Генератор 400 гц 3 фазы схема
Конструируя станок для сверления печатных плат, я столкнулся с проблемой использования малогабаритного электродвигателя. Удалось найти бесщеточный трехфазный электродвигатель ДИД-5ТА, но для него нужно было питающее напряжение 27В частотой 400 Гц. И тогда мне пришлось разработать генератор-формирователь трехфазного напряжения, схема которого приведена на рис. 1.
Рис.1.
Генератор-формирователь обеспечивает необходимую коммутацию тока в обмотках указанного двигателя, хотя его с успехом можно применить ДЛЯА управления другими трехфазными шаговыми и синхронными электродвигателями, например, ШДЗОО/300, ДИД-0,5ТА.
На элементах DD1.1—DD1.3 собран генератор тактовых импульсов, следующих с частотой f T (рис. 2). Они поступают на генератор-формирователь трехфазной последовательности импульсов, выполненный на микросхемах DD2, DD3 и элементе DD1.4. Счетчик DD2 формирует последовательности импульсов А, В, С, которые поступают на элементы «исключающее ИЛИ» (DD3.2— DD3.4).
Рис.2.
В итоге на выходе этих элементов формируются импульсы Ф1, Ф2, ФЗ, которые имеют точную и постоянную фазировку. Они управляют ключевыми каскадами, собранными на транзисторах VT1 —VT6, а те, в свою очередь, — обмотками электродвигателя, включенными в коллекторные цепи транзисторов. Обмотки зашунтированы диодами VD1—VD3, защищающими транзисторы от высоковольтных «всплесков» напряжения, возникающих в моменты их закрывания. Переменным резистором R2 можно плавно изменять частоту тактового генератора, а значит, скорость вращения вала электродвигателя.
Вместо микросхем серии К155 подойдут аналогичные серии 133, но с соответствующим изменением чертежа печатной платы. Маломощные транзисторы VT1, VT3. VT5 -любые из серии КТ315. мощные (VT2, VT4, VT6) выбирают в зависимости от мощности имеющегося электродвигателя.
Диоды — любые выпрямительные, выдерживающие обратное напряжение не менее 50 В. Переменный резистор R2 — любой малогабаритный, постоянные — МЛТ-0,25. Конденсаторы С1, СЗ — КМ-5, КМ-6, С2, С4 — оксидные К50-16.
Большая часть деталей смонтирована на печатной плате (рис. 3) из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм. Плата изготовлена методом прорезания изоляционных дорожек (ненужные участки фольги удаляют). Конденсаторы С2, СЗ припаивают непосредственно к печатным проводникам.
Аналогично припаивают проводники питания и соединительные проводники, идущие к ключевым каскадам. Детали ключевых каскадов располагают на отдельной пластине текстолита и соединяют между собой навесным монтажом. Эти каскады можно расположить в непосредственной близости от станка, оборудованного трехфазным электродвигателем.
Устройство питают от двух источников: стабилизированного напряжением 5В (потребляемый ток 65. 70 мА) и нестабилизированного напряжением 27 В (ток потребления до 0,6 А), но со сглаживающим конденсатором емкостью не менее 1000 мкФ.
Единственная операция по налаживанию устройства подбор резистора R1 и конденсатора С1 для получения нужных пределов изменения частоты вращения вала электродвигателя.
Источник
Генератор 400 гц 3 фазы схема
Для питания различных приборов хозяйственного и промышленного назначения требуется трехфазная сеть переменного тока с частотой 200 или 400 гц. Для получения такого напряжения, в большинстве случаев используют соответствующий электромеханический трехфазный генератор, ротор которого приводится в движение при помощи однофазного электродвигателя, питаемого от сети 220В.
Предлагаемый электронный генератор позволяет решить эту проблему с лучшим коэффициентом полезного действия.
