Устройство плавного пуска электродвигателя своими руками

Плавный пуск асинхронного электродвигателя своими руками (схема)

Устройство плавного пуска электродвигателя своими руками

Плавный пуск асинхронного электродвигателя необходим для продления его срока эксплуатации и минимизации работ, связанных с устранением возможных поломок.

Необходимость плавного запуска

Для того чтобы обеспечить необходимую пусковую мощность, следует увеличить номинальную мощность питающей сети. По этой причине оборудование может значительно подорожать. Причем очевиден и перерасход электроэнергии.

Одним из недостатков асинхронного электродвигателя является большой ток пуска. Он превышает номинальный в 5 — 10 раз. Ток с большими бросками может также возникнуть при торможении двигателя или при его реверсе. Это ведет к нагреву обмоток статора, а также слишком больших электродинамических усилий в частях статора и ротора.

Если вследствие возникшей аварийной ситуации двигатель перегрелся и вышел из строя всегда рассматривается возможность его ремонта. Но после перегрева параметры трансформаторной стали изменяются. Отремонтированный электродвигатель обладает номинальной мощностью на 30% меньшей, чем у него была ранее.

Для того чтобы ток ограничить используют пусковые реакторы, автотрансформаторы, резисторы и устройства плавного пуска двигателей — софт-стартеры.

Прямой запуск

В электросхеме прямого пуска машина непосредственно подключена к сетевому напряжению питания.

На схеме выше показана характеристика пускового тока при прямом старте.  При таком подключении повышение температуры в обмотках машины минимальное.

Подключение осуществляется с помощью контактора (пускателя). В схеме применяется реле перегрузки для защиты электродвигателя. Однако такой метод применим, когда нет ограничений по току.

Во время старта машины пусковой момент ограничивают, чтобы сгладить резкий рывок, вследствие которого могут выйти из строя механические части привода и подсоединенные механизмы.

По этой причине производители крупных электродвигателей запрещают их прямой пуск.

Подключение «звезда-треугольник»

Одним из основных способов запуска машины является электросхема «звезда-треугольник». Такой старт возможен, для двигателей, у которых все начала и концы обмоток выведены.

Управление стартом по этой схеме состоит из трех контакторов, реле перегрузки и реле времени, управляющим контакторами.

Первоначально коммутация с сетью происходит по схеме «звезда». Контакторы К1 и К3 замкнуты. Затем, через определенное время, обмотки переключаются автоматически на схему «треугольник».

Контакты К3 размыкаются, а контакты К2, наоборот, замыкаются. Реле времени в электросхеме служит для управления их переключением. На нем выставляется время разгона двигателя.

При этом пусковые токи существенно снижаются.

Для экономии на платежах за электроэнергию наши читатели советуют ‘Экономитель энергии Electricity Saving Box’. Ежемесячные платежи станут на 30-50% меньше, чем были до использования экономителя. Он убирает реактивную составляющую из сети, в результате чего снижается нагрузка и, как следствие, ток потребления. Электроприборы потребляют меньше электроэнергии, снижаются затраты на ее оплату.

Такой способ эффективен, но применяется он не всегда.

Старт через автотрансформатор

Этот способ применяется с использованием в электросхеме автотрансформатора, который соединен с машиной последовательно. Он служит для того, чтобы запуск произошел при пониженном на 50 — 80% от номинального напряжении. Вследствие этого пусковой ток и вращающий пусковой момент уменьшатся. Временной интервал переключения от пониженного напряжения к полному корректируется.

Однако здесь есть и недостаток. В процессе работы машина переключается на сетевое напряжение, что приводит к резкому скачку тока.

Устройства плавного пуска

В условиях плавного старта асинхронной машины с использованием в электросхеме силового блока тиристоров подается ток несинусоидальной формы. Ускорение и торможение происходят за короткий промежуток времени. Многие собирают устройство плавного пуска своими руками. Это намного снижает его цену.

В этой схеме тиристоры подключены в цепи параллельно по встречному принципу. К общему электроду поступает управляющее напряжение. Такое устройство принято называть симистором. В случае трехфазной системы он присутствует в каждом проводе.

Для того чтобы отвести тепло, выделяемое при нагревании полупроводников, применяются радиаторы. Габариты, вес и цена устройств при этом возрастает.

Существует и другой вариант для решения проблемы нагрева. В схему подключают шунтирующий контакт. После старта контакты замыкаются.

В этом случае возникает параллельная цепь, сопротивление которой меньше сопротивления полупроводников. А ток, как известно, выбирает путь наименьшего сопротивления.

Пока происходит этот процесс, симисторы остывают. Пример такого подключения приведен ниже на рисунке.

Типы устройств плавного старта

Их можно разделить на четыре категории.

  • Регулирующие пусковой момент. Принцип действия их таков, что они осуществляют контроль одной фазы. Но при контроле плавного старта не снижают пусковые токи. Поэтому спектр применения их ограничен.
  • Регулирующие напряжение с отсутствием сигнала обратной связи. Работают они по заданной программе и являются одними из самых распространенных в использовании.
  • Регулирующие напряжение с сигналом обратной связи. Их принцип действия — способность менять напряжение и регулировать величину тока в заданном диапазоне.
  • Регулирующие ток с наличием сигнала обратной связи. Являются самыми современными из всех устройств подобного типа. Обеспечивают наибольшую точность управления.

