Лабораторный преобразователь частоты. 1Ф. 370В. 2Гц - 200кГц. 30А. 3кВт.
Лабораторный преобразователь частоты предназначен для преобразования переменного напряжения с частотой до 400Гц и амплитудным значением до 370В (например, сетевого напряжения 220В 50Гц) или постоянного напряжения до 370В в переменное напряжение прямоугольной формы с частотой от 2Гц до 200кГц. Амплитуда выходного прямоугольного напряжения соответствует амплитуде входного напряжения. Максимальная передаваемая мощность - 3кВт.
Преобразователь позволяет получать прямоугольный выходной сигнал с различной частотой в диапазоне от 2Гц до 200кГц и с различной длительностью импульсов от 0 до меандра:
Кроме того, на выходной сигнал может быть наложена ШИМ с заданной несущей частотой (выбирается дискретно, от 30.637Гц до 62.5кГц) и с требуемым коэффициентом заполнения (от 0 до 100%). Если несущая частота ШИМ выше выходной частоты преобразователя, происходит дробление выходных импульсов:
Если несущая частота ШИМ меньше выходной частоты преобразователя, формируются пачки выходных импульсов:
Преобразователь имеет защиту от перегрузки по току (защита настроена на ток около 50А), и защиту от перегрева. Максимальный рабочий выходной ток - 30А.
Посмотреть краткую видеоинструкцию об использовании данного лабораторного преобразователя частоты можно на видеоролике ниже:
Ниже приводится подробное описание прибора.
На передней панели лабораторного преобразователя частоты расположены силовые клеммы, выключатель-перемычка и элементы управления:
На задней панели преобразователя - сетевой разъем питания, сетевой выключатель и вентиляторы охлаждения:
Вентиляторы охлаждения имеют интеллектуальное двухскоростное управление. Пока температура компонентов прибора не превышает первого порога, вентиляторы остаются выключены. При достижении температурой первого порога, вентиляторы включаются на малом ходе и работают практически бесшумно. При достижении температурой второго порога, вентиляторы включаются на полную мощность и обеспечивают эффективное охлаждение.
Прибор имеет раздельное питание схем управления и силового инвертора. Питание схем управления всегда осуществляется через разъем питания и сетевой выключатель на задней панели прибора, в то время как питание на силовой инвертор может быть подано различными способами.
Лабораторный преобразователь частоты работает следующим образом.
Входное напряжение через реле питание подается на входной выпрямитель, выпрямляется и фильтруется конденсаторами фильтра. Суммарная емкость конденсаторов фильтра - 4600мкФ.
Для снижения зарядных токов конденсаторов фильтра в момент включения реле питания инвертора используется зарядный резистор, который после окончания процесса заряда шунтируется контактами реле-шунта и исключается из схемы.
Выпрямленное напряжение с конденсаторов фильтра поступает на транзисторный мост, с помощью которого формируется выходное напряжение требуемой частоты и формы.
При включении сетевого выключателя на задней панели преобразователя частоты, электроэнергия от сетевого разъема подается на схемы управления прибора и левые клеммы "СЕТЬ" на передней панели:
Питание силового инвертора осуществляется через клеммы "ВНЕШНЕЕ ПИТАНИЕ". Выключатель-перемычка, находящийся между клеммами "СЕТЬ" и "ВНЕШНЕЕ ПИТАНИЕ" позволяет соединить эти клеммы и подать питание на силовой инвертор непосредственно от сети.
Для измерения потребляемой инвертором мощности между клеммами "СЕТЬ" и "ВНЕШНЕЕ ПИТАНИЕ" может быть включен ваттметр. В этом случае выключатель-перемычка должен быть отключен:
Для регулировки амплитуды выходного напряжения, питание силового инвертора может осуществляться через ЛАТР. В этом случае, выход ЛАТРа необходимо соединить с клеммами "ВНЕШНЕЕ ПИТАНИЕ", а выключатель-перемычку также отключить:
Наконец, питание инвертора может быть осуществлено от источника постоянного тока. В этом режиме питание рационально подать непосредственно на конденсатор фильтра. Разумеется, выключатель-перемычка в этом случае должен быть отключен:
Для включения лабораторного преобразователя частоты необходимо включить сетевой выключатель на задней панели, после чего нажать кнопку "ПИТАНИЕ":
При этом дается звуковой сигнал, происходит тестирование индикации (включаются все сегменты индикатора и все светодиоды) и вентиляторов охлаждения (вентиляторы включаются на некоторое время):
Через несколько секунд лабораторный преобразователь частоты готов к работе:
Индикатор прибора отображает заданную выходную частоту, установленную длительность выходных импульсов, текущую температуру компонентов прибора, заданную несущую частоту ШИМ, коэффициент заполнения ШИМ и текущее напряжение на конденсаторах фильтра.
