Как сделать плавный пуск электродвигателя: схема, устройство, электродвигателя, на симисторе

Содержание

схема, устройство, электродвигателя, на симисторе

На чтение 10 мин. Опубликовано

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.

Главная 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.

Плавный пуск электродвигателя своими руками: для болгарки, электроинструмента

У всех кто пользуется болгаркой не один год, она ломалась. Поначалу каждый мастер пытался отремонтировать шлифовальную машинку сверкающую искрами самостоятельно, надеясь, что она заработает после замены щёток. Обычно после такой попытки, сломанный инструмент остается лежать на полке с прогоревшими обмотками. А на замену покупается новая болгарка.

Дрели, шуруповёрты, перфораторы, фрезеры в обязательном порядке оборудованы регулятором набора оборотов. Некоторые так называемые калибровочные шлифмашинки также снабжаются регулятором, а обычные болгарки имеют только кнопку включения.

Маломощные болгарки производители не усложняют дополнительными схемами преднамеренно, ведь такой электроинструмент должен стоить дешево. Понятно конечно, что срок службы недорого инструмента всегда короче, чем у более дорогого профессионального.

Самую простую болгарку можно модернизировать, так что у неё перестанут повреждаться редуктор и обмоточные провода якоря. Эти неприятности преимущественно происходят при резком, другими словами, ударном пуске болгарки.

Вся модернизация заключается всего лишь в сборке электронной схемы и закреплении её в коробке. В отдельном коробке, потому что в ручке шлифмашинки очень мало места.

Проверенная, рабочая схема выложена ниже. Она первоначально предназначалась для регулировки накала ламп, то есть для работы на активную нагрузку. Её главное достоинство ? простота.

  1. Изюминкой устройства плавного пуска, принципиальную схему которого вы видите, является микросхема К1182ПМ1Р. Эта микросхема узкоспециализированная, отечественного производства.
  2. Время разгона можно увеличить, выбрав конденсатор С3 большей емкости. Во время заряжания этого конденсатора, электродвигатель набирает обороты до максимума.
  3. Не нужно ставить взамен резистора R1 переменное сопротивление. Резистор сопротивлением 68 кОм оптимально подобран для этой схемы. При такой настройке можно плавно запустить болгарку мощностью от 600 до 1500 Вт.
  4. Если собираетесь собрать регулятор мощности, тогда нужно заменить резистор R1 переменным сопротивлением. Сопротивление в 100 кОм, и больше, не занижает напряжение на выходе. Замкнув ножки микросхемы накоротко, можно вовсе выключить подключенную болгарку.
  5. Вставив в силовую цепь семистор VS1 типа ТС-122-25, то есть на 25А, можно плавно запускать практически любую доступную в продаже шлифмашинку, мощностью от 600 до 2700 Вт. И остается большой запас по мощности на случай заклинивания шлифмашинки. Для подключения болгарок мощностью до 1500 Вт, достаточно импортных семисторов BT139, BT140. Эти менее мощные электронные ключи дешевле.

Семистор в приведенной выше схеме полностью не открывается, он отрезает около 15В сетевого напряжения. Такое падения напряжения никак не сказывается на работе болгарки. Но при нагреве семистора, обороты подключенного инструмента сильно снижаются. Эта проблема решается установкой радиатора.

У этой простой схемы есть ещё один недостаток – несовместимость её с установленным в инструмент регулятором оборотов.

Собранную схему нужно запрятать в коробок из пластмассы. Корпус из изоляционного материала важен, ведь нужно обезопасить себя от сетевого напряжения. В магазине электротоваров можно купить распределительную коробку.

К коробке прикручивается розетка и подключается кабель с вилкой, что делает эту конструкцию внешне похожей на удлинитель.

Если позволяет опыт и есть желание, можно собрать более сложную схему плавного пуска. Приведенная ниже принципиальная схема является стандартной для модуля XS–12. Этот модуль устанавливается в электроинструмент при заводском производстве.

Если нужно менять обороты подключенного электродвигателя, тогда схема усложняется: устанавливается подстроечный, на 100 кОм, и регулировочный резистор на 50 кОм. А можно просто и грубо внедрить переменник на 470 кОм между резистором 47 кОм и диодом.

Параллельно конденсатору С2 желательно подсоединить резистор сопротивлением 1 МОм (на приведенной ниже схеме он не показан).

Напряжение питания микросхемы LM358 находится в пределах от 5 до 35В. Напряжение в цепи питания не превышает 25В. Поэтому можно обойтись и без дополнительно стабилитрона DZ.

Какую бы вы схему плавного пуска ни собрали, никогда не включайте подключенный к ней инструмент под нагрузкой. Любой плавный пуск можно сжечь, если торопиться. Подождите пока болгарка раскрутиться, а затем работайте.

Как сделать плавный пуск для циркулярной пилы

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:

  1. Выпрямитель.
  2. Промежуточная цепь.
  3. Инвертор.
  4. 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:

  1. Плавное увеличение нагрузки.
  2. Возможность запуска двигателя через определенные интервалы времени.
  3. Обеспечение защиты от линейных скачков U, пропадания фазы (для 3-фазного электродвигателя) и различных помех электрической составляющей.
  4. 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:

  1. Сложные схемы.
  2. Перегрев обмоток при длительном запуске.
  3. 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.

При запуске электрического двигателя возникает пусковой момент, просаживающий напряжение из-за возникновения пусковых токов. Они в 9 раз превышают рабочие токи. Это плохо влияет на стабильную работу электроприборов, уменьшает срок службы двигателя. Все потому что пуск двигателя начинает затягиваться и перегреваются его обмотки. Специалисты советуют в сеть мотора добавлять аппараты, способные сделать его пуск плавным. Домашние мастера тоже научились делать приборы для плавного пуска электрического двигателя своими руками.

Перегрузки при пуске электродвигателей

Момент пуска представляет собой начало движения вала двигателя, соединенного с передаточными устройствами. В этот момент движение ротора довольно нестабильное. Передаточные механизмы заставляют вращаться вал под большой нагрузкой. Подобная нестабильность обязательно приведет к ударным нагрузкам, а это плохо влияет на передаточные устройства. Очень сильно это сказывается на шпонке вала двигателя и на редукторе.

Прибор плавного запуска сглаживает нагрузки при запуске. Движение вала начинается с очень маленьких оборотов, а скорость постепенно повышается. Это значит, что отсутствуют удары и нагрузки на передаточные механизмы. В этом и заключается принцип работы плавного запуска электрического двигателя.

Стоит заметить, что приборы плавного запуска, которые изготавливаются на заводах, являются универсальными устройствами. Их можно применять для различных задач. Прежде всего, это плавный запуск электромотора, его постепенное торможение, защита электрической сети и приборов от опасных перегрузок. Любой человек сможет найти для определенных задач подходящее изделие. У таких аппаратов существует большой недостаток, который заключается в высокой стоимости. Но можно изготовить устройство плавного пуска электродвигателя своими руками, потратив на это минимальное количество денежных средств и времени.

Прибор плавного запуска своими руками

Стоит рассмотреть вид прибора плавного запуска асинхронного электродвигателя с использованием микросхемы КР1182П. Он необходим для трехфазного электрического двигателя напряжением 380 вольт.

В ней существуют некоторые полезные особенности, которые стоит описать:

  • Обмотки в электрическом двигателе соединены звездой.
  • Выходными ключами являются мощные тиристоры, соединенные по параллельно-встречной схеме.
  • Демпфирующие цепочки включены в схему параллельно тиристорам. Тут они применяются целенаправленно. Их основной задачей является предотвращение ложного включения тиристоров.
  • Варисторы необходимы для поглощения возникающих в цепи коммутационных помех.

Присутствует в цепи и блок питания, который состоит из выпрямителя, конденсатора и трансформатора. Подобный блок необходим для обеспечения питания переключающих реле. После выпрямительного моста на выходе стоит стабилизатор интегрального вида. Он обеспечивает на выходе стабильное напряжение в 12 вольт. Дополнительно он способен обеспечить защиту от короткого замыкания и различных перегрузок.

Как сделать устройство плавного пуска электроинструмента самостоятельно

Краткое описание устройства

Самая распространенная схема изготавливается при помощи управляющей микросхемы регулировки фаз КР118ПМ1, а ее силовая цепь реализуется на симисторах. Подобный прибор довольно легко собирается и не требует долгих настроек после монтажа. Следовательно, сделать ее способен человек без специальных навыков. Необходимо только уметь пользоваться электрическим паяльником.

Такой прибор можно подсоединить ко всем видам электроинструментов, которые питаются от сети переменного тока. Дополнительный вынос тумблера питания тут не нужен, так как модернизированный электрический инструмент будет включаться от заводской кнопки. Это устройство можно поставить внутрь болгарки или в разрыв шнура питания в самодельном футляре. Самым популярным принято считать подсоединение устройства плавного пуска напрямую к розетке, питающей электрический инструмент. На входной разъем приходит питание от сети напряжением 220 вольт, а к выходному разъему подсоединяется розетка, которая будет питать болгарку.

Модуль плавного пуска болгарки своими руками

Когда будет замыкаться кнопка запуска болгарки, то по схеме питания будет подаваться ток на управляющую микросхему. Управляющий конденсатор постепенно станет накапливать напряжение и по мере зарядки оно достигнет необходимого рабочего значения. После этого тиристоры под управлением микросхемы откроются не сразу, а с небольшой задержкой, величина которой зависит от заряда конденсатора. Управляемый тиристорами симистор откроется через такое же количество времени.

При каждом полупериоде переменного напряжения, время задержки снижается по закону арифметической прогрессии. В результате этого значение напряжения, подаваемого на болгарку, постепенно увеличивается. Подобный эффект и осуществляет плавный пуск мотора электроинструмента. Таким образом, его обороты увеличиваются плавно, и вал редуктора не подвергается инерционным нагрузкам.

Количество времени для набора оборотов до необходимого значения зависит от емкости входного конденсатора. Емкость в 46 микрофарад способна обеспечить плавный запуск за 3 секунды. При подобной задержке не ощущается сильный дискомфорт в начале работы с болгаркой, и сама она не будет подвержена сильным нагрузкам от внезапного старта.

При выключении электроинструмента, входной конденсатор начинает разряжаться при помощи специального резистора. Применяя номинал сопротивления в 67 килоом, количество времени до полного разряда составляет не более 4 секунд. Потом прибор плавного запуска снова готов для нового запуска электроинструмента.

Если немного поработать, то подобную схему можно усовершенствовать до качественного регулятора оборотов электродвигателя. Нужно разрядный резистор поменять на переменное сопротивление. Регулируя его, можно контролировать максимальную мощность мотора, изменяя тем самым обороты. Другими словами, в едином корпусе появляется возможность изготовить прибор плавного запуска болгарки и регулятор оборотов мотора.

Главные элементы подобного прибора работают так:

  • Резистор способен контролировать значение силы тока, который протекает через управляющий вывод симистора.
  • Два конденсатора помогают в управлении микросхемой, которые применяются в заводской схеме подсоединения.
  • Чтобы компактно и легко сделать монтаж, необходимо конденсаторы и резисторы припаять напрямую к ножкам микросхемы.
  • Симистор можно устанавливать совершенно любой, но с определенными техническими характеристиками. Допустимое напряжение должно быть до 380 вольт, а самый маленький пропускной ток необходим не ниже 24 ампер. Значение силы тока напрямую зависит от максимальной мощности болгарки.

Из-за плавного запуска электроинструмента, значение тока не будет выше номинального для определенной модели инструмента. При экстренных ситуациях, к примеру, заклинивании режущего диска болгарки просто необходим определенный запас по значению тока. Именно поэтому номинальную силу тока необходимо повысить минимум вдвое.

#1 saper24

Доброго всем дня. Кто в курсе как убить плавный пуск на пиле. В частности Интерскол. Я в электротехнике не очень как то. Очень надо, работать с этой дрянью не возможно. Что там надо вытянуть?

#2 SergDemin

Я бы не советовал. Плавный пуск не только рывок на руки убирает, но и бросок тока в момент включения. Я много роторов в электроинструменте по причине внутриобмоточного обрыва поменял. А они как раз из за броска тока возникают. Я там, где плавный пуск, или регулятор на курке стоит – ни одного. А выбросить просто – провода с двигателя напрямую на выключатель. Чтобы точнее, фотки внутренностей нужны.

#3 kot_obormot

Стоит ли выкидывать плавный пуск на циркулярке,не ушм/пшм же.

#4 Виктор 69

фото, с номерочками , скажу что тебе жить мешает.

#5 Lohus

работать с этой дрянью не возможно

В смысле когда диск в распил вставлен не может раскрутиться? Или просто долго разгоняется?

У меня ребир на 2кВт и диск 200мм, без плавного, при включении надо покрепче держать.

Сообщение отредактировал Lohus: 19 Май 2016 23:13

#6 Кустарь

Стоит ли выкидывать плавный пуск на циркулярке,не ушм/пшм же.

#7 saper24

У меня личная Бош без плавного пуска, все нормально. И до этого все рабочие были без него. Умирали от падений, обреза шестерен в основном. А это чудаки на работу приобрели. При нажатии на кнопку первую секунду вообще ничего не происходит. Я когда в руки первый раз взял подумал что электричества нет. А раскручивается так медленно что ждать употеешь, а некогда ждать. Два монолита под лестницы собирали так выбесила что об угол хотел шарахнуть. С руками у меня все в порядке, могу отбойником смену без перекуров оттянуть. Так что пила со 190 кругом мне не соперник. Там где куча коротких запилов пол дня уходит на раскрутку, не говоря уже про остановки для смены позиции при распиле длинномерных материалов. Все на земле и коленках, сплошные перекосы. В своем собственном резе уже не раскручивается. Точность нам не нужна, верстаков не выдают, работа в экстремальных условиях и дворцовые изыски для дачных мастеров нам портят кровь не по детски. Была болгарка така я же, слава богу накрылась, к стати обмотка сгорела. Не сдюжила 80 метрового пропила в бетоне на полную глубину)

Там еще на кожухе пружина стоит как на дверях в советских магазинах. Кожухом лист фанеры двадцатки сдвигает пока открываться начинает. Но эта проблема легко решается при помощи вязальной проволоки.

Чудный одним словом инструмент, но дубовый и живучий и очень ценой начальству нравится.

фото, с номерочками , скажу что тебе жить мешает.

Завтра вскрою и сфотаю если сам не разберусь. Просто думал мож кто уже сталкивался и так подскажет.

Устройства и способы пуска асинхронного электродвигателя — прямой, звезда-треугольник, плавный и через частотный преобразователь

Асинхронные электрические двигатели с короткозамкнутым ротором благодаря своей крайней простоте получили широкое распространение, особенно в трехфазных сетях, где им не требуются дополнительные пусковые или смещенные по фазе обмотки.

При правильной эксплуатации асинхронный электродвигатель становится практически вечным – единственное, что в нем может потребовать замены, это подшипники ротора.

Однако ряд особенностей асинхронных двигателей определяет специфику их пускового режима: отсутствие обмотки якоря означает отсутствие противоЭДС индукции в момент включения обмоток статора, а следовательно – высокий пусковой ток.

Если для маломощных электрических двигателей это не критично, то в промышленных электродвигателях пусковые токи могут достигать очень высоких значений, что приводит к просадкам напряжения в сети, перегрузкам подстанций и электропроводки.

ПРЯМОЙ ПУСК АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Как уже было сказано выше, прямое включение обмотки асинхронного двигателя может применяться только при низкой мощности. В этом случае пусковой ток превышает номинальный в 5-7 раз, что не является проблемой для коммутационного оборудования и электропроводки.

Основной проблемой прямого пуска становится подключение нескольких электродвигателей к маломощной подстанции или генератору.

Включение в сеть нового электродвигателя может вызвать настолько сильную просадку напряжения, что уже работающие двигатели остановятся, а новому мотору не хватит пускового момента, чтобы стронуться с места.

Пусковой ток асинхронного двигателя достигает максимального значения в момент включения и плавно снижается до номинального по мере раскрутки ротора.

Следовательно, для уменьшения времени перегрузки сети асинхронный двигатель должен включаться с минимальной нагрузкой, если это возможно.

Мощные токарные станки, гильотины для рубки металла не имеют фрикционных муфт, и все их вращающиеся механизмы раскручиваются в момент включения электродвигателя.

В этом случае длительные просадки напряжения приходится прямо закладывать в проектируемое для них электроснабжение.

ПЛАВНЫЙ ПУСК АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Логичным способом снижения пускового тока стало снижение напряжения, подаваемого на статор в момент запуска, с его постепенным увеличением при разгоне двигателя.

Простейший и наиболее старый способ плавного пуска – реостатный пуск электродвигателя: в цепь статора последовательно включается несколько мощных резисторов, последовательно закорачиваемых контакторами.

Также могут использоваться и дроссели высокой индуктивности (реакторы), а также автотрансформаторы.

Подобный способ плавного пуска имеет очевидные недостатки:

Проблематичность автоматизации.

Работа контакторов не привязывается к реальному значению тока, они либо переключаются вручную, либо перебираются с помощью реле времени автоматически.

Усложнение пуска под нагрузкой.

Так как крутящий момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату напряжения питания, снижение напряжения в момент пуска в 2 раза приведет к снижению крутящего момента в 4 раза. Применение плавного пуска с электродвигателями, напрямую подключенными к нагрузке, значительно увеличивает время выхода на рабочие обороты.

Совершенствование силовой электроники позволило создать компактные автоматические устройства плавного пуска (также называемые софтстартерами от английского soft start – «мягкий пуск») для асинхронных электродвигателей, устанавливаемые на стандартную монтажную рейку электрощитов.

Они обеспечивают не только плавный разгон, но и торможение двигателя, позволяя регулировать параметры токов пуска и остановки в различных режимах:

Постоянное токоограничение.
В момент запуска ток ограничивается на заданном превышении номинального и удерживается на этой величине все время разгона двигателя. Обычно используется ограничение на уровне 200-300% номинального тока. Перегрузка становится малозначительной, хотя ее длительность возрастает.
Формирование тока.
В данном случае токовая кривая в момент включения двигателя имеет больший наклон, после чего софтстартер переходит в режим токоограничения.

Такой метод плавного пуска применяется при подключении к маломощным подстанциям или генераторам для снижения стартовой нагрузки, однако пусковой момент электродвигателя в данном случае минимален. Для устройств, лишенных холостого хода электродвигателя, использовать формирование тока с пологой стартовой кривой невозможно.

Ускоренный пуск (кик-старт).
Применяется с двигателями, напрямую приводящими нагрузку, так как иначе их пусковой крутящий момент может оказаться недостаточным для страгивания ротора.

В этом случае устройство плавного пуска допускает кратковременное превышение пускового тока в несколько раз (фактически осуществляется прямая коммутация), по истечении заданного времени ток снижается до двух-трехкратного превышения номинала.

Останов на выбеге.
При отключении двигателя напряжение с него снимается полностью, вращение якоря продолжается по инерции. Наиболее простой способ коммутации, применимый при небольших мощностях и малой инерции привода.

Однако в момент разрыва цепи происходит сильный индуктивный выброс, приводящий к сильному искрению в контакторах. На мощных электродвигателях, а также при высоких рабочих напряжениях данный способ отключения неприемлем.

