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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Drei Phasen – aus einer. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Netzteile Dieser Konverter wurde vom Autor entwickelt, um einen dreiphasigen Elektromotor mit geringer Leistung im Laufwerk eines mechanischen Tonrekorders anzutreiben. Es bietet drei feste Festplattengeschwindigkeiten – 33 1/3, 45 und 78 U/min. Mit geringfügigen Modifikationen können mit dem Umrichter drei- und zweiphasige Asynchron-Elektromotoren mit einer Leistung von bis zu 1000 W sowohl mit konstanter als auch mit variabler Drehzahl betrieben werden. Die Drehzahlregelung asynchroner Elektromotoren ist nur durch Änderung der Frequenz der Versorgungsspannung möglich. Mit abnehmender Frequenz ist es jedoch erforderlich, die Versorgungsspannung proportional zu reduzieren, um eine Überhitzung der Wicklungen zu vermeiden, und umgekehrt mit zunehmender Frequenz die Spannung zu erhöhen, um die Leistung auf der Welle aufrechtzuerhalten. Das Gerät [1] verwendet einen einstellbaren Spartransformator (LATR), der die Spannung ändert, von der die Amplitude der den Motorwicklungen zugeführten Rechteckimpulse einer bestimmten Frequenz abhängt. Im Gerät [2] bleibt die Amplitude dieser Impulse konstant, ihr Tastverhältnis ändert sich jedoch, was ebenfalls zum gewünschten Ergebnis führt. Der Nachteil des ersten Geräts ist ein sperriger Spartransformator und das zweite eine zu komplexe Schaltung. Bei dem den Lesern zur Kenntnis gebrachten Umrichter von einphasiger Netzspannung in dreiphasige, dem Motor zugeführte Spannung, werden diese Mängel beseitigt. Es enthält einen von einem Triac gesteuerten Gleichrichter und einen einfachen Digitalteil, der drei Sequenzen symmetrischer Rechteckimpulse erzeugt, die um 120 gegeneinander phasenverschoben sindо. Das Gerätediagramm ist in Abb. dargestellt. 1.
Ein einstellbarer Gleichrichter ist im Wesentlichen ein gewöhnlicher Triac-Regler, der auf einer Diodengleichrichterbrücke mit einem Kondensator arbeitet, der die gleichgerichtete Spannung glättet. Es besteht aus einem Leistungstriac VS2, einem symmetrischen Dinistor VS1 mit einer Schwellenspannung von 32 V, Kondensatoren C2, C4, C6, C8. Der Schalter SA1.2 wählt einen der drei Widerstände R7–R9 aus und bildet mit dem Kondensator C2 einen Phasenschieberkreis, der den Öffnungszeitpunkt des Triac relativ zum Beginn jeder Halbwelle verzögert. Es ist schwierig, den Widerstandswert dieser Widerstände genau zu berechnen, daher wurden sie während des Aufbaus des Konverters experimentell ausgewählt. Die Spannung, auf die die Kondensatoren C4 und C6 aufgeladen werden, hängt von der Öffnungsverzögerung des Triacs ab. Diese Spannung versorgt leistungsstarke Schalter der Feldeffekttransistoren VT1-VT6 mit Strom, die eine dreiphasige Ausgangsspannung erzeugen. Die C8R11-Dämpfungsschaltung reduziert Schaltgeräusche. Und um das Eindringen von Störungen in das Stromversorgungsnetz zu verhindern, ist der Konverter über einen Z1 DL-6DX1-Filter mit diesem verbunden. Es besteht aus einer Zweiwicklungsdrossel, mehreren Kondensatoren und einem Widerstand, über den die Kondensatoren entladen werden, nachdem das Gerät vom Netz getrennt wurde. Für den ordnungsgemäßen Betrieb des Filters muss sein Gehäuse geerdet sein – verbunden mit dem dritten Kontakt der Steckdose. Der Widerstand