Если изучить диаграмму трехфазного напряжения можно увидеть три синусоидальных сигнала, сдвинутых последовательно на 1/3 периода. Если предполагается частота 200 Гц, то период составляет 5 mS. Следовательно 1/3 периода равна 1,666. mS. Таким образом получается, что если у нас будет исходное однофазное напряжение 200 Гц, пропустив его через две последовательно включенные линии задержки, каждая из которых вносит задержку по 1,666.. mS мы получим трехфазное напряжение, одна фаза -напряжение исходное, и две фазы напряжения с выходов соответствующих линий задержки.
Принципиальная схема устройства, работающего на таком принципе показана на рисунке. Все исходные сигналы прямоугольные, их преобразование в синусоидальные происходит в индуктивностях выходных трансформаторов Т1-Т3.
Мультивибратор на микросхеме D1 вырабатывает прямоугольные импульсы частотой 200 Гц. Эти импульсы поступают на вход электронного высоковольтного ключа на транзисторах VT1 и VT4, на выходе которого включена первичная обмотка трансформатора Т1. В результате на обмотку поступает импульсное напряжение 300В. ЭДС самоиндукции сглаживает эти импульсы до формы, близкой к синусоидальной и на вторичной обмотке Т1 формируется переменное напряжение частотой 200 гц. Таким образом формируется фаза «А».
Для формирования фазы «В» импульсы частотой 200 Гц с выхода D1 поступают на схему задержки, имеющую постоянную времени равную 1,666 mS. С выхода D1.2 импульсное напряжение, сдвинутое на 1/3 фазы по сравнению с напряжением на выходе D1.3, поступает на второй ключ на транзисторах VT2 и VT5, работающий аналогично предыдущему. На вторичной обмотке Т1 имеется фаза «В».
Затем, с выхода элемента D2.2 импульсное напряжение, уже сдвинутое на 1/3 фазы, поступает на вторую линию задержки на элементах D2.3 и D2.4, в которой происходит еще один сдвиг на 1/3 фазы. Импульсы с выхода элемента D2.4 поступают на третий ключ на транзисторах VT3 и VT6, в коллекторной цепи которого включена первичная обмотка трансформатора Т3, а на на его вторичной обмотке выделяется переменное напряжение третей фазы.
Микросхемы: D1 — К561ЛЕ5, D2 -К561ЛП2. Микросхемы могут быть из серии К176, но в этом случае напряжение питания нужно понизить до 9В (вместо 12В). Транзисторы КТ604 можно заменить на КТ940, транзисторы КТ848 — на КТ841. Трансформаторы Т1-Т3 одинаковые трансформаторы, рассчитанные на получение нужного напряжения при подаче на их первичную обмотку напряжения 220В. Например, если требуется получить трехфазное напряжение 36В нужно взять трансформаторы 220В/36В на нужную мощность. Для питания микросхем используется
источник постоянного стабилизированного напряжения 12В. Напряжение +300В получается выпрямлением сетевого напряжения 220В при помощи диодного моста, например на диодах Д242 или других мощных диодах на напряжение не менее 300В. Сглаживание пульсаций производится конденсатором на 100мкф/360V (как в источнике питания телевизора УСЦТ). Это постоянное напряжение подается на точку «+300V. Можно подавать и меньшее напряжение, при этом соответственно будут изменяться и выходные напряжения.
В процессе настройки нужно, подбором сопротивления R1, установить при помощи частотомера частоту на выводе 10 D1 равную 200 гц, а затем подбором R2 и R3, при помощи фазометра установить сдвиг фаз по 120°.
Если требуется трехфазное напряжение частотой 400 Гц величины элементов меняются на такие: R1 = 178 ком, R2 = 60 ком, R3 = 60ком. Все детали, кроме выходных транзисторов и трансформаторов монтируются на одной печатной плате из одностороннего стеклотекстолита. Выходные транзисторы должны быть установлены на теплоотводящие радиаторы с площадью поверхности не менее 100 см2.