Линейное снижение напряжения.
Применяется для более плавной остановки двигателя. Нужно помнить, что крутящий момент двигателя при этом снижается нелинейно из-за квадратичной зависимости момента от напряжения, то есть снижение момента происходит наиболее резко в начале кривой.

Отключение питания происходит при минимальном токе в обмотке, соответственно коммутирующие выключатели практически не изнашиваются образованием искры между контактами.

Для снижения нагрузок при остановке применяется управляемое снижение напряжения:

  • вначале ток снижается минимально;
  • затем кривая начинает снижаться круче.

Снижение крутящего момента электродвигателя при этом близко к линейному. Этот способ управления остановом электродвигателя применяется в устройствах с высокой инерционностью привода.

При использовании такого рода устройств плавного пуска пусконаладочные работы заключаются в настройке нужного типа кривой пускового тока и, в случае использования режимов формирования тока или ускоренного старта, настройке длительности временного интервала начального участка кривой.

Применение устройств плавного пуска позволяет автоматизировать пусковой режим, но его главный минус остается – либо приходится закладывать в устройство возможность холостого хода электродвигателя, либо допускать кратковременные перегрузки сети, раскручивая мотор и нагрузку с кик-стартом.

ПУСК ПО СХЕМЕ ЗВЕЗДА-ТРЕУГОЛЬНИК

Другим способом запуска, использующимся на трехфазных двигателях, является перекоммутация обмоток: в момент пуска обмотки соединяются звездой, по мере разгона ротора обмотки переводятся в нормальное включение треугольником.

Такой метод пуска фактически является частным случаем способа пуска асинхронного электродвигателя на пониженном напряжении, так как напряжение на обмотках при этом снижаетсяпримерно в 1,73 раза.

Подобный способ пуска может быть легко реализован с помощью набора контакторов с ручным управлением или с приводом от реле времени, поэтому достаточно дешев и распространен. Основные недостатки этого способа:

  1. При отказе одного из контакторов произойдет нарушение коммутации, в результате чего либо станет невозможным пуск, либо значительно снизится мощность двигателя.
  2. Снижение напряжения и тока является фиксированным.
  3. Крутящий момент двигателя при включении обмоток звездой уменьшается, поэтому запуск желательно также производить без нагрузки.

ПУСК ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ЧЕРЕЗ ЧАСТОТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Наиболее гибкий способ управления не только режимом пуска, но и рабочими характеристиками асинхронного электродвигателя – это применение частотного преобразователя. По своей сути частотный преобразователь представляет собой узкоспециализированный инвертор:

  • входное напряжение в нем выпрямляется;
  • затем заново преобразуется в переменное, но уже с заданной частотой и амплитудой.

Это происходит благодаря работе генератора широтно-импульсной модуляции (ШИМ), который создает серию прямоугольных импульсов заданной частоты и скважности (отношения длительности импульса к его периоду). Генерируемые импульсы управляют силовыми ключами, коммутирующими выпрямленное напряжение питания на обмотки выходного трансформатора.

Как осуществляется плавный пуск через частотный преобразователь?

В данном случае становится возможным плавное изменение не только напряжения, но и частоты питающего электродвигатель напряжения. Благодаря тому, что ШИМ-генератор частотного преобразователя легко может управляться с обратной связью по потребляемому току, становится возможным пусковой режим, в котором ток не превышает номинальный – таким образом перегрузка питающей сети фактически отсутствует.

Однако такой пусковой режим требует значительного усложнения частотного преобразователя, поэтому для управления асинхронными электродвигателями обычно используется комбинация с отдельным устройством плавного пуска (УПП).

© 2012-2020 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов


Плавный пуск асинхронного электродвигателя своими руками

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:

  1. Выпрямитель.
  2. Промежуточная цепь.
  3. Инвертор.
  4. 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:

  1. Плавное увеличение нагрузки.
  2. Возможность запуска двигателя через определенные интервалы времени.
  3. Обеспечение защиты от линейных скачков U, пропадания фазы (для 3-фазного электродвигателя) и различных помех электрической составляющей.
  4. 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:

  1. Сложные схемы.
  2. Перегрев обмоток при длительном запуске.
  3. 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.

Устройство плавного пуска — электротехническое устройство, используемое в асинхронных электродвигателях, которое позволяет во время запуска удерживать параметры двигателя (тока, напряжения и т.д.) в в безопасных пределах. Его применение уменьшает пусковые токи, снижает вероятность перегрева двигателя, устраняет рывки в механических приводах, что, в конечном итоге, повышает срок службы электродвигателя.

Назначение

Управление процессом запуска, работы и остановки электродвигателей. Основными проблемами асинхронных электродвигателей являются:

  • невозможность согласования крутящего момента двигателя с моментом нагрузки,
  • высокий пусковой ток.

Во время пуска крутящий момент за доли секунды часто достигает 150-200%, что может привести к выходу из строя кинематической цепи привода. При этом стартовый ток может быть в 6-8 раз больше номинального, порождая проблемы со стабильностью питания. Устройство плавного пуска позволяют избежать этих проблем, делая разгон и торможение двигателя более медленными. Это позволяет снизить пусковые токи и избежать рывков в механической части привода или гидравлических ударов в трубах и задвижках в момент пуска и остановки двигателей.

Принцип действия устройство плавного пуска

Основной проблемой асинхронных электродвигателей является то, что момент силы, развиваемый электродвигателем, пропорционален квадрату приложенного к нему напряжения, что создаёт резкие рывки ротора при пуске и остановке двигателя, которые, в свою очередь, вызывают большой индукционный ток.

Софтстартеры могут быть как механическими, так и электрическими, либо сочетать то и другое.

Механические устройства непосредственно противодействуют резкому нарастанию оборотов двигателя, ограничивая крутящий момент. Они могут представлять собой тормозные колодки, жидкостные муфты, магнитные блокираторы, противовесы с дробью и прочее.

Данные электрические устройства позволяют постепенно повышать ток или напряжение от начального пониженного уровня (опорного напряжения) до максимального, чтобы плавно запустить и разогнать электродвигатель до его номинальных оборотов. Такие УПП обычно используют амплитудные методы управления и поэтому справляются с запуском оборудования в холостом или слабо нагруженном режиме. Более современное поколение УПП (например, устройства ЭнерджиСейвер) используют фазовые методы управления и потому способны запускать электроприводы, характеризующиеся тяжелыми пусковыми режимами "номинал в номинал". Такие УПП позволяют производить запуски чаще и имеют встроенный режим энергосбережения и коррекции коэффициента мощности.

Выбор устройства плавного пуска

При включении асинхронного двигателя в его роторе на короткое время возникает ток короткого замыкания, сила которого после набора оборотов снижается до номинального значения, соответствующего потребляемой электрической машиной мощности. Это явление усугубляется тем, что в момент разгона скачкообразно растет и крутящий момент на валу. В результате может произойти срабатывание защитных автоматических выключателей, а если они не установлены, то и выход из строя других электротехнических устройств, подключенных к той же линии. И в любом случае, даже если аварии не произошло, при пуске электромоторов отмечается повышенный расход электроэнергии. Для компенсации или полного устранения этого явления используются устройства плавного пуска (УПП).

Как реализуется плавный пуск

Чтобы плавно запустить электродвигатель и не допустить броска тока, используются два способа:

  1. Ограничивают ток в обмотке ротора. Для этого ее делают состоящей из трех катушек, соединенных по схеме «звезда». Их свободные концы выводят на контактные кольца (коллекторы), закрепленные на хвостовике вала. К коллектору подключают реостат, сопротивление которого в момент пуска максимальное. По мере его снижения ток ротора растет и двигатель раскручивается. Такие машины называются двигателями с фазным ротором. Они используются в крановом оборудовании и в качестве тяговых электромоторов троллейбусов, трамваев.
  2. Уменьшают напряжение и токи, подаваемые на статор. В свою очередь, это реализуется с помощью:

а) автотрансформатора или реостата;

б) ключевыми схемами на базе тиристоров или симисторов.

Именно ключевые схемы и являются основой построения электротехнических приборов, которые принято назвать устройствами плавного пуска или софтстартерами. Обратите внимание, что частотные преобразователи так же позволяют плавно запустить электродвигатель, но они лишь компенсируют резкое возрастание крутящего момента, не ограничивая при этом пускового тока.

Принцип работы ключевой схемы основывается на том, что тиристоры отпираются на определенное время в момент прохождения синусоидой ноля. Обычно в той части фазы, когда напряжение растет. Реже – при его падении. В результате на выходе УПП регистрируется пульсирующее напряжение, форма которого лишь приблизительно похожа на синусоиду. Амплитуда этой кривой растет по мере того, как увеличивается временной интервал, когда тиристор отперт.

Критерии выбора софтстартера

По степени снижения степени важности критерии выбора устройства располагаются в следующей последовательности:

  • Мощность.
  • Количество управляемых фаз.
  • Обратная связь.
  • Функциональность.
  • Способ управления.
  • Дополнительные возможности.

Главным параметром УПП является величина Iном – сила тока, на которую рассчитаны тиристоры. Она должна быть в несколько раз больше значения силы тока, проходящего через обмотку двигателя, вышедшего на номинальные обороты. Кратность зависит от тяжести пуска. Если он легкий – металлорежущие станки, вентиляторы, насосы, то пусковой ток в три раза выше номинального. Тяжелый пуск характерен для приводов, имеющих значительный момент инерции. Таковы, например, вертикальные конвейеры, пилорамы, прессы. Ток выше номинального в пять раз. Существует и особо тяжелый пуск, который сопровождает работу поршневых насосов, центрифуг, ленточных пил. Тогда Iном софтстартера должен быть в 8-10 раз больше.

Тяжесть пуска влияет и на время его завершения. Он может длиться от десяти до сорока секунд. За это время тиристоры сильно нагреваются, поскольку рассеивают часть электрической мощности. Для повторения им надо остыть, а на это уходит столько же, сколько на рабочий цикл. Поэтому если технологический процесс требует частого включения-выключения, то выбирайте софтстартер как для тяжелого пуска. Даже если ваше устройство не нагружено и легко набирает обороты.

Можно управлять одной, двумя или тремя фазами. В первом случае устройство в большей степени смягчает рост пускового момента, чем тока. Чаще всего используются двухфазные пускатели. А для случаев тяжелого и особо тяжелого пуска – трехфазные.

УПП может работать по заданной программе – увеличить напряжение до номинала за указанное время. Это наиболее простое и распространенное решение. Наличие обратной связи делает процесс управления более гибким. Параметрами для нее служат сравнение напряжения и вращающего момента или фазный сдвиг между токами ротора и статора.

Возможность работать на разгон или торможение. Наличие дополнительного контактора, который шунтирует ключевую схему и позволяет ей остыть, а также ликвидирует несимметричность фаз из-за нарушения формы синусоиды, которое приводит к перегреву обмоток.

Бывает аналоговым, посредством вращения потенциометров на панели, и цифровым, с применением цифрового микроконтроллера.

Все виды защиты, режим экономии электроэнергии, возможность пуска с рывка, работы на пониженной скорости (псевдочастотное регулирование).

Правильно подобранный УПП увеличивает вдвое рабочий ресурс электродвигателей, экономит до 30 процентов электроэнергии.

Зачем нужно устройство плавного пуска (софтстартера)

Все чаще при запуске электроприводов насосов, вентиляторов применяются устройство плавного пуска (софтстартер). С чем это связано? В нашей статье мы постараемся осветить этот вопрос.

Асинхронные двигатели используются уже более ста лет, и за это время относительно мало изменилось их функционирование. Запуск этих устройств и связанные с ним проблемы хорошо известны их владельцам. Пусковые токи приводят к просадкам напряжения и перегрузкам проводки, вследствие чего:

некоторая электротехника может самопроизвольно отключаться;

возможен сбой оборудования и т. д.

Своевременно установленный приобретенный и подключенный софтстартер позволяет избежать лишних трат денег и головной боли.

Что такое пусковой ток

В основе принципа действия асинхронных двигателей лежит явление электромагнитной индукции. Наращивание обратной электродвижущей силы (э. д. с), которая создается путем применения изменяющегося магнитного поля во время запуска двигателя, приводит к переходным процессам в электрической системе. Этот переходной режим может повлиять на систему электропитания и другое оборудование, подключенное к нему.

Во время запуска электродвигатель разгоняется до полной скорости. Продолжительность начальных переходных процессов зависит от конструкции агрегата и характеристик нагрузки. Пусковой момент должен быть наибольшим, а пусковые токи – наименьшими. Последние влекут за собой пагубные последствия для самого агрегата, системы электроснабжения и оборудования, подключенного к нему.

В течение начального периода пусковой ток может достигать пяти-восьмикратного тока полной нагрузки. Во время пуска электродвигателя кабели вынуждены пропускать больше тока, чем во время периода стабильного состояния. Падение напряжения в системе также будет намного больше при пуске, чем во время стабильной работы – это становится особенно очевидным при запуске мощного агрегата или большого числа электродвигателей одновременно.

Способы защиты электродвигателя

Поскольку использование электродвигателей стало широко распространенным, преодоление проблем с их запуском стало проблемой. На протяжении многих лет для решения этих задач были разработано несколько методов, каждый из которых имеет свои преимущества и ограничения.

В последнее время были достигнуты значительные успехи в использовании электроники в регулировании электроэнергии для двигателей. Все чаще при запуске электроприводов насосов, вентиляторов применяются устройство плавного пуска. Всё дело в том, что прибор имеет ряд особенностей.

Особенностью устройства пуска является то, что он плавно подаёт на обмотки двигателя напряжение от нуля до номинального значения, позволяя двигателю плавно разгоняться до максимальной скорости. Развиваемый электродвигателем механический момент пропорционален квадрату приложенного к нему напряжения.

В процессе пуска УПП постепенно увеличивает подаваемое напряжение, и электромотор разгоняется до номинальной скорости вращения без большого момента и пиковых скачков тока.

Виды устройств плавного пуска

На сегодняшний день для плавного запуска техники используются три типа УПП: с одной, двумя и со всеми управляемыми фазами.

Первый тип применяется для однофазного двигателя для обеспечения надежной защиты от перегрузки, перегрева и снижения влияния электромагнитных помех.

Как правило, схема второго типа помимо полупроводниковой платы управления включает в себя байпасный контактор. После того как двигатель раскрутится до номинальной скорости, байпасный контактор срабатывает и обеспечивает прямую подачу напряжения на электродвигатель.

Трехфазный тип является самым оптимальным и технически совершенным решением. Он обеспечивает ограничение тока и силы магнитного поля без перекосов по фазам.

Зачем же нужно устройство плавного пуска?

Благодаря относительно невысокой цене популярность софтстартеров набирает обороты на современном рынке промышленной и бытовой техники. УПП для асинхронного электродвигателя необходимо для продления его срока службы. Большим преимуществом софтстартера является то, что пуск осуществляется с плавным ускорением, без рывков.

Остались вопросы?
Специалисты ЭНЕРГОПУСК ответят на Ваши вопросы:
8-800-700-11-54 (8-18, Пн-Вт)

Устройство плавного пуска ABB PSR-25-600

Всем привет! Сегодня будет статья, в которой показан реальный пример использования устройства плавного пуска (мягкого пускателя) на практике. Плавный пуск электродвигателя установлен мною на реальном устройстве, приводятся фото и схемы.

Что это за устройство, я ранее подробно рассказывал в статье про мягкий пускатель. Напоминаю, что мягкий пускатель и устройство плавного пуска суть одно и то же устройство. Названия эти берутся от английского Soft Starter. В статье я буду называть этот блок и так, и эдак, привыкайте). Информации по устройствам плавного пуска в интернете достаточно, рекомендую также почитать здесь.

Моё мнение по пуску асинхронных двигателей, подтвержденное многолетними наблюдениями и практикой. При мощности двигателя более 4 кВт стоит подумать, чтобы обеспечить плавный разгон двигателя. Это нужно при тяжелой, инерционной нагрузке, которая как раз и подключается на вал такого двигателя. Если двигатель используется с редуктором, то ситуация полегче.

Простейший и самый дешевый вариант плавного пуска – вариант с включением двигателя через схему “Звезда-Треугольник”. Более “плавные” и гибкие варианты – устройство плавного пуска и преобразователь частоты (в народе – “частотник”). Есть ещё древний способ, который уже почти не применяется – двухскоростные двигатели.

Кстати, верный признак того, что двигатель питается через частотник – хорошо слышимый писк с частотой около 8 кГц, особенно на низких оборотах.

Я уже использовал устройство плавного пуска от Schneider Electric, был такой положительный опыт в моей деятельности. Тогда нужно было плавно включать/выключать длинный круговой конвейер с заготовками (двигатель 2,2 кВт с редуктором). Жаль, что фотоаппарата тогда не было под рукой. Но в этот раз всё рассмотрим очень детально!

Зачем понадобился плавный пуск двигателя

Итак, проблема — на котельной есть насосы подпитки котла водой. Всего два насоса, и включаются они по команде от системы слежения за уровнем воды в котле. Одновременно может работать только один насос, выбор насоса осуществляет оператор котельной путем переключения водяных кранов и электрических переключателей.

Насосы приводятся в действие обычными асинхронными двигателями. Асинхронные двигатели 7,5 кВт включаются через обычные контакторы (магнитными пускателями). А поскольку мощность большая, то пуск очень жесткий. Каждый раз при пуске возникает ощутимый гидроудар. Портятся и сами двигатели, и насосы, и гидросистема. Иногда такое ощущение, что трубы и краны сейчас разлетятся вдребезги.

Кроме того, когда котёл остывший, и в него резко подается горячая вода (так надо по технологии, около 95 °С), то происходят неприятные явления, напоминающие взрывообразное бурление.

Всего на котельной два идентичных котла, но во втором установлены частотники на насосы. Котлы (точнее, парогенераторы) вырабатывают пар с температурой более 115 °С и давлением до 14 кгс/см2.

Жаль, что конструкцией котла в электросхеме не предусмотрено было плавное включение двигателей насоса. Хотя котлы итальянские, на этом было решено сэкономить…

Повторюсь, что для плавного включения асинхронных двигателей мы имеем на выбор такие варианты:

  • схема «звезда-треугольник»
  • система плавного пуска (мягкий пуск)
  • частотный преобразователь (инвертор)

В данном случае необходимо было выбрать тот вариант, при котором бы было минимальное вмешательство в рабочую схему управления котлом.

Дело в том, что любые изменения в работе котла должны быть обязательно согласованы с производителем котла (либо сертифицированной организацией) и с надзорной организацией. Поэтому изменения должны быть внесены незаметно и без лишнего шума. Хотя, в систему безопасности я не вмешиваюсь, поэтому тут не так строго.

Мои постоянные читатели знают, что теперь, после сдачи экзаменов в Ростехнадзоре, я имею полное право выполнять работы по КИПиА в котельной.

Выбор устройства плавного пуска

Для начала посмотрим на шильдик двигателя:

Двигатель насоса, который подключается к схеме плавного пуска

Мощность двигателя – 7,5 кВт, обмотки соединены в схему “треугольник”, номинальный потребляемый при этом ток – 14,7А.

Вот как выглядела система пуска (“жёсткая”):

Система прямого пуска двигателей насосов

Напоминаю, что у нас два двигателя, и запускаются они контакторами 07КМ1 и 07КМ2. Контакторы снабжены блоками дополнительных контактов – для индикации и контроля включения.