Софт-стартеры

Современные устройства плавного пуска выполнены, на микропроцессорах. И это существенно увеличивает их функциональные возможности по сравнению с аналоговыми.  Эти устройства называют  софт-стартерами. Они увеличивают срок службы исполнительных механизмов и самих электродвигателей.

С ними старт электродвигателя происходит с постепенным увеличением напряжения. Кроме этого, регулируется время разгона и время его торможения. Для того чтобы пониженное начальное напряжение не могло в электросхеме значительно снизить пусковой момент, его устанавливают в диапазоне 30 — 60% от номинального.

Плавная регулировка напряжения дает возможность плавного ускорения двигателя до номинальной скорости.

Необходимо отметить, что с применением софт-стартеров уменьшилось количество реле и контакторов в электрической цепи. Само по себе устройство софт-стартеров не является сложным. Они просты в монтаже и эксплуатации. Электросхема подключения показана на рисунке справа.

Однако существует ряд особенностей, которые обязательно следует учитывать при их выборе.

  • Первое — это обязательный учет тока асинхронной машины. Поэтому выбор софт-стартера необходимо осуществлять учитывая полный ток нагрузки, не превышающий тока предельной нагрузки самого устройства,
  • Второе — максимальное число стартов в час. Как правило, оно ограничено софт-стартером. Число запусков в час самой машины не должно превышать этот параметр,
  • Третье — это напряжение самой электрической сети. Оно должно соответствовать паспортному значению устройства. Несоответствие может привести к его поломке.

Устройство плавного пуска электродвигателя своими руками – Станки, сварка, металлообработка

Устройство плавного пуска электродвигателя своими руками

Устройства плавного пуска выпускаются для асинхронных двигателей разной мощности. Многие модели нацелены конкретно на обеспечение разгона. Однако есть конфигурации, которые способны обеспечить плавную остановку двигателя. Используются пускатели чаще всего на конвейерах.

Также они устанавливаются на ленточных транспортерах. Для насосов они подходят идеально. Принцип действия моделей построен на постепенном понижении параметра токовой нагрузки. Для того чтобы разобраться в этом вопросе более детально, следует рассмотреть устройство простого стартера.

Схема стандартного пускателя

Реверсивная схема пуска асинхронного электродвигателя включает в себя трансформатор понижающего типа. Реле в данном случае устанавливается с высоковольтной обмоткой и может справляться с очень большой перегрузкой. Если рассматривать мощные модели, то у них имеются выпрямители.

Также схема пуска асинхронного электродвигателя предполагает применение резисторов подстроченного типа. В некоторых конфигурациях можно встретить трансиверы. Данные устройства предназначены для понижения тактовой частоты асинхронного двигателя. Таким образом, он способен прослужить много лет. Кенотроны у моделей часто используются со стабилизаторами.

Однофазные пускатели

Плавный пуск асинхронного электродвигателя за счет однофазного стартера происходит благодаря подаче напряжения на трансформатор. Далее оно подается на реле, где происходит преобразование. Большинство модификаций данного типа оснащены расширителями. Применяются они только кодовые, или коммутируемые. Для подключения асинхронного двигателя используются выходы.

Некоторые модификации продаются с регуляторами. Непосредственно выпрямители устанавливаются операционные. Параметр пороговой перегрузки моделей не превышает 40 А. В свою очередь, мощность их находится на уровне 5-10 кВт.

Параметр напряжения питания колеблется от 100 до 220 В. По степени защиты однофазные модификации довольно сильно отличаются между собой.

Некоторые из них являются уязвимыми к влаге или пыли, и это следует учитывать перед покупкой.

Устройство двухфазных моделей

Двухфазные стартеры следует рассмотреть на примере общепроизводственных моделей. Данного типа электродвигатели асинхронные (трехфазные) технические характеристики имеют следующие: мощность 5-15 кВт, максимальная перегрузка 40 А, показатель входного напряжения 220 В.

Якоря у модификаций используются с первичной обмоткой. В моделях используются трансформаторы понижающего типа. Также важно отметить, что реле устанавливаются со стабилизаторами. Модуляторы для данных устройств подходят только ортогональные.

Модификации с резисторами встречаются очень редко.

Модификации трехфазного типа

Плавный пуск асинхронного электродвигателя при помощи трехфазных стартеров происходит быстро.

Если говорить про характеристики моделей, то важно отметить, что пороговую нагрузку устройства способны выдерживать в среднем на уровне 60 А. Мощность многих моделей превышает 5 кВт.

Недостатком данных устройств принято считать низкий порог минимальной температуры. В мороз их использовать строго запрещается. Модуляторы для моделей подходят ортогонального типа.

Расширители чаще всего можно встретить кодовые. По параметру пропускной способности тока они довольно сильно отличаются. Трансиверы, как правило, на пускатели устанавливаются однополюсные. Транзисторы у моделей используются в основном широкополосные. По степени защиты пускатели отличаются. Многие из них не боятся повышенной влажности, однако в данном случае многое зависит от производителя.

Стартер для моделей с короткозамкнутым ротором

С короткозамкнутым ротором электродвигатели асинхронные (трехфазные) технические характеристики имеют следующие: мощность от 10 кВт, максимальная перегрузка составляет 40 А, показатель входного тока 220 В.

Большинство пускателей оснащаются трансформаторами понижающего типа. Некоторые конфигурации на рынке представлены со стабилизаторами.