Вид печатной платы источника трехфазного напряжения 
Источник
Трехфазные генераторы с широким частотным диапазоном и ШИ-регулировкой
Считалось ранее, что трехфазным напряжением гораздо проще раскрутить электродвигатель, т.к. в поочередно расположенных обмотках статора с приложенным к каждой из них электрических колебаний определенной частоты, смещенных относительно друг друга на 120*, образуется вращающееся магнитное поле, приводящее к вращению ротора, расположенного внутри статора. Да и сейчас ничего не изменилось. Большая часть электродвигателей на нашей планете работает от трехфазной сети переменного тока. Мне же такой генератор необходим для выполнения несколько иных задач, требующих трехфазного мощного сигнала, с широким частотным диапазоном и широтно-импульсной регулировкой (здесь и далее — ШИР). К сожалению, в интернете не обнаружил схем устройств, которые можно было бы повторить, применительно к моим нуждам. Хотя было много всего на эту тему, но. либо сырой материал на форумах, либо под выполнение слишком узких задач, либо нечто специфичное или, уж, откровенно дорогие решения. В результате был сочинен недорогой трехфазный, достаточно мощный генератор с необходимым частотным диапазоном и ШИР. В трех модификациях, доступных для повторения даже начинающим электронщикам.
Первый генератор был построен по давно уже известной схеме на счетчике-дешифраторе CD4017 с фазоформирующей логикой на элементах 2-ИЛИ (схема 1).
СХЕМА 1
В качестве задающего генератора использован таймер 555, импульсная последовательность с выхода которого (вывод 3 U1) поступает на счетный вход (вывод 14 U2) микросхемы двоично-десятичного счетчика с дешифратором CD4017 (К561ИЕ8). Классическая фазоформирующая схема предполагает использование элементов логики 3-ИЛИ, но, к сожалению, у меня не оказалось в наличии логики с трех-входовыми элементами и пришлось использовать пару корпусов 74АС32 (4 элемента ИЛИ вместо одного корпуса, например, — CD4075 с тремя элементами ИЛИ). Схема 3-фазного «дешифратора» на 2-входовых элементах полностью эквивалентна схеме на элементах 3-входовых. Такая схема работает с взаимным перекрытием импульсов во времени, где каждый следующий положительный импульс на треть во времени перекрывает импульс предыдущий. Схема работоспособна до вполне высоких частот, но проверялась лишь в необходимом мне диапазоне (от долей герца для каждой фазы до нескольких десятков килогерц), что вполне подходит для поставленной для устройства задачи.
Генератор по схеме 2 можно построить всего на трех логических инвертирующих элементах при небольшом количестве элементов обвязки. Возможна перестройка частоты генератора в небольших пределах (приблизительно 10-12%) с помощью потенциометра PR1. Недостатком этого генератора, кроме небольшого диапазона регулировки, является так же и значительный уход частоты. Поэтому была произведена попытка его модернизации при одновременном сохранении схемотехнической и конструктивной простоты с улучшением параметров генератора: расширение рабочего частотного диапазона, снижение нестабильности частоты генерации. Все решилось достаточно просто применением генератора тока заряда времязадающего конденсатора (схема 3).
СХЕМА 3
Генератор тока заряда (он же – стабилизатор тока на схеме 3) часто используется в различных генераторах частот для стабилизации времени заряда конденсатора, а, значит, и стабилизации частоты. В результате, генератор на схеме 4 обладает гораздо лучшими параметрами, чем предыдущий (СХЕМА 2).
СХЕМА 4
Он так же, как и генератор на схеме 2, выполнен на логических инверторах, а «тройной» стабилизатор тока заряда конденсаторов является регулятором частоты генератора. Диапазон рабочих частот генератора без изменения примененных номиналов — 3,3-117кГц (при регулировании одним только переменным резистором PR1). Стабильность частоты так же достаточно высока и уход ее составляет несколько (2-4) герц /час в нижнем краю диапазона и около 10-20 – в верхнем. При относительной простоте схемы параметры генератора весьма хороши.