R6 verhindert Schäden an den Gleichrichterelementen, wenn er an das Netzwerk angeschlossen ist. Tatsache ist, dass die Kondensatoren C4 und C6 zu diesem Zeitpunkt noch nicht geladen sind. Der Impuls ihres Ladestroms kann, wenn seine Amplitude in keiner Weise begrenzt wird, entweder die Dioden der Gleichrichterbrücke VD1 oder den Triac VS2 beschädigen. Der Widerstand R6 begrenzt die Amplitude dieses Impulses auf etwa 40 A, zulässig für eine Diodenbrücke und einen Triac. Um den Strom zu begrenzen, war es natürlich möglich, einen Thermistor mit einem großen negativen TCR zu verwenden, aber es gab keine geeigneten Thermistoren im Angebot, obwohl sie in den Herstellerkatalogen verfügbar sind. Daher wurde als R6 der Drahtwiderstand C5-35V-7,5 W (PEV-7,5) verwendet. Sie sollten ihn nicht durch einen importierten Drahtwiderstand ersetzen. Beispielsweise brennt ein Uni-Ohm-Widerstand mit einem Widerstand von 5 Ohm und einer Leistung von 5 W sofort durch, wenn das Gerät an das Netzwerk angeschlossen wird. Die Demontage dieses Widerstands zeigte, dass er aus einem kurzen Stück extrem dünnem hochohmigem Draht besteht, der um einen Keramikrahmen in der Größe eines MLT-0,5-Widerstands gewickelt ist und einem Strom von nicht mehr als 2...3 A standhalten kann. Verlustleistung von konstant Die der Nennleistung entsprechende Leistung wird durch eine gute Ableitung der Drahtwärme durch die äußere Keramikhülle des Widerstands und seinen Füllstoff gewährleistet. Ein solcher Widerstand kann jedoch einer kurzzeitigen Überlastung um ein Vielfaches nicht standhalten. Der Widerstand R2 wird für den korrekten Betrieb des Triac VS2 benötigt. Wie Sie wissen, muss zum Schließen eines Triacs die Potentialdifferenz zwischen seinen Elektroden 1 und 2 Null werden. Dies geschieht jedoch nicht, wenn der Triac an einer Gleichrichterbrücke mit einem Glättungskondensator großer Kapazität betrieben wird. Dieser Effekt wird durch den Widerstand R2 eliminiert. Sein Widerstand kann innerhalb eines weiten Bereichs liegen, aber wenn sein Wert zu hoch ist, hört der Triac am Ende jeder Halbwelle auf, zu schließen. Der digitale Teil des Geräts besteht aus einem Master-Oszillator auf dem DA1-Chip, einem Impulsverteiler auf dem Johnson-Zähler DD1, einem dreiphasigen Impulssequenzgenerator auf den 3OR-Elementen des DD2-Chips, drei Halbbrückentreibern DA3-DA5 und sechs Schalter an den Feldeffekttransistoren VT1-VT6, die eine dreiphasige Brücke bilden. Die Frequenz der vom XR2206CP (DA1)-Chip erzeugten Impulse wird durch eine einfache Beziehung bestimmt F = 1/(R·C1), Dabei ist R die Summe des Widerstandswerts eines konstanten Widerstands (einer von R3-R5, ausgewählt durch Schalter SA1.1, gepaart mit SA1.2) und dem eingeführten Widerstandswert des variablen Widerstands R1. Bitte beachten Sie, dass diese Frequenz das Sechsfache der Frequenz der dreiphasigen Ausgangsspannung betragen muss. Bei einem Rekorder zur mechanischen Tonaufzeichnung muss die Platte drei feste Drehzahlen haben – 78, 45 und 33 1/3 U/min, und dafür muss der Motor unter Berücksichtigung des Übersetzungsverhältnisses des Mechanismus dreiphasig angetrieben werden Spannung mit einer Frequenz von 18,52, 10,68 bzw. 7,917 Hz Die Frequenz des Master-Oszillators des Konverters sollte sechsmal höher sein als diese Werte – 111,2, 64,1 und 47,5 Hz. Für diese Frequenzen zeigt das Diagramm die Werte der