Также важно отметить, что модели с мощностью свыше 12 кВт снабжены специальными динисторами.

Для стабилизации выходного напряжения они подходят идеально. Расширители во всех устройствах используются кодовые. Однако тиристоры подходят лишь полупроводникового типа.

В среднем минимальную температуру устройства способны держать на уровне 5 градусов.

Непосредственно пуск асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором осуществляется через выходные контакты на верхней части корпуса.

Особенности моделей для пуска высоковольтного двигателя

Плавный пуск асинхронного электродвигателя высоковольтного типа осуществляется благодаря силовым трансформаторам. В данном для управления используются лишь электромагнитные регуляторы.

Непосредственно кенотроны устанавливаются частотные. Транзисторы для указанных моделей подходят с высокой пропускной способностью. Изоляторов в устройствах имеется два. Для подключения высоковольтных двигателей применяются выходные контакты.

Модели с динисторами встречаются довольно редко.

Стартеры серии ABB

Стартеры данной серии считаются очень распространенными. В данном случае пуск двигателя происходит за счет смены фазы. Непосредственно преобразование тока осуществляется благодаря динисторам.

По типу реле модели довольно сильно отличаются. Мощность моделей колеблется от 4 до 12 кВт. В свою очередь, питающее напряжение составляет в среднем 220 В.

Распределители устанавливаются только кодового типа.

Если говорить про модуляторы, то на моделях высокой мощности они ортогональные. Также важно отметить, что трансиверы во всех пускателях данной серии однополюсные. Чаще всего модели можно встретить на конвейерах. Стабилизаторы в устройствах отсутствуют. Система защиты у них установлена серии ИП-62, и повышенной влажности они не боятся.

Устройство для пуска «Шнайдер»

Указанный стартер отличается повышенным входным напряжением на уровне 200 В. В данном случае пуск двигателей осуществляется через силовой трансформатор. Реле у этой модели используется с первичной обмоткой. Согласно документации на устройство, параметр пороговой перегрузки находится на отметке 40 А.

Резистор в представленной конфигурации установлен построечный, а расширитель используется кодового типа. Проблемы со сменой фазы у данного устройства возникают довольно редко. Для преобразования тока применяется качественный модулятор. Регулятор скорости вращения асинхронного электродвигателя электромагнитного типа.

Производителем предусмотрен расширительный динистор у модели этого типа. Стабилитрон в устройстве отсутствует.

Пускатели для морских судов

Модели для морских судов выпускаются разной мощности. Запускается эл. двигатель через силовой трансформатор. Если рассматривать двухфазные модификации, то они оборудуются выпрямителями.

Модуляторы, в свою очередь, устанавливаются как ортогонального, так и бесконденсаторного типа. Резисторы, как правило, применяются подстроечные. Трехфазные модификации стартеров оборудуются стабилизаторами. Для смены тактовой частоты используются тиристоры.

Кенотроны в данном случае устанавливаются с высокой пропускной способностью.

Модульные модели для объектов атомной энергетики

Модульные стартеры отличаются высоким параметром выходного напряжения. Запускается эл. двигатель благодаря трансформаторам понижающего типа. Для двухфазных моделей силовые аналоги используются очень редко. Выпрямители в устройствах устанавливаются только с реле. Расширители используются коммутируемого типа.

Степень защиты в стартерах предусмотрена серии ИП-67. Повышенной влажности и пыли модели не боятся. Изоляторов в устройствах имеется от трех до шести единиц. Мощность колеблется от 4 до 10 кВт. Регулятор скорости вращения асинхронного электродвигателя у них имеется электромагнитного типа. Также важно отметить, что тиристорные блоки устанавливаются полупроводниковые с контактами.

Модульные устройства для лифтовых станций

Для лифтовых станций применяются лишь двухфазные стартеры. Пуск асинхронного электродвигателя с помощью пускателя в данном случае осуществляется благодаря работе понижающего трансформатора. Перегрузку тока указанные модели обязаны держать на уровне 40 А. Расширители для бесперебойного питания используются чаще всего кодового типа.

Непосредственно трансиверы применяются однополюсные. Модуляторы в данном случае используются редко. Однако модификации с регуляторами встречаются. Резисторы для моделей применяются как подстроечного, так и импульсного типа. Модификации с кенотронами на рынке не встречаются. С перегрузками отлично справляются транзисторные блоки. Также важно отметить, что у моделей используются изоляторы.

Характеристики моделей на 60 А

Стартеры на 60 А для лифтовых станций подходят идеально. Плавный пуск асинхронного электродвигателя в данном случае обеспечивается за счет силовых трансформаторов. Реле у многих моделей с первичной обмоткой.

Для нормальной работы стартера используются только ортогональные модуляторы. Непосредственно тиристорные блоки можно встретить полупроводникового типа. Пороговую нагрузку они способны выдерживать большую. Мощность моделей в среднем колеблется от 10 кВт.

Устройство плавного пуска: общие сведения, советы по выбору и особенности применения. Инструкция подключения и настройки!

Мягкий запуск двигателя и его деликатное торможение способны в разы увеличить срок службы системы за счет защиты от перегрева, скачков и рывков процессов. Как раз для этого было разработано устройство плавного пуска или сокращенно УПП, которое стабилизирует пусковые характеристики и обеспечивает равномерную работу механизма.

