Плавный пуск для асинхронного двигателя своими руками

Устройство плавного пуска для электродвигателей

Плавный пуск электродвигателя в последнее время применяется все чаще. Его приложения разнообразны и многочисленны. Это промышленность, электротранспорт, коммунальное хозяйство и сельское хозяйство. Использование таких устройств позволяет значительно снизить пусковые нагрузки на электродвигатель и исполнительные механизмы, тем самым продлив срок их службы.

Пусковые токи

Пусковые токи достигают значений в 7… 10 раз выше, чем в рабочем режиме. Это приводит к «понижению» напряжения в электросети, что отрицательно сказывается не только на работе других потребителей, но и на самом двигателе. Время пуска затягивается, что может привести к перегреву обмоток и постепенному разрушению их изоляции. Это способствует преждевременному отказу двигателя.

Устройства плавного пуска могут значительно снизить пусковые нагрузки на электродвигатель и электросеть, что особенно важно в сельской местности или когда двигатель приводится в действие автономной электростанцией.

Перегрузки исполнительных механизмов

В момент пуска двигателя крутящий момент на его валу очень нестабилен и превышает номинальное значение более чем в пять раз. Следовательно, пусковые нагрузки приводов также увеличиваются по сравнению с полным режимом работы и могут достигать 500 процентов. Нестабильность пускового момента приводит к ударным нагрузкам на зубья шестерни, срезанию шпонок, а иногда даже к перекручиванию валов.

Устройства для плавного пуска электродвигателя значительно снижают пусковые нагрузки на механизм — зазоры между зубьями шестерен подбираются равномерно, что предотвращает их поломку. В ременных передачах приводные ремни также натянуты равномерно, что снижает износ механизмов.

Помимо плавного пуска, режим плавного торможения благотворно влияет на работу механизмов. Если двигатель приводит в действие насос, плавное торможение предотвращает гидравлический удар при выключенном агрегате.

Промышленные устройства плавного пуска

Устройства плавного пуска в настоящее время выпускают многие компании, например, Siemens, Danfoss, Schneider Electric. Эти устройства имеют множество программируемых пользователем функций. Это время разгона, время замедления, защита от перегрузки и многие другие дополнительные функции.

При всех достоинствах у фирменных устройств есть один недостаток — довольно высокая цена. Однако сделать такое приспособление можно самостоятельно. При этом стоимость его окажется небольшой.

Устройство плавного пуска на микросхеме КР1182ПМ1

В первой части статьи рассказывалось о специализированной микросхеме КР1182ПМ1, которая представляет собой фазовый стабилизатор мощности. Рассмотрены типовые схемы его зажигания, устройства плавного пуска ламп накаливания и просто регуляторы мощности в нагрузке. На основе этой микросхемы можно сделать довольно простой устройство плавного пуска для трехфазного электродвигателя. Схема устройства представлена ​​на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема устройства плавного пуска двигателя.

Плавный пуск осуществляется постепенным повышением напряжения на обмотках двигателя от нуля до номинального. Это достигается за счет увеличения угла открытия тиристорных переключателей за время, называемое временем пуска.

Описание схемы

В конструкции использован трехфазный электродвигатель 50 Гц, 380 В. Обмотки двигателя, соединенные «звездой», подключены к выходным цепям, обозначенным на схеме как L1, L2, L3. Средняя точка звезды подключена к нейтрали (N).

Выходные переключатели выполнены на тиристорах, включенных встречно параллельно. В конструкции использованы импортные тиристоры типа 40ТПС12. При невысокой стоимости у них достаточно большой ток — до 35 А, а обратное напряжение у них составляет 1200 В. Помимо них в клавишах есть много других элементов. Их назначение таково: RC-демпфирующие цепи, включенные параллельно тиристорам, предотвращают ложное зажигание последних (на схеме это R8C11, R9C12, R10C13) и с помощью варисторов RU1… RU3 шум переключения поглощается, амплитуда которого превышает 500 В.