В качестве альтернативы было выбрано устройство плавного пуска ABB PSR-25-600. Его максимальный ток – 25 Ампер, так что запас у нас хороший. Особенно, если учесть, что работать придётся в тяжелых условиях – количество пусков/стопов, высокая температура. Фото – в начале статьи.

Вот наклейка на софтстартере с параметрами:

А что там свежего в группе ВК СамЭлектрик.ру?

Подписывайся, и читай статью дальше:

Soft Starter ABB PSR-25-600 – параметры

  • FLA – Full Load Amps – значение силы тока при полной нагрузке – почти 25А,
  • Uc – рабочее напряжение,
  • Us – напряжение цепи управления.

Установка софтстартера

Примерил для начала:

Пробная установка блока плавного пуска

По высоте подходит один в один, по ширине тоже, только длина чуть больше, но место есть.

Теперь вопрос по цепям управления. Контакторы в исходной схеме включались напряжением 24 VAC, а наши АББ управляются напряжением минимум 100 VAC. Налицо необходимость промежуточного реле либо изменения напряжения питания цепи управления.

Однако, на официальном сайте ABB я нашёл схему, где показано, что это устройство способно работать и при 24 VAC. Попытал счастья – не получилось, не запускается…

Что же, ставим промежуточное реле, которое приводит напряжение к нужному уровню:

Пример монтажа системы плавного пуска электродвигателей

Вот с другого ракурса:

Пример монтажа системы плавного пуска электродвигателей

Вот и всё. Промежуточные реле обозвал 07КМ11 и 07КМ21. Кстати, они также нужны и для дополнительных цепей. Через них включаются индикаторы, и сухие контакты для внешнего устройства (пока не используются, в старой схеме – оранжевые провода).

Когда хотел управление использовать напрямую, без реле (24 VAC), планировал индикаторы включения пустить через контакты Com – Run, которые теперь остались неиспользованные.

Схемы плавного пуска

Вот исходная схема.

Схема жесткого пуска двигателей, через контакторы (исходная)

А вот как нехитро я изменил схему:

Схема с плавным пуском двигателей на софтстартерах

По настройкам – коротко. Тут три регулировки – время разгона, время замедления, и начальное напряжение.

Можно было бы использовать одно устройство плавного пуска, и контакторы выбора двигателя (переключать одно устройство на два двигателя). Но это усложнит и сильно изменит схему, и понизит надежность. Что для такого стратегического объекта, как котельная, очень важно.

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.

Фото корпуса

Ещё небольшой бонус – несколько фото внешнего вида устройства плавного пуска ABB PSR-25-600.

ABB PSR-25-600 – вид снизу

Опция – разъем и крепления для подключения вентилятора охлаждения, в случае больших нагрузок

ABB PSR-25-600 – входные силовые клеммы и клеммы питания и управления.

Крепёж на ДИН-рейку. Надежный и качественный, как и вся продукция ABB.

Пока всё, вопросы и критика в комментариях по плавному пуску электродвигателей приветствуются!

Устройства плавного пуска электродвигателя

УПП — преобразователь частоты

В различных механических, электромеханических, а также электротехнических, электронных оборудованиях, в котором используют плавный пуск или же остановку электродвигателя, присутствует небольшой момент страгивание ротора, который влияет на рабочие характеристики электродвигателя. Для более щадящего режима пуска используют специальные технические устройства плавного пуска двигателей. Пусковые устройства позволяют сделать ряд функций при работе электродвигателя:

пуск и остановка электродвигателя
  • универсальный плавный разгон электрического двигателя;
  • оптимальный режим остановки электрического двигателя;
  • уменьшение нагрузки тока пуска;
  • согласованный режим работы крутящегося момента с разрешимым моментом нагрузки электродвигателя.

В момент пуска электродвигателя, крутящий момент за считанные доли секунды, может достигать значения до 150-200%, который отличный от номинального показания. Данный фактор влияет на рабочие характеристики электродвигателя, и в некоторых случаях это приводит к выходу из строя электрической машины. При этом пусковое значение тока в 6-8 раз превышает номинальное значение, которое значительно влияет на нагрузку во всей системе электросети. Перепады напряжения могут создавать на всех участках сети явные проблемы, а если падение достаточно большое, то это чревато проблемой полного запуска электродвигателя (то есть электродвигатель может вовсе не запуститься).

Технические параметры устройства плавного пуска

Устройства плавного пуска двигателей ограничивают отрицательные моменты плавного пуска двигателей. Технические параметры устройства плавного пуска электродвигателей позволяют выдерживать строгие рамки запуска, которые предписаны для каждого электродвигателя. При этом параметры пуска будут соответствовать приближенным в техусловиях электродвигателя, то есть от нуля до номинального значения. Выдержка параметров запуска будет влиять на заданные значения в строго определенный временной промежуток, то есть, до полного запуска электродвигателя в нормальный режим работы.

устройства плавного пуска электродвигателяминимизируются гидравлические удары в системах трубопровода, задвижек

В электронном оборудовании добиться плавного хода можно за счет нарастания допустимого значения напряжения на обмотках электродвигателя. Данные свойства помогают удерживать в нормальном рабочем состоянии напряжение, ток и прочие параметры электрического двигателя. Таким образом, снижается риск перегрева электродвигателя, а также устраняются или минимизируются гидравлические удары в системах трубопровода, задвижек во время пуска, а также в момент остановки системы.

устройства плавного пуска электродвигателейпрямой пуск насоса

На сегодняшний день разработаны практически все типы устройства плавного пуска электродвигателей, ко всем типам, маркам, моделям электродвигателя. Подобрать необходимое устройство достаточно просто, необходимо знать основные рабочие параметры электродвигателя, а также конечное предназначение и роль электротехнического приспособления. Правильно подобранное устройство обеспечит долговечность службы электродвигателя, а также минимизирует отрицательные влияния электрики на всю систему обслуживания. Устройства плавного пуска для электродвигателя имеет большой диапазон функций, на сегодняшний день наиболее популярные устройства это — УПП, устройство, рассчитанное на мягкий пуск, система плавного пускателя, система мягкого пускателя, софтстартер.

Оцените качество статьи:

функции прибора и правила включения, отключение двигателя и плавное торможение

Широкое использование асинхронных трехфазных двигателей в различных механизмах и оборудовании часто сталкивается с проблемой резкого пуска силовой установки, что во многих случаях влияет на долговечность эксплуатации или приводит к выходу из строя приводимых в действие элементов.

Кроме того, при резком запуске, пусковой ток электродвигателя в несколько раз превышает его рабочие показатели и тем самым влияет на срок эксплуатации не только электрического оборудования, но и сетей, к которым он подключен. Для устранения этого недостатка и негативных его последствий для оптимальной работы применяют устройство плавного пуска (УПП) электродвигателя.

Функции прибора

Аппаратура, которая осуществляет процесс плавного пуска также реализует и функцию торможения, что тоже немаловажно для лояльной работы многих агрегатов на основе электрических приводов.

Софтстартеры, так называют устройства плавного пуска, реализованы на базе симисторов, которые в отличие от других схем запуска электродвигателя обеспечивает поступательный бесступенчатый разгон двигателя, ограничивая пусковой ток.

Этот принцип не только оптимизирует пусковой момент, но выполняет функции управления и защиты, а кроме того дает вполне определяемый экономический эффект.

Следует определить, что УПП в большинстве случаев реализует функции:

  • по ограничению пускового тока до 3 – 4,5 номинального значения,
  • понижению напряжения питания  при наличии соответствующего по мощности трансформатора и подводящих шин,
  • оптимизации пускового и тормозного момента,
  • аварийной защиты сети от токовых перегрузок,
  • предотвращение заклинивания вала электродвигателя.

При этом необходимо понимать, что УПП не может производить регулировку частоты вращения, реверсировать направление вращения, увеличивать пусковой момент и снижать пусковой ток до значения ниже, чем требуется для старта вращения ротора.

Плавный пуск электродвигателя может быть реализован несколькими вариантами включения симисторов в цепи управления и разделяется на однофазные, двухфазные и трехфазные схемы включения, каждая из которых имеет функциональные отличия и стоимость исполнения соответственно. Кроме того, при использовании для питания двигателя соединения типа «треугольник» существует возможность включить симистор в разрыв обмотки.

Симистор, как известно, представляет собой включенных два встречно параллельных тиристора с управляющим входным каналом. В схеме УПП тиристоры исполняют роль быстродействующих контакторов, которые включаются напряжением, а выключаются током.

Однофазная схема регулирования (рис.

1) предполагает запуск электродвигателя мощностью не более 11 кВт в том случае, если требуется смягчить пусковой удар, а уже торможение, длительный запуск и ограничения на пусковой ток не имеют значения, так как при этом варианте реализовать такие функции нет возможности. Подобные УПП в последнее время сняты с производства как следствие значительного удешевления полупроводниковых приборов, в том числе и тиристоров.

Двухфазные УПП (рис. 2) применяются для регулирования пуска двигателей мощностью до 250 кВт. Такие устройства, хотя иногда и снабжают байпасными контакторами (by pass) с целью удешевления, но этим решением не устраняют недостаток, заключенный в несимметричности питания каждой фазы,  что в итоге может привести к перегреву.

Самой совершенной схемой, осуществляющей не только мягкий пуск электродвигателя, но и обеспечивающей универсальное применение УПП, является трехфазное регулирование.

Мощность управляемых УПП двигателей ограничивается тепловой и электрической прочностью симисторов, а функциональность таких устройств позволяет реализовать множество решений.

в том числе динамическое торможение, подхват обратного хода и симметричность ограничений силы магнитного поля и тока.

Важной составляющей устройства плавного пуска является байпасный контактор, о котором упоминалось ранее, позволяющий создать наиболее комфортные условия, как для работы электродвигателей, так и для самого УПП.

Байпасный, или иначе ,обходной контактор (БК), предназначен для облегчения теплового режима системы плавного запуска для питания двигателя при выходе на установленные обороты.

Схематично включение БК выглядит, как указано на рисунке.

Варианты схем включения УПП в систему питания и управления электродвигателем

Стандартная схема включения устройства для плавного запуска электродвигателя предусматривает использование магнитного пускателя, теплового реле, быстродействующих предохранителей или автоматических выключателей, причем, последние должны иметь регулировку по токам перегрузки. Ниже на рисунках изображено принципиальное включение элементов УПП относительно обмоток электродвигателя по трех проводной и шести проводной схеме.

Схема включения, исключающая потерю мощности

В предложенной схеме используется шунтирующий пускатель, который обеспечивает работу двигателя после его выхода на установленное число оборотов и отключает устройство плавного пуска.

Важной характеристикой шунтирующего (байпасного) пускателя является то, что он в отличие от сетевого адаптера не должен проводить через себя пусковой ток и рассчитываются его параметры только по номинальной (установившейся)  нагрузке.

Подобная схема включения УПП является единственно правильной при управлении параллельно несколькими двигателями, которые должны работать в синхронном режиме. Кроме того байпасная схема рекомендуется к применению для двигателей большой мощности.

Современные устройства плавного пуска выпускаются с возможностью сопряжения с программируемыми контролерами и компьютерными системами через совместимый интерфейс и могут включаться по требованию оператора или общей системы управления.

Кроме всех преимуществ, отмеченных выше, стоит отметить, что изменение характеристик пусковых токов несет экономическую выгоду, которая определяется сохранностью оборудования и питающих сетей и может быть просчитана в долгосрочном режиме.

Источник: http://proelectrika.com/ustrojstvo-plavnogo-puska-elektrodvigatelya-html/

Схема тиристорного устройствоа плавного пуска асинхронного электродвигателя

Рассматриваемая в статье схема позволяет осуществить безударный пуск и торможение электродвигателя, увеличить срок службы оборудования и снизить нагрузку на электросеть. Плавный пуск достигается путём регулирования напряжения на обмотках двигателя силовыми тиристорами.

Устройства плавного пуска (УПП) широко применяются в различных электроприводах. Структурная схема разработанного УПП приведена на рисунке 1, а диаграмма работы УПП – на рисунке 2. Основой УПП являются три пары встречно-параллельных тиристоров VS1 – VS6, включенных в разрыв каждой из фаз. Плавный пуск осуществляется за счёт постепенного

увеличения прикладываемого к обмоткам электродвигателя сетевого напряжения от некоторого начального значения Uначдо номинального Uном. Это достигается путём постепенного увеличения угла проводимости тиристоров VS1 – VS6 от минимального значения до максимального в течение времени Тпуск, называемого временем пуска.

Обычно значение Uначсоставляет 30…60% от Uном, поэтому пусковой момент электродвигателя существенно меньше, чем в случае подключения электродвигателя на полное напряжение сети.

При этом происходит постепенное натяжение приводных ремней и плавное зацепление зубчатых колес редуктора.

Это благоприятно сказывается на снижении динамических нагрузок электропривода и, как следствие, способствует продлению срока службы механизмов и увеличению интервала между ремонтами.

Применение УПП также позволяет снизить нагрузку на электросеть, поскольку в этом случае пусковой ток электродвигателя составляет 2 – 4 номинала тока двигателя, а не 5 – 7 номиналов, как при непосредственном пуске. Это важно при питании электроустановок от источников энергии ограниченной мощности, например, дизель-генераторных установок, источников бесперебойного питания и трансформаторных подстанций малой мощности

(особенно в сельской местности). После завершения пуска тиристоры шунтируются байпасом (обходным контактором) К, благодаря чему в течение времени Траб на тиристорах не рассеивается мощность, а значит, экономится электроэнергия.

При торможении двигателя процессы происходят в обратном порядке: после отключения контактора К угол проводимости тиристоров максимален, напряжение на обмотках электродвигателя равно сетевому за вычетом падения напряжения на тиристорах.

Затем угол проводимости тиристоров в течение времени Тторм уменьшается до минимального значения, которому соответствует напряжение отсечки Uотс, после чего угол проводимости тиристоров становится равным нулю и напряжение на обмотки не подается.

На рисунке 3 приведены диаграммы тока одной из фаз двигателя при постепенном увеличении угла проводимости тиристоров.

На рисунке 4 приведены фрагменты принципиальной электрической схемы УПП. Полностью схема приведена на сайте журнала. Для её работы требуется напряжение трех фаз А, В, С стандартной сети 380 В частотой 50 Гц. Обмотки электродвигателя при этом могут быть соединены как «звездой», так и „треугольником“.

В качестве силовых тиристоров VS1 – VS6 применены недорогие приборы типа 40TPS12 в корпусе ТО-247 с прямым током Iпр= 35 А. Допустимый ток через фазу составляет Iдоп= 2Iпр= 70 А. Будем считать, что максимальный пусковой ток составляет 4Iном, откуда следует, что Iном < Iдоп/4 = 17,5 А.

Просматривая стандартный ряд мощностей электродвигателей, находим, что к УПП допустимо подключать двигатель мощностью 7,5 кВт с номинальным током фазы Iн= 15 А.

В случае, если пусковой ток превысит Iдоп (по причине подключения двигателя большей мощности или слишком малого времени пуска), процесс пуска будет остановлен, поскольку сработает автоматический выключатель QF1 со специально подобранной характеристикой.

Параллельно тиристорам подключены демпфирующие RC-цепочки R48, C20, C21, R50, C22, C23, R52, C24, C25, предотвращающие ложное включение тиристоров, а также варисторы R49, R51 и R53, поглощающие импульсы перенапряжения свыше 700 В. Обходные реле К1, К2, К3 типа TR91-12VDC-SC-C с номинальным током 40 А шунтируют силовые тиристоры после завершения пуска.

Питание системы управления осуществляется от трансформаторного блока питания, запитанного от межфазного напряжения Uав.

В блок питания входят понижающие трансформаторы TV1, TV2, диодный мост VD1, токоограничивающий резистор R1, сглаживающие конденсаторы С1, С3, С5, помехоподавляющие конденсаторы С2, С4, С6 и линейные стабилизаторы DA1 и DA2, обеспечивающие напряжение 12 и 5 В соответственно.

Система управления построена с применением микроконтроллера DD1 типа PIC16F873. Микроконтроллер выдаёт импульсы управления тиристорами VS1 – VS6 путём «зажигания» оптосимисторов ОРТ5-ОРТ10 (MOC3052).

Для ограничения тока в цепях управления тиристоров VS1 – VS6 служат резисторы R36 – R47. Импульсы управления подаются одновременно на два тиристора с задержкой относительно начала полуволны межфазного напряжения.

Цепи синхронизации с сетевым напряжением состоят из трёх однотипных узлов, состоящих из зарядных резисторов R13, R14, R18, R19, R23, R24, диодов VD3 – VD8, транзисторов VT1 – VT3, накопительных конденсаторов С17 – С19 и оптопар OPT2 – OPT4.

C выхода 4 оптопар OPT2, OPT3, OPT4 на входы микроконтроллера RC2, RC1, RC0 поступают импульсы длительностью примерно 100 мкс, соответствующие началу отрицательной полуволны фазных напряжений Uab, Ubc, Uca.

Диаграммы работы узла синхронизации приведены на рисунке 5. Если принять верхний график за сетевое напряжение Uав, то среднийграфик будет соответствовать напряжению на конденсаторе С17, а нижний – току через фотодиод оптопары ОРТ2.

Микроконтроллер регистрирует поступающие на его входы синхроимпульсы, определяет наличие, порядок чередования, отсутствие «слипания» фаз, а также производит расчёт времени задержки импульсов управления тиристорами.

Входы цепей синхронизации защищены от перенапряжения варисторами R17, R22 и R27.

С помощью потенциометров R2, R3, R4 задаются параметры, соответствующие диаграмме работы УПП, приведённой на рисунке 2; соответственно R2 – Tпуск, R3 – Тторм, R4 – Uначи Uотс.

Напряжения уставок с движков R2, R3, R4 поступают на входы RA2, RA1, RA0 микросхемы DD1 и преобразуются с помощью АЦП.

Время пуска и торможения регулируется в пределах от 3 до 15 с, а начальное напряжение – от нуля до напряжения, соответствующего углу проводимости тиристора в 60 электрических градусов. Конденсаторы С8 – С10 – помехоподавляющие.

Команда «ПУСК» подаётся путём замыкания контактов 1 и 2 разъёма XS2, при этом на выходе 4 оптопары OPT1 появляется лог.

1; конденсаторы С14 и С15 производят подавление колебаний, возникающих вследствие „дребезга“ контактов. Разомкнутому положению контактов 1 и 2 разъёма XS2 соответствует команда „СТОП“.

Коммутацию цепи управления запуском можно реализовать кнопкой с фиксацией, тумблером или контактами реле.

Силовые тиристоры защищены от перегрева термостатом B1009N с нормально-замкнутыми контактами, размещёнными на теплоотводе. При достижении температуры 80°С контакты термостата размыкаются, и на вход RC3 микроконтроллера поступает уровень лог. 1, свидетельствующий о перегреве.

Светодиоды HL1, HL2, HL3 служат индикаторами следующих состояний:

  • HL1 (зелёный) «Готовность» – отсутствие аварийных состояний, готовность к запуску;
  • HL2 (зелёный) «Работа» – мигающий светодиод означает, что УПП производит пуск или торможение двигателя, постоянное свечение – работа на байпасе;
  • HL3 (красный) «Авария» – свидетельствует о перегреве теплоотвода, отсутствии или „слипании“ фазных напряжений.