Оптимальные схемы для плавного пуска электродвигателя, созданных своими руками

Устройство плавного пуска электродвигателя своими руками

Кому хочется напрягаться, тратить свои деньги и время на переоборудование устройств и механизмов, которые и так прекрасно работают? Как показывает практика – многим.

Хоть и не каждый в жизни сталкивается с промышленным оборудованием, оснащённым мощными электродвигателями, но, постоянно встречается пусть с не столь прожорливыми и мощными, электромоторами в быту.

Ну а лифтом, наверняка, пользовался каждый.

Электродвигатели и нагрузки — проблема?

Дело в том, что фактически любые электродвигатели, в момент пуска или остановки ротора, испытывают огромные нагрузки. Чем мощнее двигатель и оборудование, приводимое им в движение, тем грандиозней затраты на его запуск.

Наверное, самая значительная нагрузка, приходящаяся на двигатель в момент пуска, это многократное, хоть и кратковременное, превышение номинального рабочего тока агрегата.

Уже через несколько секунд работы, когда электромотор выйдет на свои штатные обороты, ток, потребляемый им, тоже вернётся к нормальному уровню.

Для обеспечения необходимого электроснабжения приходиться наращивать мощность электрооборудования и токопроводящих магистралей, что приводит к их подорожанию.

При запуске мощного электродвигателя, из-за его большого потребления, происходит «просадка» напряжения питания, которая может привести к сбоям или выходу из строя оборудования, запитанного с ним от одной линии. Ко всему прочему, снижается срок службы аппаратуры электроснабжения.

При возникновении нештатных ситуаций, повлёкших перегорание двигателя или его сильный перегрев, свойства трансформаторной стали могут измениться настолько, что после ремонта двигатель потеряет до тридцати процентов мощности. При таких обстоятельствах, к дальнейшей эксплуатации он уже непригоден и требует замены, что тоже недешево.

Для чего нужен плавный пуск?

Казалось бы, все правильно, да и оборудование на это рассчитано. Вот только всегда есть «но». В нашем случае их несколько:

  • в момент запуска электродвигателя, ток питания может превышать номинальный в четыре с половиной-пять раз, что приводит к значительному нагреву обмоток, а это не очень хорошо;
  • старт двигателя прямым включением приводит к рывкам, которые в первую очередь влияют на плотность тех же обмоток, увеличивая трение проводников во время работы, ускоряет разрушение их изоляции и, со временем, может привести к межвитковому замыканию;
  • вышеупомянутые рывки и вибрация передаются на весь приводимый в движение агрегат. Это уже совсем нездорово, потому что может привести к повреждению его движущихся элементов: систем зубчатых передач, приводных ремней, конвейерных лент или просто представьте себя едущим в дёргающемся лифте. В случае насосов и вентиляторов — это риск деформации и разрушения турбин и лопастей;
  • не стоит также забывать об изделиях, возможно находящихся на производственной линии. Они могут упасть, рассыпаться или разбиться из-за такого рывка;
  • ну, и наверно, последний из моментов, заслуживающих внимание — стоимость эксплуатации такого оборудования. Речь идёт не только о дорогостоящих ремонтах, связанных с частыми критическими нагрузками, но и об ощутимом количестве не эффективно израсходованной электроэнергии.

Казалось бы, все вышеперечисленные сложности эксплуатации присущи лишь мощному и громоздкому промышленному оборудованию, однако, это не так. Все это может стать головной болью любого среднестатистического обывателя. В первую очередь это касается электроинструмента.

Специфика применения таких агрегатов, как электролобзики, дрели, болгарки и им подобных, предполагают многократные циклы запуска и остановки, в течение относительно небольшого промежутка времени.

Такой режим эксплуатации, в той же мере, влияет на их долговечность и энергопотребление, как и у их промышленных собратьев. При всем этом не стоит забывать, что системы плавного запуска не могут регулировать рабочие обороты мотора или реверсировать их направление.

Также невозможно увеличить пусковой момент или снизить ток ниже, чем требуется для начала вращения ротора электродвигателя.

Система «звезда-треугольник»

Одна из наиболее широко применяемых систем запуска промышленных асинхронных двигателей. Основным её преимуществом является простота.

Двигатель запускается при коммутации обмоток системы «звезда», после чего, при наборе штатных оборотов, автоматически переключается на коммутацию «треугольник».

Такой вариант старта позволяет добиться тока почти на треть ниже, чем при прямом запуске электромотора.

Однако, этот способ не подойдёт для механизмов с небольшой инерцией вращения. К таким, к примеру, относятся вентиляторы и небольшие насосы, из-за малых размеров и массы их турбин.

В момент перехода с конфигурации «звезда» на «треугольник», они резко снизят обороты или вовсе остановятся. В результате после переключения, электродвигатель по сути, запускается заново.

То есть в конечном счёте вы не добьётесь не только экономии ресурса двигателя, но и, вероятнее всего, получите перерасход электроэнергии.

Электронная система плавного пуска электродвигателя

Плавный пуск двигателя может быть произведён с помощью симисторов, включённых в цепи управления. Существует три схемы такого включения: однофазные, двухфазные и трехфазные. Каждая из них отличается своими функциональными возможностями и конечной стоимостью соответственно.

С помощью таких схем, обычно, удаётся снизить пусковой ток до двух–трёх номинальных.