Widerstände R3-R5 (aus der Standardserie E96). Dabei ist zu berücksichtigen, dass in Reihe zu ihnen ein variabler Widerstand R1 geschaltet ist, dessen Widerstandswert in der Mittelstellung 3,4 kOhm beträgt. Mit seiner Hilfe wird die Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe anhand stroboskopischer Markierungen auf der Felge genau bestimmt. Die Dioden VD3-VD5 bilden zusammen mit den Kondensatoren C10-C12 Bootstrap-Schaltungen, um die Treiber der „oberen“ Feldeffekttransistoren der Dreiphasenbrücke mit Strom zu versorgen, und die Widerstände R12-R17 begrenzen den Impulsstrom der Gates der Transistoren VT1- VT6. Tatsache ist, dass leistungsstarke Feldeffekttransistoren eine Eingangskapazität von mehreren Tausend Picofarad haben. Um einen sehr großen Umladestrom dieser Kapazität zu verhindern, werden die genannten Widerstände verwendet. Um den Strom wirksam zu begrenzen, sollte der Widerstandswert dieser Widerstände möglichst hoch sein. Eine übermäßige Erhöhung verzögert jedoch die Schaltvorgänge der Transistoren, was zu einer Energieverschwendung bei deren Erwärmung führt. Die Leistung, die der Wandler an die Last liefern kann, wird durch die Leistung des Gleichrichters und die Qualität der Wärmeabfuhr von den Transistoren VT1-VT6 bestimmt. Im beschriebenen Design wurde ein Kühlkörper des Pentium-Prozessors verwendet, der beim Durchblasen etwa 30 W Leistung abführen kann. Dadurch können bis zu 1000 W Leistung an die Last übertragen werden. Durch Auswahl der Werte der Elemente, von denen die Frequenz des Hauptoszillators abhängt, kann die Frequenz der erzeugten Spannung in weiten Grenzen geändert werden, die nur durch die Fähigkeiten des angetriebenen Motors begrenzt sind. Darüber hinaus muss für jeden Frequenzwert die optimale Motorversorgungsspannung eingestellt werden, indem im Phasenschieberkreis des Triac-Reglers ein Widerstand mit einem solchen Widerstand ausgewählt wird, dass der Motor ohne Überhitzung arbeitet. Das Aussehen des zusammengebauten Konverters ist in Abb. dargestellt. 2. Da die Elemente des Konverters galvanisch mit einem 230-V-Netz verbunden sind, sind beim Arbeiten damit elektrische Sicherheitsmaßnahmen zu beachten, die in [3] nachgelesen werden können.
In Ermangelung einer XR2206CP-Funktionsgenerator-Mikroschaltung kann der Master-Oszillator nach einer Standardschaltung unter Verwendung des integrierten Timers NE555 oder seines heimischen Analogons KR1006VI1 aufgebaut werden. Anstelle des CD4075BE-Chips können Sie K561LE10 (drei 3OR-NOT-Elemente) installieren. Leider gibt es kein inländisches Analogon des IR2111-Treibers. Mit dem beschriebenen Prinzip ist es nicht schwierig, nicht nur einen dreiphasigen, sondern auch einen zweiphasigen Wandler zu bauen. Es reicht aus, die Schaltung des Pulssequenzgenerators gemäß Abb. zu ändern. 3. Chipelement DD2.3, Chip DA5, Transistoren VT5 und VT6 und zugehörige Komponenten werden in diesem Fall nicht verwendet.
Es ist praktisch, die Widerstände R7-R9 in einem Triac-Regler auszuwählen, indem man ein Gleichstrom-Amperemeter an den Lastkreis des einstellbaren Gleichrichters anschließt. Der vom Gleichrichter bei jeder Motorwellendrehzahl aufgenommene Strom sollte nicht um mehr als 10 % von seinem Wert bei Nennfrequenz und Nennspannungsbetriebsmodus des Motors abweichen. Literatur
Autor: V. Hitsenko
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