Плавный пуск получил широкое применение в безопасном запуске электродвигателей. Во время запуска двигателя происходит превышение номинального тока (Iн) в 7 раз. В результате этого процесса происходит уменьшение эксплуатационного периода мотора, а именно обмоток статора и значительная нагрузка на подшипники. Именно из-за этой причины и рекомендуется сделать плавный пуск для электроинструмента своими руками, где он не предусмотрен.
Общие сведения
Статор электродвигателя представляет собой катушку индуктивности, следовательно, существуют сопротивления с активной и реактивной составляющей.
При протекании электрического тока через радиоэлементы, имеющие сопротивление с активной составляющей, происходят потери, связанные с преобразованием части мощности в тепловой вид энергии. Например, резистор и обмотки статора электродвигателя обладают сопротивлением с активной составляющей. Вычислить активное сопротивление не составляет труда, так как происходит совпадение фаз тока (I) и напряжения (U). Используя закон Ома для участка цепи, можно рассчитать активное сопротивление: R = U/I. Оно зависит от материала, площади поперечного сечения, длины и его температуры.
Если ток проходит через реактивный тип элементов (с емкостными и индуктивными характеристиками), то, в этом случае, появляется реактивное R. Катушка индуктивности, не имеющая практически активного сопротивления (при расчетах не учитывается R ее обмоток). Этот вид R создается благодаря Электродвижущей силе (ЭДС) самоиндукции, которая прямо пропорционально зависит от индуктивности и частоты I, проходящего через ее витки: Xl = wL, где w — угловая частота переменного тока (w = 2*Пи*f, причем f — частота тока сети) и L — индуктивность (L = n * n / Rm, n — число витков и Rm — магнитное сопротивление).
При включении электродвигателя пусковой ток в 7 раз больше номинального (ток, потребляемый при работе инструмента) и происходит нагрев обмоток статора. Если статорная катушка является старой, то может произойти межвитковое КЗ, которое повлечет выход электроинструмента из строя. Для этого нужно применить устройство плавного пуска электроинструмента.
Одним из методов снижения пускового тока (Iп) является переключение обмоток. Для его осуществления необходимы 2 типа реле (времени и нагрузки) и наличие трех контакторов.
Пуск электромотора с обмотками, соединенными по типу «звезда» возможен только при 2-х не одновременно замкнутых контакторах. Через определенный интервал времени, который задает реле времени, один из контакторов отключается и включается еще один, не задействованный ранее. Благодаря такому чередованию включения обмоток и происходит снижение пускового тока. Этот способ обладает существенным недостатком, так как при одновременно замыкании двух контакторов возникает ток КЗ. Однако при использовании этого способа обмотки продолжают нагреваться.
Еще одним способом снижения пускового тока является частотное регулирование запуска электродвигателя. Принципом такого подхода является частотное изменение питающего U. Основной элемент этого вида устройств плавного пуска является частотный преобразователь, состоящий из следующих элементов:
- Выпрямитель.
- Промежуточная цепь.
- Инвертор.
- Электронная схема управления.
Выпрямитель изготавливается из мощных диодов или тиристоров, выполняющий роль преобразователя U питания сети в постоянный пульсирующий ток. Промежуточная цепь сглаживает пульсирующий постоянный ток на выходе выпрямителя, которая собирается на конденсаторах большой емкости. Инвертор необходим для непосредственного преобразования сигнала на выходе промежуточной цепи в сигнал амплитуды и частоты переменной составляющей. Электронная схема управления нужна для генерации сигналов, необходимых для управления выпрямителем, инвертором.
Принцип действия
Во время пуска электродвигателя коллекторного типа происходит значительное кратковременное увеличение тока потребления, которое и служит причиной преждевременного выхода из строя электроинструмента и сдачей его в ремонт. Происходит износ электрических частей (превышение тока в 7 раз) и механических (резкий запуск). Для организации «мягкого» пуска следует применять устройства плавного пуска (далее УПП). Эти устройства должны соответствовать основным требованиям:
Плавное увеличение нагрузки.- Возможность запуска двигателя через определенные интервалы времени.
- Обеспечение защиты от линейных скачков U, пропадания фазы (для 3-фазного электродвигателя) и различных помех электрической составляющей.
- Значительно повышение срока эксплуатации.
Наиболее широкое распространение получили симисторные УПП, принципом действия которых является плавное регулирование U при помощи регулировки угла открытия перехода симистора. Симистор нужно подключить напрямую к обмоткам двигателя и это позволяет уменьшить пусковой ток от 2 до 5 раз (зависит от симистора и схемы управления). К основным недостаткам симисторных УПП являются следующие:
- Сложные схемы.
- Перегрев обмоток при длительном запуске.
- Проблемы с запуском двигателя (приводит к значительному нагреву статорных обмоток).
Схемы усложняются при использовании мощных двигателей, однако, при небольших нагрузках и холостом ходе возможно использование простых схем.