Кроме этого, удаётся снизить существенный нагрев, присущий вышеупомянутой системе «звезда-треугольник», что способствует увеличению срока службы электродвигателей.

Благодаря тому, что управление запуска двигателя происходит за счёт снижения напряжения, разгон ротора осуществляется плавно, а не скачкообразно, как у других схем.

В целом, на системы плавного пуска двигателя возлагаются несколько ключевых задач:

  • основная – понижение пускового тока до трёх–четырёх номинальных;
  • снижение напряжения питания двигателя, при наличии соответствующих мощностей и проводки;
  • улучшение параметров пуска и торможения;
  • аварийная защита сети от перегрузок по току.

Однофазная схема пуска

Данная схема предназначена для запуска электродвигателей мощностью не более одиннадцати киловатт.

Применяют такой вариант в том случае, если требуется смягчить удар при запуске, а торможение, плавный пуск и понижение пускового тока не имеют значения. В первую очередь из-за невозможности организации последних, в такой схеме.

Но по причине удешевления производства полупроводников, в том числе и симисторов, они сняты с производства и редко встречаются;

Двухфазная схема пуска

Такая схема предназначена для регулирования и пуска двигателей мощностью до двухсот пятидесяти ватт. Такие системы плавного пуска иногда комплектуют обходным контактором для удешевления прибора, однако, это не решает проблемы несимметричности питания фаз, что может привести к перегреву;

Трехфазная схема пуска

Эта схема является наиболее надёжной и универсальной системой плавного пуска электродвигателей.

Максимальная мощность, управляемых таким устройством двигателей, ограничена исключительно максимальной температурной и электрической выносливостью применённых симисторов.

Его универсальность позволяет реализовать массу функций, таких как: динамический тормоз, подхват обратного хода или балансировку ограничения магнитного поля и тока.

Важным элементом последней, из упомянутых схем, является обходной контактор, о котором говорилось раньше. Он позволяет обеспечить правильный тепловой режим системы плавного пуска электродвигателя, после выхода двигателя на штатные рабочие обороты, предотвращая его перегрев.

Существующие на сегодняшний день устройства плавного пуска электродвигателей, помимо приведённых выше свойств, рассчитаны на их совместную работу с различными контроллерами и системами автоматизации.

Имеют возможность включения по команде оператора или глобальной системы управления. При таких обстоятельствах, в момент включения нагрузок, возможно появление помех, могущих привести к сбоям в работе автоматики, а следовательно, стоит озаботиться системами защиты.

Использование схем плавного пуска, способно значительно уменьшить их влияние.

Плавный пуск своими руками

Большинство перечисленных выше систем фактически неприменимы в бытовых условиях. В первую очередь по той причине, что дома мы крайне редко используем трехфазные асинхронные двигатели. Зато коллекторных однофазных моторов — хоть отбавляй.

Существует немало схем устройства плавного запуска двигателей. Выбор конкретной зависит исключительно от вас, но в принципе, имея определённые знания радиотехники, умелые руки и желание, вполне можно собрать приличный самодельный пускатель, который продлит жизнь вашего электроинструмента и бытовой техники на долгие годы.

Как сделать плавный пуск электродвигателя своими руками – вариант с микросхемой

Устройство плавного пуска электродвигателя своими руками

Всем известно, что при пуске электродвигателя возникает так называемый пусковой момент, который просаживает напряжение питающей сети за счет возникновения пусковых токов, которые в 6-10 раз больше, чем токи при рабочем режиме. Во-первых, это негативно сказывается на работе других потребителей.

Во-вторых, это негативно сказывается на работе самого электрического двигателя, потому что сам запуск мотора затягивается, а это приводит к перегреву обмоток, а, значит, и к сокращению срока эксплуатации агрегата. Поэтому все чаще в питающую сеть двигателя устанавливаются приборы, которые его запуск делают плавным.

И по этому случаю, многие домашние электрики задаются вопрос, а можно ли сделать плавный пуск электродвигателя своими руками?

В принципе, ничего невозможного нет, и мы в этой статье такой вариант разберем обязательно. Но перед этим необходимо разобраться с пусковым моментом досконально и понять, по какой схеме его можно сгладить, так сказать, сделать плавным.

Пусковые перегрузки электрических моторов

Что собой представляет момент запуска? Это, по сути, начало вращения вала мотора, который соединен с передаточными механизмами (редукторы, блок шкивов или звездочек). При этом момент вращения ротора очень нестабилен.

Тем более вал начинает вращаться под нагрузкой от передаточных механизмов.

Такая нестабильность приводит к ударным нагрузкам, что негативно сказывается на передаточных механизмах, особенно от этого страдают шпонки на валу мотора и валу редуктора.

Устройство плавного пуска уменьшает пусковые нагрузки. Вращение вала начинается с малых оборотов, и скорость увеличивается постепенно. То есть, ударов нет, а, значит, нет и нагрузок на передаточные элементы. В этом и есть принцип действия плавного пуска электродвигателя.

Необходимо отметить, что устройства плавного пуска, выпускаемые в производстве, это многофункциональные приборы, которые могут быть использованы для разных целей. Это и сам плавный пуск мотора, и плавное его торможение, и защита сети и оборудования от перегрузок, и так далее.

Каждый потребитель найдет под определенные нужды необходимое устройство. Правда, у этих приборов есть один существенный недостаток – высокая цена. А если есть возможность собрать его своими руками, при этом затратив минимум времени и деталей, то стоит ли покупать заводской вариант.