Роль ШИР выполняет схема на логических инверторах CD40106 (схема 5). 
СХЕМА 5
Регулировка ширины выходного импульса (от 100% входного импульса до 0) каждой из фаз производится потенциометрами PR (1-3). Недостаток такой схемы в том, что ШИР привязана к номиналу конденсатора (С1-С3 для каждого канала) и может работать лишь в относительно узком диапазоне частот без замены номинала. Поэтому подбор конденсатора следует осуществлять с привязкой к выбранному диапазону частот. Регулятор ШИ на схеме 6 можно использовать в качестве альтернативы.
СХЕМА 6
Выполнен он на микросхеме UC3843 в несколько нестандартном включении, где регулировка ШИ осуществляется по входу Cs (пин 3) с подачей на него постоянной составляющей, образованной из выходных импульсов. Благодаря такому схемному решению, регулировка ШИ на выходе U2 осуществляется плавно в достаточно широком диапазоне входных (по пин4) частот. Выход микросхемы уже рассчитан на работу с мощными ПТ. Выходные импульсы будут инверсными по отношению к входным. Микросхема U1.6 в данном случае не является частью схемы регулятора. Схема данного регулятора испытывалась в диапазоне частот 3,3-150кГц. Причем пришлось для диапазонов 3,3-11кГц / 11-45кГц / 45-98кГц / 98-150кГц все же использовать конденсаторы С2 разных номиналов. Но и этот результат вполне неплох. Вывод 2 микросхемы можно использовать, как и в классическом применении ее в качестве входа регулировки по обратной связи (ОС).
На схеме 7 изображен еще один регулятор, выполненный на микросхеме (так же довольно популярной) UC3825, полным аналогом которой является отечественная микросхема КР1156ЕУ2.
СХЕМА 7
Принцип ПЛАВНОЙ регулировки ШИ осуществлен так же, как и в схеме 6. Выход регулятора образован диодами D3, 4. Т.к. выходы (противофазные) микросхемы способны работать в импульсе до 1,5А, то и диоды должны быть рассчитаны на не меньший ток. Входы ОС микросхемы (выводы 1, 8, 9) можно использовать в их классическом назначении, несмотря на то, что пин 9 уже задействован для регулировки ШИ. Недостатки и достоинства этой схемы такие же, как и для схемы 6 (подбор номинала конденсатора С1 для различных диапазонов частот). Не содержит этих недостатков регулятор, показанный на схеме 8.
СХЕМА 8
Схема этого регулятора выполнена на компараторе, сравнивающее опорное напряжение с пилообразным (или треугольным), съем которого можно произвести с конденсатора времязадающей цепи практически любого генератора, в состав которого входит этот самый конденсатор. Этот регулятор оптимален будет для работы с генератором из схемы 4, на конденсаторах которого присутствует пилообразное напряжение. Входное сопротивление регулятора достаточно высокое, и не окажет влияния на параметры генератора при съеме напряжения с его времязадающих цепей.
На схеме 3 изображен один из вариантов схемы силового модуля, состоящий из драйвера ТС4420 (U1), фазоинвертора верхнего плеча на полевом транзисторе (ПТ) Q1 и выходного полумостового каскада на мощных ПТ (Q1, Q3).
СХЕМА 9
Выходной каскад можно упростить и выполнить его, как показано на схеме 4, где в качестве драйвера использована та же ТС4420, а в качестве выходного ключа мощный ПТ.
СХЕМА 10
В качестве драйвера так же можно использовать и более популярную микросхему UC3843, включив ее так, как это показано на схеме 10.