УПП с регуляторами без обратной связи (по 1 или 3 фазам) получили широкое распространение. В моделях этого типа появляется возможность предварительного выставления времени пуска и величины U перед пуском двигателя. Однако, в этом случае невозможно регулировать величину вращающего момента при нагрузке. С этой моделью применяется специальное устройство для снижения пускового тока, защиты от пропадания и перекоса фаз, а также от перегрузок. Заводские модели имеют функцию слежения за состоянием электромотора.
Простейшие схемы однофазного регулирования исполняются на одном симисторе и используются для инструмента с мощностью до 12 кВт. Существуют более сложные схемы, позволяющие производить регулировку параметров питания двигателя мощностью до 260 кВт. При выборе УПП заводского производства необходимо учесть такие параметры: мощность, возможные режимы работы, равенство допустимы токов и количество запусков в определенный промежуток времени.
Применение в болгарке
Во время запуска угловой шлифовальной машинки (УШМ) появляются высокие нагрузки динамического характера на детали инструмента.
Дорогие модели снабжены УПП, но не обыкновенные разновидности, например, УШМ фирмы «Интерскол». Инерционный рывок способен вырвать из рук УШМ, при этом происходит угроза жизни и здоровью. Кроме того, при пуске электродвигателя инструмента происходит перегрузка по току и в результате этого — износ щеток и значительный нагрев статорных обмоток, изнашивается редуктор и возможно разрушение режущего диска, который может треснуть в любой момент и причинить вред здоровью, а может даже и жизни. Инструмент нужно обезопасить и для этого следует сделать болгарку с регулировкой оборотов и плавным пуском своими руками.
Самодельные варианты
Существует множество схем модернизации электроинструмента при помощи УПП. Среди всех разновидностей широкое применение получили устройства на симисторах. Симистор — полупроводниковый элемент, позволяющий плавно регулировать параметры питания. Существуют простые и сложные схемы, которые отличаются между собой вариантами исполнения, а также поддерживаемой мощностью, подключаемого электроинструмента. В конструктивном исполнении бывают внутренние, позволяющие встраиваться внутрь корпуса, и внешние, изготавливаемые в виде отдельного модуля, выполняющего роль ограничителя оборотов и пускового тока при непосредственном пуске УШМ.
Простейшая схема
УПП с регулированием оборотов на тиристоре КУ 202 получил широкое применение благодаря очень простой схеме исполнения (схема 1). Его подключение не требует особых навыков. Радиоэлементы для него достать очень просто. Состоит эта модель регулятора из диодного моста, переменного резистора (выполняет роль регулятора U) и схемы настройки тиристора (подача U на управляющий выход номиналом 6,3 вольта) отечественного производителя.
Схема 1. Электросхема внутреннего блока с регулировкой оборотов и плавным пуском (схема электрическая принципиальная)
Благодаря размерам и количеству деталей регулятор этого типа можно встроить в корпус электроинструмента. Кроме того, следует вывести ручку переменного резистора и сам регулятор оборотов можно доработать, встроив кнопку перед диодным мостом.
Основной принцип работы заключается в регулировке оборотов электродвигателя инструмента благодаря ограничению мощности в ручном режиме. Эта схема позволяет использовать электроинструмент мощностью до 1,5 кВт. Для увеличения этого показателя необходимо заменить тиристор на более мощный (информацию об этом можно найти в интернете или справочнике). Кроме того, нужно учесть и тот факт, что схема управления тиристором будет отличаться от исходной. КУ 202 является отличным тиристором, но его существенный недостаток состоит в его настройке (подборка деталей для схемы управления). Для осуществления плавного пуска в автоматическом режиме применяется схема 2 (УПП на микросхеме).
Плавный пуск на микросхеме
Оптимальным вариантом для изготовления УПП является схема УПП на одном симисторе и микросхеме, которая управляет плавным открытием перехода p-n типа. Питается устройство от сети 220 В и ее несложно собрать самому. Очень простая и универсальная схема плавного пуска электродвигателя позволяет также и регулировать обороты (схема 2). Симистор возможно заменить аналогичным или с характеристиками, превышающими исходные, согласно справочнику радиоэлементов полупроводникового типа.
Схема 2. Схема плавного пуска электроинструмента
Устройство реализуется на основе микросхемы КР118ПМ1 и симисторе. Благодаря универсальности устройства его можно использовать для любого инструмента. Он не требует настройки и устанавливается в разрыв кабеля питания.
При пуске электродвигателя происходит подача U на КР118ПМ1 и плавный рост заряда конденсатора С2. Тиристор открывается постепенно с задержкой, зависящей от емкости управляющего конденсатора С2. При емкости С2 = 47 мкФ происходит задержка при запуске около 2 секунд. Она зависит прямо пропорционально от емкости конденсатора (при большей емкости время запуска увеличивается). При отключении УШМ конденсатор С2 разряжается при помощи резистора R2, сопротивление которого равно 68 к, а время разрядки составляет около 4 секунд.
Для регулирования оборотов нужно заменить R1 на резистор переменного типа. При изменении параметра переменного резистора происходит изменение мощности электромотора. R2 изменяет величину тока, протекающего через вход симистора. Симистор нуждается в охлаждении и, следовательно, в корпус модуля можно встроить вентилятор.