Включение обходных реле К1, К2, К3 производится путём подачи микроконтроллером лог. 1 на базу транзистора VT4.

Программирование микроконтроллера – внутрисхемное, для чего используется разъём XS3, диод VD2 и микропереключатель Дж1. Элементы ZQ1, C11, C12 образуют цепь запуска тактового генератора, R5 и С7 – цепь сброса по питанию, С13 осуществляет фильтрацию помех по шинам питания микроконтроллера.

На рисунке 6 приведён упрощённый алгоритм работы УПП.

После инициализации микроконтроллера вызывается подпрограмма Error_Test, которая определяет наличие аварийных ситуаций: перегрев теплоотвода, невозможность синхронизироваться с сетевым напряжением вследствие потери фазы, неверного подключения к сети или сильных помех.

Если аварийная ситуация не фиксируется, то переменной Error присваивается значение «0», после возврата из подпрограммы зажигается светодиод „Готовность“, и схема переходит в режим ожидания команды „ПУСК“.

После регистрации команды „ПУСК“ микроконтроллер производит аналого!цифровое преобразование напряжений уставок
на потенциометрах и расчёт параметров Тпуск и Uнач, после чего выдаёт импульсы управления силовыми тиристорами. По окончании пуска включается байпас. При торможении двигателя процессы управления выполняются в обратном
порядке.

Источник: http://www.zvezda-el.ru/articles/stati-ob-elektrotekhnike/tiristornoe-ustrojjstvo-plavnogo-puska-asinkhronnogo-elektrodvigatelja/

Схема плавного запуска трехфазного двигателя, выполненная на базе микросхем КР1182ПМ1

Устройства плавного пуска электродвигателя

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

Пусковые токи достигают значений в 7-10 раз выше, чем в рабочем режиме.

Это привод к «просаживанию» напряжения в питающей сети, что отрицательно сказывается не только на работе остальных потребителей, но и самого двигателя.

Время пуска затягивается, что может привести к перегреву обмоток и постепенному разрушению их изоляции. Это способствует преждевременному выходу электродвигателя из строя.

Устройства плавного пуска позволяют значительно снизить пусковые нагрузки на электродвигатель и электросеть, что особенно актуально в сельской местности либо при питании двигателя от автономной электростанции.

В момент запуска двигателя момент на его валу очень нестабилен и превышает номинальное значение более чем в пять раз.

Поэтому пусковые нагрузки исполнительных механизмов также повышены по сравнению с работой в установившемся режиме и могут достигать до 500 процентов.

Нестабильность момента при пуске приводит к ударным нагрузкам на зубья шестерен, срезанию шпонок и иногда даже к скручиванию валов.

Устройства плавного пуска электродвигателя значительно уменьшают пусковые нагрузки на механизм: плавно выбираются зазоры между зубьями шестерен, что препятствует их поломке. В ременных передачах также плавно натягиваются приводные ремни, что уменьшает износ механизмов.

Кроме плавного пуска на работе механизмов благотворно сказывается режим плавного торможения. Если двигатель приводит в движение насос, то плавное торможение позволяют избежать гидравлического удара при выключении агрегата.

Устройства плавного пуска промышленного изготовления

Устройства плавного пуска в настоящее время выпускается многими фирмами, например, Siemens, Danfoss, Scheider Electric. Такие устройства обладают многими функциями, которые программируются пользователем. Это время разгона, время торможения, защита от перегрузок и множество других дополнительных функций.

При всех достоинствах фирменных устройства обладают одним недостатком, — достаточно высокой ценой. Вместе с тем можно создать подобное устройство самостоятельно. Стоимость его при этом получится небольшой.

Устройство плавного пуска на микросхеме КР1182ПМ1

На основе микросхемы КР1182ПМ1 возможно создание достаточно простого устройства плавного пуска трехфазного электродвигателя. Схема устройства показана на Рис.1.

Рис.1. Схема устройства плавного пуска двигателя

Плавный пуск осуществляется при помощи постепенного увеличения напряжения на обмотках двигателя от нулевого значения до номинального. Это достигается за счет увеличения угла открывания тиристорных ключей за время, называемое временем запуска.

Описание схемы

В конструкции используется трехфазный электродвигатель 50 Гц, 350 В. Обмотки двигателя, соединенные «звездой», подключаются к выходным цепям, обозначенным на схеме как L1, L2, L3. Средняя точка «звезды» подключается к сетевой нейтрали (N).

Выходные ключи выполнены на тиристорах, включенных встречно-параллельно. В конструкции применены импортные тиристоры типа 40ТРS12. При небольшой стоимости они обладают достаточно большим током – до 35 А, а их обратное напряжение – 1200 В.

Кроме них в ключах присутствуют еще несколько элементов.

Их назначение следующее: демпфирующие RC-цепочки, включенные параллельно тиристорам, предотвращают ложные включения последних (на схеме это R8С11, R9С12, R10С13), а с помощью варисторов RU1- RU3 поглощаются коммутационные помехи, амплитуда которых превышает 500В.

В качестве управляющих узлов для выходных ключей используются микросхемы DA1-DA3 типа КР1182ПМ1. Конденсаторы С5-С10 внутри микросхемы формируют пилообразное напряжение, которое синхронизировано сетевым. Сигналы управления тиристорами в микросхеме формируются путем сравнения пилообразного напряжения с напряжением между выводами микросхемы 3 и 6.

Для питания реле К1-К3 в устройстве имеется блок питания, который состоит из нескольких элементов. Это трансформатор Т1, выпрямительный мостик 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

Сетевое напряжение на схему подается при замыкании силового выключателя Q1. Однако, двигатель еще не запускается. Это происходит потому, что обмотки реле К1…К3 пока обесточены, и их нормально-замкнутые контакты шунтируют выводы 3 и 6 микросхем DA1…DA3 через резисторы R1…R3. Это обстоятельство не дает заряжаться конденсаторам С1…С3, поэтому управляющие импульсы микросхемы не вырабатывают.

Пуск устройства в работу

При замыкании тумблера SA1 напряжение 12 В включает реле К1…К3. Их нормально-замкнутые контакты размыкаются, что обеспечивает возможность зарядки конденсаторов С1…С3 от внутренних генераторов тока.

Вместе с увеличением напряжения на этих конденсаторах увеличивается и угол открывания тиристоров. Тем самым достигается плавное увеличение напряжения на обмотках двигателя.

Когда конденсаторы зарядятся полностью, угол включения тиристоров достигнет максимальной величины, и частота вращения электродвигателя достигнет номинальной.

Отключение двигателя, плавное торможение

Для выключения двигателя следует разомкнуть выключатель SA1, Это приведет к отключению реле К1…К3. Их нормально – замкнутые контакты замкнутся, что приведет к разряду конденсаторов С1…С3 через резисторы R1…R3. Разряд конденсаторов будет длиться несколько секунд, за это же время произойдет останов двигателя.

При пуске двигателя в нулевом проводе могут протекать значительные токи.

Это происходит оттого, что в процессе плавного разгона токи в обмотках двигателя несинусоидальные, но особо бояться этого не стоит: процесс пуска достаточно кратковременный.

В установившемся же режиме этот ток будет много меньше (не более десяти процентов тока фазы в номинальном режиме), что обусловлено лишь технологическим разбросом параметров обмоток и «перекосом» фаз. От этих явлений избавиться уже невозможно.

Детали и конструкция

Для сборки устройства необходимы следующие детали:

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

В качестве реле К1…К3 подойдут любые с напряжением катушки 12 В, имеющие нормально-замкнутый или переключающий контакт, 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 следует поместить в пластмассовый корпус подходящих размеров, на лицевой панели которого разместить выключатель SA1 и светодиоды HL1 и HL2.

Подключение двигателя

Подключение выключателя Q1 и двигателя выполняется проводами, сечение которых соответствует мощности последнего. Нулевой провод выполняется тем же проводом, что и фазные. При указанных на схеме номиналах деталей возможно подключение двигателей мощностью до четырех киловатт.

Если предполагается использовать двигатель мощностью не более полутора киловатт, а частота пусков не будет превышать 10…15 в час, то мощность, рассеиваемая на тиристорных ключах незначительна, поэтому радиаторы можно не ставить.

Если же предполагается использовать более мощный двигатель или запуски будут более частыми, потребуется установка тиристоров на радиаторы, изготовленные из алюминиевой полосы. Если же радиатор предполагается использовать общий, то тиристоры следует изолировать от него при помощи слюдяных прокладок. Для улучшения условий охлаждения можно воспользоваться теплопроводящей пастой КПТ– 8.

Проверка и наладка устройства

Перед включением, прежде всего, следует проверить монтаж на соответствие принципиальной схеме. Это основное правило, и отступать от него нельзя.

Ведь пренебрежение этой проверкой может привести к куче обугленных деталей, и надолго отбить охоту делать «опыты с электричеством».

Найденные ошибки следует устранить, ведь все же эта схема питается от сети, а с нею шутки плохи. И даже после указанной проверки подключать двигатель еще рано.

Сначала следует вместо двигателя подключить три одинаковых лампы накаливания, мощностью 60…100 Вт. При испытаниях следует добиться, чтобы лампы «разжигались» равномерно.

Неравномерность времени включения обусловлена разбросом емкостей конденсаторов С1…С3, которые имеют значительный допуск по емкости. Поэтому лучше перед установкой сразу подобрать их с помощью прибора, хотя бы с точностью процентов до десяти.

Время выключения обусловлено еще сопротивлением резисторов R1…R3. С их помощью можно выровнять время выключения. Эти настройки следует выполнять в том случае, если разброс времени включения – выключения в разных фазах превышает 30 процентов.

Двигатель можно подключать лишь после того, как вышеуказанные проверки прошли нормально, не сказать бы даже на отлично.

Что можно еще добавить в конструкцию

Выше уже было сказано, что такие устройства в настоящее время выпускаются разными фирмами. Конечно, все функции фирменных устройств в подобном самодельном повторить невозможно, но одну все-таки, скопировать, наверно, удастся.

Речь идет о так называемом шунтирующем контакторе. Назначение его следующее: после того, как двигатель достиг номинальных оборотов, контактор просто перемыкает тиристорные ключи своими контактами.

Ток идет через них в обход тиристоров. Такую конструкцию часто называют байпасом (от английского bypass – обход). Для такого усовершенствования придется ввести дополнительные элементы в блок управления.

Источник: http://meandr.org/archives/9842

Плавный пуск электродвигателя

Электродвигатели – самые распространенные в мире электрические машины. Ни одно промышленное предприятие, ни один технологический процесс без них не обходится. Вращение вентиляторов, насосов, перемещение лент конвейеров, движение кранов – вот неполный, но уже весомый перечень задач, решаемых с помощью двигателей.

Однако есть один нюанс работы всех без исключения электромоторов: в момент старта они кратковременно потребляют большой ток, называемый пусковым.

Чем опасен пусковой ток электродвигателя

При подаче напряжения на обмотку статора скорость вращения ротора равна нулю. Ротор нужно стронуть с места и раскрутить до номинального частоты вращения. На это тратится значительно большая энергия, чем та, что нужна для номинального режима работы.

Под нагрузкой пусковые токи больше, чем на холостом ходу. К весу ротора прибавляется механическое сопротивление вращению от приводимого двигателем в движение механизма. На практике влияние этого фактора стремятся минимизировать. Например, у мощных вентиляторов на момент запуска автоматически закрываются шиберы в воздуховодах.

В момент протекания пускового тока из сети потребляется значительная мощность, расходуемая на выведение электродвигателя на номинальный режим работы. Чем мощнее электромотор, тем большая мощность для разгона ему требуется. Не все электрические сети переносят этот режим без последствий.

Перегрузка питающих линий неизбежно приводит к снижению напряжения в сети. Это не только еще более затрудняет процесс запуска электродвигателей, но и влияет на других потребителей.

Да и сами электродвигатели во время пусковых процессов испытывают повышенные механические и электрические нагрузки. Механические связаны с увеличением вращающего момента на валу. Электрические же, связанные с кратковременным увеличением тока, воздействуют на изоляцию обмоток статора и ротора, контактные соединения и пусковую аппаратуру.

Методы снижения пусковых токов

Маломощные электромоторы с недорогой пускорегулирующей аппаратурой вполне достойно запускаются и без применения каких-либо средств. Снижать их пусковые токи или изменять частоту вращения нецелесообразно экономически.

Но, когда влияние на режим работы сети в процессе запуска оказывается существенным, пусковые токи требуют снижения. Этого добиваются за счет:

  • применения электродвигателей с фазным ротором;
  • использование схемы для переключения обмоток со звезды на треугольник;
  • использование устройств плавного пуска;
  • использование частотных преобразователей.

Для каждого механизма подходит один или несколько указанных методов.

Электродвигатели с фазным ротором

Применение асинхронных электродвигателей с фазным ротором на участках работы с тяжелыми условиями труда – самая древняя форма снижения пусковых токов. Без них невозможна работа электрифицированных кранов, экскаваторов, а также – дробилок, грохотов, мельниц, редко запускающихся при отсутствии продукции в приводимом механизме.

Снижение пускового тока достигается за счет поэтапного вывода из цепи ротора резисторов. Первоначально, в момент подачи напряжения, к ротору подключено максимально возможное сопротивление. По мере разгона реле времени один за другим включают контакторы, шунтирующие отдельные резистивные секции. В конце разгона добавочное сопротивление, включенное к цепи ротора, равно нулю.

Крановые двигатели не имеют автоматического переключения ступеней с резисторами. Это происходит по воле крановщика, передвигающего рычаги управления.

Переключение схемы соединения обмоток статора

В брно (блок распределения начала обмоток) любого трехфазного электромотора выведено 6 выводов от обмоток всех фаз. Таким образом, их можно соединить либо в звезду, либо в треугольник.

За счет этого достигается некоторая универсальность применения асинхронных электродвигателей. Схема включения звездой рассчитывается на большую ступень напряжения (например, 660В), треугольником – на меньшую (в данном примере – 380В).

Но при номинальном напряжении питания, соответствующем схеме с треугольником, можно воспользоваться схемой со звездой для предварительного разгона электромотора. При этом обмотка работает на пониженном напряжении питания (380В вместо 660), и пусковой ток снижается.

Для управления процессом переключения потребуется дополнительный кабель в брно электродвигателя, так как задействуются все 6 выводов обмоток. Устанавливаются дополнительные пускатели и реле времени для управления их работой.

Частотные преобразователи

Первые два метода можно применить не везде. А вот последующие, ставшие доступными относительно недавно, позволяют осуществить плавный пуск любого асинхронного электродвигателя.

Частотный преобразователь – сложное полупроводниковое устройство, сочетающее силовую электронику и элементы микропроцессорной техники. Силовая часть выпрямляет и сглаживает сетевое напряжение, превращая его в постоянное. Выходная часть из этого напряжения формирует синусоидальное с изменяемой частотой от нуля до номинального значения – 50 Гц.

За счет этого достигается экономия электроэнергии: приводимые во вращение агрегаты не работают с избыточной производительностью, находясь в строго требуемом режиме. К тому же технологический процесс получает возможность тонко настраиваться.

Но важное в спектре рассматриваемой проблемы: частотные преобразователи позволяют осуществлять плавный пуск электродвигателя, без толчков и рывков. Пусковой ток полностью отсутствует.

Устройства плавного пуска

Устройство плавного пуска электродвигателя – это тот же частотный преобразователь, но с ограниченным функционалом. Работает он только при разгоне электродвигателя, плавно изменяя скорость его вращения от минимально заданного значения до номинальной.

Чтобы исключить бесполезную работу устройства по окончании разгона электродвигателя, рядом устанавливается шунтирующий контактор. Он подключает электродвигатель напрямую к сети после завершения запуска.

При выполнении модернизации оборудования – это самый простой метод. Он зачастую может быть реализован своими руками, без привлечения узкопрофильных специалистов. Устройство устанавливается на место магнитного пускателя, управляющего пуском электромотора. Может потребоваться замена кабеля на экранированный. Затем в память устройства вносятся параметры электромотора, и оно готово к действию.

А вот с полноценными частотными преобразователями справиться самостоятельно по силам не каждому. Поэтому их применение в единичных экземплярах обычно лишено смысла. Установка частотных преобразователей оправдана лишь при проведении общей модернизации электрооборудования предприятия.

Источник: http://ElectrikTop.ru/baza-znaniy/plavnyj-pusk-elektrodvigatelya.html

Плавный пуск для болгарки своими руками – экономия ваших средств и защита электроинструмента

В связи с особенностями конструкции, старт угловой шлифовальной машины сопряжен с высокими динамическими нагрузками. За счет массы рабочего диска, в начале вращения на ось редуктора действуют силы инерции. Это влечет за собой некоторые негативные моменты:

    1. Нагрузки на ось при резком старте создают инерционный рывок, который при большом диаметре и массе диска может вырвать электроинструмент из рук;

ВАЖНО! При запуске болгарки, всегда держите инструмент обеими руками, и будьте готовы к его удержанию. В противном случае можно получить травму. Данное предупреждение особенно актуально для тяжелых алмазных или стальных дисков.

    1. При резкой подаче рабочего напряжения на двигатель, возникает перегрузка по току, которая проходит после набора номинальных оборотов;

В результате чего изнашиваются щетки и перегреваются обе обмотки электромотора. При постоянном включении и выключении электроинструмента, перегрев может оплавить изоляцию обмоток и привести к короткому замыканию, с последующим дорогостоящим ремонтом.

    1. Большой крутящий момент при резком наборе оборотов преждевременно изнашивает шестерни редуктора УШМ;

В некоторых случаях возможно отламывание зубьев и заклинивание редуктора.

    1. Перегрузки, которые воспринимает рабочий диск, могут разрушить его при запуске двигателя.

Поэтому наличие защитного кожуха обязательно.

ВАЖНО! Во время запуска болгарки, открытый сектор кожуха должен быть направлен в сторону, противоположную от оператора.

Чтобы лучше понять механику работы, рассмотрим устройство болгарки на чертеже. Хорошо видны все элементы, испытывающие перегрузку при резком старте.

Схематический чертеж расположение рабочих органов и систем управления в болгарке

Для уменьшения пагубных воздействий резкого пуска, производители выпускают болгарки с регулировкой оборотов и плавным пуском.

Регулировка оборотов находится на рукоятке инструмента

Но таким приспособлением оснащаются лишь модели средней и высокой ценовой категории. Многие домашние мастера приобретают УШМ без регулятора и замедления пусковых оборотов.

Особенно это касается мощных экземпляров с диаметром отрезного диска более 200 мм. Такую болгарку мало того что тяжело удержать в руках во время запуска, износ механики и электрической части происходит гораздо быстрее.
Выход один – установить плавный пуск болгарки самостоятельно.

Существуют готовые заводские устройства с регулятором оборотов и замедлением старта двигателя при запуске.

Такие блоки устанавливаются внутрь корпуса, при наличии свободного места. Однако, большинство пользователей УШМ предпочитают изготавливать схему для плавного пуска болгарки самостоятельно, и подключать ее в разрыв питающего кабеля.