В качестве блока управления выходными ключами используются микросхемы DA1… DA3 типа КР1182ПМ1. Об этих микросхемах достаточно подробно рассказывалось в первой части статьи. Конденсаторы С5… С10 внутри микросхемы формируют пилообразное напряжение, которое синхронизируется с напряжением сети. Управляющие сигналы тиристора в микросхеме формируются путем сравнения пилообразного напряжения с напряжением между выводами 3 и 6 микросхемы.

Для питания реле К1… К3 в устройстве имеется блок питания, который состоит всего из нескольких элементов. Это трансформатор Т1, мостовой выпрямитель VD1, сглаживающий конденсатор С4. На выходе выпрямителя установлен интегральный стабилизатор DA4 типа 7812, обеспечивающий на выходе напряжение 12 В и защиту от коротких замыканий и перегрузок на выходе.

Описание работы устройства плавного пуска электродвигателей

Когда переключатель Q1 замкнут, на цепь подается сетевое напряжение. Однако двигатель еще не запустился. Это происходит из-за того, что обмотки реле К1… К3 еще обесточены, а их нормально замкнутые контакты шунтируют контакты 3 и 6 микросхем DA1… DA3 через резисторы R1… R3. Это обстоятельство не позволяет заряжать конденсаторы С1… С3, поэтому микросхема не генерирует управляющие импульсы.

Ввод устройства в эксплуатацию

Когда тумблер SA1 замкнут, напряжение 12 В включает реле К1… К3. Их нормально замкнутые контакты разомкнуты, что дает возможность заряжать конденсаторы С1… С3 от внутренних источников питания. Наряду с увеличением напряжения на этих конденсаторах увеличивается угол открытия тиристоров. Таким образом достигается постепенное повышение напряжения на обмотках двигателя. Когда конденсаторы полностью заряжены, угол переключения тиристоров достигнет максимального значения, а скорость двигателя достигнет номинальной скорости.

Остановка двигателя, плавное торможение

Чтобы остановить двигатель, разомкните выключатель SA1, это выключит реле K1… K3. Их нормально замкнутые контакты замкнутся, что приведет к разрядке конденсаторов С1… С3 через резисторы R1… R3. Разряд конденсаторов продлится несколько секунд, при этом двигатель остановится.

При запуске двигателя в нейтральном проводе могут протекать значительные токи. Это связано с тем, что в процессе постепенного разгона токи в обмотках двигателя не синусоидальны, но особо бояться их не стоит — процесс пуска довольно непродолжительный. В стационарном режиме этот ток будет значительно ниже (не более десяти процентов от фазного тока в номинальном режиме), что связано только с технологическим разбросом параметров обмотки и «разбалансировкой» фаз. Избавиться от этих явлений уже невозможно.

Детали и конструкция

Для сборки устройства потребуются следующие детали:

Трансформатор мощностью не более 15 Вт, с напряжением выходной обмотки 15… 17 В.

В качестве реле К1… К3 подходит любое напряжение катушки 12 В, с нормально замкнутым или переключающим контактом, например TRU-12VDC-SB-SL.

Конденсаторы С11… С13 типа К73-17 на рабочее напряжение не менее 600 В.

Устройство выполнено на печатной плате. Собранное устройство необходимо поместить в пластиковый контейнер подходящего размера, на передней панели которого должны быть расположены переключатель SA1 и светодиоды HL1 и HL2.

Подключение двигателя

Соединение выключателя Q1 и двигателя осуществляется проводами, сечение которых соответствует мощности последнего. Нейтральный провод выполнен таким же проводом, что и фазные. При мощности компонентов, указанных на схеме, можно подключать двигатели мощностью до четырех киловатт.

Если предполагается использование двигателя мощностью не более полутора киловатт, а частота пусков не будет превышать 10… 15 в час, то мощность, рассеиваемая тиристорными ключами, незначительна, то радиаторы можно не устанавливать.

Если вы планируете использовать более мощный двигатель или он чаще запускается, вам потребуется установить тиристоры на алюминиевые ленточные радиаторы. Если радиатор будет использоваться совместно, тиристоры должны быть изолированы от него с помощью слюдяных прокладок. Для улучшения условий охлаждения можно использовать теплопроводную пасту КПТ — 8.