Устройство плавного пуска на микросхемах

Давайте рассмотрим теперь вид устройства плавного пуска электродвигателя на микросхеме КР1182ПМ1. Внизу на рисунке показана схема плавного пуска.

Описывать всю схему не будем. Единственное скажем, что она предназначена для трехфазного электродвигателя (380В, 50 Гц). И в ней есть определенные особенности, о которых надо сказать обязательно.

  • Соединение обмоток в двигателе – звезда.
  • Входные ключи – это тиристоры, которые соединены по встречно-параллельной схеме.
  • Параллельно тиристорам в цепь включены демпфирующие цепочки (RC). Они здесь используются специально, основная цель – предотвращать ложные включения тиристоров.
  • В схеме могут возникнуть и коммутационные помехи, которые поглощаются варисторами (RU).
  • Есть в схеме и блок питания, состоящий из трансформатора, конденсатора и выпрямителя. Этот блок предназначен для питания установленных реле (К). Кстати, на выходе после выпрямительного мостика установлен стабилизатор интегрального типа DA Именно он обеспечивает на выходе напряжение в 12 вольт. К тому же стабилизатор обеспечивает защиту от перегрузок и КЗ.

Полезные советы

  1. Собранную своими руками схему надо обязательно несколько раз проверить на соответствие деталей и очередности их подсоединения. Небольшая ошибка может привести к неприятным последствиям. С электричеством шутки плохи.

  2. Но даже после тщательной многоразовой проверки устанавливать прибор на электродвигатель не рекомендуется. Лучше провести тестирование. Каким образом? Для этого вам потребуются три лампочки накаливания мощностью 60-100 ватт, которые соединяются последовательно. Надо добиться результата, чтобы все лампы горели одинаково ярко.

  3. Обратите внимание на емкость установленных конденсаторов. Здесь очень важно, чтобы время их включения не имело большой разницы. Допустимое значение до 10%.
  4. Время отключения-включения конденсаторов можно отрегулировать резисторами (R).

    Правда, этот вариант выравнивания можно использовать, если разница времени откл/вкл не меньше 30%.

И вот только после этих манипуляций можно подключать устройство к электродвигателю.

Плавный пуск для электроинструмента своими руками: схема, устройство, электродвигателя, на симисторе

Устройство плавного пуска электродвигателя своими руками

Владельцы ручного электроинструмента, как любители так и профессионалы, часто сталкиваются с его поломками. Не всегда это происходит по вине пользователя. Есть особенности, из-за которых это происходит вне зависимости от внешних факторов.

Это зависит от технического совершенства изделия, его цены и области применения.

Значительной части неисправностей можно избежать даже при использовании недорогих электроинструментов, если выполнить их несложную доработку, например, сделать плавный пуск.

Особенности и срок службы

В ручных электроинструментах, таких как: болгарка(ушм), циркулярная пила, шуруповерт, дрель – используют коллекторные двигатели с последовательным возбуждением.

Они могут работать на постоянном и на переменном токе.

Для их запитки в большинстве случаев используется обычная электросеть 230 В 50 Гц. Раньше для профессионального инструмента использовалась сеть 380 В. Теперь, с ростом мощности потребителей в однофазных сетях (офисы и жилой сектор), появились и профессиональные электроинструменты на 220 В.

Коллекторные двигатели имеют большой крутящий и пусковой моменты, компактны, легко изготавливаются на повышенное напряжение. Крутящий момент здесь является решающим. При невысокой массе машины он как раз подходит для ручного электроинструмента. Но у таких электромоторов имеются недостатки и слабые места. Одно из таких слабых мест – щеточный узел.

Щетки из прессованного графита с наполнителями трутся о медные пластины коллектора и подвергаются механическому износу и электроэрозии. Это приводит к увеличению искрения и повышает пожарную и взрывоопасность электроинструмента.

Попадание минеральной пыли внутрь ускоряет износ. Хотя вентиляторы, предусмотренные конструкцией, выдувают воздух наружу, пыль и цемент могут легко попадать внутрь. Во время простоя, если инструмент неудачно положили, пыль легко попадает внутрь.

На практике это постоянное явление.

Щетки электродвигателя из прессованного графита

Еще один недостаток электроинструмента – частые поломки редуктора. Это происходит как раз из-за большого пускового момента. Достоинство оборачивается недостатком.

С поломкой редуктора приходится менять инструмент, ремонту они, обычно, не подлежат. К сожалению, промышленность, в стремлении снизить себестоимость продукции делает это за счет качества.

Хочешь пользоваться хорошим электроинструментом – плати немалые деньги.

С последним недостатком как раз можно эффективно бороться плавным пуском. Многие производители делают это, но не всегда уделяют этому достаточно внимания. Хорошие регуляторы оборотов есть не у всех инструментов.

Плавный пуск – для чего это нужно

Для снижения непомерной нагрузки на механику электроинструмента при пуске, могут быть приняты меры со стороны электропитания.

Вместо подачи на электродвигатель полного напряжения от источника (электросети), можно подавать пониженное напряжение, с помощью плавного пуска. Но где его взять? Речь идет о массовом применении.

В отдельных случаях специалисты и умельцы могли решать эту задачу, но большинству рядовых потребителей это было недоступно.