Как изготовить схему плавного пуска угловой шлифовальной машины своими руками

Популярная схема реализуется на основе управляющей микросхемы фазового регулирования КР118ПМ1, а силовая часть выполнена на симисторах. Такое устройство достаточно просто монтируется, не требует дополнительной настройки после сборки, а стало быть, изготовить ее может мастер без специализированного образования, достаточно уметь держать в руках паяльник.

Электрическая схема регулировки плавного пуска для болгарки

Предложенный блок можно подключить к любому электроинструменту, рассчитанному на переменное напряжение 220 вольт. Отдельный вынос кнопки питания не требуется, доработанный электроинструмент включается штатной клавишей. Схему можно установить как внутрь корпуса болгарки, таки и в разрыв питающего кабеля в отдельном корпусе.

При замыкании клавиши пуска болгарки, по общей цепи питания подается напряжение на микросхему DA1. На управляющем конденсаторе происходит плавное нарастание напряжения.

По мере заряда оно достигает рабочей величины. За счет этого тиристоры в составе микросхемы открываются не сразу, а с задержкой, время которой определяется зарядом конденсатора.

Симистор VS1, управляемый тиристорами, открывается с такой же паузой.

Посмотрите видео с подробным разъяснением как сделать и какую схему применить

В каждом полупериоде переменного напряжения, задержка уменьшается в арифметической прогрессии, в результате чего напряжение на входе в электроинструмент плавно возрастает. Этот эффект и определяет плавность запуска двигателя болгарки. Следовательно обороты диска возрастают постепенно, и вал редуктора не испытывает инерционного шока.

Время набора оборотов до рабочего значения определяется емкостью конденсатора С2. Величина 47 мкФ обеспечивает плавный пуск за 2 секунды. При такой задержке нет особого дискомфорта для начала работы с инструментом, и в то же время сам электроинструмент не подвергается избыточным нагрузкам от резкого старта.

После выключения УШМ, конденсатор С2 разряжается сопротивлением резистора R1. При номинале 68 кОм время разряда составляет 3 секунды. После чего устройство плавного пуска готово к новому циклу запуска болгарки.

Таким образом, в одном корпусе можно выполнить регулятор оборотов двигателя и устройство плавного пуска электроинструмента.

Остальные детали схемы работают следующим образом:

  • Резистор R2 контролирует величину силы тока, протекающую через управляющий вход симистора VS1;
  • Конденсаторы С1 и С2 являются компонентами управления микросхемой КР118ПМ1, используемыми в типовой схеме включения.

Для простоты и компактности монтажа, резисторы и конденсаторы припаиваются прямо к ножкам микросхемы.

Симистор VS1 может быть любым, со следующими характеристиками: максимальное напряжение до 400 вольт, минимальный пропускной ток 25 ампер. Величина тока зависит от мощности угловой шлифовальной машины.

По причине плавного пуска болгарки, ток не будет превышать номинального рабочего значения для выбранного электроинструмента. Для экстренных случаев, например, заклинивания диска УШМ – необходим запас по току. Поэтому значение номинальной величины в амперах следует увеличить вдвое.

Номиналы радиодеталей, использованных в предлагаемой электросхеме – испытаны на УШМ мощностью 2 кВт. Запас по мощности имеется до 5 кВт, это связано с особенностью работы микросхемы КР118ПМ1.
Схема рабочая, многократно исполненная домашними мастерами.

Источник: http://obinstrumente.ru/elektroinstrument/bolgarka/plavnyj-pusk-dlya-bolgarki-svoimi-rukami.html

Устройство плавного пуска электродвигателя :

Характерным для любого электродвигателя в процессе запуска является многократное превышение тока и механической нагрузки на приводимое в действие оборудование. При этом также возникают перегрузки питающей сети, создающие просадку напряжения и ухудшающие качество электроэнергии. Во многих случаях требуется устройство плавного пуска (УПП).

Необходимость плавного пуска электродвигателей

Статорная обмотка является катушкой индуктивности, состоящей из активного сопротивления и реактивного. Значение последнего зависит от частоты подаваемого напряжения. При запуске двигателя реактивное сопротивление изменяется от нуля, а пусковой ток имеет большую величину, многократно превышающую номинальный.

Момент вращения также велик и может разрушить приводимое в движение оборудование. В режиме торможения также появляются броски тока, приводящие к повышению температуры статорных обмоток. При аварийной ситуации, связанной с перегревом двигателя, возможен ремонт, но параметры трансформаторной стали изменяются и номинальная мощность снижается на 30 %.

Поэтому необходим плавный пуск.

Запуск электродвигателя переключением обмоток

Обмотки статора могут соединяться «звездой» и «треугольником». Когда у двигателя выведены все концы обмоток, можно снаружи коммутировать схемы «звезда» и «треугольник».

Устройство плавного пуска электродвигателя собирается из 3 контакторов, реле нагрузки и времени.

Электродвигатель запускается по схеме «звезда», когда контакты К1 и К3 замкнуты. Через интервал, заданный реле времени, К3 отключается и производится подключение схемы «треугольник» контактором К2. При этом двигатель выходит на полные обороты. Когда он разгоняется до номинальных оборотов, пусковые токи не такие большие.

Недостатком схемы является возникновение короткого замыкания при одновременном включении двух автоматов. Этого можно избежать, применив вместо них рубильник. Для организации реверса нужен еще один блок управления. Кроме того, по схеме «треугольник» электродвигатель больше нагревается и жестко работает.

Частотное регулирование скорости вращения

Вал электродвигателя вращается магнитным полем статора. Скорость зависит от частоты питающего напряжения. Электропривод будет работать эффективней, если дополнительно менять напряжение.

В состав устройства плавного пуска асинхронных двигателей может входить частотный преобразователь.

Первой ступенью устройства является выпрямитель, на который подается напряжение трехфазной или однофазной сети. Он собирается на диодах или тиристорах и предназначен для формирования пульсирующего напряжения постоянного тока.

В промежуточной цепи пульсации сглаживаются.

В инверторе выходной сигнал преобразуется в переменный заданной частоты и амплитуды. Он работает по принципу изменения амплитуды или ширины импульсов.

Все три элемента получают сигналы от электронной схемы управления.

Принцип действия УПП

Увеличение пускового тока в 6-8 раз и вращающего момента требуют применения УПП для выполнения следующих действий при запуске или торможении двигателя:

  • постепенное увеличение нагрузки;
  • снижение просадки напряжения;
  • управление запуском и торможением в определенные моменты времени;
  • снижение помех;
  • защита от скачков напряжения, при пропадании фазы и др.;
  • повышение надежности электропривода.

Устройство плавного пуска двигателя ограничивает величину напряжения, подаваемого в момент пуска. Оно регулируется путем изменения угла открытия симисторов, подключенных к обмоткам.

Пусковые токи необходимо снижать до величины, не более чем в 2-4 раза превышающей номинал.

Наличие байпасного контактора предотвращает перегрев симисторов после его подключения после того, как двигатель раскрутится. Варианты включения бывают одно-, двух- и трехфазные.

Каждая схема функционально отличается и имеет разную стоимость. Наиболее совершенным является трехфазное регулирование. Оно наиболее функционально.

Недостатки УПП на симисторах:

  • простые схемы применяются только с небольшими нагрузками или при холостом запуске;
  • продолжительный запуск приводит к перегреву обмоток и полупроводниковых элементов;
  • момент вращения вала снижается и двигатель может не запуститься.

Виды УПП

Наиболее распространены регуляторы без обратной связи по двум или трем фазам. Для этого предварительно устанавливается напряжение и время пуска.

Недостатком является отсутствие регулирования момента по нагрузке на двигатель.

Эту проблему решает устройство с обратной связью наряду с выполнением дополнительных функций снижения пускового тока, создания защиты от перекоса фаз, перегрузки и пр.

Наиболее современные УПП имеют цепи непрерывного слежения за нагрузкой. Они подходят для тяжело нагруженных приводов.

Выбор УПП

Большинство УПП — это регуляторы напряжения на симисторах, различающиеся функциями, схемами регулирования и алгоритмами изменения напряжения. В современных моделях софтстартеров применяются фазовые методы регулирования электроприводов с любыми режимами пуска. Электрические схемы могут быть с тиристорными модулями на разное количество фаз.

Одно из самых простых — это устройство плавного пуска с однофазным регулированием через один симистор, позволяющее только смягчать механические ударные нагрузки двигателей мощностью до 11 кВт.

Двухфазное регулирование также смягчает механические удары, но не ограничивает токовые нагрузки. Допустимая мощность двигателя составляет 250 кВт. Оба способа применяются из расчета приемлемых цен и особенностей конкретных механизмов.

Многофункциональное устройство плавного пуска с трехфазным регулированием имеет самые лучшие технические характеристики. Здесь обеспечивается возможность динамического торможения и оптимизации его работы. В качестве недостатков можно отметить только большие цены и габариты.

В качестве примера можно взять устройство плавного пуска Altistart. Можно подобрать модели для запуска асинхронных двигателей, мощность которых достигает 400 кВт.

Устройство выбирается по номинальной мощности и режиму работы (нормальный или тяжелый).

Выбор УПП

Основными параметрами, по которым выбираются устройства плавного пуска, являются:

  • предельная сила тока УПП и двигателя должны быть правильно подобраны и соответствовать друг другу;
  • параметр количества запусков в час задается как характеристика софтстартера и не должен превышаться при эксплуатации двигателя;
  • заданное напряжение устройства не должно быть меньше сетевого.

Упп для насосов

Устройство плавного пуска для насоса предназначено преимущественно для снижения гидравлических ударов в трубопроводах. Для работы с приводами насосов подходят УПП Advanced Control. Устройства практически полностью устраняют гидроудары при заполненных трубопроводах, позволяя увеличить ресурс оборудования.

Плавный запуск электроинструментов

Для электроинструмента характерны высокие динамические нагрузки и большие обороты. Его наглядным представителем является угловая шлифовальная машинка (УШМ). На рабочий диск действуют значительные силы инерции в начале вращения редуктора. Большие перегрузки по току возникают не только при запуске, но и при каждой подаче инструмента.

Устройство плавного пуска электроинструмента применяется только для дорогих моделей. Экономичным решением является его установка своими руками. Это может быть готовый блок, который помещается внутри корпуса инструмента. Но многие пользователи собирают простую схему самостоятельно и подключают ее в разрыв питающего кабеля.

При замыкании цепи двигателя, на регулятор фазы КР1182ПМ1 подается напряжение и начинает заряжаться конденсатор С2. За счет этого симистор VS1 включается с задержкой, которая постепенно уменьшается. Ток двигателя плавно нарастает и обороты набираются постепенно. Двигатель разгоняется примерно за 2 сек. Мощность, отдаваемая в нагрузку, достигает 2,2 кВт.

Устройство можно применять для любого электроинструмента.

Выбирая устройство плавного пуска, необходимо анализировать требования к механизму и характеристикам электродвигателя. Характеристики производителя находятся в прилагаемой к оборудованию документации. Ошибки при выборе быть не должно, поскольку нарушится функционирование устройства. Важен учет диапазона скоростей, чтобы выбрать лучшее сочетание преобразователя и двигателя.

Источник: https://www.syl.ru/article/287360/new_ustroystvo-plavnogo-puska-elektrodvigatelya

Применение асинхронного двигателя

Плавный запуск однофазного асинхронного двигателя

Эти твердотельные переключатели управляются по фазе так же, как и диммеры, в том смысле, что они включаются на часть каждого цикла. Среднее напряжение регулируется изменением угла проводимости переключателей. Увеличение угла проводимости увеличивает среднее выходное напряжение. Управление средним выходным напряжением с помощью твердотельных переключателей имеет ряд преимуществ.Одним из основных преимуществ является значительное повышение эффективности по сравнению с пускателем с первичным сопротивлением из-за низкого напряжения в открытом состоянии твердотельных переключателей.

Плавный запуск однофазного асинхронного двигателя Блок-схема

Необходимые аппаратные компоненты этого проекта включают операционный усилитель, оптоизоляторы, тиристоры, регулятор напряжения, трансформатор, диоды, светодиоды, резисторы, конденсаторы, плавный запуск лампы однофазного асинхронного двигателя.

Блок-схема плавного пуска однофазного асинхронного двигателя

Основная цель плавного пуска асинхронного двигателя - защитить асинхронный двигатель подачей низкого напряжения при пуске с последующим постепенным увеличением напряжения, чтобы двигатель мог работать плавно.Из-за подачи резкого напряжения при пуске двигатель может выйти из строя, а иногда и обмотки могут сгореть. Следовательно, проект направлен на обеспечение плавного пуска двигателя за счет использования концепции управления углом зажигания SCR.

Блок питания

Блок питания 230 В переменного тока сначала понижается до 12 В переменного тока с помощью понижающего трансформатора. Затем он преобразуется в постоянный ток с помощью мостового выпрямителя. Пульсации переменного тока отфильтровываются с помощью конденсатора и передаются на входной контакт регулятора напряжения 7812.На выходе этого регулятора мы получаем постоянное напряжение 12 В постоянного тока, которое используется для различных микросхем в этом проекте.

Блок питания

Асинхронный двигатель
  • Однофазная индукционная машина - наиболее часто используемый двигатель для холодильников, стиральных машин, часов, дрелей, компрессоров, насосов и т. Д.
  • Статор однофазного двигателя имеет многослойный железный сердечник с двумя перпендикулярно расположенными обмотками.
  • Один основной и
  • Другая - вспомогательная обмотка или пусковая обмотка
  • Эти «однофазные» двигатели действительно двухфазные.В двигателе используется ротор с короткозамкнутым ротором, имеющий ламинированный железный сердечник с прорезями. Алюминиевые стержни отформованы в пазах и закорочены с обоих концов кольцом.

Асинхронный двигатель

Устройство плавного пуска
  • Устройство плавного пуска - это еще одна разновидность пускателя пониженного напряжения для асинхронных двигателей переменного тока.
  • Устройство плавного пуска аналогично пускателю с первичным сопротивлением или первичным реактивным сопротивлением в том, что оно включено последовательно с источником питания двигателя.
  • Ток на пускателе равен току на выходе.
  • В устройстве плавного пуска используются твердотельные устройства для управления током и, следовательно, напряжением, подаваемым на двигатель.
  • Устройства плавного пуска
  • подключаются последовательно с линейным напряжением, подаваемым на двигатель, или могут быть подключены внутри треугольного контура двигателя, подключенного треугольником, контролируя напряжение, подаваемое на каждую обмотку.
  • Управление напряжением достигается с помощью полупроводниковых переключателей переменного тока, включенных последовательно с одной или несколькими фазами.
Кремниевый выпрямитель
  • Кремниевый управляемый выпрямитель (или полупроводниковый управляемый выпрямитель) представляет собой четырехслойное твердотельное устройство, которое контролирует ток.
  • SCR можно рассматривать как обычный выпрямитель, управляемый стробирующим сигналом
  • Это 4-х слойное 3-х полюсное устройство
  • Когда напряжение между затвором и катодом превышает определенный порог, устройство включается и проводит ток.
  • Работа SCR может быть понята с точки зрения пары тесно связанных биполярных переходных транзисторов
  • SCR имеет три состояния:
  • Режим обратной блокировки, режим прямой блокировки и режим прямой проводки

SCR

Компаратор
  • Операционные усилители и компараторы очень похожи
  • Но компаратор дает логический выход, показывающий относительные потенциалы на двух его входах
  • Операционный усилитель усиливает дифференциальное напряжение между двумя своими входами и всегда предназначен для использования в приложениях с обратной связью.
  • Делители потенциалов подключены к инвертирующим и неинвертирующим входам операционного усилителя, чтобы обеспечить на этих выводах некоторое напряжение.
  • Напряжение питания подается на + V, а –V подключается к земле.
  • Выход этого компаратора будет иметь высокий логический уровень (т. Е. Напряжение питания), если вход неинвертирующего терминала больше, чем вход инвертирующего терминала компаратора.
  • Если вход инвертирующего терминала больше, чем вход неинвертирующего терминала, то на выходе компаратора будет низкий логический уровень (т. Е. GND).

Компаратор

Оптрон

Оптопара представляет собой 6-контактную ИС.Это комбинация 1 светодиода и DIAC. Контакт 5 обычно не используется, и когда свет падает на DIAC, он включает DIAC. Когда логический ноль подается на вход светодиода, свет не падает на DIAC, поэтому DIAC выключен, что означает, что ток не течет через DIAC. Когда логическая 1 подается на вход светодиода, свет, излучаемый светодиодом, падает на DIAC, поэтому он начинает проводить, то есть теперь через DIAC будет протекать ток.

Оптрон

Рабочий проект асинхронного двигателя

Предлагаемая система предназначена для защиты асинхронного двигателя путем медленной подачи напряжения от низкого до высокого для запуска уровня.Асинхронный двигатель при первом запуске потребляет ток, намного превышающий его возможности.

Это указывает на то, что двигатель напрямую определяет скорость, что приводит к высокому механическому давлению, а также к повреждению обмоток двигателя. В некоторых случаях обмотки также могут быть повреждены. Плавный запуск двигателя основан на принципе управления углом зажигания SCR.

Плавный запуск однофазного асинхронного двигателя

Этот проект включает два антипараллельных тиристора, которые последовательно соединены с асинхронным двигателем к источнику питания.В начале, угол открытия сильно задерживается из-за полученных задержанных импульсов от операционного усилителя (операционного усилителя). Он работает в режиме компаратора, который противопоставляет импульсы нулевого напряжения для увеличения пилообразного напряжения.

Кроме того, эта форма волны оценивается в зависимости от изменяющегося напряжения путем зарядки и разрядки конденсатора, чтобы продлить задержанные импульсы для активации тиристоров. В этом проекте вместо асинхронного двигателя для демонстрации предлагается лампа.

Кроме того, этот проект можно улучшить, используя 6 тиристоров, по два последовательно соединенных для каждой фазы.

Звезда-треугольник, плавный пуск, частотно-регулируемый привод… Как сделать плавный пуск электродвигателя? - Судовая автоматика

Есть несколько методов плавного пуска электродвигателей. В этой серии статей я опишу наиболее популярные решения. Во-первых, самый главный вопрос: зачем нам устройства плавного пуска? В традиционном методе запуска электродвигателя полное напряжение, ток и крутящий момент применяются сразу же, когда замыкаются главные контакты. Проблема начинается, когда двигатель является более крупным потребителем.Большой пусковой ток очень часто в 6-7 раз превышает номинальный. Кроме того, пусковой крутящий момент вызывает дополнительную вибрацию оборудования, на котором работает электродвигатель. Чтобы устранить эти проблемы, мы можем использовать разные типы устройств плавного пуска.

Впервые использованный годами, это пускатель со звезды на треугольник. Это наиболее часто используемый метод запуска трехфазных асинхронных электродвигателей. Причина использования - снижение напряжения при запуске больших двигателей. Физическая реконфигурация обмоток двигателя при пуске позволяет снизить коэффициент крутящего момента, пусковой ток на 3.Таким образом, электродвигатель запускается в звездном режиме и перестраивается на соединение треугольником. После перенастройки мотор работает нормально.

Устройство плавного пуска состоит из цепи питания и управления. Функция силовой цепи - подавать мощность на электродвигатель. Силовая цепь содержит три контактора, таймер и тепловую перегрузку. Контакторы меньше одного традиционного контактора для прямого подключения. Функция цепи управления - это управление силовой цепью. Схема управления состоит из управления пуском / остановом, управления контакторами и таймера.Это переходный процесс переключения.