Контроль и настройка устройства

Перед включением сначала убедитесь, что установка соответствует электрической схеме. Это основное правило, от которого нельзя отклоняться. Ведь пренебрежение этим контролем может привести к обугливанию множества деталей и надолго отбить желание «экспериментировать с электричеством». Обнаруженные ошибки надо устранять, ведь эта схема запитана от сети, а шутить с ней — плохо. И даже после этой проверки мотор подключать еще рано.

Сначала вместо двигателя подключите три одинаковых лампы накаливания мощностью 60… 100 Вт. Во время испытаний необходимо следить за тем, чтобы лампы «загорались» равномерно.

Неравномерность времени зажигания обусловлена ​​изменением емкостей конденсаторов С1… С3, имеющих значительный допуск по емкости. Поэтому лучше всего собирать их непосредственно перед установкой с помощью устройства, хотя бы с точностью до десяти процентов.

Время отключения также связано с сопротивлением резисторов R1… R3. С их помощью можно уравнять время отключения. Эти настройки необходимо выполнить, если расстояние между временем включения и выключения в различных фазах превышает 30 процентов.

Двигатель можно подключить только после того, как вышеуказанные проверки пройдут нормально, даже не идеально.

Что еще можно добавить в дизайн

выше уже было сказано, что подобные устройства в настоящее время производят несколько компаний. Конечно, повторить все функции фирменных устройств в таком самодельном устройстве невозможно, но скопировать его, вероятно, удастся.

Это так называемый байпасный контактор. Его цель заключается в следующем: после того, как двигатель достиг своей номинальной скорости, контактор просто соединяет тиристорные переключатели своими контактами. По ним протекает ток, минуя тиристоры. Такую конструкцию часто называют байпасом (от англ. Bypass). Для этого улучшения необходимо будет ввести в блок управления дополнительные элементы.

Электродвигатели широко используются во всех сферах жизнедеятельности человека. Однако при запуске электродвигателя происходит семикратное потребление тока, вызывающее не только перегрузку электросети, но и нагрев обмоток статора, а также выход из строя механических частей. Чтобы исключить этот нежелательный эффект, радиолюбителям рекомендуется использовать устройства плавного пуска для электродвигателя.

Плавный пуск двигателя

Статор электродвигателя представляет собой индуктор, поэтому есть активная и реактивная составляющие сопротивления (R). Величина реактивной составляющей зависит от частотных характеристик источника питания и при запуске изменяется от 0 до расчетного значения (когда прибор работает). Также изменяется ток, называемый пусковым током.

Пусковой ток в 7 раз превышает номинальное значение. При этом нагреваются обмотки катушки статора, и если провод, составляющий обмотку, старый, возможно короткое замыкание между витками (при уменьшении значения R ток достигает максимального значения) . Перегрев сокращает срок службы инструмента. Чтобы избежать этой проблемы, существует несколько вариантов использования устройств плавного пуска.

Путем переключения обмоток устройство плавного пуска двигателя (SCP) состоит из следующих основных блоков: реле 2 типов (время включения и управление нагрузкой), три контактора (рисунок 1).

Рисунок 1 — Общая схема устройства плавного пуска асинхронных двигателей (плавный пуск).

На рисунке 1 показан асинхронный двигатель. Его обмотки соединены звездой. Запуск происходит при замкнутых контакторах K1 и K3. По истечении определенного временного интервала (задается реле времени) контактор К3 размыкает свой контакт (происходит размыкание) и активируется контактом К2. Схема на рисунке 1 применима к различным типам двигателей плавного пуска.

Главный недостаток — образование токов короткого замыкания при одновременном включении 2-х автоматов. Эта проблема устраняется введением переключателя в схему вместо контакторов. Однако обмотки статора продолжают нагреваться.

При электронном управлении пусковой частотой электродвигателя используется принцип частотного изменения напряжения питания. Основным элементом этих преобразователей является преобразователь частоты, в состав которого входят:

1. Выпрямитель установлен на мощных полупроводниковых диодах (возможен тиристорный вариант). Он преобразует значение сетевого напряжения в пульсирующий постоянный ток.
2. Промежуточный контур ослабляет шум и пульсацию.
3. инвертор необходим для преобразования сигнала, полученного на выходе промежуточной цепи, в сигнал с изменяющимися амплитудно-частотными характеристиками.
4. Электронная схема управления генерирует сигналы для всех компонентов преобразователя.