Кнопка "ВХОД ВКЛ./ОТКЛ." управляет реле питания инвертора. Ее однократное нажатие приводит к срабатыванию реле питания и началу зарядки конденсаторов фильтра через зарядный резистор. Через несколько секунд после этого срабатывает реле-шунт, зарядный резистор выводится из цепи питания и электроэнергия подается на вход инвертора непосредственно.
Повторное нажатие на кнопку "ВХОД ВКЛ./ОТКЛ." приводит к прекращению формирования выходного сигнала (см. ниже) и к отключению обоих реле питания. Несмотря на это, конденсаторы фильтра остаются заряженными и могут представлять существенную опасность.
Светодиоды "ВХОД ВКЛ." и "ВХОД ОТКЛ." отражают текущее состояние реле питания силового инвертора:
Кнопки "ВЫХОД ВКЛ." и "ВЫХОД ОТКЛ." управляют силовыми транзисторами инвертора и позволяют подавать и снимать выходной сигнал практически мгновенно. Подача выходного сигнала кнопкой "ВЫХОД ВКЛ." возможна только при уже включенных реле питания силового инвертора.
Светодиод "ВЫХОД ВКЛЮЧЕН" светится во время работы силовых транзисторов инвертора и предупреждает о наличии выходного напряжения:
Изменение выходной частоты преобразователя осуществляется вращением ручки "ЧАСТОТА". Ручка работает в двух режимах: "ГРУБО" и "ТОЧНО". Переключение между режимами осуществляется путем нажатия на эту ручку.
В режиме "ГРУБО" возможна быстрая перенастройка выходной частоты, в диапазоне от 2Гц до 200кГц.
В режиме "ТОЧНО" настройка выходной частоты может быть осуществлена с максимально возможной точностью:
Точность настройки выходной частоты зависит от текущего значения выходной частоты - чем выше частота, тем меньше точность (больше шаг) настройки, и наоборот, чем ниже частота, тем выше точность (меньше шаг) установки выходной частоты.
Изменение длительности выходных импульсов лабораторного преобразователя частоты производится с помощью вращения ручки "ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ИМПУЛЬСОВ". Ручка позволяет изменять длительность выходных импульсов от 0 до меандра, и также работает в двух режимах: "ГРУБО" и "ТОЧНО". Переключение между режимами осуществляется путем нажатия на эту ручку.
В режиме "ГРУБО" длительность выходных импульсов на экране прибора отображается в % от полной ширины (100% есть меандр), а каждый щелчок ручки "ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ИМПУЛЬСОВ" приводит к изменению длительности примерно на 0.5%:
В режиме "ТОЧНО" длительность выходных импульсов на экране прибора отображается в мс, а изменение длительности выходных импульсов производится с максимально возможной точностью:
Точность настройки длительности выходных импульсов зависит от текущей выходной частоты - чем выше частота, тем меньше точность (больше шаг) настройки, и наоборот, чем ниже частота, тем выше точность (меньше шаг) установки длительности выходных импульсов.
Третья ручка лабораторного преобразователя частоты позволяет настраивать ШИМ. Ручка работает в двух режимах: "ЧАСТОТА" и "%". Переключение между режимами осуществляется путем нажатия на эту ручку.