СХЕМА 11
Абсолютное отсутствие навесных компонентов в таком включении и достаточно большой выходной ток (до 1А), делают ее привлекательной в качестве использования драйвера. Следует только учесть, что импульс на выходе такого драйвера получится инверсным по отношению к входному. Так как RC-вход (пин 4) связан с встроенным 5-В питанием микросхемы, и подавать внешний сигнал необходимо через резистор величиной до нескольких сотен Ом.
На схеме 12 представлен модуль управления (УМ) силовой частью 3-фазного ИИП.
СХЕМА 12
Схема состоит из уже описанных выше узлов. Это тактовый генератор на таймере 555 (U1), с выхода которого (пин 3) прямоугольные импульсы поступают на вход микросхемы CD4017 (U2 – пин 13). Пин 14 микросхемы U2, соединенный с плюсом питания, разрешает работу тактового входа. Пин 15 U2 является входом сброса и «обнуляет» выходы U2 каждый раз при появлении высокого уровня на пин 5 U2. Входной частотой и процессом сброса, собственно, и определяется частота цикла работы U2. Выходные, коммутируемые U2 положительные импульсы, последовательны (относительно друг друга) от верхнего выхода к нижнему, и в таком же порядке управляют фазообразующими элементами микросхемы U3. Элементы, двухвходовые, в общем-то, ИЛИ — U3.1-U4.1, U3.2-U4.2, U3.3-U4.3, — используемые попарно, можно представить как одиночные трехвходовые элементы ИЛИ (которых у меня просто не оказалось).
Коэффициент взаимного перекрытия импульсов, получаемый на выходах этих элементов, составляет 1/3. Т.е. каждый последующий импульс перекрывает ровно треть «задней» части импульса предыдущего. На инверторах микросхемы U5 построены три идентичных ШИ-регулятора, на входы которых через резисторы R14-16 (установка необходима в случае наличия в схеме диодов D1-3) поступают разнесенные во времени последовательности импульсов. Заряд-разряд конденсаторов С8-10, а, следовательно, и амплитуда (и пологость) пилообразного напряжения на входе элементов U5.2, U5.4, U5.6 определяется сопротивлением К-Э переходов транзисторов Q1-3 , управляемых напряжением, снимаемого с движка потенциометра R6. Штифты R61-R63 предусмотрены для дублирующего внешнего потенциометра. Чем ниже амплитуда импульса на входе U5.2, U5.4, U5.6, тем короче импульсы на их выходах. С выходов U5.2, U5.4, U5.6 регулируемые по ширине импульсы поступают на буферные эмитерные повторители на комплементарных транзисторах Q4-Q9. На коллекторы транзисторов Q1-Q3 при необходимости можно подавать напряжение ОС (штифты FBA, FBB, FBC) с датчиков контроля температуры, напряжения, тока или освещенности. Питание УМ напряжением +5В осуществляется с платы силового модуля (MC). Печатная плата (двусторонняя) управляющего модуля представлена на рис 1 (со стороны расположения компонентов) и рис 2.
РИС 1
РИС 2
Силовой модуль показан на схеме 13.
СХЕМА 13
Не вижу особого смысла описывать его подробно, кроме того, что модуль достаточно универсален и способен работать на частотах не менее 200кГц (зависит от разводки и компоновки); с напряжениями до 450В (зависит от используемых деталей и качества печатной платы) и мощностями до 500Вт. Выходной импульс инвертирован по отношению к входному. Печатная плата МС приведена на рис 3 и рис 4. Оговорюсь сразу – плата этого МС не рассчитана на высоковольтные «испытания».
РИС 4
На схеме 14 представлен второй вариант 3-х фазного ИИП.