Принцип действия, виды и выбор

При 7-кратном увеличении крутящего момента ротора и Ip для продления срока службы необходимо использовать устройство плавного пуска, отвечающее следующим требованиям:

1. Равномерное и регулярное повышение всех показателей.
2. Электрический контроль торможения и запуск двигателя через заданные промежутки времени.
3. Защита от скачков напряжения, обрыва любой фазы (для трехфазного электродвигателя) и разного рода помех.
4. Повышенная износостойкость.

Принцип работы симисторного устройства плавного пуска: ограничение величины напряжения за счет изменения угла раскрытия полупроводников симистора (симистора) при подключении к обмоткам статора электродвигателя (рисунок 2).

Рисунок 2 — Схема плавного пуска электродвигателя на симисторе.

Благодаря использованию симисторов становится возможным снизить пусковые токи в 2 и более раз, а наличие контактора позволяет избежать перегрева симисторов (на Рисунке 2: Байпас). Основные недостатки симисторных устройств плавного пуска:

1. Использование простых схем возможно только при малых нагрузках или пуске без нагрузки. В противном случае схема усложняется.
2. При длительном пуске происходит перегрев обмоток и полупроводниковых приборов.
3. Двигатель иногда не запускается (приводит к значительному перегреву обмоток).
4. Возможен перегрев обмоток при электрическом торможении электродвигателя.

Широко используются устройства плавного пуска с регуляторами без обратной связи (одно- или трехфазные). В моделях этого типа необходимо установить время пуска электродвигателя и напряжение непосредственно перед пуском. Недостатком устройств является невозможность регулировки крутящего момента движущихся механических частей в зависимости от нагрузки. Для устранения этой проблемы необходимо использовать устройство для снижения Ip, защиту от различных фазовых сдвигов (возникает при разбалансе фаз) и механических перегрузок.

В более дорогих моделях устройства плавного пуска предусмотрена возможность контроля параметров электродвигателя в непрерывном режиме.

Для устройств, содержащих электродвигатели, предусмотрен симисторный пускатель. Они различаются схемой и способом регулирования сетевого напряжения. Самыми простыми схемами являются схемы с однофазным регулированием. Они выполнены на симисторе и позволяют снизить нагрузки на механическую часть, применяются для электродвигателей мощностью менее 12 кВ. На предприятиях применяется трехфазное регулирование напряжения для электродвигателей мощностью до 260 кВт. При выборе типа устройства плавного пуска нужно руководствоваться следующими параметрами:

1. Мощность устройства.
2. Рабочий режим.
3. Равенство Ip двигателя и устройства плавного пуска.
4. Количество бросков в любой момент времени.

Для защиты насосов подходят устройства плавного пуска, защищающие от ударов гидравлической составляющей шланга (Advanced Control). Устройства плавного пуска для инструментов выбираются в зависимости от нагрузок и высоких скоростей. В дорогих моделях есть такая защита в виде устройства плавного пуска, а у недорогих — нужно сделать самому. Он используется в химических лабораториях для плавного запуска вентилятора охлаждающей жидкости.

Причины применения в болгарке

Из-за конструктивных особенностей при запуске угловой шлифовальной машины возникают высокие динамические нагрузки на детали инструмента. При первоначальном вращении диска на ось шестерни действуют силы инерции:

1. Удар инерции может вырвать болгарку из рук. Существует угроза жизни и здоровью, так как это средство очень опасно и требует строгого соблюдения техники безопасности.
2. При запуске возникает перегрузка по току (Istart = 7 * Inom). Возникает преждевременный износ щеток, перегрев обмоток.
3. Коробка передач изношена.
4. Разрушение отрезного диска.

Не настроенный инструмент становится очень опасным, так как существует вероятность нанесения вреда здоровью и жизни. Следовательно, необходимо его беречь. Для этого УПП для электроинструмента собирается своими руками.