Существует три способа ограничить пусковой момент электроинструмента и добиться плавного старта:

  1. Применение реостатов;
  2. Применение трансформаторов;
  3. Применение полупроводниковых ключей.

Первый способ применялся еще очень давно, но он не экономичен и неудобен.

Его можно применять и на постоянном, и на переменном токе.

Значительная часть мощности теряется на нагрев сопротивления реостата. Если задача ограничивается только плавным пуском, то это вполне терпимо. Если таким способом регулировать рабочую скорость электродвигателя, то это лишний нагрев окружающий среды и расход электроэнергии. В любом случае устройство оказывается громоздким.

Второй способ намного лучше и экономичнее. Подходит только для переменного тока. Он также может повысить электробезопасность при работе с электроинструментом. Недостаток в том, что классические трансформаторы теперь очень недешевы. Даже при самостоятельном изготовлении, так как в них уходит много дорогой меди. Устройство получается также достаточно большим и тяжелым.

Трансформатор

Третий способ плавного пуска самый современный и дешевый. Он опирается на массовое применение полупроводников.

В свое время, в исследования и наладку промышленного производства полупроводниковых приборов были вложены огромные средства.

Но дешевизна материалов, из которых их производят, и массовость выпуска уже успели все окупить. Благодаря невысокой себестоимости такие приборы доступны всем.

особенность полупроводниковых ключей – нет механических контактов и работают они с огромной скоростью (частотой переключения). Переключаемые ими токи могут достигать больших величин, при больших напряжениях в отключенном состоянии. При этом, такие приборы практически не греются и не потребляют лишней энергии, как реостаты и отлично подходят для современных электроинструментов.

Виды полупроводниковых ключей

Тиристоры и симисторы

Сопротивление разомкнутого ключа достигает миллионов Ом, ток через него практически не протекает.

Сопротивление замкнутого ключа лежит в пределах единиц и десятых долей Ома.

Хотя при этом может протекать значительный ток, на ключе падает слишком малое напряжение, чтобы на нем выделялось, по закону Джоуля-Ленца, большое тепло. В обеих случаях он остается практически холодным.

Это относится к любому из типов силовых ключей, каковых существует три:

  • Тиристоры и симисторы;
  • Полевые транзисторы MOSFET;
  • Транзисторы IGBT.

Исторически первыми появились тиристоры. С их помощью регулировали мощность в цепях переменного тока, управляя фазой отпирания прибора.

С помощью регулировки фазы управляющего напряжения (длительность t1) можно влиять на момент отпирания симистора в каждом полупериоде (t3) и таким образом, на долю энергии, попадающей в нагрузку и соответственно на электродвигатель.

С появлением мощных полевых транзисторов с изолированным МОП-затвором (металл-окисел-полупроводник, или на английском Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor) током в цепи стали управлять, изменяя ширину открывающих импульсов. Этот метод очень эффективен в цепях с постоянным током, для чего его сначала выпрямляют, и применяется в сварочных инверторах, частотных преобразователях и т.д.

Для наиболее мощных электроинструментов применяют IGBT – биполярные транзисторы с изолированным затвором. Это комбинация полевого транзистора с биполярным.

Для регулирования электродвигателя в настоящее время применяют уже устоявшееся, давно применяемое решение на симисторах. Более продвинутые решения пока не очень распространены.

Как изготовить плавный пуск самостоятельно

Благодаря простоте схемы устройство плавного пуска электродвигателя на симисторе собрать несложно. Оно изготавливается из доступных деталей.

Лучше всего делать его на печатной плате, так ничего не будет болтаться и замыкать. Симистор нужно закрепить на теплоотводящем радиаторе, изготовленном из алюминия.

Лучше, если это будет заводской радиатор, рассчитанный на мощность 10-30 Вт. Тогда он подойдет для электроинструмента мощностью 1000-1200 Вт.

Расчет радиатора очень просто подсчитать по току. На симисторе падает около 1.5-2 вольт напряжения, когда он открыт. Ток получаем делением мощности на сетевое напряжение. Например, электроинструмент с номинальной мощностью 1200 Вт: 1200/220 = 5.45 ампер. Умножим на 2, получаем 11 Вт.

Обычно в продажном электроинструменте схема ограничения мощности упрятана где-то в рукоятке или корпусе болгарки или дрели. Там нет возможности разместить нормальный радиатор. При частом пуске она перегревается и свои функции не выполняет. Только хороший профессиональный электроинструмент имеет нормальное устройство для ограничения пускового момента и регулировки оборотов.

ПРИМЕЧАНИЕ: Модуль плавного пуска для электроинструмента лучше всего изготавливать в коробке с розеткой. Не стоит брать слишком маленькие розеточные коробки.

Там сложно разместить нормальный радиатор для симистора.

Без радиатора от устройства не будет практической пользы! При сборке радиатора с прибором необходимо обеспечить чистоту сопрягаемых поверхностей и тонкий слой теплопроводящей пасты (КТП-8 или импортный аналог).

Радиатор нужно закрепить на той же плате, на которой собраны остальные детали. Плата помещается в коробку подходящих размеров и достаточно прочную. Такие коробки можно купить в электротоварах или изготовить из листового пластика. Может подойти чистая пустая банка из-под клея, краски с завинчивающейся или плотно закрывающейся крышкой. Она должна быть прочной и небьющейся.

