processos de comutação dos transistores, o que leva ao desperdício de energia no seu aquecimento. A potência que o conversor pode fornecer à carga é determinada pela potência do retificador e pela qualidade da remoção de calor dos transistores VT1-VT6. No projeto descrito foi utilizado um dissipador de calor do processador Pentium, capaz de dissipar cerca de 30 W de potência ao soprar. Isto significa que até 1000 W de potência podem ser transferidos para a carga. Ao selecionar os valores dos elementos dos quais depende a frequência do oscilador mestre, a frequência da tensão gerada pode ser alterada dentro de amplos limites, limitados apenas pelas capacidades do motor alimentado. Além disso, para cada valor de frequência é necessário definir a tensão ideal de alimentação do motor selecionando um resistor no circuito de mudança de fase do regulador triac de tal resistência que o motor funcione sem superaquecimento. A aparência do conversor montado é mostrada na Fig. 2. Como os elementos do conversor estão conectados galvanicamente a uma rede de 230 V, ao trabalhar com o mesmo devem ser observadas medidas de segurança elétrica, que podem ser lidas em [3].
Na ausência de um microcircuito gerador de função XR2206CP, o oscilador mestre pode ser construído de acordo com um circuito padrão usando o temporizador integrado NE555 ou seu análogo doméstico KR1006VI1. Em vez do chip CD4075BE, você pode instalar o K561LE10 (três elementos 3OR-NOT). Infelizmente, não existe um análogo doméstico do driver IR2111. Usando o princípio descrito, não é difícil construir não apenas um conversor trifásico, mas também bifásico. Basta alterar o circuito do gerador de sequência de pulsos conforme Fig. 3. O elemento do chip DD2.3, o chip DA5, os transistores VT5 e VT6 e componentes relacionados não são usados neste caso.
É conveniente selecionar os resistores R7-R9 em um regulador triac conectando um amperímetro DC ao circuito de carga do retificador ajustável. A corrente consumida do retificador em qualquer velocidade do eixo do motor não deve diferir em mais de 10% do seu valor na frequência nominal e no modo de operação de tensão do motor. Literatura
Autor: V. Hitsenko
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