Создание своими руками

Для недорогих моделей угловой шлифовальной машины и другого инструмента нужно собрать собственное устройство плавного пуска. Сделать это несложно, ведь благодаря Интернету можно найти огромное количество схем. Самая простая и в то же время самая эффективная — это универсальная схема плавного пуска на основе симистора и микросхемы.

При включении болгарки или другого инструмента происходит повреждение обмоток и смена инструмента, связанная с грубым пуском. Радиолюбители нашли выход из сложившейся ситуации и предложили простой плавный запуск электроинструмента своими руками (схема 1), собранным в отдельный блок (места в корпусе очень мало).

Схема 1 — Схема плавного пуска электроинструмента.

Устройство плавного пуска своими руками реализовано на базе КР118ПМ1 (фазовая регулировка) и блока питания на симисторах. Сильной стороной устройства является универсальность, ведь его можно подключить к любому электроинструменту. Его не только легко установить, он даже не требует предварительной настройки. В принципе, подключение системы к прибору несложное и устанавливается в разрыв кабеля питания.

Особенности работы модуля УПП

Когда кофемолка включена, на KR118PM1 подается напряжение, и по мере накопления заряда на управляющем конденсаторе (C2) происходит постепенное увеличение напряжения. Тиристоры в микросхеме открываются постепенно с некоторой задержкой. Симистор открывается с паузой, равной задержке тиристора. Для каждого последующего периода напряжения задержка постепенно уменьшается, и прибор запускается плавно.

Время разгона зависит от емкости C2 (при 47 мкм время запуска составляет 2 секунды). Эта задержка оптимальна, хотя ее можно изменить, увеличив емкость C2. После выключения угловой шлифовальной машины (угловой шлифовальной машины) конденсатор С2 разряжается за счет сопротивления R1 (время разряда примерно 3 секунды при 68кОм).

Эту схему регулирования скорости электродвигателя можно модернизировать, заменив R1 переменным резистором. При изменении значения сопротивления переменного резистора изменяется мощность электродвигателя. Резистор R2 выполняет функцию регулирования амплитуды тока, протекающего через вход симистора VS1 (желательно обеспечить охлаждение вентилятором), который является управляющим. Конденсаторы С1 и С3 служат для защиты и управления микросхемой.

Симистор выбирается со следующими характеристиками: максимальное прямое напряжение до 400-500 В, а минимальный ток передачи через переходы должен быть не менее 25 А. При изготовлении устройства плавного пуска по данной схеме запас мощности может варьироваться от 2 кВт до 5 кВт.

Поэтому для увеличения срока службы инструментов и двигателей необходимо плавно запускать их. Это связано с конструктивной особенностью асинхронных электродвигателей и коллекторов. При запуске ток быстро расходуется, в результате чего происходит износ электрических и механических деталей. Использование устройства плавного пуска позволяет сделать электроинструмент безопасным благодаря соблюдению правил техники безопасности. При обновлении инструмента можно купить готовые модели и собрать простое и надежное универсальное устройство, которое не только отличается, но и превосходит некоторые заводские устройства плавного пуска.

Плавный пуск широко используется для безопасного пуска электродвигателей. При запуске двигателя номинальный ток (In) превышается в 7 раз. В результате этого процесса происходит уменьшение периода работы двигателя, а именно обмоток статора и значительная нагрузка на подшипники. Именно по этой причине рекомендуется проводить плавный пуск электроинструмента своими руками там, где он не предназначен.

Осциллограммы напряжения

Орешек знанья твёрд, но всё же мы не привыкли отступать! Нам расколоть его поможет киножурнал «Хочу всё знать!»

Собрать схему отверткой всякий может. А для тех, кто хочет увидеть напряжение и понять, какие реальные процессы происходят, без осциллографа не обойтись. Публикую осциллограммы на выходе 2Т1 устройства плавного пуска.

Двигатель выключен. Чистый синус.

Не правда ли, логическая нестыковка – двигатель выключен, а напряжение на нём есть?! Это особенность некоторых устройств мягкого пуска. Неприятная и опасная. Да, на двигателе есть напряжение 220В, даже когда он стоит.