СХЕМА 14
Генератор выполнен на элементах микросхемы CD4093, частота которого перестраивается узлом на транзисторах Q2-Q5. ШИР производится компараторами, на инверсный вход которых подается регулируемое опорное напряжение, а на прямой – пилообразное (с каждого из генераторов на свой компаратор). В результате сравнения уровня в точке наклона «пилы» и опорного напряжения, регулировкой потенциометра PR5 можно получить импульсы необходимой ширины на выходе компаратора. На схеме параллельно микросхемам компараторов U3, U5, U7 включены ОУ (U4, U6, U8), способные успешно выполнять функцию компаратора. Так, например, вместо компараторов LM311 в схеме успешно работают такие ОУ, как К571УД1, К544УД2, СА3130, К140УД8, TL081, NE5534. Других ОУ в «одиночных» корпусах у меня просто не было, а сдвоенные ОУ в испытаниях не участвовали. Разумеется, необходимо использование лишь одной из этих микросхем. Дополнительные микросхемы указаны на схеме лишь для универсализации печатной платы с тем, что бы вместо, допустим, отсутствующих компараторов в схему можно было бы установить корпуса ОУ. Схема, конечно, при этом получилась более громоздкой, но площадь печатной платы при этом практически не увеличилась по сравнению с тем, как если бы на плате находились лишь корпуса компараторов (один из вариантов печатной платы на рис 5 и рис 6).
РИС 5
РИС 6
По инверсным входам компараторов могут быть организованы фидбэки любого из параметров. Для этого предусмотрены штифты Xa-Xc. В схеме присутствуют драйверы (U9-U11) и силовые ключи (Q6-Q8), поэтому устройство можно считать самостоятельным и достаточным для работы с достаточно большими нагрузками и напряжениями при испытаниях. Однако, для работы в реальных условия модуль следует использовать в качестве управляющего и «развязать» его гальванически от исполнительного силового модуля. Перестройка каналов модуля по частоте 3,3-117кГц, диапазон длительности выходного импульса 0-45% от времени периода.
В схеме присутствуют и дополнительные, не имеющие отношения к теме, узлы на ОУ U1, транзисторе Q1, потенциометре PR2, логическом элементе U2.4. В схеме по теме статьи они не нужны.
3-й вариант генератора с ШИР показан на схеме 15.
СХЕМА 15
Здесь 4-х элементная CD4093 (2И-НЕ с ТШ) заменена на 6-ти элементную CD40106 (лог инверторы с ТШ), благодаря чему «прямоугольный» выход генератора буферирован каждым вторым элементом микросхемы при том, что каждый первый включен в кольцо генератора. В качестве драйвера-регулятора применена микросхема UC3843 (U4-U6). Узел перестройки частоты аналогичен узлу из схемы 14, а регулирование ШИ осуществляется узлом на транзисторах Q6-Q8 с помощью потенциометра PR4. Предварительна установка ШИ по каждому из каналов производится подстроечными резисторами PR5-PR7, что избавляет от подбора постоянных резисторов. Фидбэки могут быть организованы, так же, как и в классическом включении 3843 по входам ее усилителя ошибки (пин 2). Названия штифтов такие же, как и в схеме 14. Выходные параметры схем практически не отличаются, кроме нагрузочной способности — в схеме 14 допустимо применение ПТ с большей емкостью затвора, т.к. используемые в ней драйверы способны отдать ток в импульсе до 6А. Во всех схемах допустимо применение аналогичных микросхем (там, где позволяет цоколевка) из состава 74АСХХ или 74НСХХ. Для этих целей предусмотрена установка 5-ти вольтного интегрального стабилизатора (7805). При использовании микросхем серии 40ХХ, 45ХХ стабилизатор не нужен, но при этом устанавливается развязывающий резистор R21 для схемы 14 и R11 для схемы 15, которые не надо устанавливать при наличии стабилизатора. Печатная плата модуля показана на рис 7 и рис 8.
РИС 7
РИС 8
Все схемы работоспособны и проверены, как по узлам, так и в полной сборке. В полную меру, с реальной силовой нагрузкой, включенной в электросеть ни одна из схем еще не тестировалась, — дело близкого будущего.
Номиналы деталей для каждой из практических схем приводятся ниже.
Источник