Схема питания настолько проста, что, как мне кажется, в более подробных объяснениях не нуждается. Управление дельта-звездой может быть реализовано двумя разными способами. Может управляться с открытым переходом или с закрытым переходом.

На рисунках показаны цепи питания и управления с разомкнутым переходом. Что важно в этом типе подключения, так это пауза между контакторами звезды и треугольника. Эта функция выполняется таймером. Важно, чтобы тормоз при переключении был не слишком долгим.В период переключения двигатель должен работать без нагрузки. Пока это происходит, он будет работать как генератор, поэтому он будет генерировать собственное напряжение. В момент повторного подключения к источнику питания генерируемое напряжение может складываться или уменьшаться с напряжением источника питания. В течение нескольких миллисекунд будут происходить скачки и скачки напряжения. Название этого физического явления - переходные процессы.

Для запуска двигателя звездой-треугольником управляющее напряжение должно пройти через контакты реле перегрузки. Когда кнопка останова не используется, напряжение подается на кнопку запуска.Активация кнопки пуска, передача напряжения на катушку реле таймера, и одновременно напряжение пропускает нормально замкнутые контакты реле таймера через вспомогательный таймер. Контакт 1 для подачи питания на звездообразную катушку. Активация катушки «звезда» замыкает вспомогательный контакт «звезда», и на главную катушку подается напряжение, а основной вспомогательный контакт замыкается. После того, как таймер заканчивает отсчет времени, дополнительный контакт 1 таймера размыкается, а контакт 2 дополнительного таймера замыкается. Катушка звезды потеряла напряжение, а катушка треугольника запитана. С этого момента двигатель работает с полной нагрузкой.Двигатель остановится автоматически в случае перегрузки или может быть остановлен нажатием кнопки.

Схема с закрытым переходом выглядит и работает несколько иначе. Требуется 4 контактора и наборы резисторов. Этот метод используется для уменьшения величины переходных процессов переключения, и конструкция системы выглядит так, как показано ниже.

Самым большим преимуществом соединения звезда-треугольник является то, что оно простое, эффективное (потребляет двукратный пусковой ток) и дешево по сравнению с другими методами.Но это не идеальное решение. Низкий пусковой момент, обрыв питания (переходные процессы), высокая передача и пики тока. Это решение будет использоваться еще долгое время, но уже есть лучшие решения, которые обеспечивают более плавное управление и устраняют проблемы, возникающие при соединении звезда-треугольник. Но об этом в следующей части, посвященной устройствам плавного пуска.

Основы устройства плавного пуска, принцип работы с примерами и преимуществами

Устройство плавного пуска - это любое устройство, которое управляет ускорением электродвигателя с помощью управления приложенным напряжением.

А теперь напомним вкратце о необходимости иметь стартер для любого двигателя.

Асинхронный двигатель может запускаться самостоятельно из-за взаимодействия между потоком вращающегося магнитного поля и потоком обмотки ротора, вызывая высокий ток ротора при увеличении крутящего момента. В результате статор потребляет большой ток, и к тому времени, когда двигатель достигает полной скорости, потребляется большой ток (превышающий номинальный ток), что может вызвать нагрев двигателя и, в конечном итоге, его повреждение.Чтобы этого не произошло, нужны пускатели двигателей.

Пуск двигателя может осуществляться тремя способами

  • Подача напряжения полной нагрузки через определенные промежутки времени: Прямой пуск от сети
  • Постепенная подача пониженного напряжения: Пускатель звезда-треугольник и устройство плавного пуска
  • Пуск с применением части обмотки: Пускатель автотрансформатора
Определение плавного пуска

Теперь давайте обратим наше особое внимание на плавный пуск.

С технической точки зрения устройство плавного пуска - это любое устройство, уменьшающее крутящий момент, прилагаемый к электродвигателю.Обычно он состоит из твердотельных устройств, таких как тиристоры, для управления подачей напряжения питания на двигатель. Пускатель работает по тому, что крутящий момент пропорционален квадрату пускового тока, который, в свою очередь, пропорционален приложенному напряжению. Таким образом, крутящий момент и ток можно регулировать, уменьшая напряжение во время запуска двигателя.

С помощью устройства плавного пуска может быть два типа управления:

Открытое управление : Пусковое напряжение подается с течением времени, независимо от потребляемого тока или скорости двигателя.Для каждой фазы два SCR подключаются друг к другу, и SCR сначала проводятся с задержкой 180 градусов в течение соответствующих полуволновых циклов (для которых проводит каждый SCR). Эта задержка постепенно уменьшается со временем, пока подаваемое напряжение не возрастет до полного напряжения питания. Это также известно как система изменения напряжения во времени. Этот метод не имеет значения, поскольку он не контролирует ускорение двигателя.

Управление по замкнутому контуру : Любая из выходных характеристик двигателя, таких как потребляемый ток или скорость, отслеживается, и пусковое напряжение изменяется соответствующим образом для получения требуемого отклика.Ток в каждой фазе контролируется, и если он превышает определенную уставку, изменение напряжения по времени останавливается.

Таким образом, основной принцип устройства плавного пуска состоит в том, чтобы контролировать угол проводимости тиристоров, подачу напряжения питания.

2 Компоненты базового устройства плавного пуска
  • Выключатели мощности , такие как тиристоры, которые должны управляться по фазе, чтобы они применялись для каждой части цикла. В трехфазном двигателе по два тиристора соединены спина к каждой фазе.Коммутационные устройства должны иметь номинальное значение, как минимум, в три раза превышающее линейное напряжение.
  • Логика управления , использующая ПИД-контроллеры или микроконтроллеры или любую другую логику для управления приложением напряжения затвора к тринистору, то есть для управления углом срабатывания тринистора, чтобы он работал в требуемой части цикла напряжения питания. .
Рабочий пример электронной системы плавного пуска для трехфазного асинхронного двигателя

Система состоит из следующих компонентов.

  • Два спина к спине SCR для каждой фазы, то есть всего 6 SCR.
  • Логическая схема управления в виде двух компараторов LM324 и LM339 для создания уровня и линейного напряжения и оптоизолятора для управления приложением напряжения затвора к каждому тиристору в каждой фазе.

Схема источника питания для обеспечения необходимого напряжения питания постоянного тока.

Блок-схема, показывающая электронную систему плавного пуска для трехфазного асинхронного двигателя

Напряжение уровня генерируется с помощью компаратора LM324, инвертирующий вывод которого подается с использованием источника постоянного напряжения, а неинвертирующий вывод подается через конденсатор, подключенный к коллектору транзистора NPN. .Зарядка и разрядка конденсатора приводят к соответствующему изменению выходного сигнала компаратора и изменению уровня напряжения с высокого на низкий. Напряжение этого выходного уровня подается на неинвертирующую клемму другого компаратора LM339, на инвертирующую клемму которого подается линейно нарастающее напряжение. Это линейное напряжение создается с помощью другого компаратора LM339, который сравнивает пульсирующее напряжение постоянного тока, приложенное к его инвертирующему выводу, с чистым постоянным напряжением на его неинвертирующем выводе и генерирует опорный сигнал нулевого напряжения, который преобразуется в линейный сигнал путем зарядки и разрядки электролитный конденсатор.

Компаратор 3 rd LM339 выдает сигнал высокой ширины импульса для каждого напряжения высокого уровня, который постепенно уменьшается по мере уменьшения напряжения уровня. Этот сигнал инвертируется и подается на оптоизолятор, который подает стробирующие импульсы на тиристоры. По мере падения уровня напряжения ширина импульса оптоизолятора увеличивается, и чем больше ширина импульса, тем меньше задержка, и постепенно тиристор срабатывает без какой-либо задержки. Таким образом, управляя длительностью между импульсами или задержкой между приложениями импульсов, регулируется угол включения SCR и регулируется подача тока питания, таким образом регулируя выходной крутящий момент двигателя.

Весь процесс представляет собой систему управления без обратной связи, в которой время подачи импульсов запуска затвора на каждый тиристор регулируется в зависимости от того, насколько раньше линейное напряжение снижается от уровня напряжения.

Преимущества мягкого старта

Теперь, когда мы узнали о том, как работает электронная система плавного старта, давайте вспомним несколько причин, по которым она предпочтительнее других методов.

    • Повышенный КПД : КПД системы плавного пуска с твердотельными переключателями выше из-за низкого напряжения в открытом состоянии.
    • Управляемый запуск : Пусковой ток можно плавно регулировать, легко изменяя пусковое напряжение, что обеспечивает плавный запуск двигателя без рывков.
  • Управляемое ускорение : Ускорение двигателя регулируется плавно.
  • Низкая стоимость и размер : Это обеспечивается за счет использования твердотельных переключателей.

Устройства плавного пуска | Области применения и типы устройств плавного пуска

Типы устройств плавного пуска

Существует пять основных разновидностей устройств плавного пуска:
  1. Первичный резистор
  2. Автотрансформатор
  3. Деталь обмотки
  4. Дельта Уай
  5. Твердотельный
1.) Первичный резистор -
Этот простой агрегат, разработанный в начале 1900-х годов, является одним из первых устройств плавного пуска, введенных в эксплуатацию. На рис. 4 показано, что существует резистор для каждой из трех фаз тока. Резисторы препятствуют прохождению тока. При запуске двигателя резисторы сопротивляются протекание тока, приводящее к падению напряжения. При запуске на клеммы двигателя подается примерно 70% сетевого напряжения.Таймер закрывает набор контактов после того, как двигатель разогнался до заданной точки. Это убирает резисторы из схемы и дает полную мощность через мотор. Пускатели с первичными резисторами известны своим плавным пуском. Они предлагают двухточечное ускорение или одну ступень сопротивления. За сверхплавный запуск, добавление дополнительных ступеней резисторов и контакторов.

2.) Автотрансформатор -
Пуск автотрансформатора - один из самых эффективных методов плавного пуска. Это предпочтительнее, чем запуск через первичный резистор, когда пусковой ток, потребляемый от линии, должен поддерживаться на минимальном уровне, но при этом требуется максимальный пусковой крутящий момент на каждый линейный ампер. Вместо с помощью резисторов этот пускатель использует отводы на обмотках трансформатора для управления мощностью, подаваемой на двигатель.Отводы обычно настраиваются для обеспечения 80%, 65% и 50% напряжения сети соответственно.

Эти отводы обеспечивают встроенную гибкость. Активация любого из трех ответвлений на обмотках позволяет подавать на двигатель разное количество тока. На рис. 6 на двигатель подается напряжение через второй из трех ответвлений. Пускатели этого типа могут подавать больший ток на двигатель. чем другие устройства плавного пуска, сохраняя при этом низкое напряжение.Трансформатор увеличивает ток, делая его больше, чем ток на входе линии. во время запуска. 3.) Деталь обмотки -
Метод частичной намотки требует разделения обмоток двигателя на два или более отдельных набора. Эти идентичные комплекты обмоток предназначены для параллельной работы. При запуске питание подается только на один комплект обмоток. Когда двигатель набирает обороты, питание подается на другая обмотка для нормальной работы.Когда обмотки запитываются таким образом, они производят пониженный пусковой ток и пониженный пусковой момент. Большинство двигателей с двойным напряжением (230 В / 460 В) совместимы с пускателем с частичной обмоткой на 230 В.

4.) Уай-дельта -
Пуск звезда-треугольник требует, чтобы двигатель имел точки подключения к каждой из трех обмоток катушки. Они специально намотаны шестью выводы для соединений Delta и Wye.На рис. 8 показаны конфигурации обмоток при их подключении при запуске.

Она называется звездообразной конфигурацией, потому что имеет форму буквы «Y». Это соединение приводит к тому, что линейное напряжение подается на электрически увеличенная обмотка, уменьшающая линейный ток. Он обеспечивает 33% нормального пускового момента и 58% нормального пускового момента. Напряжение.

По истечении заданного времени пускатель электрически переключает обмотки на конфигурацию треугольника.Эта конфигурация напоминает Греческая буква «дельта». Обмотки подключаются в обычном режиме работы, при этом каждая обмотка получает полное напряжение.

Важным моментом для этого пускателя является точка перехода, когда стартер переключается с звезды на треугольник, двигатель ДОЛЖЕН отключите и снова подключите. Этот тип стартера звезда-треугольник известен как открытый переход и может иметь кратковременное срабатывание сцепления, что позволяет кратковременный бросок тока.

Closed Transition - еще один тип стартера звезда-треугольник. В нем используется дополнительный контактор и набор резисторов, чтобы двигатель оставался включенным во время переход. Это устраняет проблемы с пусковым током, а стоимость немного выше, чем у версии с открытым переходом. 5.) Твердотельный -
Новейший метод плавного пуска - твердотельный. Он заменяет механические компоненты электрическими компонентами.Ключ - кремний Управляющий выпрямитель или SCR. Во время разгона двигателя это устройство контролирует напряжение двигателя, ток и крутящий момент. На рис.11 показано, как твердое тело Устройство плавного пуска в состоянии управляет потребляемым током и пусковым моментом. SCR может быстро переключать большие токи. Это позволяет устройство плавного пуска, обеспечивающее плавное плавное ускорение - самый плавный из всех методов плавного пуска. Порядок событий при запуске двигателя (ТВЕРДОЕ СОСТОЯНИЕ):

  1. Стартовые контакты (C1) закрыть
  2. SCR постепенно включаются и управляют ускорением двигателя, пока он не достигнет полной скорости
  3. Рабочие контакты (C2) замыкаются, когда тиристоры полностью включены
  4. Двигатель подключается непосредственно к линии и работает с полной мощностью, подаваемой на клеммы двигателя

Техника управления | Плавный запуск и остановка двигателей

Фрэнк Дж.Бартос 1 сентября 2005 г.

КРАТКИЙ ОБЗОР
  • Снижение пускового тока двигателя

  • Не пренебрегайте плавной остановкой

  • Регулировка изменения крутящего момента

  • Твердотельные пускатели уменьшают размер блока

  • Байпасный контактор отключает нагрев

  • Диагностика, связь

К веским причинам не запускать (или останавливать) асинхронные двигатели переменного тока при полном входном напряжении относятся воздействие чрезвычайно высоких токов заторможенного ротора и крутящих моментов, составляющих до 230% от крутящего момента полной нагрузки.Твердотельные устройства плавного пуска пониженного напряжения (SSRV) служат для смягчения разрушительного воздействия таких очень высоких пусковых токов двигателя и возникающих в результате механических нагрузок на подключенное оборудование или компоненты системы.

Многие новые устройства плавного пуска не должны быть рассчитаны на длительную работу. Встроенный байпасный контактор срабатывает после того, как двигатель достигает рабочей скорости, соединяя двигатель с линией, после чего пускатель может быть выключен. Роль устройств плавного пуска в области защиты и диагностики также возрастает благодаря твердотельным элементам управления, используемым в качестве логического механизма.Однако кремниевые выпрямители (SCR) остаются основными силовыми компонентами.

Компания ABB Inc. делает упор на более широкую функцию устройств плавного пуска в качестве релейных устройств защиты двигателя. «Сейчас ожидается, что устройства плавного пуска будут делать больше, чем просто плавный пуск / останов асинхронных двигателей», - говорит Пол Терри, менеджер по продукции ABB Low Voltage Products & Systems. Терри перечисляет дисбаланс фаз, реверс фаз, обрыв фазы и мгновенные отключения в условиях перегрузки / недогрузки среди защитных функций, обеспечиваемых устройствами плавного пуска высшего уровня - на основе входных значений тока двигателя, напряжения и температуры.В устройствах ABB серии PST запрограммированный пользователем временной порог и более точные датчики двигателя ограничивают ложное срабатывание.

Чарльз Форсгард, директор отдела управления двигателями Североамериканского операционного подразделения Schneider Electric, отмечает, что устройства SSRV изначально имели простую конструкцию с линейным нарастанием напряжения, которая обеспечивала «более мягкий» механический пуск и снижение пускового тока двигателя, но их эффект зависел от характеристики ведомой нагрузки. «Если двигатель был слегка нагружен, не могло быть никакого эффекта« плавного пуска »», - говорит он.

Новый подход ориентирован на линейное изменение крутящего момента, а не на методы линейного изменения напряжения. Он основан на алгоритме управления нового поколения, способном определять мощность и коэффициент мощности, используя информацию о напряжении и токе двигателя, из которых устройство плавного пуска получает реальную мощность статора, потери статора и, как следствие, реальную мощность, подаваемую на ротор. «Мощность, подаваемая на ротор, используется для расчета фактического крутящего момента двигателя, и пускатель SSRV будет следить за изменением крутящего момента до тех пор, пока нагрузка двигателя не превышает установленный предел тока», - продолжает Форсгард.

При линейном изменении крутящего момента контроллер крутящего момента (см. Диаграмму) использует введенные оператором значения номинального крутящего момента двигателя, начального крутящего момента и предельного крутящего момента - вводимые в блоке «задание / изменение крутящего момента» - плюс время изменения крутящего момента, чтобы генерировать желаемое крутящий момент двигателя. «Затем контроллер используется для управления включением тиристора в соответствии с фактическим крутящим моментом двигателя по сравнению с желаемым значением», - заявляет Фосгард. «[Важно], крутящий момент двигателя больше не зависит строго от приложенного напряжения двигателя или его характеристик скорости-момента, а увеличивается в соответствии с заданным темпом.”

Балансировка полярности, устройства меньшего размера

Последней особенностью устройств плавного пуска SSRV в компании Siemens Energy and Automation Inc. является запатентованный метод управления, называемый «балансировкой полярности». Двухфазное управление обеспечивает плавный и бесшумный запуск за счет создания однородных пусковых характеристик двигателя (скорость, крутящий момент и ток), что позволяет избежать использования компонентов постоянного тока, отмечает Стив Кох, менеджер по продукции RVSS Starters в Siemens E&A.

Для максимальной гибкости и адаптируемости к изменяющимся нагрузкам система плавного пуска SSRV от Schneider Electric позволяет настраивать начальный крутящий момент, предел крутящего момента и время разгона пользователем.

Он объясняет, что ток, возникающий в результате перекрытия двух контролируемых фаз, будет течь в третьей неуправляемой фазе, что приведет к асимметричному распределению трехфазных токов во время запуска двигателя. Кроме того, силовые полупроводники, переключающиеся в двух контролируемых фазах, создают компоненты постоянного тока, которые могут привести к нежелательному шуму двигателя при пусковом напряжении ниже 50%. Сообщается, что балансировка полярности устраняет эти эффекты во время запуска. (Двухфазное управление часто используется в устройствах плавного пуска из соображений экономии.)

«Акустическое качество процесса пуска практически соответствует качеству пуска с трехфазным управлением. Это возможно благодаря непрерывной динамической регулировке или уравновешиванию полуволн тока различной полярности во время запуска двигателя », - говорит Кох.

Среди недавних разработок, отмеченных Джеффом Лавлейсом, менеджером по продукции приводов в Baldor Electric Co., являются более компактные устройства плавного пуска с той же выходной мощностью благодаря значительно меньшим размерам тиристоров. Он также упоминает более быструю логику управления благодаря более широкому использованию более дешевых микропроцессоров и программированию устройств плавного пуска с клавиатуры вместо использования потенциометров.«Поскольку микропроцессор является встроенным, мы можем настроить управляющий выход, чтобы улучшить коэффициент мощности при работе с небольшой нагрузкой», - заявляет Лавлейс. Он называет это «оптимизацией», которая позволяет избежать перенапряжения двигателя.