Дело в том, что управление происходит только по двум фазам, а третья (L3 – T3) подключена к двигателю напрямую. А так как тока нет, то на всех выходах устройства действует напряжение фазы L3, которое проходит через обмотки двигателя. Та же ерунда бывает и в трехфазных твердотельных реле, вот моя статья.

Будьте осторожны! При обслуживании двигателя, подключенного к устройству мягкого пуска, отключайте вводные автоматы, и проверяйте отсутствие напряжения!

Запуск. Тиристоры режут фазу нещадно.

Поскольку нагрузка индуктивная, то синусоида не только режется на куски, но и сильно искажается.

Помеха прёт, и это надо учитывать – возможны сбои в работе контроллеров и другой слаботочки. Чтобы это влияние уменьшить, надо разносить и экранировать цепи, устанавливать дроссели на входе, и др.

Двигатель почти включен. Около 90% от энергии синуса.

Фото сделано да пару секунд до того, как включился внутренний контактор (байпас), который подал полное напряжение на двигатель.

Общие сведения

Статор электродвигателя — индуктор, поэтому есть резисторы с активной и реактивной составляющими.

Когда электрический ток протекает через радиоэлементы, имеющие сопротивление с активным компонентом, возникают потери, связанные с преобразованием части мощности в тепловую форму энергии. Например, резистор и обмотка статора электродвигателя имеют резистор с активным компонентом. Подсчитать активное сопротивление несложно, так как фазы тока (I) и напряжения (U) совпадают. Используя закон Ома для участка цепи, вы можете рассчитать сопротивление: R = U / I. Оно зависит от материала, площади поперечного сечения, длины и температуры.

Если ток проходит через элементы реактивного типа (с емкостной и индуктивной характеристиками), то в этом случае появляется реактивная R. Катушка индуктивности, практически не имеющая активного сопротивления (в расчетах не учитывается R ее обмоток.). Этот тип R создается из-за самодействующей электродвижущей силы (ЭДС), которая прямо пропорциональна индуктивности и частоте I, проходящей через его витки: Xl = wL, где w — угловая частота переменного тока (w = 2 * Pi * f, ef — частота сети) и L — индуктивность (L = n * n / Rm, n — количество витков и Rm — магнитное сопротивление).

При включенном электродвигателе пусковой ток в 7 раз превышает номинальный (ток, потребляемый при работе инструмента), и обмотки статора нагреваются. Если обмотка статора старая, между витками может произойти короткое замыкание, что приведет к поломке электроинструмента. Для этого нужно использовать устройство плавного пуска электроинструмента.

Один из способов уменьшения пускового тока (Ip) — переключение обмоток. Для его реализации требуется 2 типа реле (время и нагрузка) и наличие трех контакторов.

Запуск электродвигателя с обмотками, соединенными звездой, возможен только при не замкнутых одновременно 2 контакторах. По истечении определенного временного интервала, установленного реле времени, один из контакторов отключается, а другой, ранее не активированный, включается. Благодаря такому чередованию зажигания обмоток пусковой ток уменьшается. Этот метод имеет существенный недостаток, так как при одновременном замыкании двух контакторов возникает ток короткого замыкания. Однако при использовании этого метода обмотки продолжают нагреваться.

Другой способ уменьшить пусковой ток — это регулировать пусковую частоту электродвигателя. Принцип этого подхода заключается в изменении частоты источника питания U. Основным элементом устройства плавного пуска этого типа является преобразователь частоты, состоящий из следующих элементов:

1. Выпрямитель.
2. Промежуточная цепочка.
3. Инвертор.
4. Электронная схема управления.

Выпрямитель состоит из мощных диодов или тиристоров, которые служат преобразователем U сетевого питания в постоянный пульсирующий ток. Промежуточная цепь ослабляет пульсирующий постоянный ток на выходе выпрямителя, который собирается на больших конденсаторах. Инвертор необходим для прямого преобразования сигнала на выходе промежуточной цепи в амплитудно-частотный сигнал переменной составляющей. Электронная схема управления необходима для генерации сигналов, необходимых для управления выпрямителем, инвертором.