Розетка, вмонтированная в устройство, должна быть рассчитана на номинальный ток используемого электродвигателя. Аналогичная история и с сетевым шнуром.

ВАЖНО! Если электроинструмент снабжен регулятором оборотов, его ручка должна быть надежно изолирована. Устройство находится под напряжением сети и может оказаться источником поражения током в случае плохой изоляции.

Печатную плату после монтажа полезно покрыть нитролаком для защиты от влаги. Принципиальная схема и разбор ее работы в следующем разделе.

Плавный пуск на микросхеме КР1182ПМ1

Это микросхема для электроинструментов российского производства, которая выпускается ЗАО “НТЦ СИТ” (г. Брянск). Ее можно приобрести в розницу во многих интернет-магазинах. Также новое название К1182МП1Р.

Микросхема может использоваться без внешнего симистора при работе электродвигателя на нагрузку до 150 Вт. Это слишком мало для электроинструмента, но можно задействовать более мощный симистор, что увеличит мощность регулирования до 1-1.5 кВт. Схема с ее использованием показана ниже:

Внутри чипа находится усилитель управляющего сигнала. Этот сигнал формируется на выводах 3 и 6 микросхемы.

Фаза отпирания симистора пропорциональна напряжению между выводами 3 и 6, которое может изменяться в пределах от 0 до 6 В. При нуле нагрузка отключена.

При включении конденсатор фактически накоротко замыкает управляющую цепь. Но он довольно быстро заряжается и это формирует плавность разгона.

Резистор R1 позволяет быстрее разряжаться конденсатору C1 для уменьшения пауз между включениями. При полном напряжении нагрузка работает с мощностью, близкой к номинальной. Это напряжение создается самой микросхемой, а внешняя цепь только “закорачивает” его с целью повлиять на фазу отключения симистора в каждом полупериоде сетевого напряжения.

Выключатель S1 может быть применен вместо выключателя, работающего в разрыве сетевой цепи. Только он работает наоборот, при размыкании электродвигатель запускается, а при замыкании отключается.

Ток в цепи этого выключателя очень мал и можно использовать любой микровыключатель.

Тем не менее, должен быть способ быстро отключить электроинструмент в любом случае! То есть, без аварийного сетевого выключателя не обойтись.

Использование переменного резистора на месте R1 позволит более-менее плавно регулировать обороты электродвигателя. Такая функция, дополнительно к плавному пуску, может быть очень полезной при работе с различными материалами, требующими своей скорости обработки.

Обычно время плавного пуска инструмента можно ограничить в пределах 0.3 – 0.5 сек. Это обеспечивает значительное повышение срока службы устройства.

Если электроинструмент мощный и оборотистый, его может неожиданно вырвать из рук работника со всеми неприятными последствиями. В таких случаях нужен еще более плавный пуск.

Выбрать подходящую задержку для разгона можно с помощью графика, показанного ниже:

Эти данные были получены в программе ngspice на основе характеристик, взятых из документации производителя. Кроме того, они были проверены на практике, с угловой шлифовальной машиной 1500 Вт и показали хорошее совпадение.

Симистор VS1 можно брать типа BT139-600 (Philips), ТС106-10-6 (Россия, СЗТП), BTB10-600BWRG (ST Microelectronics) или другой аналогичный.

Конденсаторы типа К50-35 на рабочее напряжение 50 В, емкостью 1 мФ (C2,3) и 5-100 мФ для C1. Резистор R2 типа МЛТ-0.5.

Также в схеме желательно использовать предохранитель с номинальным током, который на 15-20% превышает номинальный ток предполагаемой нагрузки.

Пример установки плавного пуска электродвигателя на болгарку:

Встроенный, на основе KRRQD-12A (KRRQD-20A)

Автор данного видео приводит интересный пример как можно сделать встроенный плавный пуск электродвигателя с помощью универсального приспособления-удлинителя KRRQD-12A (KRRQD-20A), практически для любого электроинструмента, до 12А (20А) на нагрузке. С максимальной подключаемой мощностью инструмента до 2500 Вт(4400 Вт).

Другие способы

Среди прочих способов плавного пуска для электроинструмента можно отметить использование трансформаторов. Например, будет довольно универсальным ЛАТР на 1-1.5 кВт. Хоть это и довольно тяжелый прибор, он может выручать, если находится под рукой, тогда не придется собирать другое устройство.

Иногда в качестве “холодного” сопротивления в цепи переменного тока используют параллельные наборы конденсаторов, используя их реактивное сопротивление на частоте 50 Гц:

где емкость нужно подставлять в Фарадах. Например, чтобы создать сопротивление 10 Ом нужно выполнить расчеты:

Учитывая большое рабочее напряжение конденсаторов и их емкость, получится слишком большая батарея. Такое решение иногда применялось раньше, но теперь слишком устарело.

Для ограничения мощности в нагрузке электродвигателя может быть использован мощный диод, с обратным напряжением не меньше 250 В.

Он “срезает” один полупериод сетевого напряжения, но это создает помехи и неравномерность крутящего момента. Оба последних способа: с конденсаторами и диодом требуют переключателей, шунтирующих цепь.

В случае конденсаторов потребуются еще и гасящие резисторы, ограничивающие ток короткого замыкания емкостей.

В общем, из всех способов плавного пуска электроинструмента, самым недорогим, надежным и удобным нужно признать фазовую регулировку с помощью микросхемы К1182МП1Р.

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.