Основной функцией конденсаторов C1 и C3 является защита и управление микросхемой. Симистор следует подбирать, руководствуясь следующими характеристиками: прямое U должно составлять 400..500 В и прямой ток должен быть не менее 25 А. При таких номиналах радиоэлементов к УПП возможно подключать инструмент с мощностью от 2 кВт до 5 кВт.
Таким образом, для запуска электродвигателей различного инструмента необходимо использовать УПП заводского изготовления или самодельные. УПП применяются для увеличения срока эксплуатации инструмента. При запуске двигателя происходит резкое увеличение тока потребления в 7 раз. Из-за этого возможно подгорание статорных обмоток и износ механической части. УПП позволяют значительно снизить пусковой ток. При изготовлении УПП самостоятельно нужно соблюдать правила безопасности при работе с электричеством.
Здравствуйте, в теме сегоднешнего поста хотелось бы рассказать про одно очень полезное устройство, предназначенное для плавного пуска блоков питания. Наверняка вы замечали, когда включаешь какой то мощный трансформаторный блок питания, свет в комнате мелькает или с розетки бьют фонтаны искр. Это случается, потому что конденсаторы, стоящие в фильтре питания, при зарядке потребляют очень большие токи.
Схема плавного пуска или схема софт старта помогает плавно зарядить конденсаторы в течении нескольких секунд, ограничивая ток с помощью токоограничивающих резисторов. Схема довольна эффективная и собрать сможет даже новичок
Схема плавного пуска или схема софт старта
Используемые компоненты в схеме
C1 = 470нф 400В
C2-3 = 220мФ 35В
R1 = 220 2ВТ
R2 = 82к 0,25Вт
R3 = 100к 0,25Вт
R4 = 10к 0,25Вт
VD1 = 24В
VD2 = 1N4148 любой на 100мА
Диодный мост можно ставить 1N4007, главное, что бы напряжение обратного пробоя было не меньше 400В
Как было сказано, схема делает задержку в течении примерно нескольких секунд, ограничив ток заряда с помощью Резистора R*. Рассчитывается этот резистор по нужному току зарядки по формуле R=U/I. К примеру, для расчета нам нужно ограничить ток в 4А. R=220В/4А=55Ом, но надо помнить, что в расчет берется так же сопротивление первичной обмотки трансформатора. Если первичка имеет сопротивление примерно 10Ом, то сопротивление R*= 55-10=45Ом. И не забыть, что надо ставить довольно таки мощные резисторы 10 Вт к примеру
Пройдя пару секунд, зарядится конденсатор и на базе транзистора будет нужное напряжение и включится реле K1, замкнув контакты и пропустив через себя весь ток.
Печатную плату не делал, поскольку у каждого она будет своя. По ваши корпуса.
На этом все. Удачи с повторением.
С ув. Admin-чек
Плавный пуск импульсного источника питания предохраняет силовые ключи от больших токов при запуске. Большие пусковые токи появляются при запуске вследствие заряда емкостей. Причем чем больше мощность источника питания, тем больше у него ёмкости.
Если последовательно источнику питания включить в цепь лампу напряжением 220В переменного тока, то при включении ИИП в сеть лампа вспыхнет и потухнет. Лампа вспыхивает из-за того, что в ИИП возникают большие токи при заряде электролитов, грубо говоря, эти токи стремятся к току короткого замыкания, а сопротивление уменьшается. После завершения переходных процессов, токи уменьшаются и лампа гаснет.
Если в ИИП возникнет короткое замыкание, то лампа будет постоянно гореть.
Суть не в лампе. Лампа наглядно дает возможность узреть токи, протекающие при зарядке электролитов, а также позволяет ограничить эти токи, рассеивая мощность в виде тепла.
Устройство плавного пуска ИИП похоже на лампу, только различие в том, что эта “лампа” включается в цепь на доли секунды, и рассеивает некоторую мощность во время переходного процесса, а после выключается из цепи.
Схема плавного пуска ИИП
Как вы видите по схеме, роль лампы выполняют два последовательно соединенных резистора R5 и R6. Мощность этих резисторов по 2 Вт. После завершения переходных процессов (доли секунды) срабатывает реле k1, шунтируя резисторы R5 и R6 своими контактами, после чего весь потребляемый ток ИИП протекает через контакты реле.
Для увеличения времени задержки необходимо повысить емкость конденсатора C3.
Реле необходимо использовать с катушкой, рассчитанной на напряжение 12В и ток 30-40мА (сопротивление катушки = 400 Ом), контактная группа должна быть рассчитана на ток в 10А.
Предохранитель F1 необязательно 3.15А, его вы подбираете в зависимости от мощности источника питания подключаемого к выходу устройства плавного пуска ИИП.
По транзистору VT1, у меня стоит BD139, можно использовать BD140, BD875,КТ972. Транзистор составной.
Устройство плавного пуска ИИП можно использовать с импульсным источником питания из этой статьи.