Принцип действия

Во время пуска электродвигателя коллекторного типа происходит существенное кратковременное увеличение потребляемого тока, что является причиной преждевременного выхода из строя электроинструмента и сдачи его в ремонт. Изнашиваются электрические части (сила тока в 7 раз выше) и механические (резкий старт). Для организации «мягкого» пуска необходимо использовать устройство плавного пуска (далее — устройство плавного пуска). Эти устройства должны соответствовать основным требованиям:

1. Постепенное увеличение нагрузки.
2. Возможность запускать двигатель через равные промежутки времени.
3. Обеспечивает защиту от линейных перенапряжений U, обрыва фазы (для трехфазного электродвигателя) и различных электрических помех.
4. Значительно увеличен срок службы.

Наиболее популярны симисторные устройства плавного пуска, принцип работы которых заключается в плавной регулировке U за счет регулировки угла открытия перехода симистора. Симистор должен быть подключен непосредственно к обмоткам двигателя, что позволяет снизить пусковой ток в 2–5 раз (в зависимости от симистора и схемы управления). Основные недостатки симисторных устройств плавного пуска:

1. Сложные схемы.
2. Перегрев обмоток при длительных пусках.
3. Проблемы с запуском двигателя (приводит к заметному нагреву обмоток статора).

Схемы усложняются при использовании мощных двигателей, однако при малых нагрузках и холостом ходу можно использовать простые схемы.

Широко используются устройства плавного пуска с контроллерами разомкнутого контура (в 1 или 3 фазы). В моделях этого типа появляется возможность предварительно установить время запуска и значение U перед запуском двигателя. Однако в этом случае невозможно регулировать величину крутящего момента под нагрузкой. В этой модели используется специальное устройство для снижения пускового тока, защиты от потерь и дисбаланса фаз, а также от перегрузок. Заводские модели имеют функцию контроля состояния электродвигателя.

Простейшие однофазные схемы управления выполняются на симисторе и применяются для инструментов мощностью до 12 кВт. Существуют более сложные схемы, позволяющие регулировать силовые параметры двигателя мощностью до 260 кВт. При выборе устройства плавного пуска заводского изготовления необходимо учитывать следующие параметры: мощность, возможные режимы работы, равенство допустимых токов и количество пусков за заданный промежуток времени.

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.

Применение в болгарке

При запуске угловой шлифовальной машины (угловой шлифовальной машины) на детали инструмента возникают высокие динамические нагрузки.

УПП комплектуются дорогие модели, но не обычные разновидности, например, угловые шлифовальные машины от Интерскол. Инерционный выстрел способен вырвать болгарку из рук, при этом возникает угроза жизни и здоровью. Кроме того, при запуске электродвигателя инструмента возникает перегрузка по току и, как следствие, износ щеток и значительный нагрев обмоток статора, изнашивается редуктор и может разрушиться отрезной диск, который может сломаться при в любой момент и нанести вред здоровью, а возможно, даже жизни. Инструмент должен быть защищен и для этого следует своими руками изготовить болгарку с регулировкой скорости и плавным пуском.

Регулятор оборотов коллекторного двигателя

Большинство схем бытовых аппаратов и электрических инструментов создано на базе коллекторного электродвигателя 220 В. Такая востребованность объясняется универсальностью. Для агрегатов возможно питание от постоянного либо переменного напряжения. Достоинство схемы обусловлены обеспечением эффективного пускового момента.

Чтобы достичь более плавного пуска и обладать возможностью настройки частоты вращения, применяются регуляторы оборотов.

Пуск электродвигателя своими руками можно сделать, к примеру, таким образом.

Самодельные варианты

Существует множество схем модернизации электроинструмента с устройством плавного пуска. Из всех разновидностей широко применяются устройства на симисторах. Симистор — это полупроводниковый элемент, позволяющий легко регулировать параметры мощности. Существуют простые и сложные схемы, которые отличаются друг от друга вариантами конструкции, а также поддерживаемой мощностью подключаемого электроинструмента. В конструкции есть внутренние, позволяющие врезать внутрь корпуса, и внешние, выполненные в виде отдельного модуля, выполняющего роль ограничителя скорости и пускового тока при непосредственном запуске угловой шлифовальной машины.