Дуглас Йейтс, специалист по продукции Danfoss North America Motion Controls, упоминает об инновационной технологии с низким тепловым расширением (LTE), в которой используются новые материалы для практически устранения эффектов теплового расширения (и других проблем), возникающих при использовании типичной технологии микросхем питания, используемых в обычных источниках питания реле.Он объясняет, что чрезмерное тепло, выделяемое силовым чипом, может привести к усталости металла из-за разной степени теплового расширения чипа, теплопровода и зажима-держателя тока. «Кроме того, воздушные карманы в процессе пайки могут создавать горячие точки на кристалле, что также может ухудшить производительность и вызвать поломки».

Конструкция

LTE включает меньшее количество точек пайки для увеличения теплоотвода. Сообщается, что новый однократный процесс вакуумной пайки предотвращает образование воздушных карманов и горячих точек.Технология LTE, используемая в устройствах плавного пуска Danfoss MCI, обеспечивает скорость переключения твердотельных реле и длительный срок службы устройства. «Эта технология может в 10 раз дольше обычных твердотельных реле, что означает значительно большую надежность и долговечность для заказчика», - говорит Йейтс.

Встроенный байпас

Стив Литцау, менеджер по продукции Rockwell Automation, подчеркивает компактность и более высокую функциональность пускателей SS по сравнению с устройствами предыдущего поколения. Современные конструкции имеют встроенный байпас, который открывается при достижении двигателем полной скорости, чтобы уменьшить потери мощности (тепла) в полупроводниковой силовой части.Это означает, что корпуса гораздо меньше по размеру и не требуют специального охлаждения. В Литзау около 75-80% новых стартеров выпускаются со встроенным байпасом. «Этот процент продолжает расти», - говорит он, добавляя, что «твердотельные пускатели обычно имеют встроенные настраиваемые входы / выходы; и вместо того, чтобы работать в автономном режиме, их можно настраивать, контролировать и использовать для обеспечения обратной связи по мониторингу через сети, такие как DeviceNet ».

Eaton Corp. также считает заслуживающим внимания «режим обхода работы» устройств плавного пуска.Эта функция, входящая в линейку продуктов IT (Intelligent Technologies), значительно снижает тепло, выделяемое пускателем, что сводит к минимуму размеры корпуса и затраты. «Кроме того, байпасный контактор является внутренним по отношению к устройству плавного пуска, что устраняет необходимость в дополнительных устройствах, дополнительно уменьшает размеры корпуса и минимизирует время установки», - говорит Родни Партейн, менеджер по продукции, управление мощностью. В низковольтных устройствах плавного пуска Eaton для ИТ (таких как S752, S801 и S811) используется управление катушкой с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) 24 В постоянного тока для байпасного контактора, который, как утверждается, потребляет минимальную мощность всего 5 Вт в установившемся режиме.«Катушки ШИМ в сочетании с эффективным источником питания работают, чтобы уменьшить негативное влияние сбоев в электрической системе и защитить от потери мощности», - добавляет он.

Низковольтные устройства плавного пуска IT (упомянутые выше) и среднего напряжения MV801 имеют плавное управление пуском / остановом и гибкие защитные функции. По словам Партейна, стартер S811 добавляет возможности связи через модуль цифрового интерфейса (DIM), который включает простой в использовании интерфейс оператора. DIM позволяет пользователям безопасно настраивать, вводить в эксплуатацию, контролировать и устранять неполадки в своей системе.S811 подключается к различным сетям, включая DeviceNet, Ethernet и Profibus, с помощью встроенных коммуникационных возможностей Cutler-Hammer QCPort (Quick Connect).

Стой тихо, тоже

Все авторы статьи отметили важность функций «плавного останова» в пускателях SSRV, в частности, для уменьшения шумных, разрушительных эффектов гидравлического удара в насосных установках.

Терри из ABB считает, что «плавным остановом» часто пренебрегают установщики и пользователи, хотя многие устройства плавного пуска предлагают эту функцию.Это может быть связано с «опасением» частого изменения заводских настроек по умолчанию через сложные интерфейсы или просто из-за недостаточной осведомленности о преимуществах плавного останова. Чтобы изменить этот эффект, ABB включила текстовый HMI (интерфейс) в свои стартовые устройства серии PST, чтобы помочь оператору / установщику выполнить настройку путем выбора из четко сформулированных групп программирования на основе приложений, наиболее подходящих для приложения (см. Фото) .

Лавлейс из Baldor соглашается с «скрытой» возможностью плавной остановки. «Большинство людей рассматривают возможность использования« плавного пуска »именно для этой цели, чтобы запустить двигатель.Они не осознают преимуществ, которые он предлагает для плавной остановки груза », - говорит он. Преимущества включают предотвращение механических нагрузок на машину при резкой остановке двигателя.

Ограничение более ранних (линейных по напряжению) пускателей SSRV также распространено на плавный останов из-за отсутствия реального контроля замедления. По словам Форсгарда из Schneider Electric, это особенно важно при работе с малонагруженными двигателями. Однако при современном управлении крутящим моментом линейно уменьшающаяся рампа крутящего момента пускателя SSRV может замедлить нагрузку центробежного насоса.«Постепенное снижение скорости позволяет координировать закрытие обратного клапана, не вызывая гидроудара», - добавляет Форсгард. Устройство плавного пуска постоянно контролирует крутящий момент нагрузки двигателя, чтобы быть готовым к запуску линейного замедления нагрузки насоса, когда оно получает команду останова, даже если двигатель загружен только на 60-70%.

Siemens предлагает три способа остановки двигателей в своих пускателях Sirius: выбег до остановки, плавный останов и инжекция постоянного тока. Новый Sirius 3RW44 сочетает в себе торможение впрыском постоянного тока и управление крутящим моментом с обратной связью (при котором напряжение постепенно снижается с помощью программного обеспечения и обратной связи по току), чтобы обеспечить быструю остановку приводных нагрузок.Акцент на плавной остановке во многом зависит от области применения. «Мягкая остановка особенно важна для гидравлических насосов, чтобы избежать гидроудара», - говорит Кох.

В стартере

Sirius 3RW44 используется регулирование крутящего момента с обратной связью, чтобы предотвратить резкое изменение давления воды при выключении насоса или уменьшить механические нагрузки на остановленную конвейерную ленту. Сименс также упоминает фрезерные станки как требующие оптимального торможения. Например, когда фрезерная головка с двигателем мощностью 15 кВт, которая обрабатывает отверстия в алюминиевом блоке двигателя автомобиля, выключается, происходит длительное время остановки из-за высокого момента инерции фрезерной головки.В результате недопустимы длительные простои при смене инструмента или настройке станка. «Управление крутящим моментом с обратной связью и динамическое торможение постоянным током используются в стартере Siemens 3RW44, чтобы сократить длительное время остановки машины», - добавляет Кох.

Напротив стартовой

Плавный останов - прямая противоположность плавному пуску, отмечает Йейтс, от Данфосс. Линейное напряжение, подаваемое на двигатель, постепенно снижается до нуля (или предварительно установленной нижней точки), чтобы продлить время остановки двигателя. Семейство Ci-tronic от Danfoss относится к устройствам управления двигателями, которые обеспечивают плавный останов и плавный пуск с легко регулируемой точностью.Время разгона / торможения может быть установлено от 0,5 до 10 секунд, а пусковой крутящий момент регулируется в пределах 0-85% от номинального крутящего момента. Кроме того, функция «кик-старта» (полный крутящий момент прилагается в течение 200 мс) доступна для приложений с высоким крутящим моментом отрыва, таких как нагруженные конвейеры и упаковочные машины.

По словам Йейтса, контроллеры

Ci-tronic обрабатывают приложения с частыми запусками и остановками. «Многие такие контроллеры включают технологию переключения через нуль (контактор всегда переключается при нулевом напряжении) для обеспечения оптимальной скорости и точности», - добавляет он.

Rockwell Automation также указывает на способность устройств плавного пуска сокращать, а также увеличивать время остановки двигателя. В то время как многие приложения стремятся избежать внезапных остановок, другие полагаются на торможение для более быстрой остановки, чтобы повысить производительность или эффективность работы. Литцау предлагает пример ленточной пилы, в которой торможение быстрее, чем торможение по инерции до упора, может помочь в обслуживании и минимизировать общее время простоя.

«Слишком много продуктов ориентированы исключительно на плавный пуск и не обсуждают преимущества плавного останова», - говорит Партейн из Eaton.Устройства плавного пуска Cutler-Hammer IT предлагают различные варианты останова. S801 и MV801 включают опцию управления насосом, в которой сложные алгоритмы, как сообщается, сводят к минимуму скачки давления, вызывающие гидравлический удар при запуске или останове насосов. Кроме того, опция торможения постоянным током контроллера плавного пуска S701 позволяет быстро останавливать высокоинерционные нагрузки и устранять механический тормоз, объясняет Партейн.

Безопасное управление 24 В постоянного тока

Использование низковольтного постоянного тока для фактического управления устройствами плавного пуска обеспечивает защиту оператора и соответствие стандартам безопасности.Постоянное напряжение чаще всего преобразуется внутри устройства, однако некоторые производители предлагают внешнее (прямое) исполнение на 24 В постоянного тока.

Eaton уже некоторое время является сторонником низковольтного управления постоянным током, представив в 1999 году семейство устройств плавного пуска IT Soft Starts исключительно с управлением 24 В постоянного тока ( CE , июль 1999 г., стр. 9-10). Этот тип управления исключает опасность для персонала при работе с системами управления. «Кроме того, использование управления 24 В постоянного тока упрощает соблюдение норм NEC и OSHA», - говорит Партейн.«С глобальной точки зрения, одно постоянное напряжение позволяет обойтись без необходимости преобразовывать различные входные переменные напряжения, используемые во всем мире». В низковольтных пускателях Eaton S752, S801 и S811 используется управление напряжением 24 В постоянного тока.

Примерно в то же время компания ABB начала использовать управление напряжением 24 В постоянного тока. Его устройства плавного пуска получают низкое постоянное напряжение, как правило, через внутренний источник питания переменного тока в постоянный, пониженный на плате управления. В новой серии PST внутренний источник питания имеет широкий вход 100–250 В переменного тока, подходящий для мировых рынков. «Безопасность оператора остается неизменной, поскольку все выходные контакты находятся под напряжением 24 В постоянного тока», - объясняет Терри.«Это дает лучшее из обоих методов - простоту 110 В переменного тока (или 220 В) и безопасность 24 В постоянного тока», - добавляет он.

Baldor’s Lovelace считает, что внедрение управления 24 В постоянного тока зависит от рынка. Пользователи в США высоко ценят управление 120 В переменного тока, в то время как европейские пользователи, побуждаемые особыми правилами, ищут устройства управления 24 В постоянного тока. «Чтобы ваш контроль работал на обоих рынках, может потребоваться дополнительное оборудование», - говорит он, добавляя, что новые системные интеграторы в США уделяют внимание низковольтному контролю постоянного тока.

Litzau в Rockwell Automation видит, что управление низковольтным постоянным током, во многом схожее с возможностями связи, становится все более популярным в твердотельных пускателях. «Низкое напряжение обеспечивает более высокую степень защиты контроллера от случайного контакта», - говорит он. «Это также позволяет пользователям использовать тот же источник питания, что и архитектура связи для общего управления». Rockwell предлагает управление 24 В постоянного и 120–240 В переменного тока для своих устройств плавного пуска.

Снижение стоимости технологии частотно-регулируемых приводов (VFD) - и ее доступ к «микро» размерам - в течение некоторого времени упоминалось как потенциальная угроза жизнеспособности пускателей электродвигателей.С добавлением управления крутящим моментом к устройствам плавного пуска SSRV, Schneider Electric по-прежнему видит непрерывность, существующую для этих устройств, за счет того же сокращения затрат и размеров, что и для частотно-регулируемых приводов. «Привлекательность устройств плавного пуска SSRV сохранится, особенно в приложениях с большой мощностью, где не требуется регулирование скорости процесса», - добавляет Форсгард.

Litzau соглашается с тем, что пускатели SS сохранят свою жизнеспособность в качестве альтернативы управлению двигателем для пуска с частотно-регулируемым приводом или пускателей с прямым / полным напряжением. «Они являются отличным решением, когда управление скоростью двигателя не требуется, но когда пользователи и OEM-производители по-прежнему хотят управлять запуском или остановкой двигателей на своем оборудовании.Кроме того, твердотельные пускатели вырабатывают меньше гармоник и имеют меньшую стоимость установки, чем контроллеры с регулируемой частотой », - заключает он.

Как повысить эффективность электродвигателей

Первый промышленный электродвигатель, вероятно, считался прорывом в свое время, даже несмотря на то, что было много возможностей для улучшения. По мере развития технологий производители двигателей разработали более совершенные двигатели, которые потребляют меньше энергии и требуют меньших затрат.Хотя для производителей вполне естественно использовать новейшие технологии при создании электродвигателей, возможности для дальнейшего совершенствования методов производства сыграли важную роль в повышении эффективности этих двигателей.

Рассмотрим следующую статистику:

  • Мировой рынок электротехники оценивался в более чем 70 миллиардов долларов в 2015 году и, как ожидается, будет расти со среднегодовыми темпами роста (CAGR) в 4,2 процента с 2017 по 2025 год.
  • По оценкам, к 2035 году мировое потребление электроэнергии достигнет 35 триллионов киловатт-часов, и почти 28 процентов будут использоваться электродвигателями.
  • Девяносто процентов установленных двигателей работают непрерывно на полной скорости и используют механические системы для регулирования мощности.

Будущее определенно выглядит многообещающим!

Прежде чем перейти к изучению эффективности электродвигателей, важно больше узнать об общих двигателях, используемых в промышленности.

Простой двигатель постоянного тока преобразует электрическую энергию постоянного тока в механическую. Обычно он оснащен большим количеством катушек, что делает его эффективным.Тем не менее, это может привести к большим потерям энергии из-за трения между коллектором и щетками, а также потери крутящего момента при определенных углах. Кроме того, если двигатель застрянет при попытке поднять тяжелый груз, катушки ротора могут легко перегреться и расплавиться. Вот почему в ряде промышленных и тяжелых бытовых приборов используются электродвигатели.

Как производители могут экономить электроэнергию с помощью электродвигателей

Конструкция электродвигателя и способ его использования являются двумя определяющими факторами, которые помогают экономить электроэнергию.Давайте сначала посмотрим на аспект дизайна.

Использование медных обмоток в обмотках статора

Что касается проводимости двигателя, всегда лучше использовать медные катушки, чем устаревшие алюминиевые. Это связано с тем, что проводимость алюминия ниже, чем у меди. Чтобы не отставать от медных катушек, алюминиевые магнитные провода могут нуждаться в большем поперечном сечении, чтобы они могли обеспечивать такой же уровень проводимости. Обмотки, намотанные алюминиевой проволокой, могут иметь больший объем по сравнению с двигателем того же размера с медной проволокой.

Если вы все еще используете алюминиевые обмотки, убедитесь, что концы алюминиевого магнитного провода правильно подключены. Алюминий окисляется намного быстрее, чем другие металлы, и если алюминиевый порошок подвергается воздействию воздуха, он полностью окисляется всего за несколько дней и оставляет после себя тонкий белый порошок.

Для правильного соединения, обеспечивающего хорошую проводимость, оксидный слой алюминиевого магнита необходимо проткнуть, чтобы предотвратить дальнейший контакт алюминия с воздухом.

Конечно, достижение КПД двигателя - это больше, чем просто выбор между алюминиевой и медной обмотками. Несколько производителей разработали обжимные соединители с прокалкой под высоким давлением для повышения эффективности. Это было сделано для того, чтобы алюминиевые обмотки не отставали от своих медных аналогов. Хотя двигатели с алюминиевыми обмотками могут сравниться по мощности с медными, это требует времени и денег. Алюминий также требует большего количества витков и провода большего диаметра, что не всегда может быть экономичным.

Если двигатель должен работать время от времени или в течение короткого времени, а эффективность и объем не имеют значения, использование алюминиевых магнитных проводов может иметь смысл. В противном случае всегда следует отдавать предпочтение медным обмоткам.

Использование медных стержней в роторе

Когда дело доходит до роторов, медь также дает преимущество в эффективности. Медные роторы предпочтительны для энергоэффективных производств в развитых и развивающихся странах, где электричество часто бывает дефицитным и дорогостоящим.Медные роторы - лучший выбор по сравнению с алюминиевыми с точки зрения качества двигателя, надежности, стоимости, эффективности и срока службы.

Прецизионная обработка движущихся деталей

Обработка влечет за собой удаление материала из секционного блока до очень переносимого вещества. Прецизионное оборудование необходимо для достижения высочайшего допуска при наименьшей измеримой степени. Будь то резка металла или добыча угля, прецизионное оборудование может обеспечить точность, необходимую для производства материалов в желаемых количествах.Движущиеся части машины потребуют своевременного обслуживания для максимальной производительности и эффективности. Техническое обслуживание должно выполняться только специалистами, при этом должен требоваться осмотр всех частей.

Использование высококачественной стали для роторов и статоров

Высокотехнологичная электротехническая сталь необходима для производства экономичных статоров и роторов, используемых во множестве электродвигателей. Этот тип стали обеспечивает высокую магнитную проницаемость и низкие потери мощности для первоклассных характеристик.Однако потери мощности в электротехнической стали все же могут возникать. Вихревые токи, также называемые токами Фуко, вступают в игру, когда магнитное поле изменяется. Прокатка стали до более тонкой толщины контролирует эти вихревые токи и снижает потери тока. Это особенно верно для прикладных частот, превышающих стандартные 50 или 60 герц.

Сохранение ротора и статора как можно ближе друг к другу

Благодаря высокоточному производству производители могут удерживать ротор и статор как можно ближе друг к другу, не касаясь друг друга.Когда скорость вращения достигает нескольких тысяч оборотов в минуту, электротехническая сталь в роторе может испытывать огромные нагрузки. Высокое напряжение особенно ощущается в областях около пазов для магнитов, где узкое оборудование удерживает магниты на месте.

В асинхронных двигателях передача энергии происходит через воздушный зазор между статором и двигателем. Воздушный зазор необходим для минимизации сопротивления. Небольшой воздушный зазор приведет к меньшим потерям энергии и повышению эффективности.Общая магнитная связь между статором и ротором увеличивается по мере уменьшения воздушного зазора. Более высокая потокосцепление приводит к уменьшению потерь энергии и повышению эффективности. Меньший зазор также помогает избежать шума.

Больше катушек делают двигатели более эффективными

Провода в фазных обмотках двигателей малой мощности тоньше. Однако количество витков катушки должно быть большим, чтобы увеличить магнитодвижущую силу или плотность тока. Сопротивление фазных обмоток и плотность потерь мощности также выше, чем у двигателей большой мощности.Следовательно, маломощные двигатели с высокими скоростями потребуют большей магнитодвижущей силы. Это означает, что потребуется больше катушек и большее количество витков с тонким проводом, который обеспечивает более высокую плотность тока.