В режиме "ЧАСТОТА" вращение ручки приводит к выбору несущей частоты ШИМ из списка допустимых частот:
30.637Гц
61.035Гц
122.55Гц
245.10Гц
490.20Гц
980.39Гц
1.9531кГц
3.9216кГц
7.8125кГц
31.373кГц
62.5кГц
В режиме "%" возможна регулировка коэффициента заполнения ШИМ, от 0 до 100%. Каждый щелчок ручки приводит к изменению коэффициента заполнения примерно на 0.5%:
Если несущая частота ШИМ выше выходной частоты преобразователя, происходит дробление выходных импульсов:
Если несущая частота ШИМ ниже выходной частоты, происходит формирование пачек импульсов:
Для прекращения формирования выходного сигнала необходимо нажать кнопку "ВЫХОД ОТКЛ.". В экстренных ситуациях для этой цели можно также использовать кнопки "ВХОД" и "ПИТАНИЕ".
Не рекомендуется прерывать выходной сигнал выключателем-перемычкой или сетевым выключателем на задней панели, т. к. это может привести к обгоранию их механических контактов. Кроме того, даже при отключении выключателя-перемычки формирование выходного сигнала продолжается еще в течение некоторого времени за счет энергии, накопленной в конденсаторах фильтра.
Преобразователь частоты имеет защиту от перегрузки по току и от перегрева.
Защита от перегрузки по току срабатывает при увеличении тока через любой транзистор моста свыше 50А. Кратковременная перегрузка по току приводит к отключению конкретного транзистора моста в текущем полупериоде выходного сигнала и вспыхиванию светодиода "ПЕРЕГРУЗКА", но в целом не влияет на работу прибора. Длительная, или многократно повторяющаяся перегрузка приводит к прекращению формирования выходного сигнала, отключению всех транзисторов моста прибора, а также к отключению реле питания. При этом дается тревожный звуковой сигнал, экран отображает сообщение "ОТКЛЮЧЕНО ПО ПЕРЕГРУЗКЕ!", а светодиод "ПЕРЕГРУЗКА" начинает мигать в непрерывном режиме:
Для выхода из этого режима необходимо нажать любую из кнопок на панели управления.
Защита от перегрева срабатывает при достижении температурой компонентов прибора критического значения. Формирование выходного сигнала прекращается, реле питания отключаются, дается тревожный звуковой сигнал, светодиод "ПЕРЕГРЕВ" начинает мигать, экран прибора переходит в режим отображения сообщения "ОТКЛЮЧЕНО ПО ПЕРЕГРЕВУ!".
Для выхода из этого режима необходимо нажать любую из кнопок на панели управления, однако до возвращения температуры в допустимые пределы мигание светодиода "ПЕРЕГРЕВ" продолжится, а включение реле питания и формирование выходного сигнала будет заблокировано.
Конструктивно лабораторный преобразователь частоты смонтирован в стандартном пластмассовом корпусе и состоит из платы силового инвертора, платы управления, платы измерителя напряжения конденсаторов фильтра, платы защиты силовых клемм от импульсных перенапряжений и блока питания системы управления:
Силовые транзисторы установлены на массивном алюминиевом радиаторе. Для улучшения теплового контакта между транзисторами и радиатором, под транзисторы установлены теплораздаточные медные подложки.
Контроль температуры компонентов прибора осуществляется тремя датчиками температуры. Один датчик установлен на плате управления и измеряет общую температуру воздуха в корпусе прибора. Второй датчик установлен на радиаторе силовых транзисторов, третий - на медной теплораздаточной подложке одного из силовых транзисторов. На экран преобразователя частоты выводится максимальная из трех температур. По ней же осуществляется контроль перегрева.
Оба вентилятора прибора работают на выдув. Вход воздуха внутрь корпуса прибора осуществляется через отверстия снизу, напротив которых находятся ребра радиатора силовых транзисторов. Такая схема циркуляции воздуха обеспечивает наиболее эффективное охлаждение компонентов преобразователя частоты:
Представленный лабораторный преобразователь частоты может быть использован в экспериментах с катушками Теслы, в экспериментах по однопроводной передаче энергии, в экспериментах по индукционной плавке металлов, в различных системах, где требуется поиск и последующая работа на резонансных частотах, в том числе с регулировкой мощности нагрузки.
Приобрести преобразователь частоты можно здесь: Yarst@mail.ru
© 1995-2019 Ярослав Меньшиков
Материал на страницах этого сайта выложен только для ознакомительных целей.
Любая перепечатка и распространение, использование в коммерческих целях материалов данного сайта возможно только с разрешения и по согласованию с автором.