Простейшая схема

Устройство плавного пуска с тиристорным регулятором скорости КУ 202 нашло широкое применение благодаря очень простой конструктивной схеме (схема 1). Его подключение не требует особых навыков. Приобрести для него радиоэлементы очень просто. Данная модель регулятора состоит из диодного моста, переменного резистора (играет роль регулятора U) и схемы настройки тиристора (подающей U на управляющий выход номиналом 6,3 вольт) отечественного производителя.

Схема 1. Схема подключения внутреннего блока с регулировкой скорости и плавным пуском (схема подключения)

Благодаря размеру и количеству деталей этот тип регулятора может быть встроен в корпус электроинструмента. Кроме того, следует снять ручку переменного резистора, а сам регулятор скорости можно изменить, вставив кнопку перед диодным мостом.

Основной принцип работы — регулировка частоты вращения электродвигателя инструмента путем ограничения мощности в ручном режиме. Эта схема позволяет использовать электроинструменты мощностью до 1,5 кВт. Для увеличения этого показателя необходимо заменить тиристор на более мощный (информацию об этом можно найти в Интернете или в справочнике). Кроме того, необходимо учитывать, что схема управления тиристором будет отличаться от оригинальной. КУ 202 — отличный тиристор, но его существенный недостаток — его регулировка (подбор деталей для схемы управления). Для реализации плавного пуска в автоматическом режиме используется схема 2 (устройство плавного пуска на микросхеме).

Плавный пуск на микросхеме

Оптимальный вариант изготовления устройства плавного пуска — схема устройства плавного пуска на основе симистора и микросхемы, контролирующей плавное размыкание перехода pn-типа. Устройство питается от сети 220 В и несложно собрать своими руками. Очень простая и универсальная схема плавного пуска электродвигателя также позволяет регулировать обороты (схема 2). Симистор может быть заменен на аналогичный или с превосходными характеристиками по сравнению с оригиналом, согласно справочнику радиоэлементов полупроводникового типа.

Диаграмма 2. Схема постепенного пуска электроинструмента

Устройство реализовано на базе микросхемы КР118ПМ1 и симистора. Благодаря универсальности устройства его можно использовать с любым инструментом. Не требует настройки и устанавливается в разрыв силового кабеля.

При запуске электродвигателя U подается на КР118ПМ1 и заряд конденсатора С2 постепенно увеличивается. Тиристор открывается постепенно с задержкой, которая зависит от емкости управляющего конденсатора C2. При емкости C2 = 47 мкФ задержка пуска составляет около 2 секунд. Это напрямую зависит от емкости конденсатора (при большей емкости время пуска увеличивается). При выключении угловой шлифовальной машины конденсатор С2 разряжается с помощью резистора R2, сопротивление которого составляет 68 кОм, а время разряда составляет примерно 4 секунды.

Для контроля скорости нужно заменить R1 на переменный резистор. При изменении параметра переменного резистора изменяется мощность электродвигателя. R2 изменяет количество тока, протекающего через вход симистора. Симистор нуждается в охлаждении, поэтому в корпус модуля можно встроить вентилятор.

Основная функция конденсаторов С1 и С3 — защита и управление микросхемой. Симистор следует выбирать, руководствуясь следующими характеристиками: прямое U должно быть 400..500 В, а постоянный ток — не менее 25 А. При таких номиналах радиоэлементов возможно подключение прибора с питанием от 2 кВт до 5 кВт на устройство плавного пуска.

Поэтому для запуска электродвигателей различных инструментов нужно использовать устройство плавного пуска заводского или самодельного изготовления. Устройства плавного пуска используются для увеличения срока службы инструмента. При запуске двигателя происходит резкое увеличение потребляемой мощности в 7 раз. По этой причине возможно обжечь обмотки статора и износ механической части. Устройства плавного пуска могут значительно снизить пусковой ток. При изготовлении устройства плавного пуска следует соблюдать правила техники безопасности при работе с электричеством.