Плавный пуск асинхронного двигателя своими руками: функции прибора и правила включения, отключение двигателя и плавное торможение – Плавный пуск электродвигателя своими руками: устройство и полезные советы — groupnk.ru — Группа НК — комплексные поставки электрооборудования в Москве и регионах

Содержание

Плавный пуск электродвигателя своими руками: устройство и полезные советы

Всем известно, что при пуске электродвигателя возникает так называемый пусковой момент, который просаживает напряжение питающей сети за счет возникновения пусковых токов, которые в 6-10 раз больше, чем токи при рабочем режиме. Во-первых, это негативно сказывается на работе других потребителей. Во-вторых, это негативно сказывается на работе самого электрического двигателя, потому что сам запуск мотора затягивается, а это приводит к перегреву обмоток, а, значит, и к сокращению срока эксплуатации агрегата. Поэтому все чаще в питающую сеть двигателя устанавливаются приборы, которые его запуск делают плавным. И по этому случаю, многие домашние электрики задаются вопрос, а можно ли сделать плавный пуск электродвигателя своими руками?

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

Пусковые перегрузки электрических моторов

Что собой представляет момент запуска? Это, по сути, начало вращения вала мотора, который соединен с передаточными механизмами (редукторы, блок шкивов или звездочек). При этом момент вращения ротора очень нестабилен. Тем более вал начинает вращаться под нагрузкой от передаточных механизмов. Такая нестабильность приводит к ударным нагрузкам, что негативно сказывается на передаточных механизмах, особенно от этого страдают шпонки на валу мотора и валу редуктора.

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

Необходимо отметить, что устройства плавного пуска, выпускаемые в производстве, это многофункциональные приборы, которые могут быть использованы для разных целей. Это и сам плавный пуск мотора, и плавное его торможение, и защита сети и оборудования от перегрузок, и так далее. Каждый потребитель найдет под определенные нужды необходимое устройство. Правда, у этих приборов есть один существенный недостаток – высокая цена. А если есть возможность собрать его своими руками, при этом затратив минимум времени и деталей, то стоит ли покупать заводской вариант.

Устройство плавного пуска на микросхемах

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

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

Соединение обмоток в двигателе – звезда.
Входные ключи – это тиристоры, которые соединены по встречно-параллельной схеме.
Параллельно тиристорам в цепь включены демпфирующие цепочки (RC). Они здесь используются специально, основная цель – предотвращать ложные включения тиристоров.

В схеме могут возникнуть и коммутационные помехи, которые поглощаются варисторами (RU).
Есть в схеме и блок питания, состоящий из трансформатора, конденсатора и выпрямителя. Этот блок предназначен для питания установленных реле (К). Кстати, на выходе после выпрямительного мостика установлен стабилизатор интегрального типа DA Именно он обеспечивает на выходе напряжение в 12 вольт. К тому же стабилизатор обеспечивает защиту от перегрузок и КЗ.

Полезные советы

Собранную своими руками схему надо обязательно несколько раз проверить на соответствие деталей и очередности их подсоединения. Небольшая ошибка может привести к неприятным последствиям. С электричеством шутки плохи.
Но даже после тщательной многоразовой проверки устанавливать прибор на электродвигатель не рекомендуется. Лучше провести тестирование. Каким образом? Для этого вам потребуются три лампочки накаливания мощностью 60-100 ватт, которые соединяются последовательно. Надо добиться результата, чтобы все лампы горели одинаково ярко.
Обратите внимание на емкость установленных конденсаторов. Здесь очень важно, чтобы время их включения не имело большой разницы. Допустимое значение до 10%.

Время отключения-включения конденсаторов можно отрегулировать резисторами (R). Правда, этот вариант выравнивания можно использовать, если разница времени откл/вкл не меньше 30%.

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

Плавный запуск электродвигателя своими руками

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.

Изюминкой устройства плавного пуска, принципиальную схему которого вы видите, является микросхема К1182ПМ1Р. Эта микросхема узкоспециализированная, отечественного производства.

Время разгона можно увеличить, выбрав конденсатор С3 большей емкости. Во время заряжания этого конденсатора, электродвигатель набирает обороты до максимума.
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.
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.
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.

Плавный пуск асинхронного двигателя – это всегда трудная задача, потому что для запуска индукционного мотора требуется большой ток и крутящий момент, которые могут сжечь обмотку электродвигателя. Инженеры постоянно предлагают и реализуют интересные технические решения для преодоления этой проблемы, например, использование схемы включения звезда-треугольник, автотрансформатора и т. д.

В настоящее время подобные способы применяются в различных промышленных установках для бесперебойного функционирования электродвигателей.

Зачем нужны УПП?

Из физики известен принцип работы индукционного электродвигателя, вся суть которого заключается в использовании разницы между частотами вращения магнитных полей статора и ротора. Магнитное поле ротора, пытаясь догнать магнитное поле статора, способствует возбуждению большого пускового тока. Мотор работает на полной скорости, при этом значение крутящего момента вслед за током тоже увеличивается. В результате обмотка агрегата может быть повреждена из-за перегрева.

Таким образом, необходимой становится установка мягкого стартера. УПП для трехфазных асинхронных моторов позволяют защитить агрегаты от первоначального высокого тока и крутящего момента, возникающих вследствие эффекта скольжения при работе индукционного мотора.

Преимущественные особенности применения схемы с устройством плавного пуска (УПП):

снижение стартового тока;
уменьшение затрат на электроэнергию;
повышение эффективности;
сравнительно низкая стоимость;
достижение максимальной скорости без ущерба для агрегата.

Как плавно запустить двигатель?

Существует пять основных методов плавного пуска.

Высокий крутящий момент может быть создан путем добавления внешнего сопротивления в цепь ротора, как показано на рисунке.

С помощью включения в схему автоматического трансформатора можно поддерживать пусковой ток и крутящий момент за счет уменьшения начального напряжения. Смотрите рисунок ниже.

Прямой запуск – это самый простой и дешевый способ, потому что асинхронный двигатель подключен напрямую к источнику питания.
Соединения по специальной конфигурации обмоток – способ применим для двигателей, предназначенных для эксплуатации в нормальных условиях.

Использование УПП – это наиболее передовой способ из всех перечисленных методов. Здесь полупроводниковые приборы, такие как тиристоры или тринисторы, регулирующие скорость асинхронного двигателя, успешно заменяют механические компоненты.

Регулятор оборотов коллекторного двигателя

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

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

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

Заключение

УПП разработаны и созданы, чтобы ограничить увеличение пусковых технических показателей двигателя. В противном случае нежелательные явления могут привести к повреждению агрегата, сжиганию обмоток или перегреву рабочих цепей. Для длительной же службы, важно чтобы трехфазный мотор работал без скачков напряжения, в режиме плавного пуска.

Как только индукционный мотор наберёт нужные обороты, посылается сигнал к размыканию реле цепи. Агрегат становится готов к работе на полной скорости без перегрева и сбоев системы. Представленные способы могут быть полезными в решении промышленных и бытовых задач.

Электрические двигатели получили широкое применение в любых сферах деятельности человека. Однако при запуске электродвигателя происходит семикратное потребление тока, вызывающее не только перегрузку сети питания, но и нагрев обмоток статора, а также выход из строя механических частей. Для устранения этого нежелательного эффекта радиолюбители советуют применять устройства плавного пуска электродвигателя.

Плавный пуск двигателя

Статор электродвигателя представляет собой катушку индуктивности, следовательно, существуют активная и реактивная составляющие сопротивления (R). Значение реактивной составляющей зависит от частотных характеристик питания и во время запуска колеблется в пределах от 0 до расчетного значения (при работе инструмента). Кроме того, изменяется ток, называемый пусковым.

Ток пуска превышает в 7 раз значение номинального. При этом процессе происходит нагрев обмоток статорной катушки и, в том случае, если провод, из которого состоит обмотка, является старым, то возможно межвитковое КЗ (при уменьшении величины R ток достигает максимального значения). Перегрев влечет снижение срока эксплуатации инструмента. Для предотвращения этой проблемы существуют несколько вариантов использования устройств плавного пуска.

Переключением обмоток устройство плавного пуска двигателя (УПП) состоит из следующих основных узлов: 2 вида реле (управление временем включения и нагрузкой) , трех контакторов (рисунок 1).

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

На рисунке 1 изображен асинхронный двигатель. Его обмотки соединены по типу подключения «звезда». Запуск осуществляется при замкнутых контакторах K1 и K3. Через определенный временной интервал (задается при помощи реле времени) контактор К3 размыкает свой контакт (происходит отключение) и происходит включение контактом К2. Схема на рисунке 1 применима и для УПП двигателей различного типа.

Главным недостатком считается образование токов КЗ при одновременном включении 2-х автоматов. Эта проблема исправляется внедрением в схему вместо контакторов рубильника. Однако обмотки статора продолжают греться.

При электронном регулировании частоты пуска электромотора используется принцип частотного изменения питающего напряжения. Основным элементом этих преобразователей является преобразователь частоты, включающий в себя:

Выпрямитель собирается на полупроводниковых мощных диодах (возможен вариант тиристорного исполнения). Он преобразует величину сетевого напряжения в пульсирующий постоянный ток.
Промежуточная цепь сглаживает помехи и пульсации.
Инвертор необходим для преобразования сигнала, полученного на выходе промежуточной цепи, в сигнал переменной амплитудной и частотной характеристиками.
Электронная схема управления генерирует сигналы для всех узлов преобразователя.

Принцип действия, виды и выбор

Во время увеличения вращающего момента ротора и Iп в 7 раз для продления срока службы необходимо использовать УПП, которое отвечает следующим требованиям:

Равномерное и плавное увеличение всех показателей.
Управление электроторможением и пуском двигателя в определенные временные интервалы.
Защита от скачков напряжения, пропадании какой-либо фазы (для 3-х фазного электродвигателя) и помех различного рода.
Повышение износостойкости.

Принцип действия симисторного УПП: ограничение величины напряжения благодаря изменению угла открытия симисторных полупроводников (симисторов) при подключении к статорным катушкам электродвигателя (рисунок 2).

Рисунок 2 — Схема плавного пуска электродвигателя на симисторах.

Благодаря применению симисторов появляется возможность снизить пусковые токи в 2 и более раз, а наличие контактора позволяет избежать перегрева симисторов (на рисунке 2: Bypass). Основные недостатки симисторных УПП:

Применение простых схем возможно только при небольших нагрузках или холостом запуске. В противном случае схема усложняется.
Происходит перегрев обмоток и полупроводниковых приборов при продолжительном запуске.
Двигатель иногда не запускается (приводит к значительному перегреву обмоток).
При электротормозе электромотора возможен перегрев обмоток.

Широко применяются УПП с регуляторами, в которых отсутствует обратная связь (по 1 или 3 фазам). В моделях этого типа необходимо устанавливать время пуска электромотора и напряжение непосредственно перед началом пуска. Недостаток устройств — невозможность регулировать вращающий момент подвижных механических частей по нагрузке. Для устранения этой проблемы нужно применить устройство по снижению Iп, защиты от различной разности фаз (возникает во время перекоса фаз) и механических перегрузок.

Более дорогостоящие модели УПП включают в себя возможность слежения за параметрами работы электродвигателя в непрерывном режиме.

В устройствах, содержащих электромоторы, предусмотрены УПП на симисторах. Они отличаются схемой и способом регуляции сетевого напряжения. Простейшие схемы — схемы с однофазным регулированием. Они исполняются на одном симисторе и позволяют смягчить нагрузки на механическую часть, и применяются для электромоторов с мощностью менее 12 кВ. На предприятиях применяется 3-х фазное регулирование напряжения для электромоторов мощностью до 260 кВт. При выборе вида УПП необходимо руководствоваться следующими параметрами:

Мощность устройства.
Режим работы.
Равенство Iп двигателя и УПП.
Количество запусков за определенное время.

Для защиты насосов подходят УПП, защищающие от ударов с гидравлической составляющей трубы (Advanced Control). УПП для инструментов выбираются, исходя из нагрузок и больших оборотов. В дорогих моделях этот тип защиты в виде УПП присутствует, а для бюджетных необходимо изготавливать его своими руками. Применяется в химических лабораториях для плавного запуска вентилятора, охлаждающего жидкости.

Причины применения в болгарке

Благодаря особенностям конструкции при старте угловой шлифовальной машинки происходят высокие динамические нагрузки на детали инструмента. При начальном вращении диска, ось редуктора подвержена действию сил инерции:

Инерционный рывок может вырвать болгарку из рук. Происходит угроза жизни и здоровью, так как этот инструмент очень опасен и требует строгого соблюдения техники безопасности.
При запуске происходит перегрузка по току (Iпуска = 7*Iном). Происходит преждевременный износ щеток, перегрев обмоток.
Изнашивается редуктор.
Разрушение режущего диска.

Ненастроенный инструмент становится очень опасным, ведь существует вероятность причинения вреда здоровью и жизни. Поэтому необходимо его обезопасить. Для этого и собираются УПП для электроинструмента своими руками.

Создание своими руками

Для бюджетных моделей угловой шлифовальной машинки и другого инструмента необходимо собрать свое УПП. Сделать это несложно, ведь благодаря интернету, можно найти огромное количество схем. Наиболее простая и, в то же время, эффективная — универсальная схема УПП на симисторе и микросхеме.

При включении болгарки или другого инструмента происходит повреждение обмоток и редуктора инструмента, связанного с резким запуском. Радиолюбители нашли выход из этой ситуации и предложили простой плавный пуск для электроинструмента своими руками (схема 1), собранную в отдельном блоке (в корпусе очень мало места).

Схема 1 — Схема плавного пуска электроинструмента.

УПП своими руками реализуется на основе КР118ПМ1 (фазовое регулирование) и силовой части на симисторах. Основной изюминкой устройства является его универсальность, ведь его можно подключить к любому электроинструменту. Оно не только легко монтируется, но и не требует предварительной настройки. В основном подключение системы к инструменту не является сложным и устанавливается в разрыв кабеля питания.

Особенности работы модуля УПП

При включении болгарки на КР118ПМ1 подается напряжение и на управляющем конденсаторе (С2) происходит плавный рост напряжения по мере роста заряда. Тиристоры, находящиеся в микросхеме, открываются постепенно с определенной задержкой. Симистор открывается с паузой, равной задержке тиристоров. Для каждого последующего периода напряжения происходит постепенное уменьшение задержки и инструмент плавно запускается.

Зависит время набора оборотов от емкости С2 (при 47 мк время запуска равно 2 секунды). Эта задержка является оптимальной, хотя ее можно менять путем увеличения емкости С2. После выключения углошлифовальной машинки (УШМ) происходит разряд конденсатора С2 благодаря резистору R1 (время разрядки примерно равно 3 секунды при 68к).

Эту схему для регулировки оборотов электродвигателя можно модернизировать путем замены R1 на переменный резистор. При изменении величины сопротивления переменного резистора меняется мощность электромотора. Резистор R2 выполняет функцию контроля величины силы тока, который протекает через вход симистора VS1 (желательно предусмотреть охлаждение вентилятором), являющийся управляющим. Конденсаторы С1 и С3 служат для защиты и управлением микросхемы.

Симистор подбирается со следующими характеристиками: напряжение прямое максимальное до 400–500 В и минимальный ток пропускания через переходы должен быть не менее 25 А. При изготовлении УПП по этой схеме запас по мощности может колебаться от 2 кВт до 5 кВт.

Таким образом, для увеличения срока службы инструментов и двигателей, необходимо производить их плавный запуск. Это связано с конструктивной особенностью электромоторов асинхронного и коллекторного типов. При запуске происходит стремительное потребление тока, из-за которого происходит износ электрической и механической частей. Использование УПП позволяет обезопасить электроинструмент, благодаря соблюдению правил техники безопасности. При модернизации инструмента возможна покупка уже готовых моделей, а также сборка простого и надежного универсального устройства, которое не только отличается, но и даже превосходит некоторые заводские УПП.