Использование частотно-регулируемых приводов

Приводы с регулируемой скоростью (VSD) или приводы с регулируемой скоростью - это тяжелые промышленные электродвигатели. Их скорость можно регулировать с помощью внешнего контроллера. Эти приводы используются для управления технологическим процессом, поскольку они помогают экономить энергию на предприятиях, где используется множество электродвигателей.

VSD обычно используются в качестве энергосберегающих насосов и вентиляторов, поскольку они улучшают технологические операции, особенно там, где необходимо регулирование потока. Они также обеспечивают возможность плавного пуска, что снижает электрические напряжения и провалы напряжения в сети, которые обычно встречаются при пусках электродвигателей под напряжением, особенно при работе с высокоинерционными нагрузками.

Как пользователи электродвигателей могут обеспечить эффективность

Как упоминалось ранее, то, как электродвигатели используются производителями, промышленными предприятиями и домовладельцами, будет определять их эффективность.Ниже приведены некоторые конкретные шаги, которые пользователи могут предпринять для обеспечения эффективности и долговечности двигателя:

Использование интеллектуальных двигателей с соответствующим пускателем / контроллером двигателя

Хотя интеллектуальные двигатели широко используются и доступны, крайне важно выбрать наиболее подходящий вариант, чтобы свести к минимуму время простоя, повысить эффективность и снизить затраты. Промышленные инженеры знают, какое бремя потребления электроэнергии двигателями может сказаться на их эксплуатационных расходах. Чтобы смягчить это, они часто используют технологии управления двигателями, которые используют только необходимое количество энергии для запуска двигателей, выявления диагностических данных и сокращения времени простоя.По мере того как пускатели двигателей становятся все более популярными, технология пускателей двигателей также приобретает все большее значение.

Ниже приведены несколько важных вопросов, которые следует рассмотреть перед принятием решения о потенциальных областях применения электродвигателей:

Будет ли приложение требовать управления скоростью, даже если двигатель работает на определенной скорости?

Требования к контролю скорости должны быть определены как можно раньше. Некоторые устройства плавного пуска имеют ограниченное управление низкой скоростью между пуском и остановкой.Важно помнить, что рабочая скорость двигателя не может быть изменена, потому что устройство плавного пуска регулирует только напряжение двигателя, а не частоту.

Потребуется ли приложению определенное время запуска и остановки?

Обычно время пуска и останова устройств плавного пуска зависит от нагрузки. Внутренние алгоритмы регулируют напряжение на основе заранее запрограммированного времени, чтобы увеличить ток и крутящий момент для запуска двигателя и / или уменьшить их, чтобы остановить его.Если нагрузка небольшая, двигателю может потребоваться меньше времени для запуска, чем запрограммированное значение. В устройствах плавного пуска нового поколения используются усовершенствованные алгоритмы, позволяющие добиться более точного и менее зависимого от нагрузки времени пуска и останова.

Потребуется ли приложению полный крутящий момент без скорости?

ЧРП могут лучше всего работать с приложениями, требующими полного крутящего момента при нулевой скорости. Они могут создавать номинальный крутящий момент двигателя от нуля до номинальной скорости и даже обеспечивать полный крутящий момент без скорости.С другой стороны, устройства плавного пуска обычно работают в диапазоне частот от 50 до 60 Гц, а полный крутящий момент может быть достигнут только при полном напряжении. Начальный крутящий момент (доступный при нулевой скорости) обычно находится в диапазоне от нуля до 75 процентов и может быть запрограммирован.

Потребуется ли в приложении постоянный крутящий момент?

Устройства плавного пуска изменяют напряжение для управления током и крутящим моментом. Во время запуска ток изменяется в зависимости от напряжения, в то время как крутящий момент двигателя изменяется как квадрат приложенного напряжения.Крутящий момент может не оставаться постоянным при различных приложенных напряжениях, условие, которое может усложняться при изменении нагрузок.

Некоторые устройства плавного пуска работают по алгоритмам управления крутящим моментом, но это не обязательно связано с постоянным крутящим моментом. Однако во время ускорения частотно-регулируемые приводы используют разные частоты двигателя при изменении напряжения. Режим управления VFD определяется с точки зрения постоянного напряжения на герц и обеспечивает постоянный крутящий момент.

Каковы стоимость, размер и тепловые характеристики?

При силе тока менее 40 ампер устройства плавного пуска могут предложить небольшую экономическую выгоду по сравнению с частотно-регулируемыми приводами.По мере увеличения силы тока и мощности стоимость частотно-регулируемых приводов увеличивается быстрее, чем у устройств плавного пуска, и может достигать экстремальных значений при высоких значениях силы тока.

Что касается размера, устройства плавного пуска имеют преимущество перед частотно-регулируемыми приводами при любой силе тока благодаря своей конструкции. По мере увеличения тока и мощности разница может увеличиваться. Когда устройства плавного пуска объединены с внутренним или внешним электромеханическим байпасом, они еще более эффективны и могут выделять меньше тепла. Это связано с тем, что устройства плавного пуска имеют меньше активных компонентов в цепи в режимах запуска, работы и останова.

Что следует учитывать при установке и гармониках?

Проблемы, связанные с установкой, можно разделить на стоимость, размер, температуру и качество электроэнергии. Установки плавного пуска требуют меньших размеров и меньших затрат, поэтому они не вызывают особого беспокойства.

Кроме того, гармоники устройства плавного пуска меньше, чем у частотно-регулируемых приводов. Длинные кабели для частотно-регулируемых приводов требуют большего внимания, чем для устройств плавного пуска. Кроме того, для устройств плавного пуска могут не потребоваться специальные типы проводов.Электромагнитная совместимость также не может быть учтена.

Прекратите использование двигателей, если в этом нет необходимости

Как бы просто это ни звучало, наиболее эффективный способ экономии энергии - выключать двигатель, когда он не используется. Чаще всего пользователи не решаются выключить двигатель, потому что считают, что его многократный запуск приведет к значительному износу. Один из способов смягчить это - использовать устройства плавного пуска, которые могут снизить износ.Правильно установленное и специально разработанное устройство плавного пуска также может снизить нагрузку на механические и электрические системы.

Снижение износа

Снижение износа двигателя - одна из основных задач пользователей. При запуске электродвигателя происходит значительный износ, так как высокие начальные токи и силы создают давление в механических и электрических системах. Хотя это может быть вредным, повреждающие эффекты можно контролировать с помощью устройств плавного пуска.Вы также можете использовать VSD, но они могут быть менее эффективными и дорогостоящими.

Использование высокоэффективных двигателей

Эффективность двигателя может быть получена из двух факторов: размера двигателя и качества его эффективности. В частности, для двигателей меньшего размера размер является важным фактором, влияющим на эффективность. Для более мощных двигателей большее значение имеют классы эффективности.

Энергоэффективные двигатели потребляют меньше электроэнергии, не так легко нагреваются и служат дольше.Эти типы двигателей отличаются улучшенной конструкцией, что приводит к меньшим тепловым потерям и меньшему шуму. Использование высококачественных материалов, более жестких допусков и улучшенных технологий производства также помогает снизить потери и повысить эффективность.

Чтобы оценить преимущества высокоэффективных двигателей, вы должны сначала определить «эффективность» электродвигателя. Это можно определить по соотношению механической мощности, выдаваемой двигателем (выход), к электрической мощности, подаваемой на двигатель (вход).Следовательно, КПД = (выходная механическая мощность / потребляемая электрическая мощность) x 100 процентов.

Таким образом, если двигатель эффективен на 80 процентов, он может преобразовывать 80 процентов электрической энергии в механическую. Остальные 20 процентов электроэнергии теряется в виде тепла.

Покупка двигателя подходящего размера

Двигатели, как правило, наиболее эффективны при нагрузке от 60 до 100 процентов от их полной номинальной нагрузки и наиболее неэффективны при нагрузке ниже 50 процентов.Это означает, что простая покупка двигателя правильного размера может в значительной степени повысить эффективность.

Обычно двигатели увеличенного размера работают с нагрузкой ниже 50% от номинальной, что не только делает их неэффективными, но и более дорогими по сравнению с двигателями нужного размера. Более того, они также могут снизить подачу питания на машину, что увеличивает нагрузку на электрическую систему.

Последние мысли

Поскольку «энергоэффективность» становится современной модной фразой, важно, чтобы эта концепция была интегрирована в повседневные бытовые и промышленные применения.Энергоэффективные двигатели могут предложить множество преимуществ. При правильной установке они могут работать холоднее, обеспечивать более высокие стандарты обслуживания, дольше служить, обеспечивать лучшую изоляцию и меньше шума и вибрации. Имея такое множество преимуществ, производители двигателей поступят мудро, если будут производить и использовать наиболее энергоэффективные двигатели.

Эта статья ранее появлялась на сайте www.powerjackmotion.com.

Что такое двигатель с фазным ротором и как он работает?

Электродвигатели - машины, преобразующие электричество в механическую энергию - повсеместно используются в мире машиностроения.Они являются краеугольным камнем инженерных достижений, таких как лифты, насосы и даже электромобили, благодаря способности использовать эффект электромагнитной индукции. Эти так называемые асинхронные двигатели используют переменный ток и электромагнетизм для создания вращательного движения и имеют множество конфигураций. Особый тип асинхронного двигателя переменного тока, известный как двигатели с фазным ротором, будет в центре внимания этой статьи. Хотя эти двигатели используются только в особых случаях, они имеют явное преимущество перед другими популярными вариантами (с короткозамкнутым ротором, синхронными двигателями и т. Д.).) благодаря своим уникальным характеристикам. Будут изучены анатомия и принцип действия этих двигателей, а также специфические характеристики, которые делают их столь важными для приложений, где другие, более популярные асинхронные двигатели не могут быть реализованы.

Что такое двигатели с фазным ротором?

Двигатели с фазным ротором представляют собой специализированный тип двигателей переменного тока и работают во многом так же, как и другие асинхронные двигатели. Они состоят из двух основных компонентов: внешнего статора и внутреннего ротора, разделенных небольшим воздушным зазором.Статор, как правило, одинаков для всех асинхронных двигателей и состоит из металлических пластин, удерживающих на месте обмотки из медной или алюминиевой проволоки. В статоре есть три отдельные катушки, которые питаются трехфазным переменным током, что просто означает, что каждая из них питается от отдельного переменного тока. Это не всегда так, поскольку некоторые двигатели являются однофазными двигателями, но двигатели с фазным ротором обычно всегда трехфазные. Тем не менее, эти три фазы создают магнитное поле, которое смещается вместе с переменными токами.Это создает вращающееся магнитное поле (RMF), которое действует на ротор. В двигателях с фазным ротором ротор «намотан» проводом, похожим на статор, а их концевые выводы соединены с 3 контактными кольцами на выходном валу. Эти контактные кольца прикреплены к щеткам и блокам резисторов переменной мощности, где операторы могут изменять скорость двигателя, изменяя сопротивление через катушки ротора. Эти контактные кольца позволяют регулировать скорость и крутящий момент и являются определяющей особенностью двигателей с фазным ротором (именно поэтому эти двигатели часто называют двигателями с фазным ротором).

Как работают двигатели с обмоткой ротора?

Мы рекомендуем прочитать нашу статью об асинхронных двигателях, чтобы понять основные законы, общие для всех асинхронных машин, но в этой статье кратко объясняется наука, лежащая в основе работы двигателя с фазным ротором.

Эти двигатели классифицируются как асинхронные двигатели, в которых существует несоответствие (известное как «скольжение») между скоростью RMF статора (синхронная скорость) и выходной скоростью (номинальная скорость). При создании необходимого тока, напряжения и магнитной силы в обмотках ротора двигатель всегда будет испытывать скольжение между вращающимся полем и ротором.Не стесняйтесь посетить нашу статью о типах двигателей переменного тока, чтобы узнать больше.

Двигатели с фазным ротором отличаются тем, как их ротор взаимодействует со статором. Обмотки ротора подключены к вторичной цепи, содержащей контактные кольца, щетки и внешние резисторы, и питаются от отдельного трехфазного переменного тока. При запуске внешнее сопротивление, передаваемое этой вторичной цепи, приводит к тому, что ток ротора снижает силу RMF статора (он работает более «синфазно» с RMF статора).Это означает, что скорость вращения можно контролировать, изменяя сопротивление, когда двигатель достигает 100% скорости, что позволяет операторам выбирать пусковой момент и рабочие характеристики. Это приводит к плавному запуску, высокому начальному крутящему моменту, низкому начальному току и способности регулировать скорость вращения, чего нельзя достичь с помощью более простых конструкций, таких как двигатели с короткозамкнутым ротором (более подробную информацию об этой конструкции можно найти в нашей статье на двигателях с короткозамкнутым ротором).

Технические характеристики двигателя с фазным ротором

Спецификации двигателя с фазным ротором включают понимание спецификаций всех асинхронных двигателей, которые можно просмотреть в нашей статье об асинхронных двигателях.В этой статье будут освещены важные концепции двигателей с фазным ротором, которые необходимо понять перед покупкой одного из них, но помните, что это не все.

Пусковой ток

Статор RMF вращается на полной скорости при запуске трехфазного асинхронного двигателя, в то время как ротор изначально находится в состоянии покоя. Ротор испытывает индуцированный ток, когда через него проходит RMF статора, и единственным ограничивающим фактором для этого тока является сопротивление обмоток ротора (ток = напряжение / сопротивление).Это приводит к увеличению тока в роторе, что увеличивает потребность в токе статора и, следовательно, вызывает «бросок» пускового тока в двигатель. Этот ток может быть в два-семь раз выше номинального тока, указанного на паспортной табличке, и может вызвать серьезные проблемы при высоком напряжении. Когда двигатель достигает своей номинальной скорости, ротор генерирует в статоре «обратную ЭДС», которая снижает ток статора до номинального уровня. Пусковой ток - это то, что минимизируется в двигателях с фазным ротором за счет увеличения сопротивления в обмотках ротора (I = V / R, где R увеличивается), и почему они имеют такие плавные пусковые характеристики.

Крутящий момент двигателя и кривая крутящего момента-скорости

Самая важная спецификация двигателей с фазным ротором - это то, как они работают при включении, и это визуализируется с помощью графиков крутящего момента-скорости. Асинхронные двигатели могут значительно превышать как их номинальный крутящий момент, так и ток, когда они не работают на 100% скорости; Кривые крутящего момента / скорости отображают это переходное поведение, а на Рисунке 1 показана общая кривая крутящего момента / скорости для асинхронных двигателей с обозначенными важными точками.

Рис. 1: Кривая крутящий момент-скорость для асинхронных двигателей.

Пусковой крутящий момент - это крутящий момент, возникающий при начальном броске тока, который всегда превышает номинальный крутящий момент. Вытягивающий момент - это максимальный крутящий момент, достигнутый до установившегося режима, а номинальный крутящий момент - это то, что обеспечивается, когда двигатель достигает 100% скорости. Эта связанная скорость не совсем равна синхронной скорости RMF, и это скольжение показано на рисунке 1.

Двигатели

, в которых используются популярные конструкции с короткозамкнутым ротором, имеют ограниченный контроль над кривыми крутящего момента-скорости (подробнее см. В нашей статье о двигателях с короткозамкнутым ротором).Закорочены стержни ротора с короткозамкнутым ротором; это приводит к невозможности изменить сопротивление ротора, что означает, что единственный способ повлиять на скорость вращения - это изменить напряжение (I = V / R, где R является постоянным). Это может вызвать проблемы в больших двигателях, где необходимый входной ток может стать опасно высоким. Двигатели с фазным ротором решают эту проблему, изменяя сопротивление ротора с помощью вторичной цепи, присоединенной к блоку сопротивления переменной мощности и контактным кольцам. За счет увеличения сопротивления в роторе через контактные кольца, тяговый момент может быть достигнут на гораздо более низких скоростях, что обеспечивает более высокий начальный момент и более низкий пусковой ток.При достижении синхронной скорости сопротивление ротора также может быть закорочено, в результате чего двигатель с фазным ротором ведет себя так, как если бы он был двигателем с короткозамкнутым ротором. На рис. 2 показано влияние увеличения сопротивления ротора на выходной крутящий момент.

Рис. 2: Как изменение сопротивления ротора влияет на пусковой и отрывной крутящий момент.

Из этого графика видно, что двигатель с фазным ротором обеспечивает управление током, крутящим моментом и скоростью намного лучше, чем другие конструкции. Изменяя сопротивление, этим двигателям потребуется меньший начальный пусковой ток для компенсации, они будут иметь более сильный пусковой крутящий момент и могут максимизировать свой пусковой крутящий момент, также сделав его крутящим моментом отрыва (пример кривой R2 на рисунке 2).Такой подход приводит к созданию двигателя с регулируемой скоростью, высоким пусковым моментом и низким пусковым током, с возможностью изменять эти характеристики по желанию оператора.

Заявки и критерии отбора

Двигатели с фазным ротором могут управлять тем, чего не могут другие асинхронные двигатели, а именно регулированием скорости, тока и крутящего момента. Способность увеличивать сопротивление ротора при запуске двигателя позволяет плавно разгонять тяжелые нагрузки до номинальной скорости. Когда необходимо минимизировать пусковой ток или существует ограничение пускового тока ниже, чем могут выдержать двигатели с короткозамкнутым ротором / синхронные двигатели, рассмотрите возможность использования двигателя с фазным ротором.

У двигателей с фазным ротором есть недостатки, и они являются следствием их сложной конструкции. Вторичный контур создает больше возможностей для ошибки, а щетки с контактным кольцом могут представлять угрозу безопасности, если не проверять их регулярно (изношенные щетки могут вызвать искрение и увеличить риск возгорания). Эти двигатели также дороги в обслуживании, что увеличивает их и без того дорогостоящую цену. Их сложность также снижает общий КПД двигателя, и двигатель с короткозамкнутым ротором следует выбирать, если эффективность является основной проблемой или ограничением конструкции.

Несмотря на то, что двигатель с фазным ротором и его регулируемые характеристики крутящего момента и скорости являются дорогими и менее эффективными, они отлично подходят для управления большими шаровыми мельницами, большими прессами, насосами с регулируемой скоростью, кранами, подъемниками и другими высокоинерционными нагрузками. Они также отлично подходят для любого приложения, которому нужен плавный запуск и возможность изменять скорость. Они охватывают основы, недоступные для других асинхронных двигателей, и неоценимы для разработчиков, которым необходим абсолютный контроль над скоростью и крутящим моментом.

Сводка

В этой статье представлено понимание того, что такое двигатели с фазным ротором, как они работают и каковы их основные характеристики, определяющие, когда они должны быть указаны по сравнению со стандартными асинхронными двигателями.Для получения дополнительной информации о сопутствующих продуктах обратитесь к другим нашим руководствам или посетите платформу Thomas Supplier Discovery Platform, чтобы найти потенциальные источники поставок или просмотреть подробную информацию о конкретных продуктах.

Источники:

  1. https://geosci.uchicago.edu
  2. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/mintage/indmot.html
  3. http://www.egr.unlv.edu/~eebag/Induction%20Motors.pdf
  4. https://oaktrust.library.tamu.edu/bitstream/handle/1969.1/163595/T17123-130.pdf? последовательность = 1 & isAllowed = y
  5. http://www.animations.physics.unsw.edu.au/jw/electricmotors.html
  6. https://scholar.cu.edu.eg

Прочие изделия для двигателей

Больше от Machinery, Tools & Supplies

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *