Устройство плавного пуска электродвигателя своими руками схема: Принципиальная схема плавного пуска. Плавный пуск электродвигателя своими руками. Методы снижения пусковых токов

Содержание

Принципиальная схема плавного пуска. Плавный пуск электродвигателя своими руками. Методы снижения пусковых токов

Кому хочется напрягаться, тратить свои деньги и время на переоборудование устройств и механизмов, которые и так прекрасно работают? Как показывает практика – многим. Хоть и не каждый в жизни сталкивается с промышленным оборудованием, оснащённым мощными электродвигателями, но, постоянно встречается пусть с не столь прожорливыми и мощными, электромоторами в быту. Ну а лифтом, наверняка, пользовался каждый.

Электродвигатели и нагрузки — проблема?

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

Наверное, самая значительная нагрузка, приходящаяся на двигатель в момент пуска, это многократное, хоть и кратковременное, превышение номинального рабочего тока агрегата. Уже через несколько секунд работы, когда электромотор выйдет на свои штатные обороты, ток, потребляемый им, тоже вернётся к нормальному уровню.

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

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

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

Для чего нужен плавный пуск?

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

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

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

Специфика применения таких агрегатов, как электролобзики, дрели, болгарки и им подобных, предполагают многократные циклы запуска и остановки, в течение относительно небольшого промежутка времени. Такой режим эксплуатации, в той же мере, влияет на их долговечность и энергопотребление, как и у их промышленных собратьев. При всем этом не стоит забывать, что системы плавного запуска

не могут регулировать рабочие обороты мотора или реверсировать их направление. Также невозможно увеличить пусковой момент или снизить ток ниже, чем требуется для начала вращения ротора электродвигателя.

Видео: Плавный пуск, регулировка и защита колектор. двигателя

Варианты систем плавного пуска электродвигателей

Система «звезда-треугольник»

Одна из наиболее широко применяемых систем запуска промышленных асинхронных двигателей. Основным её преимуществом является простота. Двигатель запускается при коммутации обмоток системы «звезда», после чего, при наборе штатных оборотов, автоматически переключается на коммутацию «треугольник». Такой вариант старта позволяет добиться тока почти на треть ниже , чем при прямом запуске электромотора.

Однако, этот способ не подойдёт для механизмов с небольшой инерцией вращения. К таким, к примеру, относятся вентиляторы и небольшие насосы, из-за малых размеров и массы их турбин. В момент перехода с конфигурации «звезда» на «треугольник», они резко снизят обороты или вовсе остановятся. В результате после переключения, электродвигатель по сути, запускается заново. То есть в конечном счёте вы не добьётесь не только экономии ресурса двигателя, но и, вероятнее всего, получите перерасход электроэнергии.

Видео: Подключение трёхфазного асинхронного электродвигателя звездой или треугольником

Электронная система плавного пуска электродвигателя

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

С помощью таких схем, обычно, удаётся снизить пусковой ток до двух–трёх номинальных. Кроме этого, удаётся снизить существенный нагрев, присущий вышеупомянутой системе «звезда-треугольник», что способствует увеличению срока службы электродвигателей. Благодаря тому, что управление запуска двигателя происходит за счёт снижения напряжения, разгон ротора осуществляется плавно, а не скачкообразно, как у других схем.

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

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

Однофазная схема пуска

Данная схема предназначена для запуска электродвигателей мощностью не более одиннадцати киловатт. Применяют такой вариант в том случае, если требуется смягчить удар при запуске, а торможение, плавный пуск и понижение пускового тока не имеют значения. В первую очередь из-за невозможности организации последних, в такой схеме. Но по причине удешевления производства полупроводников, в том числе и симисторов, они сняты с производства и редко встречаются;

Двухфазная схема пуска

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

Трехфазная схема пуска

Эта схема является наиболее надёжной и универсальной системой плавного пуска электродвигателей. Максимальная мощность, управляемых таким устройством двигателей, ограничена исключительно максимальной температурной и электрической выносливостью применённых симисторов. Его

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

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

Существующие на сегодняшний день устройства плавного пуска электродвигателей, помимо приведённых выше свойств, рассчитаны на их совместную работу с различными контроллерами и системами автоматизации. Имеют возможность включения по команде оператора или глобальной системы управления. При таких обстоятельствах, в момент включения нагрузок, возможно появление помех, могущих привести к сбоям в работе автоматики, а следовательно, стоит озаботиться системами защиты. Использование схем плавного пуска, способно значительно уменьшить их влияние.

Плавный пуск своими руками

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

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

Особенности конструкции некоторых инструментов, например, угловой шлифовальной машины, влекут к высокому воздействию на двигатель устройства динамических нагрузок. Для устранения неравномерных нагрузок на электроприбор и его составные части рекомендуется приобретать или сделать своими руками устройство плавного пуска (УПП).

Общая информация

В электроинструментах, в которых рабочая часть представлена диском, что вращается с высокой скоростью, в начале их работы на ось редуктора воздействуют силы инерции. Это воздействие влечет за собой нижеследующие негативные моменты:

  1. Инерционный рывок, созданный в результате нагрузки на ось при резком старте, может вырвать агрегат из рук, тем более, если используются большие в диаметре и массе диски;

Важно! Из-за таких инерционных рывков при работе со стальными и алмазными дисками необходимо держать инструмент двумя руками и быть готовым к его удержанию, так как в противном случае можно травмироваться при срыве агрегата.

  1. Резкое поступление рабочего электронапряжения на двигатель создает большую перегрузку по току, которая происходит после того, как агрегат набрал минимальное значение оборотов. Это влечет к перегреву обмоток мотора и быстрому износу щеток. Частое включение и выключение инструмента может привести к короткому замыканию, так как существует высокая вероятность оплавления изоляционного слоя обмоток;
  2. Резкий набор оборотов УШМ или дисковой пилы из-за большого крутящегося момента приводит к быстрому изнашиванию шестерни редуктора. Иногда возможно заклинивание редуктора или даже отламывание его зубьев;
  3. Перегрузки, что воспринимает на себе при резком запуске рабочий диск, могут привести к его разрушению. Присутствие защитного кожуха на подобных электроинструментах обязательно.

Важно! При запуске болгарки открытый участок кожуха должен находиться в противоположной стороне от человека, чтобы защитить его от летящих осколков при возможном разрушении рабочего диска.

Для сокращения пагубных воздействий резкого и динамического пуска на электроинструмент производители выпускают модели со встроенным плавным пуском и регулировкой оборотов.

Для информации. Подобные приспособления встраиваются в агрегаты из средней и высокой ценовой категории.

Устройство плавного пуска и регулятор оборотов отсутствуют во многих экземплярах электроинструмента, который имеется в большинстве домашних хозяйств. Если приобрести мощную технику (диаметр рабочего диска более 20 см) без УПП, резкий пуск двигателя повлечет к скорому износу механики и электрочасти, также такой агрегат сложно удержать в руках при включении. Установка УПП – это единственный выход.

На рынке комплектующих к электроинструменту представлено много моделей уже готовых блоков плавного пуска и оборотных регуляторов.

Готовое устройство плавного пуска для электроинструмента можно монтировать как внутрь корпуса при наличии свободного места, так и подключать в разрыв кабеля питания. Однако можно не приобретать готовое изделие, а изготовить его своими руками, так как схема этого приспособления достаточна проста.

Самостоятельное изготовление УПП

Для изготовления самого популярного устройства плавного пуска для электроинструмента на основе платы КР1182ПМ1Р понадобятся нижеследующие инструменты и материалы:

  • паяльник с припоем;
  • микросхема фазовой регулировки КР1182ПМ1Р;
  • резисторы;
  • конденсаторы;
  • симисторы;
  • прочие вспомогательные элементы.

В устройстве, которое получено по схеме выше, управление происходит посредством платы КР1182ПМ1Р, а симисторы выступают в качестве силовой части.

Преимуществами данной сборки УПП являются следующие признаки:

  • простота изготовления;
  • отсутствие необходимости в дополнительных настройках после сборки УПП;
  • устройство плавного пуска монтировать можно в любой тип и модель электроинструмента, что рассчитан на переменное электронапряжение в 220 В;
  • отсутствие требований к выносу отдельной питающей кнопки – доработанный агрегат приводится в действие штатной клавишей;
  • возможность установки такого блока внутрь оборудования либо в разрыв кабеля питания с собственным корпусом;
  • изготовить подобное приспособления может любой домашний мастер, который обладает основами пайки и чтения микросхем.

Рекомендация. Самым практичным вариантом подключения УПП является подсоединения его к розетке, которая служит источником питания для электроинструмента. Для этого потребуется на выход устройства (гнездо XS1 на схеме) подключить питающую розетку, а на вход (гнездо ХР1 на схеме) подать питание напряжением 220В.

Принцип работы УПП

Принцип работы такого блока плавного пуска, установленного в болгарку, состоит из следующих процессов:

  1. После нажатия клавиши запуска на болгарке напряжение подается на микросхему;
  2. На управляющем конденсаторе (С2) происходит процесс плавного нарастания электронапряжения: по мере заряда этого элемента оно достигает рабочих показателей;
  3. Тиристоры, находящиеся в составе управляющей платы, открываются с задержкой, которая зависит от времени полного заряда конденсатора;
  4. Симистор (VS1) находится под управлением тиристорами и открывается с той же задержкой;
  5. В каждой половине периода переменного электронапряжения такая пауза уменьшается, что ведет к его плавной подаче на вход рабочего агрегата;
  6. После выключения болгарки конденсаторный элемент разряжается сопротивлением резистора.

Именно вышеописанные процессы определяют плавный пуск болгарки, что позволяет исключить инерциальный шок для редуктора за счет постепенного возрастания оборотов диска.

Время, за которое электроинструмент наберет рабочее количество оборотов, определяется только емкостью управляющего конденсатора. Если, к примеру, конденсаторный элемент будет иметь емкость в 47 мкФ, то плавный пуск будет обеспечиваться за 2-3 секунды. Такого времени достаточно для того, чтобы начало использования инструмента происходило комфортно, а он сам не подвергался шоковым нагрузкам.

Если резистор имеет сопротивление, равное 68 кОм, то время разряда конденсатора будет составлять примерно 3 секунды. При прошествии этого временного промежутка устройство плавного пуска полностью готово к очередному циклу запуска электроинструмента.

На заметку. Данная схема может быть подвергнута небольшой доработке, которая добавит к устройству плавного пуска еще функцию регулятора оборотов. Для этого необходимо поменять обычный резистор (R1) на переменный вариант. Контролируя сопротивление, можно регулировать мощность электродвигателя, меняя количество его оборотов.

Иные элементы схемы предназначены для нижеследующего:

  • резистор (R2) отвечает за контроль величины силы электротока, что протекает через вход симистора;
  • конденсатор (С1) – один из дополнительных компонентов системы управления платой КР1182ПМ1Р, использующийся в типовом варианте схемы включения.

Советы по сборке конструкции и выбору материалов:

  1. Простоту монтажа и компактность будущего изделия можно обеспечить припаиванием конденсирующих элементов и резисторов напрямую к ножкам управляющей платы;
  2. Симистор необходимо выбирать с минимальным пропускным электротоком 25 А и электронапряжением не более 400 В. Величина электротока будет полностью зависеть от показателя мощности двигателя электроинструмента;
  3. Из-за плавного пуска агрегата ток не будет больше номинальных показателей, которые установлены производителем. В некоторых случаях, например, заклинивание рабочего диска болгарки, может потребоваться дополнительный запас электротока, соответственно, лучше выбрать симистор с рабочим током, который равен удвоенному значению номинального показателя инструмента;
  4. Мощность УШМ или иного вида инструмента при работе с устройством плавного пуска по схеме КР1182ПМ1Р не должна превышать 5 000 Вт. Такое условие обусловлено особенностями работы платы.

Также существуют и другие схемы плавного пуска для электроинструментов и разнообразных двигателей, которые разительно отличаются друг от друга по всем параметрам: от способа монтажа и внешнего вида до метода подключения и составных компонентов.

К сведению. Вышеописанная схема является самой простой и применяется повсеместно, так как она доказала свою работоспособность и надежность.

Устройство плавного пуска для электроинструмента – экономия средств на ремонте и полная защита основных компонентов прибора. Перед каждым стоит выбор: покупать УПП или сделать самостоятельно. Если есть некие познания в электротехнике и пайке радиодеталей, то рекомендуется выполнить самостоятельную сборку, так как она надежна и проста. В противном случае следует приобрести в любом специализированном магазине либо на радиорынке готовое приспособление плавного пуска электроинструмента.

Видео

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:

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 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.

Асинхронные электродвигатели, помимо очевидных преимуществ имеют два существенных недостатка – большой пусковой ток (до семи раз больше номинального) и рывок на старте. Данные недостатки негативно влияют на состояние електросетей, требуют применения автоматических выключателей с соответствующей времятоковой характеристикой, создают критические динамические нагрузки на оборудование.

С эффектом запуска мощного асинхронного двигателя знакомы все: «проседает напряжение и сотрясается все вокруг электродвигателя. Поэтому, для уменьшения негативных воздействий были разработаны способы и схемы, позволяющие смягчить рывок и сделать запуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором более плавным.

Способы плавного пуска асинхронных двигателей

Кроме негативного влияния на цепи питания и окружение, стартовый импульс электродвигателя вреден и для его обмоток статора, ведь момент увеличенной силы при запуске прикладывается к обмоткам. То есть, сила рывка ротора усиленно давит на обмоточные провода, тем самым убыстряя износ их изоляции, пробой которой называют межвитковым замыканием.


Иллюстрация принципа действия асинхронного электродвигателя

Поскольку конструктивно нельзя уменьшить пусковой ток, придуманы способы, схемы и аппараты, обеспечивающие плавный пуск асинхронного двигателя. В большинстве случаев, на производствах с мощными линиями питания и в быту данная опция не является обязательной – так как колебания напряжения и пусковые вибрации не оказывают существенного влияния на производственный процесс.


Графики изменения токов при прямом запуске и при помощи устройств плавного пуска

Но существуют технологии, требующие стабильных, не превышающих норм параметров, как электроснабжения, так и динамических нагрузок. Например – это может быть точное оборудование, работающее в одной сети с чувствительными к напряжению потребителями электроэнергии. В этом случае, для соблюдения технологических норм для мягкого запуска электродвигателя применяют различные способы:

  • Переключение звезда – треугольник;
  • Запуск при помощи автотрансформатора;
  • устройства плавного пуска асинхронного двигателя (УПП).

В приведенном ниже видео перечислены основные проблемы, возникающие при запуске электродвигателя, а также описаны достоинства и недостатки различных устройств плавного пуска асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором.


По-иному УПП еще называют софт стартерами, от английского «soft» – мягкий. Ниже будут кратко описаны виды и предлагаемые опции в широко распространенных УПП (софт стартерах). Также вы можете ознакомиться с дополнительными материалами по устройствам плавного пуска


Промышленные софт стартеры для электродвигателей различной мощности

Ознакомление с принципом плавного запуска

Для того, чтобы осуществить плавный пуск асинхронного электродвигателя максимально эффективно и с минимальными затратами, приобретая готовые софт стартеры, необходимо прежде ознакомиться с принципом действия подобных устройств и схем. Понимание взаимодействия физических параметров позволит сделать оптимальный выбор УПП.

При помощи устройств плавного пуска можно добиться снижения пускового тока до значения трехкратного превышения номинального (вместо семикратной перегрузки)

Для плавного пуска асинхронного электродвигателя необходимо уменьшить пусковой ток , что позитивно скажется как на нагрузке электросети, так и на динамических перегрузках обмоток двигателя и приводных механизмов. Достигают уменьшения пускового тока, снижая напряжение питания электродвигателя. Заниженное пусковое напряжение используется во всех трех предложенных выше способах. Например, при помощи автотрансформатора пользователь самостоятельно занижает напряжение при запуске, поворачивая ползунок.


Понижая напряжение на старте можно добиться плавного запуска електродвигателя

При использовании переключения «звезда-треугольник» меняется линейное напряжение на обмотках электродвигателя. Переключение осуществляется при помощи контакторов и реле времени, рассчитанное на время запуска электродвигателя. Подробное описание плавного пуска асинхронного электродвигателя при помощи имеется на данном ресурсе по указанной ссылке.


Схема переключения «звезда-треугольник» с использованием контакторов и реле времени
Теория осуществления плавного запуска

Для понимания принципа плавного старта необходимо понимание закона сохранения энергии, необходимой для раскрутки вала ротора электромотора. Упрощенно можно считать энергию разгона пропорциональной мощности и времени, E = P*t, где P – мощность, равная умножению силы тока на напряжение (P = U*I). Соответственно, E = U*I *t. Поскольку для уменьшения пускового момента и снижения нагрузок на сеть необходимо уменьшить стартовый ток I, то сохраняя уровень потраченной энергии нужно увеличить время разгона.

Увеличение времени разгона за счет снижения пускового тока возможно только при небольшой нагрузке на валу. Это является основным недостатком всех УПП

Поэтому для оборудования с тяжелыми условиями старта (большой нагрузкой на валу во время запуска), применяются специальные электродвигатели с фазным ротором. Узнать о свойствах данных двигателей можно из соответствующего раздела в на данном ресурсе, перейдя по ссылке.


Звигатель с фозім ротором, необходим для оборудования с тіжелім запуском

Также необходимо учитывать, что во время мягкого запуска происходит увеличенный нагрев обмоток и электронных силовых ключей пускового устройства. Для охлаждения полупроводниковых ключей необходимо использование массивных радиаторов, которые увеличивают стоимость аппарата. Поэтому уместно использование УПП для кратковременного разгона двигателя с дальнейшим шунтированием ключей прямым напряжением сети. Подобный режим (переключение байпас ) делает компактней и дешевле электронное устройство плавного пуска асинхронных двигателей, но ограничивает количество запусков в определенном интервале ввиду требуемого времени для охлаждения ключей.


Структурная схема шунтирования силовых полупроводниковых ключей (байпас)

Основные параметры и характеристики УПП

Ниже в тексте будут приведены схемы аппаратов плавного запуска для изучения и собственноручного изготовления. Для тех, кто не готов осуществить плавный пуск асинхронного электродвигателя своими руками, полагаясь на готовое изделие, будет полезной информация о существующих разновидностях софт стартеров.


Пример аналогово и цифрового УПП, в модульном исполнении (устанавливается на DIN-рейку)

Одним из главных параметров при выборе УПП является мощность обслуживаемого электромотора, выраженная в киловаттах. Не менее важным является время разгона и возможность регулировки интервала запуска. Данными характеристиками обладают все существующие софт стартеры. Более совершенные УПП являются универсальными и позволяют настраивать параметры мягкого запуска в широком диапазоне значений относительно характеристик двигателя и требований технологического процесса.

Пример универсального софтстартера

В зависимости от типа софт стартера в них могут присутствовать различные опции, повышающие функциональность аппарата и позволяющие осуществлять контроль работы электродвигателя. Например, при помощи некоторых УПП возможно осуществление не только плавного запуска электромотора, но и его торможение. Более совершенные софт стартеры осуществляют защиту двигателя от перегрузок и позволяют также регулировать вращательный момент ротора при пуске, останове и работе.


Пример различий в технических характеристиках различных УПП от одного производителя

Разновидности софт стартеров

По способу подключения УПП подразделяются на три вида:


УПП своими руками

Для самостоятельного изготовления УПП используемая схема плавного пуска асинхронного двигателя своими руками будет зависеть от возможности и навыков мастера. Самостоятельное смягчение пусковых перегрузок при помощи автотрансформатора доступно практически любому пользователю без специальных знаний, но данный способ является неудобным ввиду необходимости ручной регулировки старта электродвигателя. В продаже можно встретить недорогие устройства плавного запуска, которые придется самостоятельно подключить к электроинструменту, не обладая глубокими познаниями в радиотехнике. Пример работы до и после софт стартера, а также его подключение показано на видео ниже:


Для мастеров, обладающих общими знаниями в электротехнике, и владеющих практическими навыками электромонтажа подойдет для собственноручного осуществления плавного запуска схема переключения «звезда-треугольник». Данные схемы, несмотря на их солидный возраст, широко распространены и успешно используются по сей день ввиду простоты и надежности. В зависимости от квалификации мастера в сети интернет можно найти схемы УПП для повторения своими руками.

Пример схемы относительно простого двухфазного УПП

Современные софт стартеры имеют внутри сложную электронную начинку из множества электронных деталей, работающих под управлением микропроцессора. Поэтому для изготовления аналогичного УПП своими руками по имеющимся в сети интернет схемам необходимо не только мастерство радиолюбителя, но и навыки программирования микроконтроллеров.

Кому хочется напрягаться, тратить свои деньги и время на переоборудование устройств и механизмов, которые и так прекрасно работают? Как показывает практика – многим. Хоть и не каждый в жизни сталкивается с промышленным оборудованием, оснащённым мощными электродвигателями, но, постоянно встречается пусть с не столь прожорливыми и мощными, электромоторами в быту. Ну а лифтом, наверняка, пользовался каждый.

Электродвигатели и нагрузки — проблема?

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

Наверное, самая значительная нагрузка, приходящаяся на двигатель в момент пуска, это многократное, хоть и кратковременное, превышение номинального рабочего тока агрегата. Уже через несколько секунд работы, когда электромотор выйдет на свои штатные обороты, ток, потребляемый им, тоже вернётся к нормальному уровню. Для обеспечения необходимого электроснабжения приходиться наращивать мощность электрооборудования и токопроводящих магистралей, что приводит к их подорожанию.

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

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

Для чего нужен плавный пуск?

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

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

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

Специфика применения таких агрегатов, как электролобзики, дрели, болгарки и им подобных, предполагают многократные циклы запуска и остановки, в течение относительно небольшого промежутка времени. Такой режим эксплуатации, в той же мере, влияет на их долговечность и энергопотребление, как и у их промышленных собратьев. При всем этом не стоит забывать, что системы плавного запуска не могут регулировать рабочие обороты мотора или реверсировать их направление. Также невозможно увеличить пусковой момент или снизить ток ниже, чем требуется для начала вращения ротора электродвигателя.

Варианты систем плавного пуска электродвигателей

Система «звезда-треугольник»

Одна из наиболее широко применяемых систем запуска промышленных асинхронных двигателей. Основным её преимуществом является простота. Двигатель запускается при коммутации обмоток системы «звезда», после чего, при наборе штатных оборотов, автоматически переключается на коммутацию «треугольник». Такой вариант старта позволяет добиться тока почти на треть ниже, чем при прямом запуске электромотора.

Однако, этот способ не подойдёт для механизмов с небольшой инерцией вращения. К таким, к примеру, относятся вентиляторы и небольшие насосы, из-за малых размеров и массы их турбин. В момент перехода с конфигурации «звезда» на «треугольник», они резко снизят обороты или вовсе остановятся. В результате после переключения, электродвигатель по сути, запускается заново. То есть в конечном счёте вы не добьётесь не только экономии ресурса двигателя, но и, вероятнее всего, получите перерасход электроэнергии.

Электронная система плавного пуска электродвигателя

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

С помощью таких схем, обычно, удаётся снизить пусковой ток до двух–трёх номинальных. Кроме этого, удаётся снизить существенный нагрев, присущий вышеупомянутой системе «звезда-треугольник», что способствует увеличению срока службы электродвигателей. Благодаря тому, что управление запуска двигателя происходит за счёт снижения напряжения, разгон ротора осуществляется плавно, а не скачкообразно, как у других схем.

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

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

Данная схема предназначена для запуска электродвигателей мощностью не более одиннадцати киловатт. Применяют такой вариант в том случае, если требуется смягчить удар при запуске, а торможение, плавный пуск и понижение пускового тока не имеют значения. В первую очередь из-за невозможности организации последних, в такой схеме. Но по причине удешевления производства полупроводников, в том числе и симисторов, они сняты с производства и редко встречаются;

Двухфазная схема пуска

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

Трехфазная схема пуска

Эта схема является наиболее надёжной и универсальной системой плавного пуска электродвигателей. Максимальная мощность, управляемых таким устройством двигателей, ограничена исключительно максимальной температурной и электрической выносливостью применённых симисторов. Его универсальность позволяет реализовать массу функций, таких как: динамический тормоз, подхват обратного хода или балансировку ограничения магнитного поля и тока.

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

Существующие на сегодняшний день устройства плавного пуска электродвигателей, помимо приведённых выше свойств, рассчитаны на их совместную работу с различными контроллерами и системами автоматизации. Имеют возможность включения по команде оператора или глобальной системы управления. При таких обстоятельствах, в момент включения нагрузок, возможно появление помех, могущих привести к сбоям в работе автоматики, а следовательно, стоит озаботиться системами защиты. Использование схем плавного пуска, способно значительно уменьшить их влияние.

Плавный пуск своими руками

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

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

elektro.guru

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):

  1. снижение стартового тока;
  2. уменьшение затрат на электроэнергию;
  3. повышение эффективности;
  4. сравнительно низкая стоимость;
  5. 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.

electricdoma.ru

Плавный пуск асинхронного электродвигателя. Устройство и принцип работы

Асинхронные электродвигатели, помимо очевидных преимуществ имеют два существенных недостатка – большой пусковой ток (до семи раз больше номинального) и рывок на старте. Данные недостатки негативно влияют на состояние електросетей, требуют применения автоматических выключателей с соответствующей времятоковой характеристикой, создают критические динамические нагрузки на оборудование.

С эффектом запуска мощного асинхронного двигателя знакомы все: «проседает напряжение и сотрясается все вокруг электродвигателя. Поэтому, для уменьшения негативных воздействий были разработаны способы и схемы, позволяющие смягчить рывок и сделать запуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором более плавным.

Способы плавного пуска асинхронных двигателей

Кроме негативного влияния на цепи питания и окружение, стартовый импульс электродвигателя вреден и для его обмоток статора, ведь момент увеличенной силы при запуске прикладывается к обмоткам. То есть, сила рывка ротора усиленно давит на обмоточные провода, тем самым убыстряя износ их изоляции, пробой которой называют межвитковым замыканием.

Иллюстрация принципа действия асинхронного электродвигателя

Поскольку конструктивно нельзя уменьшить пусковой ток, придуманы способы, схемы и аппараты, обеспечивающие плавный пуск асинхронного двигателя. В большинстве случаев, на производствах с мощными линиями питания и в быту данная опция не является обязательной – так как колебания напряжения и пусковые вибрации не оказывают существенного влияния на производственный процесс.

Графики изменения токов при прямом запуске и при помощи устройств плавного пуска

Но существуют технологии, требующие стабильных, не превышающих норм параметров, как электроснабжения, так и динамических нагрузок. Например – это может быть точное оборудование, работающее в одной сети с чувствительными к напряжению потребителями электроэнергии. В этом случае, для соблюдения технологических норм для мягкого запуска электродвигателя применяют различные способы:

  • Переключение звезда – треугольник;
  • Запуск при помощи автотрансформатора;
  • устройства плавного пуска асинхронного двигателя (УПП).

В приведенном ниже видео перечислены основные проблемы, возникающие при запуске электродвигателя, а также описаны достоинства и недостатки различных устройств плавного пуска асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором.

По-иному УПП еще называют софт стартерами, от английского «soft» – мягкий. Ниже будут кратко описаны виды и предлагаемые опции в широко распространенных УПП (софт стартерах). Также вы можете ознакомиться с дополнительными материалами по устройствам плавного пуска

Промышленные софт стартеры для электродвигателей различной мощности

Ознакомление с принципом плавного запуска

Для того, чтобы осуществить плавный пуск асинхронного электродвигателя максимально эффективно и с минимальными затратами, приобретая готовые софт стартеры, необходимо прежде ознакомиться с принципом действия подобных устройств и схем. Понимание взаимодействия физических параметров позволит сделать оптимальный выбор УПП.

При помощи устройств плавного пуска можно добиться снижения пускового тока до значения трехкратного превышения номинального (вместо семикратной перегрузки)

Для плавного пуска асинхронного электродвигателя необходимо уменьшить пусковой ток, что позитивно скажется как на нагрузке электросети, так и на динамических перегрузках обмоток двигателя и приводных механизмов. Достигают уменьшения пускового тока, снижая напряжение питания электродвигателя. Заниженное пусковое напряжение используется во всех трех предложенных выше способах. Например, при помощи автотрансформатора пользователь самостоятельно занижает напряжение при запуске, поворачивая ползунок.

Понижая напряжение на старте можно добиться плавного запуска електродвигателя

При использовании переключения «звезда-треугольник» меняется линейное напряжение на обмотках электродвигателя. Переключение осуществляется при помощи контакторов и реле времени, рассчитанное на время запуска электродвигателя. Подробное описание плавного пуска асинхронного электродвигателя при помощи переключения «звезда-треугольник» имеется на данном ресурсе по указанной ссылке.

Схема переключения «звезда-треугольник» с использованием контакторов и реле времени

Теория осуществления плавного запуска

Для понимания принципа плавного старта необходимо понимание закона сохранения энергии, необходимой для раскрутки вала ротора электромотора. Упрощенно можно считать энергию разгона пропорциональной мощности и времени, E = P*t, где P – мощность, равная умножению силы тока на напряжение (P = U*I). Соответственно, E = U*I *t. Поскольку для уменьшения пускового момента и снижения нагрузок на сеть необходимо уменьшить стартовый ток I, то сохраняя уровень потраченной энергии нужно увеличить время разгона.

Увеличение времени разгона за счет снижения пускового тока возможно только при небольшой нагрузке на валу. Это является основным недостатком всех УПП

Поэтому для оборудования с тяжелыми условиями старта (большой нагрузкой на валу во время запуска), применяются специальные электродвигатели с фазным ротором. Узнать о свойствах данных двигателей можно из соответствующего раздела в статье на данном ресурсе, перейдя по ссылке.

Звигатель с фозім ротором, необходим для оборудования с тіжелім запуском

Также необходимо учитывать, что во время мягкого запуска происходит увеличенный нагрев обмоток и электронных силовых ключей пускового устройства. Для охлаждения полупроводниковых ключей необходимо использование массивных радиаторов, которые увеличивают стоимость аппарата. Поэтому уместно использование УПП для кратковременного разгона двигателя с дальнейшим шунтированием ключей прямым напряжением сети. Подобный режим (переключение байпас) делает компактней и дешевле электронное устройство плавного пуска асинхронных двигателей, но ограничивает количество запусков в определенном интервале ввиду требуемого времени для охлаждения ключей.

Структурная схема шунтирования силовых полупроводниковых ключей (байпас)

Основные параметры и характеристики УПП

Ниже в тексте будут приведены схемы аппаратов плавного запуска для изучения и собственноручного изготовления. Для тех, кто не готов осуществить плавный пуск асинхронного электродвигателя своими руками, полагаясь на готовое изделие, будет полезной информация о существующих разновидностях софт стартеров.


Пример аналогово и цифрового УПП, в модульном исполнении (устанавливается на DIN-рейку)

Одним из главных параметров при выборе УПП является мощность обслуживаемого электромотора, выраженная в киловаттах. Не менее важным является время разгона и возможность регулировки интервала запуска. Данными характеристиками обладают все существующие софт стартеры. Более совершенные УПП являются универсальными и позволяют настраивать параметры мягкого запуска в широком диапазоне значений относительно характеристик двигателя и требований технологического процесса.

Пример универсального софтстартера

В зависимости от типа софт стартера в них могут присутствовать различные опции, повышающие функциональность аппарата и позволяющие осуществлять контроль работы электродвигателя. Например, при помощи некоторых УПП возможно осуществление не только плавного запуска электромотора, но и его торможение. Более совершенные софт стартеры осуществляют защиту двигателя от перегрузок и позволяют также регулировать вращательный момент ротора при пуске, останове и работе.

Пример различий в технических характеристиках различных УПП от одного производителя

Разновидности софт стартеров

По способу подключения УПП подразделяются на три вида:

УПП своими руками

Для самостоятельного изготовления УПП используемая схема плавного пуска асинхронного двигателя своими руками будет зависеть от возможности и навыков мастера. Самостоятельное смягчение пусковых перегрузок при помощи автотрансформатора доступно практически любому пользователю без специальных знаний, но данный способ является неудобным ввиду необходимости ручной регулировки старта электродвигателя. В продаже можно встретить недорогие устройства плавного запуска, которые придется самостоятельно подключить к электроинструменту, не обладая глубокими познаниями в радиотехнике. Пример работы до и после софт стартера, а также его подключение показано на видео ниже:

Для мастеров, обладающих общими знаниями в электротехнике, и владеющих практическими навыками электромонтажа подойдет для собственноручного осуществления плавного запуска схема переключения «звезда-треугольник». Данные схемы, несмотря на их солидный возраст, широко распространены и успешно используются по сей день ввиду простоты и надежности. В зависимости от квалификации мастера в сети интернет можно найти схемы УПП для повторения своими руками.

Пример схемы относительно простого двухфазного УПП

Современные софт стартеры имеют внутри сложную электронную начинку из множества электронных деталей, работающих под управлением микропроцессора. Поэтому для изготовления аналогичного УПП своими руками по имеющимся в сети интернет схемам необходимо не только мастерство радиолюбителя, но и навыки программирования микроконтроллеров.

infoelectrik.ru

Устройство плавного пуска двигателей — Сайт по ремонту, подключению, установке электрики своими руками!

Здравствуйте, уважаемые мои читатели. В этой статье мы рассмотрим возможные варианты плавного запуска двигателей.

Уже давно ни для кого не секрет, что все электродвигатели в момент запуска страдают одной неприятной болезнью – большими пусковыми токами. Без специальных «лекарств» это никак не лечится. Если вкратце, то полное (или эквивалентное) сопротивление катушки индуктивности (обмотка двигателя, как частный случай) состоит из активного (сопротивление катушки постоянному току) сопротивления и индуктивного (реактивного), которое зависит от частоты переменного напряжения и индуктивности. Более подробно о сопротивлениях можно прочитать в этой статье.

Вот тут-то и кроется причина болезни двигателей. Когда двигатель развивает номинальные обороты индуктивное сопротивление очень велико, и, следовательно, сумма сопротивлений активного и реактивного тоже велика, но когда двигатель остановлен, индуктивное сопротивление практически равно нулю, остается только активное, а оно мало. По закону Ома сила тока в цепи обратно пропорциональна сопротивлению, т.е. чем оно меньше, тем больше ток. Ну а там, где большие токи ничего хорошего не ждите. Большой ток означает большую силу, а большая сила в большинстве своем старается сломать все на своем пути. Вот здесь то и пригодятся устройства плавного пуска.

Одним из вариантов можно рассматривать применение частотных преобразователей. Преимуществом такого способа плавного пуска является возможность регулировки оборотов двигателя в очень точных пределах, гибкая регулировка времени запуска, возможность удаленной регулировки оборотов и запуска, применение в зависимых схемах (когда скорость оборотов регулируется от какого-либо прибора, датчика и т.д.). Недостаток этого способа только цена и сложность настройки в некоторых моделях. Ну и довольно часто бывает так, что покупаем дорогую «игрушку» а используем процентов 15 из того, что она может.

Есть другой, довольно интересный, но в тоже время недорогой способ плавного запуска. Но тут есть одна маленькая загвоздка. Двигатель нужно подобрать такой, чтобы при способе соединения «треугольник» он подходил для нашего напряжения, то есть если у нас имеется три фазы с напряжением между ними 380 вольт, то двигатель должен быть 660/380 вольт. Принцип заключается в том, что при соединении звездой двигатель работает более плавно и, кстати сказать, не развивает своей номинальной мощности. При соединении обмоток треугольником двигатель выдает заявленную мощность полностью, но при этом «рвет с места». Данная схема позволяет раскрутить двигатель на «звезде» фактически на пониженном напряжении (то есть двигателю в нашем примере надо 660 вольт при соединении звездой, а мы ему даем 380), а потом мы его переключаем в треугольник, но он уже работает на номинальных или близко к номинальным оборотам и сильного броска тока не произойдет.

Простота схемы имеет ряд недостатков. Лучше всего использовать не два автомата, а рубильник, который будет переключать контакты. Ибо если включить сразу два автомата произойдет короткое замыкание. Еще один недостаток в том, что при такой схеме довольно сложно организовать реверсирование, только если делать еще один блок управления, но только уже реверсом. Ну и общий недостаток асинхронных трехфазных двигателей в том, что при соединении в треугольник температура двигателя выше и работает он жестче, чем при соединении звездой, но это и понятно, он ведь выдает полную мощность.

Еще один способ использование реостатов. Сложность заключается в том, что они должны быть мощные, их должно быть три штуки, и они должны регулироваться одновременно. Принцип работы мы рассмотрим чуть ниже.

Мир не стоит на месте и в сфере электроники придумали решение для таких случаев. Это решение называется «софстартер». Если говорить грубо, это почти частотный преобразователь, но простой до безобразия. В нем нет таких возможностей для программирования, как в преобразователе. А какие возможности есть, мы сейчас узнаем.

Принцип действия устройства плавного пуска двигателей

Оно простое. Вспоминаем закон Ома, сила тока в цепи прямо пропорциональна напряжению, а значит, чтобы уменьшить ток, надо уменьшит напряжение. Именно этим и занимается софстартер. По сути, это замена реостатов, о которых мы говорили выше. Принципиальная схема такого устройства вполне может выглядеть так:

Мы видим набор микросхем, управляющих тиристорными ключами, которые ограничивают напряжение, подаваемое на двигатель. В данном случае, схема очень примитивна, временной интервал здесь задан жестко и не регулируется. В современных моделях имеются различные настройки.

Принцип работы прост. Схемой задается некое начальное напряжение (30-60% от номинального) и задается время, в течение которого это начальное напряжение поднимется до номинального значения.На что стоит обратить внимание при выборе такого устройства. В первую очередь, конечно же, мощность (в ответственных случаях имеет смысл взять с запасом не менее 30%, это позволяет надеяться на то, что устройство проработает дольше), второй параметр это время повторного запуска (этот показатель говорит о том, через какой промежуток времени вы снова можете запустить полностью остановившийся двигатель). Остальные параметры определит только ваш аппетит и ваши запросы. Ну и как обычно – пожелание: удачных вам творений!

jelektro.ru

Схема тиристорного устройствоа плавного пуска асинхронного электродвигателя

Александр Ситников (Кировская обл.)

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

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 уставокна 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 обратномпорядке.

www.zvezda-el.ru

Плавный пуск электродвигателя — ElectrikTop.ru


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.

electriktop.ru

Плавный пуск электродвигателя своими руками

Устройство плавного пуска электродвигателя

Одним из самых главных недостатков асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором является наличие у них больших пусковых токов. И если теоретически методы их снижения были хорошо разработаны уже довольно давно, то вот практически все эти разработки (использование пусковых резисторов и реакторов, переключение со звезды на треугольник, использование тиристорных регуляторов напряжения и т.д.) применялись очень в редких случаях.

Все резко изменилось в наше время, т.к. благодаря прогрессу силовой электроники и микропроцессорной техники на рынке появились компактные, удобные и эффективные устройства плавного пуска электродвигателей (софтстартеры) .

Устройства плавного пуска асинхронных двигателей — это устройства, которые значительно увеличивают срок эксплуатации электродвигателей и исполнительных устройств, работающих от вала этого двигателя. При подаче напряжения питания обычным способом, происходят процессы, разрушающие электродвигатель.

Пусковой ток и напряжение на обмотках двигателей, в момент переходных процессов, значительно превышают допустимые значения. Это приводит к износу и пробою изоляции обмоток, подгоранию контактов, значительно сокращает срок службы подшипников, как самого двигателя, так и устройств сидящих на валу электродвигателя.

Для обеспечения необходимой пусковой мощности, приходится увеличивать номинальную мощность питающих электрических сетей, что приводит к значительному удорожанию оборудования и перерасходу электроэнергии.

Кроме того просадка напряжения питания в момент пуска электродвигателя — может привести к порче оборудования, задействованного от этих же источников питания, эта же просадка наносит серьезный ущерб оборудованию электроснабжения, уменьшает срок его службы.

В момент пуска электродвигатель является серьезным источником электромагнитных помех, нарушающих работу электронного оборудования, запитанного от этих же электрических сетей, или находящихся в непосредственной близости от двигателя.

Если произошла аварийная ситуация и двигатель перегрелся или сгорел, то, в результате нагрева, параметры трансформаторной стали изменятся настолько, что номинальная мощность, отремонтированного двигателя, может снизиться на величину до 30%, в результате, этот электродвигатель окажется непригодным к использованию на прежнем месте.

Устройство плавного пуска электродвигателей объединяет функции плавного пуска и торможения, защиты механизмов и электродвигателей, а также связи с системами автоматизации.

Плавный пуск с помощью софтстартера реализуется медленным подъемом напряжения для плавного разгона двигателя и снижения пусковых токов. Регулируемыми параметрами обычно являются начальное напряжение, время разгона и время торможения электродвигателя. Очень маленькое значение начального напряжения может очень сильно уменьшить пусковой момент электродвигателя, поэтому оно обычно устанавливается 30-60% от значения номинального напряжения.

При запуске напряжения скачком увеличивается до устанволенного значения начального напряжения, а потом плавно за заданное время разгона поднимается до номинального значения. Электродвиагетль будет при этом плавно и быстро разгоняться до номинальной скорости.

Применение софстартеров позволяет уменьшить пусковой бросок тока до минимальных значений, уменьшает количество применяемых реле и контакторов. выключателей. Обеспечивает надежную защиту электродвигателей от аварийной перегрузки, перегрева, заклинивания, обрыва фазы, снижает уровень электромагнитных помех.

Устройства плавного пуска электродвигателей просты в устройстве, монтаже и эксплуатации.

Пример схемы подключения устройства плавного пуска электродвигателя

При выборе устройства плавного пуска необходимо учитывать следующее:

1. Ток электродвигателя. Необходимо выбирать устройство плавного пуска по полному току нагрузки двигателя, который не должен превышать ток предельной нагрузки устройства плавного пуска.

3. Напряжение сети. Каждое устройство плавного пуска рассчитано на работу при определенном напряжении. Напряжение сети питания должно соответствовать паспортному значению софтстартера.

Устройства плавного пуска

скачать прайс-лист скачать руководство

Плавный пуск — одно из неотъемлемых условий для безопасной и долговременной работы трехфазных асинхронных электродвигателей.

Серия LD1000

Устройство плавного пуска серии LD1000 обеспечивает плавный разгон и торможение электродвигателя, тем самым снижает нагрузку на электросеть и пускаемые механизмы. Данную задачу LD1000 реализует за счѐт ограничения пускового тока и крутящего момента путѐм плавного нарастания подаваемого напряжения на электродвигатель.

Если Вы не уверены какое именно устройство плавного пуска выбрать, вам всегда помогут наши менеджеры по телефону +7 495 981-54-56.

Только здесь вы можете купить устройства плавного пуска, при оптимальном соотношении цена — качество!

Основные технические характеристики:

  • Напряжение питания 380В, 50 Гц
  • Ограничение пускового тока до 450% от номинального тока двигателя
  • Управление обходным контактором (система «bypass»)
  • Защита электродвигателя (короткое замыкание, перенапряжение, падение напряжения, перегрузка, обрыв фазы, перегрузка по току и др.)
  • Рабочая температура от 0 до +50˚С, относительная влажность воздуха не более 95% без образования конденсата
  • Максимальное время разгона 60 с.

Плавный пуск вентилятора охлаждения

Наконец-то появилась свободная минутка и я решил сделать очередное устройство для своего авто) Добрался я в этот раз до вентилятора системы охлаждения двигателя. В штатном варианте, когда включается ВСОД, происходит просадка напряжения бортовой сети. Когда я поставил сделанное устройство у меня получилось плавное нарастание тока в обмотке двигателя при его включении, исключив резкий скачок тока, а также провалов и резкой просадки напряжения бортовой сети

P.S. Данное устройство размещается максимально близко к вентилятору иначе могут образоваться помехи, которые будут мешать нормальной работе автомобиля.

Применение микросхемы КР1182ПМ1. Плавный пуск электродвигателя

Устройства плавного пуска электродвигателя

Плавный пуск электродвигателя в последнее время применяется все чаще. Области его применения 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

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

Перегрузки исполнительных механизмов

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 позволяет избежать гидравлического удара при выключении агрегата.

Устройства плавного пуска промышленного изготовления

Устройства плавного пуска в настоящее время выпускается многими фирмами, например Siemens, Danfoss, Schneider 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 фирменные 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

В первой части статьи рассказывалось о специализированной микросхеме КР1182ПМ1. представляющей фазовый регулятор мощности. Были рассмотрены типовые схемы ее включения, устройства плавного запуска ламп накаливания и просто регуляторы мощности в нагрузке. На основе этой микросхемы возможно создание достаточно простого устройства плавного пуска трехфазного электродвигателя. Схема устройства показана на рисунке 1.

Рисунок 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, 380 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 40TPS12. 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 R8C11, R9C12, R10C13), а с помощью варисторов RU1 RU3 поглощаются коммутационные помехи, амплитуда которых превышает 500 В.

В качестве управляющих узлов для выходных ключей используются микросхемы DA1 DA3 типа КР1182ПМ1. Эти микросхемы достаточно подробно были рассмотрены в первой части статьи. 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 всего 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.

Источники.

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 асинхронного электродвигателя. Устройство и принцип работы

Автор newwebpower На чтение 8 мин. Просмотров 1.8k. Опубликовано Обновлено

Асинхронные электродвигатели, помимо очевидных преимуществ имеют два существенных недостатка – большой пусковой ток (до семи раз больше номинального) и рывок на старте. Данные недостатки негативно влияют на состояние електросетей, требуют применения автоматических выключателей с соответствующей времятоковой характеристикой, создают критические динамические нагрузки на оборудование.

С эффектом запуска мощного асинхронного двигателя знакомы все: «проседает напряжение и сотрясается все вокруг электродвигателя. Поэтому, для уменьшения негативных воздействий были разработаны способы и схемы, позволяющие смягчить рывок и сделать запуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором более плавным.

Способы плавного пуска асинхронных двигателей

Кроме негативного влияния на цепи питания и окружение, стартовый импульс электродвигателя вреден и для его обмоток статора, ведь момент увеличенной силы при запуске прикладывается к обмоткам. То есть, сила рывка ротора усиленно давит на обмоточные провода, тем самым убыстряя износ их изоляции, пробой которой называют межвитковым замыканием.

Иллюстрация принципа действия асинхронного электродвигателя

Поскольку конструктивно нельзя уменьшить пусковой ток, придуманы способы, схемы и аппараты, обеспечивающие плавный пуск асинхронного двигателя. В большинстве случаев, на производствах с мощными линиями питания и в быту данная опция не является обязательной – так как колебания напряжения и пусковые вибрации не оказывают существенного влияния на производственный процесс.

Графики изменения токов при прямом запуске и при помощи устройств плавного пуска

Но существуют технологии, требующие стабильных, не превышающих норм параметров, как электроснабжения, так и динамических нагрузок. Например – это может быть точное оборудование, работающее в одной сети  с чувствительными к напряжению потребителями электроэнергии. В этом случае, для соблюдения технологических норм для мягкого запуска электродвигателя применяют различные способы:

  • Переключение звезда – треугольник;
  • Запуск при помощи автотрансформатора;
  • устройства плавного пуска асинхронного двигателя (УПП).

В приведенном ниже видео перечислены основные проблемы, возникающие при запуске электродвигателя, а также описаны достоинства и недостатки различных устройств плавного пуска асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором.



По-иному УПП еще называют софт стартерами, от английского «soft» – мягкий. Ниже будут кратко описаны виды и предлагаемые опции в широко распространенных УПП (софт стартерах). Также вы можете ознакомиться с дополнительными материалами по устройствам плавного пуска Промышленные софт стартеры для электродвигателей различной мощности

Ознакомление с принципом плавного запуска

Для того, чтобы осуществить плавный пуск асинхронного электродвигателя максимально эффективно и с минимальными затратами, приобретая готовые софт стартеры, необходимо прежде ознакомиться с принципом действия подобных устройств и схем. Понимание взаимодействия физических параметров позволит сделать оптимальный выбор УПП.

При помощи устройств плавного пуска можно добиться снижения пускового тока до значения трехкратного превышения номинального (вместо семикратной перегрузки)

Для плавного пуска асинхронного электродвигателя необходимо уменьшить пусковой ток, что позитивно скажется как на нагрузке электросети, так и на динамических перегрузках обмоток двигателя и приводных механизмов. Достигают уменьшения пускового тока, снижая напряжение питания электродвигателя. Заниженное пусковое напряжение используется во всех трех предложенных выше способах. Например, при помощи автотрансформатора пользователь самостоятельно занижает напряжение при запуске, поворачивая ползунок.

Понижая напряжение на старте можно добиться плавного запуска електродвигателя

При использовании переключения «звезда-треугольник» меняется линейное напряжение на обмотках электродвигателя. Переключение осуществляется при помощи контакторов и реле времени, рассчитанное на время запуска электродвигателя. Подробное описание плавного пуска асинхронного электродвигателя при помощи переключения «звезда-треугольник» имеется на данном ресурсе по указанной ссылке.

Схема переключения «звезда-треугольник» с использованием контакторов и реле времени
Теория осуществления плавного запуска

Для понимания принципа плавного старта необходимо понимание закона сохранения энергии, необходимой для раскрутки вала ротора электромотора. Упрощенно можно считать энергию разгона пропорциональной мощности и времени, E = P*t, где P – мощность, равная умножению силы тока на напряжение (P = U*I). Соответственно, E = U*I *t. Поскольку для уменьшения пускового момента и снижения нагрузок на сеть необходимо уменьшить стартовый ток I, то сохраняя уровень потраченной энергии нужно увеличить время разгона.

Увеличение времени разгона за счет снижения пускового тока возможно только при небольшой нагрузке на валу. Это является основным недостатком всех УПП

Поэтому для оборудования с тяжелыми условиями старта (большой нагрузкой на валу во время запуска), применяются специальные электродвигатели с фазным ротором. Узнать о свойствах данных двигателей можно из соответствующего раздела в статье на данном ресурсе, перейдя по ссылке.

Звигатель с фозім ротором, необходим для оборудования с тіжелім запуском

Также необходимо учитывать, что во время мягкого запуска происходит увеличенный нагрев обмоток и электронных силовых ключей пускового устройства. Для охлаждения полупроводниковых ключей необходимо использование массивных радиаторов, которые увеличивают стоимость аппарата. Поэтому уместно использование УПП для кратковременного разгона двигателя с дальнейшим шунтированием ключей прямым напряжением сети. Подобный режим (переключение байпас) делает компактней и дешевле электронное устройство плавного пуска асинхронных двигателей, но ограничивает количество запусков в определенном интервале ввиду требуемого времени для охлаждения ключей.

Структурная схема шунтирования силовых полупроводниковых ключей (байпас)

Основные параметры и характеристики УПП

Ниже в тексте будут приведены схемы аппаратов плавного запуска для изучения и собственноручного изготовления. Для тех, кто не готов осуществить плавный пуск асинхронного электродвигателя своими руками, полагаясь на готовое изделие, будет полезной информация о существующих разновидностях софт стартеров.

Пример аналогово и цифрового УПП, в модульном исполнении (устанавливается на DIN-рейку)

Одним из главных параметров при выборе УПП является мощность обслуживаемого электромотора, выраженная в киловаттах. Не менее важным является время разгона и возможность регулировки интервала запуска. Данными характеристиками обладают все существующие софт стартеры. Более совершенные УПП являются универсальными и позволяют настраивать параметры мягкого запуска в широком диапазоне значений относительно характеристик двигателя и требований технологического процесса.

Пример универсального софтстартера

В зависимости от типа софт стартера в них могут присутствовать различные опции, повышающие функциональность аппарата и позволяющие осуществлять контроль работы электродвигателя. Например, при помощи некоторых УПП возможно осуществление не только плавного запуска электромотора, но и его торможение. Более совершенные софт стартеры осуществляют защиту двигателя от перегрузок и позволяют также регулировать вращательный момент ротора при пуске, останове и работе.

Пример различий в технических характеристиках различных УПП от одного производителя

Разновидности софт стартеров

По способу подключения УПП подразделяются на три вида:

  1. Однофазные. Регулируют пусковое напряжение на одной фазе для уменьшения пускового момента. Обладают ограниченной функциональностью и не снижают пусковой ток. В виду удешевления полупроводниковых силовых ключей, однофазные УПП применяются редко.

    Структурная схема однофазного УПП

  2. Двухфазные. Осуществляют регулировку пускового тока по двум фазам, что позволяет улучшить динамические характеристики запуска двигателя, но не решают проблему с несимметричной «просадкой» напряжения. Используется в основном радиолюбителями, осуществляющими плавный пуск асинхронного электродвигателя своими руками, схема устройства приведена ниже.

    Структурная схема двухфазного УПП

  3. Трехфазные. Дают максимально возможное уменьшение пускового момента, снижая пусковой ток до минимально возможной трехкратной перегрузки. Позволяют осуществлять большой набор функций помимо плавного разгона – регулировку момента, торможение, слежение за параметрами, дистанционное управление, защиту от тепловых перегрузок, и т. д.

    Структурная схема трехфазного УПП

УПП своими руками

Для самостоятельного изготовления УПП используемая схема плавного пуска асинхронного двигателя своими руками будет зависеть от возможности и навыков мастера. Самостоятельное смягчение пусковых перегрузок при помощи автотрансформатора доступно практически любому пользователю без специальных знаний, но данный способ является неудобным ввиду необходимости ручной регулировки старта электродвигателя. В продаже можно встретить недорогие устройства плавного запуска, которые придется самостоятельно подключить к электроинструменту, не обладая глубокими познаниями в радиотехнике. Пример работы до и после софт стартера, а также его подключение показано на видео ниже:



Для мастеров, обладающих общими знаниями в электротехнике, и владеющих практическими навыками электромонтажа подойдет для собственноручного осуществления плавного запуска схема переключения «звезда-треугольник». Данные схемы, несмотря на их солидный возраст, широко распространены и успешно используются по сей день ввиду простоты и надежности. В зависимости от квалификации мастера в сети интернет можно найти схемы УПП для повторения своими руками. Пример схемы относительно простого двухфазного УПП

Современные софт стартеры имеют внутри сложную электронную начинку из множества электронных деталей, работающих под управлением микропроцессора. Поэтому для изготовления аналогичного УПП своими руками по имеющимся в сети интернет схемам необходимо не только мастерство радиолюбителя, но и навыки программирования микроконтроллеров.


Устройство плавного пуска асинхронного двигателя

Интерес радиолюбителей к разработке устройств плавного пуска асинхронных электродвигателей не ослабевает. Появляются всё новые конструкции. Одна из них предлагается читателям.

Довольно большую популярность получили устройства плавного пуска на микросхеме КР1182ПМ1, например, описанное в [1]. Но этой микросхеме присущи особенности, не позволяющие достичь желаемых результатов без вынужденного усложнения схемы. Первая из них — максимальное напряжение сети не более 276 В. Для трёхфазного электродвигателя этого явно мало. Приходится занулять среднюю точку «звезды» его статора, чтобы ток протекал не между фазами, а между каждой фазой и нейтралью. Но в этом случае требуется регулировать ток всех трёх фаз, иначе через одну из обмоток в течение всего времени пуска будет протекать ток, многократно превышающий номинальный. А при включении обмоток «звездой» с изолированной средней точкой достаточно регулировать ток только в двух фазах.

Вторая особенность — необходимость внешней цепи для принудительной разрядки времязадающего конденсатора, так как ток его разрядки через саму микросхему КР1182ПМ1 весьма мал и устройство будет готово к повторному пуску двигателя только через довольно продолжительное время.
 

Недавно я решил разработать своё устройство плавного пуска. Сразу же решил не использовать в нём микроконтроллер, обойтись без узла определения прохождения тока через ноль (например, такого, как в [2]) и сделать его нечувствительным к порядку чередования фаз.

Рис. 1

Схема предлагаемого устройства показана на рис. 1. Оно состоит из трёх функциональных блоков. Два из них одинаковы и представляют собой симисторные регуляторы действующего значения напряжения на нагрузке, управляемые с помощью оптронов. Применение в них симметричных дини-сторов VS3 и VS4 (точнее, аналогов таких динисторов — микросхем КР1167КП1Б) позволило значительно упростить регуляторы.

Третий блок управляет одновременно обоими регуляторами, формируя в процессе пуска необходимый закон изменения эффективного значения приложенного к двигателю напряжения. Для этого он соответствующим образом изменяет ток, протекающий через излучающие диоды оптронов U1-U4, управляющих регуляторами.

Фотодиоды этих оптронов работают в фотовольтаическом режиме, генерируемое ими напряжение постепенно открывает транзисторы VT1 и VT2. При этом сопротивление транзисторов уменьшается, благодаря чему в каждом полупериоде сетевого напряжения конденсаторы C7 и C8 успевают заряжаться до напряжения открывания динисторов VS3 и VS4 за всё меньшее время. Соответственно симисторы VS1 и VS2 в каждом полупериоде открываются всё раньше и всё большие части полупериодов поступают на обмотки электродвигателя M1.

К сожалению, максимальное напряжение на обмотках электродвигателя при использовании таких регуляторов получается на 20…25 В меньше напряжения в сети. Поэтому предусмотрено реле K1, срабатывающее по окончании процесса пуска и соединяющее своими контактами электроды 1 и 2 симисторов VS1 и VS2. Этим достигается и уменьшение тепловыделения устройства плавного пуска в рабочем режиме двигателя.

Управляющий блок питается от одной из фаз трёхфазной сети через гасящий конденсатор C1 и выпрямитель на диодном мосте VD2-VD5. Учитывая, что напряжение на выходе моста незначительно по сравнению с сетевым напряжением, можно считать выпрямитель источником тока, значение которого около 20 мА задано реактивным сопротивлением конденсатора C1 и практически не зависит от нагрузки.

Резистор R5 ограничивает импульс тока зарядки конденсатора C1 в момент подключения устройства к сети. Рекомендую устанавливать этот резистор на высоте 5.7 мм над поверхностью монтажной платы, чтобы в случае его сгорания (например, в результате пробоя конденсатора Cl) плата не была повреждена. Резистор R6 необходим для разрядки конденсатора C1 после отключения от сети. Конденсатор C5 сглаживает пульсации.
 

Две цепи, состоящие из включённых последовательно излучающих диодов оптронов U1, U2 и U3, U4, соединены с плюсовым выводом этого конденсатора через постоянный резистор R2 и подстроечный R1. Ток через излучающие диоды зависит от сопротивления этих резисторов и значения выпрямленного диодным мостом VD2-VD5 напряжения, которое при неизменном выпрямленном токе зависит от сопротивления нагрузки выпрямителя. Первая часть этой нагрузки — цепь излучающих диодов. Вторая часть образована двумя включёнными последовательно параллельными интегральными стабилизаторами DA1 и DA2. Чем большая часть имеющихся 20 мА протекает через интегральные стабилизаторы, тем меньше остаётся на долю излучающих диодов.

Стабилизатор DA1 включён таким образом, что по мере зарядки конденсатора C4 сопротивление его участка катод-анод плавно увеличивается и ток через него уменьшается. При этом плавно увеличиваются выпрямленное напряжение и ток через излучающие диоды оптронов.

Стабилизатор DA2 задаёт начальное значение этого напряжения (устанавливают подстроечным резистором R9), которое достигается очень быстро после замыкания контактов выключателя SA1. Дальнейшее увеличение напряжения происходит плавно со скоростью, задаваемой сопротивле

Устройство плавного пуска: краткая характеристика, принцип работы и схемы | ENARGYS.RU

Устройства плавного пуска электродвигателей являются статическими электронными или электромеханическими устройствами, предназначенными для плавного ускорения и плавного замедления, а также для защиты трехфазных индукционных электродвигателей.

Устройства плавного пуска УПП осуществляют действия по снижению величины пускового тока и помогают осуществить согласование крутящего момента двигателя и момента нагрузки.

Принцип работы устройства плавного пуска

Управление напряжением, подаваемым на двигатель, осуществляется посредством изменения угла открытия тиристоров. В устройстве находятся два встречно-включенных тиристора, предназначенных для положительного и отрицательного полупериодов. Сила тока в третьей фазе, оставшейся без управления складывается из токов фаз под управлением.

После осуществления настройки, значение вращающего момента при пуске машины оптимизируется до предельно низкой величины пускового тока. Значение тока электродвигателя уменьшается параллельно значению установленного пускового напряжения на пуске. Величина пускового момента уменьшается в квадратичном отношении к напряжению.

Уровень напряжения осуществляет контроль пускового тока и момента двигателя при запуске и остановке двигателя.

Наличие в устройстве байпасных контактов, которые шунтируют тиристоры, способствует понижению тепловых потерь в тиристорах, а соответственно понижению нагрева всего устройства. Встроенная электронная дугогасительная система защищает контакты в случае появления повреждений в результате непредвиденных сбоев в работе, например, при прерывании подачи напряжения, возникновении вибрации или дефекте контактов.

Рис 1. Внешний вид устройства плавного пуска 3RW30

Рис 2. Внутренняя схема устройства управления плавным пуском 3RW30

Баланс полярности

Недостаток 2-фазного управления в устройстве плавного пуска асинхронного двигателя проявляется в появлении постоянного тока, вызванного фазовой отсечкой и наложением фазных токов, при которых возникает сильный акустический шум, выделяемый электродвигателем.

Применение метода «баланс полярности» значительно понижает влияние значений постоянного тока во время разгона двигателя, соответственно снижается акустическая характеристика запуска, достигается это благодаря балансированию полуволн различной полярности в процессе разгона двигателя.

Интерфейс устройства

Интерфейс устройства плавного пуска УПП «человек-машина» разрешает производить настройку параметров, существенно облегчая и упрощая осуществление процесса запуска и эксплуатации двигателя. Встроенная функция управления насосом предотвращает возникновение гидравлического удара.

Рис3. Интерфейс устройства плавного пуска

Рис. А.

 

Рис. Б. прикладной модуль AS-интерфейса

 

Рис. В.

Рис 4. Устройство плавного пуска электродвигателя — схема фидерной комбинации с AS-интерфейсом





Интерфейс состоит из двух дисплеев с сегментными индикаторами и ЖК-дисплеем, позволяющим обеспечить видимость на значительном расстоянии, включает в свой состав описание параметров и сообщений.

В возможности аппаратуры входит выбор режима программирования и языковые опции. Осуществляет копирование параметров из одного устройства в другое, увеличивая скорость программирования, повышая надежность оборудования и получая возможность корректирования и внесения идентичных параметров на одинаковых машинах.

Плавный пуск для однофазного двигателя

Устройство плавного пуска однофазного электродвигателя, применяемого в быту, активируется при подаче ~Uк выводам L1 и L2.

Рис 5. Схема лицевой панели устройства TSG предназначенного для однофазного двигателя

Происходит увеличение значение линейного напряжения в течение определенного отрезка времени до достижения его предельного значения. Выводы Т-2 и Т-3 постоянно запитаны от питающей сети. Время процесса регулируется регулятором, в диапазоне до 20 сек. С повышением параметров напряжения происходит увеличение вращающего момента. После окончания запуска, через шунтирующий контактор (байпас) происходит подключение двигателя от сети.

Рис. 6. Схема работы устройства плавного пуска TSG при положении регулятора момента вращения Моn =0, при котором начинается цикл плавного пуска

Устройство плавного пуска электродвигателя насоса

Устройство плавного пуска для насоса с использованием преобразователя частоты осуществляет следующие операции это:

  1. Осуществление плавного пуска и торможения насосного агрегата.
  2. Производство автоматического коммутирования в зависимости от показателей уровня и параметров давления жидкости.
  3. Защиту агрегата от «сухого хода», то есть без жидкости.
  4. Защита агрегата при критическом снижении параметров напряжения.
  5. Осуществление защитных действий от перенапряжения на входе преобразователя.
  6. Сигнализирует о включении, отключении агрегата, а также при аварии.
  7. Осуществляет местный обогрев.

Рис. 7. Устройство плавного пуска схема принципиальная, для автоматизации работы погружного насоса с поддержкой давления в полном автоматическом режиме

Подключение электродвигателя осуществляется от контактов U,V,W преобразующего частотного устройства. Пусковая кнопка SB2 вызывает срабатывание реле К1 через ее контактную группу происходит соединение вводов STF и PS частотного преобразователя, который производит плавный запуск электрического насоса, который осуществляется по заложенному программному обеспечению, включенному в настройку устройства.

Датчик определяющий давление ВР1 запитан от ввода преобразователя, делает возможной наличие обратной связи в цепи стабилизирующей давление. Работа этой системы происходит при обеспечении ПИД-регулятора. Потенциометр К1 или частотный преобразователь выполняют функцию по поддержанию заданных параметров давления. Насосный агрегата, при появлении «сухого» хода, должен отключаться для зашиты, в этом случае, контакты 7-8 в цепи катушки реле К3 замыкаются, отключение происходит при срабатывании датчика «сухого» хода подключенного от реле сопротивления А2 . Реле К2 осуществляет защитную функцию по отключению электродвигателя агрегата при аварии. При аварии происходит включение лампыНL1, лампа НL2 зажигается после срабатывания датчика реагирующего на понижение водяного уровня, на недопустимое значение.

Термореле ВК1 осуществляет включение подогрева шкафа управления контактором КМ1, электронагревателей ЕК1 и ЕК2. Защита устройства от тока короткого замыкания и перегруза производится автоматом QF1.

Высоковольтное устройство плавного пуска его отличительные особенности

Рис 8. Схема высоковольтного устройства плавного пуска

К отличительным особенностям относятся:

  1. Наличие оптоволоконного управления тиристорами.
  2. Управление на микропроцессорах.
  3. Способность к работе при повышенной температуре.
  4. Возможность задания различных алгоритмов и характеристик пуска и торможения для разных видов нагрузки.
  5. Способность к интеллектуальной защите.
  6. Возможность осуществления пуска при слабых источниках питания.
  7. Осуществление степени защиты от IP 00 доIP 65

Важно:при наладке устройства плавного пуска нужно чтобы установленное время разгона было больше физического времени разгона двигателя, иначе присутствует возможность получения повреждения устройства, так внутренние байпасные контакты замыкаются по истечении времени пуска. В том случае если не произошел разгон двигателя, может выйти из строя система байпасных контактов.

Важно:автоматический повторный пуск опасен не только повреждением устройства, но и может привести к смерти людей и тяжелому травматизму.


Команда запуск, обязана сбрасываться до команды сброса, так как при наличии команды запуска после команды сброса, автоматически выполняется повторный перезапуск. Особенно это касается защиты двигателя.

Для безопасности желательно присоединить выход общей ошибки в систему управления.

Рекомендация: нежелательность автоматического пуска, диктует необходимость присоединения дополнительных компонентов, например, устройства выпадения фазы или нагрузки, с цепями управляющего и главного тока.

схема. Устройство плавного пуска болгарки, подключение

Многие электроинструменты выходят из строя из-за износа мотора. У современных моделей болгарок имеется устройство плавного пуска. За счет него они способы долго проработать. Принцип работы элемента строится на изменении рабочей частоты. Для того чтобы более подробно узнать об устройстве пуска, стоит рассмотреть схему стандартной модели.

Устройство плавного пуска

Стандартная схема плавного пуска болгарки состоит из симистора, блока выпрямления и набора конденсаторов. Для увеличения рабочей частоты используются резисторы, которые пропускают ток в одном направлении. Защита пускателя осуществляется благодаря компактному фильтру. Номинальное напряжение у моделей поддерживается невысокое. Однако в данном случае многое зависит от предельной мощности мотора, который установлен в болгарке.

Как подключать модель?

Подключение плавного пуска болгарки осуществляется через переходник. Входные его контакты соединяются с блоком выпрямителя. При этом важно определить нулевую фазу в устройстве. Для закрепления контактов потребуется паяльная лампа. Проверить работоспособность пускателя можно через тестер. В первую очередь определяется отрицательное сопротивление. При установке пускателя важно помнить о пороговом напряжении, которое выдерживает устройство.

Схема устройства для болгарки с симистором на 10 А

Схема плавного пуска болгарки, своими руками изготовленного, предполагает применение контактных резисторов. Коэффициент полярности у модификаций, как правило, не превышает 55 %. Многие модели производятся с блокираторами. За защиту устройства отвечает проводной фильтр. Для пропускания тока используются трансиверы низкой частоты. Процесс понижения порогового напряжения осуществляется на транзисторе. Симистор в данном случае выступает стабилизатором. При подключении модели выходное сопротивление при перегрузке 10 А должно составлять около 55 Ом. Обкладки для пускателей подходят на полупроводниковой основе. В некоторых случаях устанавливаются магнитные трансиверы. Они хорошо справляются с малыми оборотами и могут поддерживать номинальную частоту.

Модель для болгарок с симистором на 15 А

Плавный пуск для болгарки с симисторами на 15 А является универсальным и часто встречается у моделей невысокой мощности. Отличие устройств заключается в низкой проводимости. Схема (устройство) плавного пуска болгарки предполагает применение трансиверов контактного типа, которые работают при частоте 40 Гц. У многих моделей используются компараторы. Данные элементы устанавливаются с фильтрами. Номинальное напряжение у пускателей стартует от 200 В.

Пускатели для болгарок с симистором на 20 А

Устройства с симисторами на 20 А подходят для профессиональных болгарок. У многих моделей применяются контакторные резисторы. В первую очередь они способны работать при высокой частоте. Максимальная температура пускателей равняется 55 градусам. У большинства моделей хорошо защищен корпус. Стандартная схема устройства предполагает применение трех контакторов емкостью от 30 пФ. Эксперты говорят о том, что устройства выделяются своей проводимостью.

Минимальная частота у пускателей составляет 35 Гц. Работать они способны в сети постоянного тока. Подключение модификаций осуществляется через переходники. Для моторов на 200 Вт хорошо подходят такие устройства. Фильтры довольно часто устанавливаются с триодами. Показатель чувствительности у них равняется не более 300 мВ. Довольно часто встречаются проводные компараторы с системой защиты. Если рассматривать импортные модели, то у них имеется интегральный преобразователь, который устанавливается с изоляторами. Проводимость тока обеспечивается на отметке 5 мк. При сопротивлении 40 Ом модель способна стабильно поддерживать большие обороты.

Модели на болгарку 600 Вт

Для болгарок на 600 Вт применяются пускатели с контактными симисторами, у которых перегрузка не превышает 10 А. Также стоит отметить, что есть много устройств с обкладками. Они выделяются защищенностью и не боятся повышенной температуры. Минимальная частота для болгарок на 600 Вт равняется 30 Гц. При этом сопротивление зависит от установленного триода. Если он применяется линейного типа, то вышеуказанный параметр не превышает 50 Ом.

Если говорить про дуплексные триоды, то сопротивление при высоких оборотах может доходить до 80 Ом. Очень редко у моделей встречаются стабилизаторы, которые работают от компараторов. Чаще всего они крепятся сразу на модули. Некоторые модификации делаются с проводными транзисторами. У них минимальная частота стартует от 5 Гц. Они боятся перегрузок, но способны поддерживать большие обороты при напряжении 220 В.

Устройства для болгарок на 800 Вт

Болгарки на 800 Вт работают с пускателями низкой частоты. Симисторы довольно часто применяются на 15 А. Если говорить про схему моделей, то стоит отметить, что у них используются расширительные транзисторы, у которых пропускная способность тока стартует от 45 мк. Конденсаторы используются с фильтрами и без них, а емкость у элементов равняется не более 3 пФ. Также стоит отметить, что пускатели отличаются по чувствительности.

Если рассматривать профессиональные болгарки, то для них подходят модификации на 400 мВ. При этом проводимость тока может быть низкой. Также существуют устройства с переменными транзисторами. Они быстро прогреваются, но не способны поддерживать большие обороты болгарки, а проводимость тока у них составляет около 4 мк. Если говорить про другие параметры, то номинальное напряжение стартует от 230 В. Минимальная частота у моделей с широкополосными симисторами составляет 55 Гц.

Пускатели для болгарок 1000 Вт

Пускатели для данных болгарок производятся на симисторах с перегрузкой 20 А. Стандартная схема устройства включает в себя триод, обкладку стабилизатора и три транзистора. Блок выпрямителя чаще всего устанавливается на проводной основе. Конденсаторы могут использоваться как с фильтром, так и без него. Минимальная частота обычной модели равняется 30 ГЦ. При сопротивлении 40 Ом пускатели способны поддерживать большие перегрузки. Однако могут возникнуть проблемы при низких оборотах болгарки.

Как сделать пускатель с симистора ТС-122-25

Сделать с симистором ТС-122-25 плавный пуск для болгарки своими руками довольно просто. В первую очередь рекомендуется заготовить контакторный резистор. Конденсаторы потребуются однополюсного типа. Всего в пускатель устанавливаются три элемента. Емкость одного конденсатора не должна превышать 5 пФ. Для повышения рабочей частоты припаивается контактор на обкладке. Некоторые эксперты говорят о том, что повысить проводимость можно благодаря фильтрам.

Блок выпрямителя используется с проводимостью от 50 мк. Он способен выдерживать большие перегрузки и сможет обеспечивать высокие обороты. Далее, чтобы собрать плавный пуск на болгарку своими руками, устанавливается тиристор. В конце работы модель подключается через переходник.

Сборка модели с симисторами серии VS1

Собрать на симисторе VS1 плавный пуск для болгарки своими руками можно при помощи нескольких блоков выпрямителя. Конденсаторы для устройства подходят линейного типа с емкостью от 40 пФ. Начинать сборку модификации стоит с пайки резисторов. Конденсаторы устанавливаются в последовательном порядке между изоляторами. Номинальное напряжение у качественного пускателя равняется 200 В.

Далее, чтобы сделать плавный пуск для болгарки своими руками, берется заготовленный симистор и припаивается в начале цепи. Минимальная рабочая частота у него должна составлять 30 Гц. При этом тестер обязан показывать значение 50 Ом. Если возникают проблемы с перегревом конденсаторов, то нужно использовать дипольные фильтры.

Модель для болгарок с регулятором КР1182ПМ1

Чтобы собрать с регулятором КР1182ПМ1 плавный пуск для болгарки своими руками, берется контактный тиристор и блок выпрямителя. Триод целесообразнее применять на два фильтра. Также стоит отметить, что для сборки пускателя потребуется три конденсатора с емкостью не менее 40 пФ.

Показатель чувствительности у элементов обязан составлять 300 мВ. Эксперты говорят о том, что симистор можно устанавливать за обкладкой. Также надо помнить, что пороговое напряжение не должно опускаться ниже 200 В. В противном случае модель не сможет работать при пониженных оборотах болгарки.

Устройство плавного пуска электродвигателя. Как это работает.

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.

Мощность

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.

Количество фаз

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.

Обратная связь

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.

Функциональность

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.

Способ управления

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

Дополнительные функции

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.

Есть отличная альтернатива устройству плавного пуска. Стоимость отличается, но и функциональные возможности расширенные.

Преобразователь  частоты – это решение задачи, когда требуется регулирование скорости  электродвигателя и автоматизация работы технологичного оборудования  через обратную связь посредством датчика. При помощи преобразователя Вы  сможете решить более сложные и разносторонние вопросы по автоматизации  электропривода.

Устройства плавного пуска

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

Схема плавного пуска двигателя холодильника

Холодильники, как правило, потребляют значительный ток при каждом включении компрессора, и это может происходить много раз в день. Схема плавного пуска двигателя компрессора, вероятно, решит эту проблему и поможет сэкономить электроэнергию. Идея была предложена г-ном Наим Хан.

Технические характеристики

Мне нужна ваша помощь относительно управления пусковым моментом (плавный пуск) компрессора холодильника в целях экономии энергии.Все эти компрессоры — конденсаторного типа. Если у вас есть какие-либо другие идеи по управлению этими оборотами конденсаторного пускового компрессора, дайте мне знать.
Скоро жду вашего ответа.

Конструкция

Конденсатор в конденсаторном пусковом двигателе не имеет ничего общего со скоростью двигателя. Конденсатор нужен только для того, чтобы запитать катушку возбуждения двигателя, чтобы помочь основной обмотке начать вращение, после чего она отключается от системы.

В любом случае, схема плавного пуска, представленная здесь, не имеет отношения к типу используемого двигателя переменного тока, мы надеемся, что она будет работать со всеми типами двигателей.

На рисунке мы видим схему, в которой холодильник соединен последовательно с выпрямительным диодом, у которого параллельно подключен тиристор.

Операция довольно проста.

Как работает схема

Как только внутреннее реле холодильника щелкает, диод D1 подает полуволны переменного тока на холодильник, вызывая медленный плавный пуск двигателя, тиристор не может проводить немедленно из-за наличие конденсатора на его затворе.

Следовательно, вначале холодильник может пропускать только полуволновой переменный ток через выпрямительный диод, пока конденсатор на затворе / катоде SCR не зарядится и не запустит SCR.

В течение этого периода полуволна переменного тока пропускает только около 50% начального напряжения на холодильник, обеспечивая плавный пуск двигателя, пока в течение нескольких секунд не сработает тиристор и не восстановится полная доступная мощность двигателя.

Как только SCR срабатывает, он берет на себя вторую половину переменного тока, чтобы двигатель холодильника мог набрать свой полный номинальный крутящий момент.

Принципиальная схема

Список деталей

R1 = 47K 1 Вт

D1 = 6 А диод

D2 = 1N4007

Z1 = 50 В 1 Вт стабилитрон

C1 = 10 мкФ / 400 В

Расчет пусковой мощности
Включите

Поскольку изначально последовательный диод преобразует входной переменный ток в полуволновой постоянный ток, важно знать средний постоянный ток, приложенный в конкретный момент. Его можно рассчитать по формуле:

Vdc av = Vp / π

, где π = 3.1416, и Vp = пиковое значение полуволны

Значение π может быть решено, и приведенная выше формула может быть дополнительно выражена как:

Vdc av = 0,318 Vp

Пиковое напряжение может быть рассчитано по следующей формуле:

пиковое напряжение = среднеквадратичное значение x 1,414

, поэтому мы получаем:

Vp = Vrms x 1,414

Для 220V RMS формула выше может быть решена как:

Vp = 220 x 1,414 = 311,08V

Для точности мы также может включать 0.Падение 7 В, создаваемое диодом в нашем расчете:

Vdc av = (VP — 0,7) / π

Решая приведенное выше уравнение с Vp = 311,08, мы получаем:

Vdc av = (311,08 — 0,7) / π = 98,84 В

Если сопротивление обмотки двигателя холодильника известно, указанное выше среднее напряжение постоянного тока можно использовать для расчета начальной мощности плавного пуска, потребляемой двигателем, по следующей формуле:

P = I2R, где P означает мощность,

I = ток (амперы) и R = сопротивление катушки двигателя

I (амперы) можно найти, применив закон Ома:

IDC = VDC / R,

, где R = сопротивление катушки двигателя и VDC. = 98.84В получено из предыдущих расчетов. где π = 3,1416.

Предупреждение: схема не тестировалась и не проверялась на практике, и ее последствия неизвестны. Сначала попробуйте схему, используя лампочку на 200 Вт. Лампа должна светиться медленно по сравнению с тем, когда она подключена напрямую к сети.

Также вся цепь напрямую связана с сетью и поэтому чрезвычайно опасна при подключении к розетке и без корпуса.

Шесть соображений по выбору наиболее подходящей технологии управления двигателем

Этот пост написал Рик Андерсон из Rockwell Automation.

Инженеры-промышленники хорошо осведомлены о том, что их двигатели — особенно те, которые работают с насосами, компрессорами и вентиляторами — потребляют электроэнергию, на их эксплуатационные бюджеты. В ответ они обратились к эффективным технологиям управления двигателями, которые используют достаточно энергии для запуска двигателей, предоставления диагностических данных и сокращения времени простоя. По мере того как с годами использование пускателей двигателей расширилось, технология пускателей двигателей также стала более сложной.

Способы запуска двигателя

Распространенные технологии пускателя двигателей включают пускатели прямого включения (DOL), устройства плавного пуска и частотно-регулируемые приводы (VFD).Понимание приложения и того, что важно для управления двигателем в этом приложении, поможет определить, какой метод запуска использовать.

В качестве основного метода пуска пускатель прямого пуска подает полное напряжение, ток и крутящий момент на двигатель сразу после команды пуска. Устройство плавного пуска или интеллектуальный контроллер двигателя активно управляет напряжением для управления пусковым / остановочным током и профилями крутящего момента для улучшения электрических и механических характеристик двигателя, цепи двигателя и работы машины.ЧРП преобразует сетевое напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока, а затем инвертирует его обратно в смоделированное напряжение переменного тока для двигателя.

Методы

DOL имеют самые основные возможности запуска двигателя, в то время как частотно-регулируемые приводы имеют управление двигателем на протяжении всего времени запуска, остановки и работы. Для приложений, требующих управления двигателем только при запуске и останове, устройства плавного пуска более экономичны, чем частотно-регулируемые приводы, и имеют более совершенное управление, чем варианты прямого запуска. Кроме того, устройство плавного пуска и частотно-регулируемый привод могут запускать двигатель с пониженным напряжением и током.Они способствуют меньшему механическому износу, сокращают объем технического обслуживания и часто приводят к повышению эффективности работы системы. Хотя список возможных вариантов применения может показаться исчерпывающим, следующие вопросы могут помочь в принятии решения:

  1. Требуется ли в приложении контроль скорости, когда двигатель набирает скорость?
  2. Требуется ли приложению точное время запуска и остановки?
  3. Требуется ли приложению полный крутящий момент при нулевой скорости?
  4. Требуется ли в приложении постоянный крутящий момент?
  5. Каковы требования к стоимости, размеру и температуре?
  6. Есть ли проблемы с установкой и гармониками?

1.Контроль скорости

Первое, что нужно учитывать при выборе технологии управления двигателем, — это требования к регулированию скорости. Некоторые устройства плавного пуска имеют ограниченное управление низкой скоростью между пуском и остановкой. Низкие скорости могут варьироваться от 1 до 15 процентов от полной скорости и могут использоваться при техническом обслуживании или регулировке. Из-за повышения температуры кремниевого выпрямителя (SCR) и пониженного охлаждения двигателя этот режим рассчитан на относительно кратковременную работу. После перехода устройств плавного пуска на полное напряжение, даже если применяется фиксированная частота, выходная скорость фактически определяется нагрузкой двигателя.Рабочая скорость двигателя не может быть изменена, потому что устройство плавного пуска регулирует только напряжение двигателя, а не частоту.

В ЧРП

используется шина постоянного тока и биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) для управления как напряжением, так и частотой. Это позволяет осуществлять полный и непрерывный регулируемый контроль скорости. Если процесс требует точного регулирования скорости, частота, подаваемая на двигатель частотно-регулируемым приводом, может быть изменена в зависимости от нагрузки. Кроме того, частота на выходе частотно-регулируемого привода на двигатель может быть любой, вплоть до пределов инвертора IGBT или механических пределов двигателя.

2. Время пуска и останова

Второе соображение — время запуска и остановки, а также то, насколько они должны быть точными. Обычно время пуска и останова устройств плавного пуска зависит от нагрузки. Внутренние алгоритмы регулируют напряжение на основе запрограммированного времени пуска и останова, чтобы увеличить ток и крутящий момент для запуска двигателя или уменьшить их, чтобы остановить его. Если нагрузка небольшая, двигатель может запуститься за меньшее время, чем запрограммированное значение. Если нагрузка тяжелая, запуск может занять больше времени.В некоторых более новых устройствах плавного пуска реализованы усовершенствованные алгоритмы, позволяющие более точное и менее зависимое от нагрузки время пуска и останова. С другой стороны, частотно-регулируемые приводы управляют напряжением и частотой, что обеспечивает точное время пуска и останова с минимальной зависимостью от нагрузки.

3. Полный крутящий момент при нулевой скорости

Для приложений, требующих полного крутящего момента при нулевой скорости, частотно-регулируемый привод может быть лучшим вариантом. ЧРП может создавать номинальный крутящий момент двигателя от нуля до номинальной скорости, включая полный крутящий момент при нулевой скорости.Устройства плавного пуска работают с фиксированной частотой (обычно от 50 до 60 Гц), а полный крутящий момент доступен только при полном напряжении. Начальный крутящий момент, или крутящий момент, доступный при нулевой скорости, представляет собой программируемое значение, которое обычно находится в диапазоне от нуля до 75 процентов.

4. Постоянный крутящий момент

Устройства плавного пуска

используют напряжение для управления током и крутящим моментом. При запуске ток изменяется прямо в зависимости от приложенного напряжения, а крутящий момент двигателя изменяется как квадрат приложенного напряжения. Это означает, что при разных приложенных напряжениях крутящий момент не всегда постоянный.Это может быть усложнено условиями нагрузки. Некоторые устройства плавного пуска реализуют алгоритмы управления крутящим моментом, но это не приводит напрямую к постоянному крутящему моменту. И наоборот, во время ускорения частотно-регулируемые приводы применяют к двигателю разные частоты, и напряжение изменяется прямо пропорционально частоте. Этот простой режим управления VFD часто называют постоянным напряжением на герц, и он обеспечивает постоянный крутящий момент.

5. Стоимость, размер и тепловые характеристики

При низкой силе тока (менее 40 ампер) устройства плавного пуска имеют небольшое преимущество в стоимости по сравнению с частотно-регулируемыми приводами.По мере увеличения силы тока и мощности стоимость частотно-регулируемых приводов увеличивается быстрее, чем стоимость устройств плавного пуска. При высоких значениях силы тока (более 100 ампер) эта стоимость может быть значительной.

Что касается размера, устройства плавного пуска имеют преимущество в физических размерах перед частотно-регулируемыми приводами при всех номинальных значениях силы тока из-за физической конструкции каждого устройства. По мере увеличения тока и мощности эта разница может стать экспоненциально большой.

Кроме того, в сочетании с электромеханическим байпасом (внутренним или внешним) устройства плавного пуска обычно более эффективны, чем частотно-регулируемые приводы, и обычно выделяют меньше тепла.Это также связано с физической конструкцией устройств переключения мощности — устройства плавного пуска имеют меньше активных компонентов в схемах во время режимов пуска, работы и останова, чем ЧРП.

6. Установка и гармоники

Соображения, связанные с установкой, сложно дать количественно, но их можно разделить на несколько приблизительных категорий, таких как стоимость, размер, температура и качество электроэнергии. При установке устройств плавного пуска обычно меньше проблем из-за меньшего размера и меньшей стоимости. Если качество гармоник вызывает беспокойство, гармоники устройства плавного пуска меньше, чем у частотно-регулируемых приводов, и длинные кабели для частотно-регулируемых приводов необходимо учитывать более тщательно, чем у устройств плавного пуска.Для устройств плавного пуска обычно не требуются специальные типы проводов, и обычно не требуется снижение электромагнитной совместимости (ЭМС).

Оценка устройств плавного пуска

Если после рассмотрения этих факторов инженеры решат, что устройство плавного пуска является наиболее подходящим, имеется широкий спектр типов устройств плавного пуска. Многие устройства плавного пуска имеют несколько функций пуска, таких как плавный пуск, ограничение тока, управление насосом, медленная скорость и пуск при полном напряжении. Для остановки многие выполняют остановку насоса, торможение двигателя и плавный останов.Кроме того, потребность в усовершенствованном управлении крутящим моментом и скоростью для запуска центробежных насосов и высокоинерционных нагрузок привела к новым разработкам устройств плавного пуска.

На следующих графиках показаны отчеты и дисплеи анализа проб:

Эти новые продукты часто имеют множество функций управления и вариантов применения, что вынуждает инженеров переоценивать производительность, которую теперь может обеспечить устройство плавного пуска.Соображения включают:

  • Расширенные методы пуска и останова: в дополнение к традиционным методам пуска, таким как плавный пуск, ограничение тока, управление насосом и пуск при полном напряжении, есть новые захватывающие режимы управления.
    • Линейная скорость: Независимо от типа нагрузки, этот метод запускает двигатель в заданное время без использования внешнего тахометра. Контроллер использует достаточно энергии как для пусковой, так и для останавливающей нагрузки, независимо от размера.
    • Рампа крутящего момента: инженеры могут регулировать начальный и максимальный крутящий момент определенного времени линейного изменения для точного управления при запуске двигателя.В режиме плавного пуска используется линейное изменение напряжения. Для сравнения, управление рампой крутящего момента гораздо более линейно и потенциально снижает нагрузку на механику системы.
    • Низкая скорость: низкая скорость позволяет кратковременно работать на скоростях, отличных от полной. Работа на 1–15% полной скорости при движении вперед и назад без реверсивного контактора полезна для работ по техническому обслуживанию, регулировке и регулировке.
  • Измерение: данные измерений и эксплуатационная информация важны для точного мониторинга производительности и своевременной корректировки процесса для повышения производительности и энергоэффективности.Если пользователи могут его измерить, чаще всего они могут его оптимизировать. Встроенный мониторинг энергии и мощности в устройствах плавного пуска предоставляет информацию об энергопотреблении в реальном времени для оптимизации процесса без дополнительного оборудования.
  • Энергосбережение: функция энергосбережения использует внутреннюю схему обратной связи устройства плавного пуска, чтобы контролировать нагрузку и распознавать, когда двигатель потребляет меньше энергии — особенно часто при малых нагрузках — и регулировать, уменьшая напряжение на клеммах двигателя.
  • Перебалансировка фаз: Неравномерные линейные напряжения могут быть выровнены с помощью этого уникального алгоритма балансировки.Полученные в результате формы волны напряжения потенциально снижают неравномерность обмотки двигателя, нагрев и износ подшипников, которые могут возникнуть при несбалансированной форме волны.
    • Твердотельные силовые структуры: Преимущества твердотельных силовых структур включают улучшенную производительность в приложениях с высоким уровнем вибрации, большую невосприимчивость к суровым условиям окружающей среды, большее количество операций в час, масштабируемые тепловые характеристики и более высокий номинальный ток короткого замыкания.
  • Диагностика двигателя и контроллера: Профилактическое обслуживание системы, определяемое пользователем, определяемые пользователем отказы и сигналы тревоги, отслеживание и сбор данных при сбоях, а также часы реального времени обеспечивают гибкость приложений, возможности диагностики и улучшенное время безотказной работы.
  • Возможности сети и интеграции: дополнительные коммуникационные модули позволяют интегрировать устройства плавного пуска в более крупную среду управления. Это позволяет улучшить поток данных и наглядность в масштабах всего предприятия. Сети, такие как EtherNet / IP, обеспечивают быстрый ввод в эксплуатацию и простую интеграцию.
  • Возможности встроенной логики
  • : встроенная технология управления, определяемая пользователем, использует цифровые и аналоговые входы и внутренние параметры устройства плавного пуска для управления выходами, локального управления информацией и автономного выполнения функций пуска / останова.Эта встроенная логика часто использует программирование функциональных блоков и может работать автономно или дополнять систему диспетчерского управления.
  • Масштабируемость: порты аппаратного расширения принимают дополнительные модули ввода-вывода и защиты. Это обеспечивает масштабируемость и оптимизацию процессов, а также гибкость приложений от простого к сложному.


Когда использовать устройство плавного пуска или частотно-регулируемый привод

Устройство плавного пуска

  • Для приложений с пусковым моментом от низкого до среднего
  • Для приложений с легкой и средней нагрузкой
  • Если в рабочем режиме не требуется регулирование скорости или требуется незначительное регулирование скорости
  • Если требуется уменьшение механического износа и повреждения системы
  • Если ограничивающий ток является основной причиной не запуска при полном напряжении
  • Для нижнего контроля

VFD

  • В однофазных приложениях на некоторых приводах
  • Для управления скоростью и повышения эффективности системы, работающей на пониженных скоростях в рабочем режиме
  • Для более высокого пускового момента
  • Для непрерывной обратной связи для управления критическим положением

У инженеров есть много вариантов управления двигателем.Точный учет того, что требуется для их применения, и выбор наиболее подходящего, может сократить время простоя, повысить эффективность и снизить затраты. Выбор инженеров теперь включает новые устройства плавного пуска с несколькими методами пуска и расширенными функциями. Инженеры могут согласовать профиль пуска / останова с нагрузкой с помощью простого изменения параметров управления вместо замены модулей управления. Повышенная производительность и экономия энергии позволят снизить нагрузку на двигатели по их эксплуатационному бюджету


Об авторе
Рик Андерсон — менеджер по продукции Rockwell Automation.Он отвечает за управление портфелем контроллеров SMC, а также за определение и выполнение требований к новым продуктам.

Связаться с Риком:

Версия статьи также была опубликована в журнале InTech.

Преимущества ремонта устройства плавного пуска — Baizaautomation

Отправлено в 14:15 в без категории компании Baiza Automation

Очень важно контролировать величину нагрузки на электродвигатель при его запуске.Если нагрузка меньше или больше правильного значения, в долгосрочной перспективе есть шансы на нарушения и дефекты.


Вот почему устройства плавного пуска широко используются для снижения крутящего момента и нагрузки электродвигателя при его запуске. Они помогают двигателям ограничивать скачки напряжения, обеспечивая им контролируемый и размеренный запуск.

Устройства плавного пуска

— это очень важные устройства для управления пуском двигателя, с которыми следует обращаться с особой осторожностью и точностью.Если вы столкнетесь с какой-либо проблемой со схемой плавного пуска или другими важными компонентами, рекомендуется без промедления обратиться за профессиональной помощью.

Если неисправности небольшие и вы откладываете ремонт устройства плавного пуска, основная проблема может усугубиться и со временем усугубиться. Если вы хотите воспользоваться всеми преимуществами устройства плавного пуска, всегда обеспечивайте его ремонт при первых признаках опасности.
Вот некоторые из ключевых преимуществ услуг по ремонту устройства плавного пуска, которыми вы можете воспользоваться в случае возникновения проблемы с устройством плавного пуска:

Экономия времени и денег
Многие люди пытаются отремонтировать устройства плавного пуска самостоятельно, полагая, что проблема не настолько серьезна, чтобы обращаться за профессиональной помощью.Пытаясь избежать профессиональной помощи, они часто усугубляют проблему.

При ремонте устройства плавного пуска самостоятельно вы можете потерять много времени. Если вы не можете определить точную проблему, вы потратите время на проверку всех компонентов устройства в поисках решения. Получив надежную услугу по ремонту устройства плавного пуска, вы могли бы сэкономить это время, которое можно было бы использовать для ремонта устройства.

Кроме того, ремонт устройства плавного пуска самостоятельно может привести к тому, что вы потратите больше денег, чем требуется.Если вы не знаете об основной проблеме и продолжаете заменять детали, покупая новые, вы тратите деньги там, где они не требуются.


Специальная диагностика
Профессиональный поставщик услуг по ремонту устройств плавного пуска никогда не будет ходить вокруг да около. Они проведут диагностику устройства и сообщат вам, с какой именно проблемой оно столкнулось. Это поможет вам быстрее начать ремонт, так как профессионалы будут нацелены только на поврежденные участки.


Помощь квалифицированных специалистов
Независимо от того, насколько хорошо вы знаете устройство плавного пуска, у вас никогда не будет навыков и опыта, приобретенных профессионалами, которые годами проводят ремонтные работы.

Специалисты, проверяющие и ремонтирующие ваше электронное устройство плавного пуска, скорее всего, будут иметь значительный опыт в области электроники и машиностроения. Благодаря большому количеству отремонтированных и проверенных устройств, их навыки помогут вам добиться наилучшего результата от предоставляемых ими услуг по ремонту.


Знание мельчайших деталей
Профессиональные поставщики услуг по ремонту устройств плавного пуска всегда знают несколько мельчайших деталей об устройстве, с которыми вы не знакомы.Эти детали помогут вам принять правильные решения и предотвратят принятие неправильных.
Одна из наиболее распространенных ошибок, которую допускают люди, имеющие отношение к устройствам плавного пуска, заключается в том, что они путают их с частотно-регулируемыми приводами (VFD). Если вы воспользуетесь профессиональной помощью, специалисты помогут вам выполнить ремонт, относящийся только к устройствам плавного пуска, а не к любому другому устройству.
Расширенное тестирование


Большинство поставщиков услуг по ремонту устройств плавного пуска проводят обширные испытания вашего устройства после завершения ремонта.Это убедило вас в том, что ваше устройство плавного пуска полностью отремонтировано и вернулось в рабочее состояние.
Профессиональные поставщики услуг всегда внимательно следят за всеми фазными токами и формами сигналов ваших устройств плавного пуска, проводя для них расширенные испытания. Если вы обратитесь за профессиональными услугами по ремонту, вы можете быть уверены, что полученное вами устройство плавного пуска будет таким же хорошим, как и на момент покупки.


Гарантия качества
Если вы обратитесь за профессиональной помощью в ремонте устройства плавного пуска, вы можете быть уверены, что в ближайшем будущем у вашего устройства не возникнут проблемы.Некоторые поставщики услуг также предлагают гарантию на свои услуги.
Это всегда лучший вариант, чем брать ремонт в руки, не будучи уверенным, что ваше устройство плавного пуска какое-то время будет работать бесперебойно.


Независимо от того, с какими проблемами сталкивается ваше устройство, всегда предпочтительнее обратиться к специалисту и решить их. Хотя проведение ремонта самостоятельно может показаться правдоподобным в течение короткого периода времени, долговечности в этом нет.
Поэтому рекомендуется искать лучшие услуги по ремонту устройств плавного пуска и поручить ремонт квалифицированным специалистам.

Плавный запуск диаграммы пылесоса. Что такое плавный пуск двигателя? Твердотельные компоненты

Планирую купить +21 Добавить в избранное Обзор понравился +92 +163 Асинхронные электродвигатели

, помимо очевидных преимуществ, обладают двумя существенными недостатками — большим пусковым током (до семи раз превышающим номинальный) и рывком при пуске. Эти недостатки негативно сказываются на состоянии электрических сетей, требуют применения автоматических выключателей с соответствующей время-токовой характеристикой, создают критические динамические нагрузки на оборудование.

Всем знаком эффект запуска мощного асинхронного двигателя: «напряжение падает, и все вокруг электродвигателя трясется. Поэтому для уменьшения негативных эффектов разработаны методы и схемы, позволяющие смягчить рывок и сделать пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором более плавным.

Способы плавного пуска асинхронных двигателей

Помимо отрицательного воздействия на силовые цепи и окружающую среду, пусковой импульс электродвигателя также вреден для его обмоток статора, поскольку к обмоткам прилагается момент повышенного усилия при пуске.То есть сила рывка ротора сильно давит на провода обмотки, тем самым ускоряя износ их изоляции, пробой которой называется межвитковое замыкание.


Иллюстрация принципа работы асинхронного двигателя

Поскольку конструктивно невозможно уменьшить пусковой ток, были изобретены способы, схемы и устройства, обеспечивающие плавный пуск асинхронного двигателя . В большинстве случаев на производствах с мощными линиями электропередач и в быту этот вариант не является обязательным, поскольку колебания напряжения и пусковые колебания не оказывают существенного влияния на производственный процесс.


Графики токов для прямого пуска и с устройствами плавного пуска

Но есть технологии, требующие стабильных, не превышающих норм, параметров как источника питания, так и динамических нагрузок. Например, это может быть прецизионное оборудование, работающее в одной сети с чувствительными к напряжению потребителями электроэнергии. При этом для соблюдения технологических норм плавного пуска электродвигателя используются различные методы:

  • переключение звезда-треугольник;
  • Пуск с автотрансформатором;
  • Устройства плавного пуска асинхронных двигателей (UPP).

В видео ниже перечислены основные проблемы, возникающие при запуске электродвигателя, а также описаны преимущества и недостатки различных устройств плавного пуска для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.


По-другому УПП еще называют soft startters, от английского «soft» — мягкий. Ниже мы кратко опишем типы и опции, предлагаемые в широко распространенных устройствах плавного пуска. Вы также можете прочитать дополнительные материалы по устройствам плавного пуска

.
Устройства плавного пуска промышленные для электродвигателей различной мощности

Ознакомление с принципом плавного пуска

Чтобы осуществить плавный пуск асинхронного электродвигателя максимально эффективно и с минимальными затратами, приобретая готовые устройства плавного пуска, необходимо предварительно ознакомиться с принципом работы таких устройств и схем.Понимание взаимодействия физических параметров позволит сделать оптимальный выбор устройства плавного пуска.

С помощью устройств плавного пуска можно добиться снижения пускового тока до трехкратного номинального значения (вместо семикратной перегрузки)

Для плавного пуска асинхронного электродвигателя необходимо снизить пусковой ток , что положительно скажется как на нагрузке электросети, так и на динамических перегрузках обмоток двигателя и механизмов привода.Добиться снижения пускового тока за счет снижения напряжения питания электродвигателя. Во всех трех предложенных выше методах используется заниженное пусковое напряжение. Например, используя автотрансформатор, пользователь самостоятельно понижает напряжение при пуске, поворачивая ползунок.


Путем понижения напряжения при пуске можно добиться плавного пуска электродвигателя.

При переключении со звезды на треугольник линейное напряжение на обмотках двигателя изменяется. Коммутация осуществляется с помощью контакторов и реле времени, рассчитанных на время пуска электродвигателя.Подробное описание использования плавного пуска асинхронного электродвигателя доступно на этом ресурсе по указанной ссылке.


Схема переключения звезда-треугольник с использованием контакторов и реле времени
Теория реализации плавного пуска

Чтобы понять принцип плавного пуска, необходимо понять закон сохранения энергии, необходимой для вращения вала ротора электродвигателя. Упрощенно можно считать энергию ускорения, пропорциональную мощности и времени, E = P * t, где P — мощность, равная умножению тока на напряжение (P = U * I).Соответственно, E = U * I * t. Поскольку для уменьшения пускового момента и уменьшения нагрузок в сети необходимо уменьшить пусковой ток I, при сохранении уровня потребляемой энергии необходимо увеличить время разгона.

Увеличение времени разгона за счет уменьшения пускового тока возможно только при небольшой нагрузке на вал. Это главный недостаток всех SCP.

Поэтому для оборудования с жесткими пусковыми условиями (большая нагрузка на вал при пуске) применяются специальные электродвигатели с заведенным ротором.Узнать о свойствах этих движков можно в соответствующем разделе на этом ресурсе, перейдя по ссылке.


Двигатель с фозимом ротора, необходимый для оборудования с тяжелым пуском

Также следует учитывать, что при плавном пуске происходит повышенный нагрев обмоток и электронных силовых ключей пускового устройства. Для охлаждения полупроводниковых переключателей необходимо использовать массивные радиаторы, которые увеличивают стоимость устройства. Поэтому для кратковременного разгона двигателя целесообразно использовать устройство плавного пуска с дальнейшим шунтированием ключей постоянным сетевым напряжением.Аналогичный режим ( байпасный переход ) делает электронный УПП асинхронных двигателей более компактным и дешевым, но ограничивает количество пусков в определенном интервале из-за необходимого времени для охлаждения ключей.


Блок-схема шунтирующих силовых полупроводниковых переключателей (байпаса)

Основные параметры и характеристики SCP

Ниже по тексту будут схемы устройств плавного пуска для изучения и ручного производства. Для тех, кто не готов осуществить плавный пуск асинхронного электродвигателя своими руками, опираясь на готовое изделие, будет полезна информация о существующих разновидностях устройств плавного пуска.


Пример аналогового и цифрового устройства плавного пуска в модульной конструкции (устанавливается на DIN-рейку)

Одним из основных параметров при выборе устройства плавного пуска является мощность обслуживаемого электродвигателя, выраженная в киловаттах. Не менее важно время разгона и возможность регулировать интервал старта. Все существующие устройства плавного пуска обладают этими характеристиками. Более совершенные устройства плавного пуска универсальны и позволяют регулировать параметры плавного пуска в широком диапазоне значений в зависимости от характеристик двигателя и требований процесса.

Пример универсального устройства плавного пуска

В зависимости от типа устройства плавного пуска они могут содержать различные опции, увеличивающие функциональные возможности устройства и позволяющие контролировать работу электродвигателя. Например, с помощью некоторых устройств плавного пуска можно реализовать не только плавный пуск электродвигателя, но и его торможение. Более совершенные устройства плавного пуска обеспечивают защиту двигателя от перегрузок, а также позволяют регулировать крутящий момент ротора при запуске, остановке и работе.


Пример отличия технических характеристик различных устройств плавного пуска от одного производителя

Разновидности устройств плавного пуска

По способу подключения устройства плавного пуска делятся на три типа:


УПП своими руками

Для самостоятельного изготовления устройства плавного пуска схема плавного пуска асинхронного двигателя своими руками будет зависеть от возможностей и навыков мастера. Самостоятельное смягчение пусковых перегрузок с помощью автотрансформатора доступно практически любому пользователю без специальных знаний, но этот способ неудобен из-за необходимости вручную регулировать пуск электродвигателя.В продаже можно найти недорогие устройства плавного пуска, которые придется подключать к электроинструменту самостоятельно, не обладая глубокими знаниями радиотехники. Пример работы до и после устройства плавного пуска, а также его подключение показан на видео ниже:


Для мастеров, обладающих общими знаниями в области электротехники и практическими навыками электромонтажа, схема переключения «звезда-треугольник» подходит для плавного пуска своими руками. Эти схемы, несмотря на солидный возраст, широко распространены и успешно используются по сей день благодаря своей простоте и надежности.В зависимости от квалификации мастера в Интернете можно найти схемы УПП для повторения своими руками.

Пример схемы относительно простого двухфазного устройства плавного пуска

Современные устройства плавного пуска имеют сложную электронную начинку внутри множества электронных компонентов, управляемых микропроцессором. Поэтому для изготовления аналогичного устройства плавного пуска своими руками по схемам, доступным в интернете, понадобится не только умение радиолюбителя, но и навыки программирования микроконтроллеров.

Электродвигатели — самые распространенные электрические машины в мире. Без них не обходится ни одно промышленное предприятие, ни один технологический процесс. Вращение вентиляторов, насосов, движение конвейерных лент, движение кранов — это неполный, но уже весомый перечень задач, решаемых с помощью моторов.

Однако есть один нюанс в работе всех электродвигателей без исключения: в момент пуска они кратковременно потребляют большой ток, называемый пусковым.

При подаче напряжения на обмотку статора скорость ротора равна нулю. Ротор необходимо сдвинуть с места и раскрутить до номинальной скорости. Это потребляет значительно больше энергии, чем требуется для номинального режима работы.

Пусковые токи под нагрузкой выше, чем на холостом ходу. К весу ротора добавляется механическое сопротивление вращению механизма, приводимого в движение двигателем. На практике стараются минимизировать влияние этого фактора. Например, у мощных вентиляторов при запуске заслонки в воздуховодах автоматически закрываются.

В момент протекания пускового тока от сети потребляется значительная мощность, которая затрачивается на выведение электродвигателя на номинальный режим работы. Чем мощнее электродвигатель, тем больше мощности ему требуется для разгона. Не все электрические сети переносят такой режим без последствий.

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

А сами электродвигатели в процессе пуска испытывают повышенные механические и электрические нагрузки. Механические связаны с увеличением крутящего момента на валу. Электрические, связанные с кратковременным увеличением тока, влияют на изоляцию обмоток статора и ротора, контактные соединения и пусковое оборудование.

Способы снижения пусковых токов

Электродвигатели малой мощности с недорогими ПРА пускаются без всяких средств достаточно хорошо.Уменьшать их пусковые токи или изменять скорость экономически нецелесообразно.

Но, когда влияние на режим работы сети в процессе пуска оказывается значительным, пусковые токи требуют уменьшения. Это достигается за счет:

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

Один или несколько из этих методов подходят для каждого механизма.

Двигатели с фазным ротором

Использование асинхронных электродвигателей с фазным ротором на рабочих участках с тяжелыми условиями труда является старейшей формой снижения пусковых токов. Без них невозможно работать с электрифицированными кранами, экскаваторами, а также с дробилками, грохотами, мельницами, которые редко запускаются при отсутствии продуктов в приводном механизме.

Уменьшение пускового тока достигается постепенным удалением резисторов из цепи ротора. Изначально в момент подачи напряжения к ротору подключено максимально возможное сопротивление.По мере ускорения реле времени одно за другим они включают контакторы, минуя отдельные резистивные секции. В конце разгона дополнительное сопротивление, подключенное к цепи ротора, равно нулю.

Двигатели кранов не имеют автоматического ступенчатого переключения с резисторами. Это происходит по указанию крановщика, перемещающего рычаги управления.

Коммутационная схема подключения обмоток статора

В брно (распределительный блок начала обмоток) любого трехфазного электродвигателя выведено 6 выводов из обмоток всех фаз.Таким образом, их можно соединить как в звезду, так и в треугольник.

За счет этого достигается некоторая универсальность использования асинхронных электродвигателей. Схема подключения звездой рассчитана для более высокой ступени напряжения (например, 660В), с треугольником — для более низкой (в данном примере 380В).

Но при номинальном напряжении питания, соответствующем схеме треугольника, вы можете использовать схему звезды для предварительного ускорения электродвигателя. В этом случае обмотка работает при пониженном напряжении питания (380В вместо 660), и пусковой ток уменьшается.

Для управления процессом переключения требуется дополнительный кабель в корпусе электродвигателя, так как задействованы все 6 выводов обмотки. Для контроля их работы устанавливаются дополнительные пускатели и реле времени.

Преобразователи частоты

Первые два метода применимы не везде. Но последующие, которые стали доступны относительно недавно, позволяют плавно запускать любой асинхронный электродвигатель.

Преобразователь частоты — это сложное полупроводниковое устройство, сочетающее силовую электронику и элементы микропроцессорной техники.Силовая часть выпрямляет и сглаживает сетевое напряжение, превращая его в постоянное напряжение. Выходная часть этого напряжения образует синусоидальную с переменной частотой от нуля до номинала — 50 Гц.

За счет этого достигается экономия энергии: приводимые во вращение агрегаты не работают с избыточной мощностью, находясь в строго требуемом режиме. Кроме того, технологический процесс можно настраивать.

Но главное в спектре рассматриваемой проблемы: преобразователи частоты позволяют плавный пуск электродвигателя, без рывков и рывков.Пускового тока нет вообще.

Устройства плавного пуска

Устройство плавного пуска для электродвигателя — это тот же преобразователь частоты, но с ограниченной функциональностью. Работает только при разгоне электродвигателя, плавно меняя скорость его вращения от минимально заданного значения до номинальной.

Для исключения бесполезной работы устройства после окончания разгона электродвигателя рядом с ним устанавливается байпасный контактор. Он подключает электродвигатель непосредственно к сети после запуска.

Это простейший метод обновления оборудования. Часто это можно реализовать вручную, без привлечения узкопрофильных специалистов. Устройство устанавливается на место магнитного пускателя, контролирующего запуск электродвигателя. Возможно, потребуется заменить кабель на экранированный. Затем параметры электродвигателя заносятся в память устройства, и он готов к работе.

А вот с полноценными преобразователями частоты самостоятельно справиться не каждый.Поэтому использование их в единичных экземплярах обычно бессмысленно. Установка преобразователей частоты оправдана только при проведении генеральной модернизации электрооборудования предприятия.

Многие электроинструменты, особенно последних лет выпуска, не оснащены устройством плавного пуска. Эти инструменты запускаются мощным рывком, что приводит к повышенному износу подшипников, шестерен и всех других движущихся частей. На лакированных изоляционных покрытиях появляются трещины, которые напрямую связаны с преждевременным выходом инструмента из строя.

Для устранения этого негативного явления существует не очень сложная схема на интегральном регуляторе мощности, которая была разработана в Советском Союзе, но все же купить ее в Интернете нетрудно. Цена от 40 руб. И выше. Он называется КР1182ПМ1. Хорошо работает в различных регулирующих устройствах. Но мы будем собирать систему плавного пуска.

Схема устройства плавного пуска

Теперь посмотрим на саму схему.


Как видите, комплектующих не очень много и они не дорогие.

Понадобится

  • Микросхема — КР1182ПМ1.
  • R1 — 470 Ом. R2 — 68 кОм.
  • С1 и С2 — 1 мкФ — 10 вольт.
  • C3 — 47 мкФ — 10 вольт.
Макетная плата для монтажа компонентов схемы, «чтобы не возиться с изготовлением печатной платы».
Мощность устройства зависит от марки поставляемого симистора.
Например, среднее значение тока в открытом состоянии для разных симисторов:
  • BT139-600 — 16 ампер,
  • BT138-800 — 12 ампер,
  • BTA41-600 — 41 ампер

Сборка прибора

Можно ставить любые другие, которые у вас есть и которые подходят вам по мощности, но нужно учитывать, что чем мощнее симистор, тем меньше он нагреется, а значит, проработает дольше .В зависимости от нагрузки нужно использовать радиатор охлаждения симистора.
Ставлю ВТА41-600, радиатор на него вообще не ставишь, он достаточно мощный и не нагревается при многократной кратковременной эксплуатации, с нагрузкой до двух киловатт. У меня просто нет более мощного инструмента. Если планируете подключить более мощную нагрузку, то подумайте об охлаждении.
Соберем детали для монтажа устройства.


Еще нам понадобится «закрытая» розетка и шнур питания с вилкой.


Макетная плата хорошо измеряется большими ножницами. Режется легко, просто и аккуратно.


Поместите компоненты на макетную плату. Для микросхемы лучше припаять специальную розетку, она копейки стоит, но значительно облегчает работу. Отсутствует риск перегрева ножек микросхемы, не нужно бояться статического электричества, а если микросхема перегорела, ее можно заменить за пару секунд. Достаточно удалить подгоревшую и вставить целую.


Сразу припаиваем детали.


Ставим на плату новые детали, сверяясь со схемой.


Тщательно припаивайте.


Для симистора гнезда нужно слегка расточить.


И так далее по порядку.


Вставляем и припаиваем перемычку и другие детали.


Паяем.


Проверяем соответствие схемы и вставляем микросхему в розетку, не забывая про ключ.


Включаем готовую схему в розетку.


Подключаем питание к розетке и цепи.


Пожалуйста, посмотрите видео тестирования этого устройства. Наглядно показано изменение поведения устройства при запуске.
Удачи в делах и заботах.

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

Пусковые токи

Пусковые токи достигают значений 7 … 10 раз выше, чем в рабочем режиме. Это приводит к «проседанию» напряжения в питающей сети, что негативно сказывается не только на работе других потребителей, но и на самом двигателе. Время пуска затягивается, что может привести к перегреву обмоток и постепенному разрушению их изоляции.Это способствует преждевременной поломке мотора.

Устройства плавного пуска

могут значительно снизить пусковые нагрузки на электродвигатель и электросеть, что особенно важно в сельской местности или когда двигатель работает от автономной электростанции.

Перегрузка исполнительных механизмов

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

Устройства для плавного пуска электродвигателя существенно снижают пусковые нагрузки на механизм: зазоры между зубьями шестерен плавно подбираются, что не дает им сломаться. В ременных передачах приводные ремни также имеют плавное натяжение, что снижает износ механизмов.

Кроме плавного пуска, режим плавного торможения благотворно влияет на работу механизмов.Если двигатель приводит в движение насос, то плавное торможение позволяет избежать гидроудара при выключении агрегата.

Промышленные устройства плавного пуска

В настоящее время выпускается многими компаниями, например Siemens, Danfoss, Schneider Electric. Эти устройства имеют множество программируемых пользователем функций. Это время разгона, время замедления, защита от перегрузки и многие другие дополнительные функции.

При всех достоинствах у фирменных устройств есть один недостаток — довольно высокая цена.Однако вы можете создать такое устройство самостоятельно. При этом стоимость его окажется небольшой.

Устройство плавного пуска на микросхеме КР1182ПМ1

Речь шла о специализированной микросхеме КР1182ПМ1 , представляющей собой фазовый регулятор мощности. Рассмотрены типовые схемы его включения, устройства для плавного пуска ламп накаливания и просто регуляторы мощности в нагрузке. На основе этой микросхемы можно создать довольно простой устройство плавного пуска для трехфазного электродвигателя.Схема устройства представлена ​​на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема устройства плавного пуска двигателя.

Плавный пуск осуществляется постепенным увеличением напряжения на обмотках двигателя от нуля до номинального. Это достигается за счет увеличения угла открытия тиристорных переключателей в течение времени, называемого временем пуска.

Описание схемы

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

Выходные переключатели выполнены на тиристорах, включенных встречно параллельно. В конструкции использованы импортные тиристоры типа 40ТПС12. При невысокой стоимости у них достаточно большой ток — до 35 А, а обратное напряжение у них составляет 1200 В. Кроме них в клавишах есть еще несколько элементов. Их назначение: демпфирующие RC-цепи, включенные параллельно тиристорам, предотвращают ложное включение последних (на схеме это R8C11, R9C12, R10C13), причем с помощью RU1… Варисторы РУ3, шум переключения поглощается, амплитуда которого превышает 500 В.

В качестве блоков управления выходными ключами используются микросхемы DA1 … DA3 типа КР1182ПМ1. Эти микросхемы достаточно подробно рассмотрены в. Конденсаторы С5 … С10 внутри микросхемы формируют пилообразное напряжение, которое синхронизируется с напряжением сети. Сигналы управления тиристорами в микросхеме формируются путем сравнения пилообразного напряжения с напряжением между выводами 3 и 6 микросхемы.

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

Описание работы устройства плавного пуска электродвигателей

Сетевое напряжение подается в цепь, когда выключатель Q1 замкнут.Однако двигатель еще не запустился. Это связано с тем, что обмотки реле К1 … К3 еще обесточены, а их нормально замкнутые контакты шунтируют контакты 3 и 6 микросхем DA1 … DA3 через резисторы R1 … R3. Это обстоятельство не позволяет заряжаться конденсаторам С1 … С3, поэтому микросхема не формирует управляющие импульсы.

Ввод прибора в эксплуатацию

Когда тумблер SA1 замкнут, напряжение 12 В включает K1… Реле К3. Их нормально замкнутые контакты разомкнуты, что позволяет заряжать конденсаторы С1 … С3 от внутренних генераторов тока. Наряду с увеличением напряжения на этих конденсаторах увеличивается угол открытия тиристоров. Таким образом достигается плавное повышение напряжения на обмотках двигателя. Когда конденсаторы полностью заряжены, угол переключения тиристоров достигнет максимального значения, а скорость двигателя — номинальной.

Остановка двигателя, плавное торможение

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

При запуске двигателя в нейтральном проводе могут протекать значительные токи. Это связано с тем, что в процессе плавного разгона токи в обмотках двигателя несинусоидальные, но особо бояться этого не стоит: процесс пуска довольно недолговечный.В установившемся режиме этот ток будет намного меньше (не более десяти процентов от фазного тока в номинальном режиме), что связано только с технологическим разбросом параметров обмотки и «разбалансировкой» фаз. Избавиться от этих явлений уже невозможно.

Детали и конструкция

Для сборки устройства требуются следующие детали:

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

В качестве реле К1 … К3 подходит любая катушка напряжением 12 В, имеющая 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. Собранный прибор необходимо поместить в пластиковый корпус подходящих размеров, на передней панели которого следует разместить переключатель SA1 и светодиоды HL1 и HL2.

Подключение двигателя

Соединение выключателя Q1 и двигателя осуществляется проводами, сечение которых соответствует мощности последнего.Нейтральный провод выполнен таким же проводом, что и фазные. При номиналах компонентов, указанных на схеме, 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 тиристорными переключателями, незначительна, поэтому радиаторы можно не указывать.

Если предполагается использование более мощного двигателя или более частых запусков, потребуется установка тиристоров на радиаторы из алюминиевой ленты.Если радиатор предполагается использовать в общем, то тиристоры следует изолировать от него с помощью слюдяных прокладок. Для улучшения условий охлаждения можно использовать теплопроводную пасту КПТ — 8.

.

Поверка и регулировка прибора

Перед включением в первую очередь проверьте установку на соответствие электросхеме. Это основное правило, от которого нельзя отклоняться. Ведь пренебрежение этой проверкой может привести к куче обугленных деталей и надолго отбить желание проводить «эксперименты с электричеством».«Обнаруженные ошибки надо устранять, ведь эта схема запитана от сети, а шутки с ней плохи. И даже после этой проверки еще рано подключать двигатель.

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

Неравномерность времени включения вызвана изменением емкости конденсаторов C1… C3, которые имеют значительный допуск по емкости. Поэтому их лучше подбирать непосредственно перед установкой с помощью устройства хотя бы с точностью до десяти процентов.

Время отключения также связано с сопротивлением резисторов R1 … R3. С их помощью можно уравнять время отключения. Эти настройки следует выполнять, если разброс времени включения-выключения на разных фазах превышает 30 процентов.

Двигатель можно подключать только после того, как все вышеперечисленные проверки пройдут нормально, если не сказать безупречно.

Что еще можно добавить в дизайн

Выше уже было сказано, что такие устройства в настоящее время выпускают разные компании. Конечно, все функции фирменных устройств в таком самодельном девайсе повторить невозможно, но одно все же скопировать, наверное, удастся.

Это т. Н. Его цель заключается в следующем: после того, как двигатель достиг номинальной скорости, контактор просто соединяет тиристорные переключатели своими контактами.По ним протекает ток, минуя тиристоры. Такую конструкцию часто называют байпасом (от англ. Bypass). Для такого улучшения в блок управления придется внести дополнительные элементы.

Борис Аладышкин

% PDF-1.7 % 2 0 obj > эндобдж 774 0 объект > поток 10.8758.3751032018-10-15T19: 23: 57.978ZPDF-XChange Core API SDK (7.0.325.1) 5aae57320509591a457efd60496dd4536f66dff11662257

  • страны: Канада
  • Редактор PDF-XChange 7.0.325.12018-09-22T10: 39: 18.000Z2018-09-22T10: 39: 17.000Zapplication / pdf2018-10-17T13: 29: 09.314Z
  • язык: en
  • uuid: 6bc7c800-952a-47a8-a318-5d4950655fe7uuid: 41ad4864-d0a9-42b2-9735-066a32672581PDF-XChange Core API SDK (7.0.325.1)
  • mastertree: key_9182983 / key_51 / key_51779073 / key_5177907 key_9178676
  • конечный поток эндобдж 5 0 obj > эндобдж 6 0 obj > эндобдж 9 0 объект > / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 10 0 obj > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 11 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 12 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 13 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 14 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 15 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 16 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 17 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 18 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 19 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 20 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 21 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 22 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 23 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 24 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 25 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 26 0 объект > / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 27 0 объект > / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 28 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 29 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 30 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 31 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 32 0 объект > / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 33 0 объект > / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 34 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 35 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 36 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 37 0 объект > / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 38 0 объект > / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 39 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 40 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 41 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 42 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 43 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 44 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 45 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 46 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 47 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 48 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 49 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 50 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 51 0 объект > / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 52 0 объект > / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 53 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 54 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 55 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 56 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 57 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 58 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 59 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 60 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 61 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 62 0 объект > / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 63 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 64 0 объект > / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 65 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 66 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 67 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 68 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 69 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 70 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 71 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 72 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 73 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 74 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 75 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 76 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 77 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 78 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 79 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 80 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 81 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 82 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 83 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 84 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 85 0 объект > / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 86 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 87 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 88 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 89 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 90 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 91 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 92 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 93 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 94 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 95 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 96 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 97 0 объект > / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 98 0 объект > / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 99 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 100 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 101 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 102 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 103 0 объект > / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 104 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 105 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 106 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 107 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 108 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 109 0 объект > / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 110 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 111 0 объект > / Font> / ProcSet [/ PDF / Text] / Properties> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0 0 603 783] / Type / Page >> эндобдж 602 0 объект > поток HtWɎeG # wi / *; AXY2 $ Vcz @ $ ~ CLuU] F2 # 2 ~ oo /} Wo> ^ o ~ 77 {| bη

    Могут ли устройства плавного пуска создавать напряжения на валу, подобные VFD?

    Недавно мы оценили 4-полюсный двигатель мощностью 500 л.с. для применения с насосом.Двигатель запускается устройством плавного пуска. При осмотре подшипников мы обнаружили канавку внутри как частотно-регулируемого привода, так и подшипников противоположной стороны привода.
    Если бы это были токи на валу, особенно на насосе, канавка обычно была бы только на неприводном конце, избыточный ток на валу мог бы отводиться через устройство, прикрепленное к валу приводного конца. Мы бы с большей вероятностью заподозрили проблему с вибрацией сборки в неактивном состоянии. Какое базовое состояние насоса? На прочном основании или мобильно? Если передвижной и транспортируемый, вам необходимо «заблокировать» вал, чтобы избежать осевого или радиального движения.
    Обмотка PAM по-прежнему является реальной альтернативой VFD, где необходимы просто две или три дискретных скорости без необходимости в сервоуправлении, в основном для приложений с высокой мощностью, как упоминалось выше. Только несколько дополнительных выводов и контакторов, но без вредных гармоник, сокращение срока службы изоляции и отсутствие дополнительного частотно-регулируемого привода, который занимает место и стоит недешево в покупке или обслуживании, может устареть и, скорее всего, прослужит не так долго, как двигатель.
    Обратите внимание, что некоторые муфты вала изолирующие; и, следовательно, не будет истощать напряжение на валу.

    Однако все устройства плавного пуска, которые я использовал, имеют фазовую модуляцию линейной частоты (сети). Следовательно, они действуют как трехфазные вариаторы (переменные автотрансформаторы). Я не сталкивался с проблемами паразитного напряжения с этими устройствами. Однако некоторые устройства плавного пуска регулируют только две из трех фаз. Я не знаю, к чему это приведет.

    Что касается частотно-регулируемого привода, для защиты двигателя необходимы три шага: 1) достаточно высокое выдерживаемое напряжение обмотки (диэлектрическая прочность), 2) адекватная тепловая способность для противодействия дополнительному (около 5%) направлению обмотки из-за гармоник, и 3) защита подшипников от возникающего паразитного напряжения (заземление, байпас или изоляция).

    Устройство плавного пуска находится в цепи настолько короткое время, что маловероятно, что гофра исходит от привода. Моя логика такова, что флютинг — это длительное слаботочное событие. Повреждение подшипника, которое может произойти из-за очень короткой и очень редкой продолжительности запуска, должно быть очень высоким (в течение этого короткого времени) и, скорее всего, будет питтингом.

    При оценке всех возможных источников:
    Были случаи, когда внешний ток исходит из трубопроводов завода.Этого можно избежать, изолировав трубопровод от насоса (при фланцевом соединении используйте изолирующую прокладку [без металлических волокон или ободов], а также пластиковые втулки и шайбы для набора болтов).

    Другие источники, связанные с двигателями: в спецификациях двигателей API говорится, что необходимо изолировать один конец, где напряжение на валу превышает 500 мВ. Это можно сделать разными способами, и обычно это делается не со стороны привода. (Вы измерили напряжение на валу?)

    Я не большой поклонник щеток для заземления валов, и заземления трубопроводов может быть недостаточно.Контакт щетки ненадежен и может не пропускать весь ток (то же самое для заземления трубы).

    Как ни странно: у электрического коммунального предприятия были проблемы с заземлением системы, которые повышали потенциал «земли» на молочном заводе. Путь к самому низкому потенциалу лежал через корову к доильному аппарату на «землю». Производство молока снизилось, фермеру потребовалось время, чтобы заставить коммунальное предприятие проверить свою систему. В итоге сделали, починили заземление трансмиссии, и проблема исчезла.

    Цепи плавного пуска

    Цепи плавного пуска
    Elliott Sound Products Цепи плавного пуска для высоких пусковых нагрузок

    © 2017, Род Эллиотт (ESP)

    верхний
    Основной индекс Указатель статей
    ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: Схемы и методы, описанные здесь, требуют опыта работы с электросетью.Не пытайтесь строить, если у вас нет опыта и способный. Неправильная проводка может привести к смерти или серьезной травме.

    Содержание
    Введение

    печатных плат доступны для проекта софт-старта. Пожалуйста, см. Проект 39 для деталей. Это была одна из первых публикаций в сети (в 1999 г.), и многие люди во всем мире скопировали исходный текст со страницы проекта, чтобы описать свою версию и объяснить, зачем она нужна.Обратите внимание, что здесь дублируются некоторые материалы из статьи проекта, в основном потому, что они подходят для обеих статей. Эта статья является продолжением публикации Inrush Current Mitigation, и хотя в этих двух статьях есть некоторые общие сведения, в каждой из них также рассматривается множество различных подходов.

    Не только трансформаторы имеют высокий пусковой ток. Двигатели также страдают, как и лампы накаливания высокой мощности (хотя они не так распространены, как раньше). Цепи плавного пуска обычно используются с большими двигателями, но большинство людей никогда не увидят эту систему.Я работал над огромными чугунными резисторами , которые использовались для «плавного пуска» больших двигателей, используемых на насосных станциях, но это не та область применения, которую я собираюсь здесь развлекать (мало кто когда-либо увидит большой ( 350кВт и более) стартер двигателя).

    Вместо этого в данной статье рассматривается плавный пуск трансформаторов или электронных нагрузок, рассчитанных на мощность до 1 кВА или около того. Они могут создать хаос в домашней системе, если их не приручить должным образом, поэтому мягкий пуск рекомендуется для любого источника питания мощностью более 300 ВА.Обратите внимание, что я использовал термин «ВА», а не «ватты», потому что большинство нагрузок, с которыми столкнутся любители, имеют низкий коэффициент мощности, и все трансформаторы рассчитаны на ВА (вольт / амперы), а не , а не Вт. Если вы не понимаете коэффициент мощности, см. Статью о коэффициенте мощности.

    Оптимальное время задержки для всех схем, показанных при использовании с трансформаторами, составляет около 100–150 мсек — этого достаточно для примерно 5-7 полных циклов при 50 Гц или 6–9 циклов при 60 Гц. Обычно допустима задержка до 200 мс, но не рекомендуется, чтобы резисторы плавного пуска оставались в цепи более 500 мс.Вполне нормально запустить трансформатор примерно на 200-500% тока полной нагрузки при запуске, а приведенные формулы основаны на номинальном броске тока 200%. Конечно, можно ограничить его и дальше, но блок резисторов должен рассеивать большую мощность. Без плавного пуска пусковой ток может быть настолько высоким, что ограничивается только сопротивлением проводки — более 50 А вовсе не редкость для трансформаторов среднего размера 230 В или других высоких пусковых нагрузок.

    Стоит отметить, что существует множество опубликованных схем плавного пуска, причем немало из Китая (и других стран) используют бестрансформаторные источники питания в автономном режиме.Их можно заставить работать хорошо, но у большинства из них есть серьезные ограничения, которые не сразу очевидны. Прежде всего, это то, что при отключении питания часто нечему разрядить крышку накопителя. Кратковременное прерывание подачи питания от сети (или даже одно продолжающееся на минуту или более) может оставить цепь готовой к немедленному включению реле при восстановлении питания.

    Это значит, что после кратковременного прерывания нет плавного старта ! Конструкция печатной платы версии P39, в частности, была разработана для обеспечения очень быстрого сброса таймера (менее 150 мс), и это необходимо для обеспечения плавного запуска при каждом включении оборудования, даже если относительно быстрое включение-выключение-включение (это может происходить не все время, но будет происходить время от времени ).В то время как трансформатор понесет наказание, предохранитель — нет, что может привести к «неприятным» сбоям предохранителей или даже к выходу из строя мостовых выпрямителей.

    Конечно, можно включить дополнительные схемы, необходимые для полного автономного бестрансформаторного плавного пуска, но это не так просто, как схемы, показанные в сети. Создать простую схему задержки очень легко, но требуется больше усилий, чтобы гарантировать, что она будет иметь постоянную задержку и будет своевременно сбрасываться. Большинство из тех, что я видел, вообще не имеют возможности сброса.Тот, который доступен из Китая, имеет такую ​​долгую задержку, что это определенно опасно. У некоторых также есть монтажные отверстия с недостаточным зазором между сетью и крепежными винтами, что может привести к летальному исходу, если не используются нейлоновые крепления.

    Многие альтернативы (где-то еще) полагаются на медленный рост напряжения на конденсаторе основного фильтра для непосредственного включения реле. Это едва ли удовлетворительное решение (IMO), потому что контакты реле замыкаются медленнее, чем обычно, из-за медленного нарастания напряжения.Реле следует переключать быстро, чтобы обеспечить надлежащее замыкание контактов при каждом срабатывании цепи. Требование «мгновенного» действия для срабатывания реле и необходимость быстрого сброса противоречат друг другу, если не используется более сложная схема.

    По своей природе реле имеют тенденцию к «мгновенному» срабатыванию по умолчанию из-за свойств магнитной цепи. Однако это не меняет того факта, что надлежащее контактное давление и положительное очищающее действие контактных поверхностей могут быть затронуты, если время нарастания напряжения будет слишком медленным.Медленно падающее напряжение катушки заставляет контакты размыкаться с меньшей «силой» и может усугубить эрозию контактов.

    Время сброса должно быть близким к мгновенному, но время до 0,5 секунды, вероятно, будет приемлемым при нормальном использовании. Приходиться ждать несколько секунд или минут, прежде чем оборудование можно будет снова включить при исправном функционировании схемы плавного пуска, просто недопустимо. Это ошибка, которая встречается даже в коммерческих продуктах, поэтому кратковременное отключение питания может привести к перегоранию предохранителя.Это большая неприятность, но недопустимо, если предохранитель внутренний и для его замены требуется разобрать блок.

    Все измерения тока проводились с использованием мониторов тока Project 139A и / или Project 139, которые гарантируют отсутствие необходимости в прямом подключении к сети. Переключение при переходе через нуль и пиковой форме волны переменного тока было выполнено с помощью специального испытательного устройства, которое я разработал и построил специально для оценки пускового тока на различных устройствах.


    1 — Обзор

    Когда включается большой усилитель мощности или какое-либо другое устройство с большим трансформатором или большим конденсатором фильтра (или и тем, и другим), начальный ток, потребляемый из сети, может во много раз превышать потребляемый даже при полной мощности.Для этого есть две основные причины, а именно:

    1. Трансформаторы и двигатели будут потреблять очень сильный ток при включении, пока магнитный поток не стабилизируется.
      • Эффект наихудший, когда мощность подается, когда напряжение переменного тока проходит через ноль, и минимизируется, если мощность подается на пике формы волны переменного тока. Это именно та противоположно тому, что вы могли ожидать.
    2. При включении конденсаторы фильтра полностью разряжены и действуют как короткое замыкание в течение короткого (но, возможно, разрушительного) периода

    Эти явления хорошо известны производителям усилителей очень большой мощности, используемых в PA, а также тем, кто создает промышленную продукцию, но схемы «плавного пуска» обычно не используются в потребительском оборудовании.Любой, у кого есть большой усилитель мощности, особенно тот, в котором используется тороидальный трансформатор, заметит кратковременное затемнение света при включении усилителя. Потребляемый ток настолько велик, что это влияет на другое оборудование.

    Этот высокий пусковой ток (как он известен) вызывает нагрузку на многие компоненты вашего усилителя, особенно …

    • Предохранители — они должны быть с задержкой срабатывания, в противном случае неправильное срабатывание предохранителя будет обычным
    • Трансформатор — сильный ток механически и электрически нагружает обмотки.Нередко можно услышать уменьшение механического шума, когда шасси и трансформатор реагируют на магнитное напряжение
    • Мостовой выпрямитель — он должен выдерживать начальный ток, превышающий нормальный, потому что он вынужден заряжать пустые конденсаторы фильтра — они выглядят как короткое замыкание до тех пор, пока приличное напряжение достигнуто
    • Конденсаторы — пусковой ток во много раз превышает номинальный ток пульсаций конденсаторов и вызывает нагрузку на внутренние электрические соединения

    Неудивительно, что значительное количество отказов усилителя (особенно отказов, связанных с блоком питания) происходит при включении питания (если оператор не делает глупостей).Это точно такая же проблема, из-за которой ваши (лампы накаливания) дома «перегорают», когда вы включаете выключатель света. Вы редко видите, как лампочка выходит из строя, когда вы спокойно сидите и читаете, это почти всегда происходит в момент подачи питания. То же самое и с усилителями мощности.

    ПРИМЕЧАНИЕ: Не пытайтесь использовать эти схемы, если вы не хотите экспериментировать — реле должно работать на 100%. надежность, ваша сетевая проводка должна соответствовать отличным стандартам, и могут потребоваться некоторые металлоконструкции.Нет ничего тривиального в любой схеме, показанной здесь (или любой другой схеме, разработанной для с той же целью), несмотря на кажущуюся простоту.

    Представленные здесь схемы предназначены для ограничения пускового тока до безопасного значения, которое обычно должно составлять максимум около 200% от полной нагрузочной способности силового трансформатора. Имейте в виду, что с этими конструкциями (как и со всеми такими схемами) связаны важные проблемы безопасности — пренебрегайте ими на свой страх и риск. В некоторых случаях может быть приемлемо до 500% полной мощности, и решение о том, какое значение использовать, остается за вами.Производитель трансформатора может дать некоторые конкретные рекомендации, и если да, то им следует следовать.

    Информация здесь предназначена в первую очередь для трансформаторов, но, безусловно, существуют и другие приложения. Определение пригодности любой схемы для любого приложения полностью зависит от читателя, и я не могу (и не буду) давать конкретные рекомендации для любого другого использования, которое вы имеете в виду. Если возможно, убедитесь, что элемент, который вы хотите плавно запустить, будет нормально работать, если он включен с медленным нарастанием напряжения от Variac.Хотя большинство усилителей и источников питания будут вести себя нормально, некоторые из них могут не работать. Они не могут использовать схему плавного пуска!

    Стоит отметить, что мы обычно называем источники питания, использующие сетевой трансформатор с нормальной частотой 50/60 Гц, «линейными», но на самом деле это совсем не так. Слово «линейный» означает, что нагрузка, подаваемая в сеть, также является линейной (резистивные нагрузки действительно линейны), но источник питания на основе трансформатора не делает этого. Форма волны, показанная на Рисунке 9 (ближе к концу этой страницы), показывает фактическую форму волны сетевого тока для последних двух циклов, и очевидно, что это что-то , но линейное в истинном значении этого слова.Это не имеет значения для цели данной статьи, но важно понимать, что термины, используемые в электронике, могут принимать «новые» значения при обычном употреблении. Это одна из них, и она может (и приводит) привести к путанице, если вы не знаете об истинной природе схемы выпрямителя и фильтра на основе трансформатора и ее влиянии на входной ток трансформатора.


    2 — резисторы

    Наиболее очевидным и доступным выбором устройства ограничения тока является резистор.Однако необходимо соблюдать осторожность, чтобы резистор мог выдерживать очень высокий ток (и мгновенное рассеивание), возникающее при включении большого трансформатора. Есть несколько вариантов, и я предпочитаю использовать три резистора по 5 Вт параллельно. Ниже приведен полный пример расчета, показанный ниже, но вы можете проигнорировать это и выбрать использование 3 резистора по 150 Ом 5 ​​Вт параллельно (230 В) или 3 резистора по 33 Ом 5 ​​Вт параллельно для 120 В.

    Нет ничего даже отдаленно научного в том, чтобы сделать простой выбор, но эти значения проверены в приведенных ниже примерах расчетов и использовались бесчисленными любителями в схемах плавного пуска P39.Важно то, что резисторы выдерживают ток. Хотя это кратко, это также довольно сложно для внутренних компонентов резистора. Один резистор на 5 Вт, конечно, не справится (у меня был один разделенный пополам во время ранних испытаний), и хотя сверхмощная деталь мощностью 50 или 100 Вт, вероятно, выживет, они довольно дороги по сравнению с обычными керамическими резисторами на 5 Вт, которые я предлагаю.

    Некоторые резисторы специально разработаны для высокого импульсного тока, который может встречаться в импульсных источниках питания или (неожиданно) в схемах плавного пуска.Они могут иметь допустимый импульсный ток, так что мгновенная рассеиваемая мощность может быть более чем в 1000 раз больше значения в установившемся режиме. Резистор на 5 Вт может выдержать мощность более 500 Вт в течение, возможно, 10 мс, но вам нужно обращаться к таблицам данных — не всегда легко следить за данными, как они показаны. Пример показан ниже — он не для чего-то конкретного, а основан на на графике из таблицы (но упрощенно).


    Рисунок 1 — Рассеивание на импульсном резисторе 5 Вт против Время

    Выше приведен пример, показывающий допустимую мощность импульса в зависимости отвремя для резистора 10 Ом и 100 Ом 5 ​​Вт. Как и ожидалось, более низкие значения могут выдерживать большую пиковую мощность, потому что провод толще. Нас в первую очередь интересует рейтинг 10 мс, поскольку он достаточно близок к длительности максимального пускового тока первого цикла трансформатора. Согласно диаграмме, допустима мощность до 300 Вт, но диаграмма предполагает повторяющиеся импульсы, поэтому мы можем пойти несколько выше. Я бы не рекомендовал, чтобы импульсная мощность в наихудшем случае превышала номинал резистора более чем в 100 раз.Для резистора 5 Вт это означает, что практический предел составляет 500 Вт.

    Допустимая мощность в значительной степени определяется пределом плавления резистивного провода и его тепловой инерцией. Толстая проволока имеет большую массу и, следовательно, большую тепловую инерцию, но первая и герметизация также в некоторой степени добавляют к общей тепловой инерции. Поскольку они, как правило, керамические, они в первую очередь изоляторы, поэтому они не добавляют столько тепловой инерции, сколько хотелось бы. Предел сопротивления плавкого предохранителя зависит от используемого материала.Он редко указывается, но сплав нихрома (никель / хром) популярен, поскольку он имеет довольно низкий коэффициент термического сопротивления и может выдерживать очень высокие температуры (до ~ 1100 ° C).

    Резисторы с проволочной обмоткой — это резисторы только типа , которые обычно могут выдерживать очень высокую импульсную мощность, необходимую для схемы плавного пуска. Большинство других резисторов просто испаряются при первом использовании. Хотя график показывает, что более низкие значения более надежны, очень многие платы P39 были построены с использованием резисторов 3 × 150 Ом, включенных параллельно (или 3 × 33 Ом для 120 В), и после многих лет эксплуатации не было зарегистрировано ни одного отказа.Вы можете использовать последовательно 3 × 15 Ом, если это улучшит ваше самочувствие, но в реальном выражении разница минимальна.

    Также важно убедиться, что дорожки на печатной плате достаточно тяжелые, чтобы они могли выдерживать ток без предохранения. Это, конечно, одно из преимуществ использования схемы плавного пуска, потому что схема сдерживает очень высокий пусковой ток и позволяет избежать чрезвычайно высокого пикового тока. Это облегчает жизнь переключателю питания и всем остальным в цепях питания.Вместо пикового тока 20–50 А в худшем случае его можно ограничить до менее 5 А.


    3 — Термисторы

    «Разве я не должен использовать термисторы, а не резисторы?» Это частый вопрос, и, хотя есть много предостережений, они, как правило, работают хорошо. К сожалению, новичку (и не новичку) может быть очень сложно определить правильную стоимость и размер, а производители часто не очень помогают. Формат спецификации одного производителя редко совпадает с форматом другого, и прямое сравнение может быть затруднено.Некоторые указывают максимальный ток, другие — рейтинг в Джоулях, а некоторые не включают почти ничего, кроме номинального сопротивления при 25 ° C и размеров, что вряд ли полезно.

    Многим нравится идея использовать термисторы с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) для ограничения бросков тока, при этом обычно утверждают, что не требуется дополнительных схем. Одним словом, для любого продукта, который не всегда потребляет постоянную высокую мощность, не . Спорный? Не совсем — то, что они используются рядом крупных производителей, не всегда означает, что с ними все будет в порядке.Если они используются в коммутируемой системе, как описано здесь, они безопасны и надежны, но я лично видел ( да, собственными глазами ) термисторы NTC сильно взрываются в случае неисправности. Резисторы также могут выйти из строя, но отказ (обычно) сдерживается — конечно, есть исключения. Как правило, термисторы NTC рассчитаны на очень высокий пиковый ток, но, как отмечалось ранее, вы увидите много разных способов описания одного и того же, практически без общего между производителями. Чтобы быть действительно полезными, термисторы должны быть отключены после того, как броски тока закончились.

    Если байпасное реле не срабатывает из-за того, что вы использовали источник питания усилителя для активации реле, и неисправность не позволяет напряжению достичь максимума, термистор станет с низким сопротивлением из-за протекания тока и предохранитель перегорит. Однако, если ток слишком велик из-за серьезной неисправности, термистор может взорваться до того, как появится шанс предохранителя. Я не понимаю, почему некоторые люди настаивают на том, что термистор «лучше» резисторов — это не так, если он не выбран и не используется должным образом. В некоторых случаях может даже быть надежным решением минус .Как указано ниже, значение резистора (или термистора) около 50 Ом (230 В) или 25 Ом (120 В) является довольно хорошим общим компромиссом и отлично работает с трансформаторами до 500 ВА. Для силовых трансформаторов мощностью более 1 кВА необходимо уменьшить сопротивление.

    Если используется термистор, его размер должен быть подходящим. Хотя некоторые небольшие термисторы могут показаться вполне удовлетворительными, они часто не справляются с максимальным пиковым током. Я предлагаю вам прочитать статью о схемах защиты от бросков тока для получения дополнительной информации.Термистор подходящего номинала может использоваться в любой версии этого проекта (включая блок на основе печатной платы, показанный на рисунке 2).

    Ни при каких обстоятельствах я не буду предлагать термистор без байпасного реле для усилителей мощности, потому что их ток в режиме ожидания или малой мощности обычно недостаточен для нагрева термистора до достаточного нагрева, чтобы снизить сопротивление до разумного значения. Таким образом, вы получите модуляцию напряжения источника питания, при этом термистор будет постоянно термоциклировать. Обычно это приводит к сокращению срока службы термистора, потому что термоциклирование эквивалентно ускоренному режиму испытания на срок службы (это, по сути, один из тестов, который проводится в лаборатории производителя, чтобы узнать, как долго они прослужат в использовании).

    Если соответствует достаточно продолжительному току (например, усилитель класса A), температура поверхности любого полностью работающего термистора обычно намного превышает 100 ° C, поэтому я считаю обход обязательным для предотвращения избыточного нежелательного тепла. Байпасная схема также означает, что термистор готов к защите от пускового тока сразу после отключения питания, при условии, что оборудование было включено достаточно долго, чтобы термистор, конечно, остыл. Без байпаса вам, возможно, придется подождать 90 секунд или больше, прежде чем термистор остынет, если он работал при полной температуре.


    Рисунок 2 — Фотография печатной платы плавного пуска P39 с использованием термисторов

    Фотография выше служит двум целям. На нем показана готовая плата P39 и соответствующие термисторы, показывающие, как они крепятся к печатной плате, где требуется дополнительное отверстие для последовательного подключения термисторов — конструктор легко просверливает его. Есть два термистора на 10 Ом, соединенные последовательно, чтобы дать в общей сложности 20 Ом. Реле обходит термисторы примерно через 100 мс при подаче питания, и это снижает пусковой ток в наихудшем случае примерно до 10 А при входном напряжении 230 В.Общее сопротивление включает сопротивление первичной обмотки трансформатора (в расчетах принято 3 Ом).

    Полезно взглянуть на сокращенную спецификацию того, что можно считать довольно типичным термистором NTC, подходящим для источника питания мощностью около 150-300 Вт в зависимости от напряжения питания (от Ametherm Inc. [1] ). Это тип диаметром 22 мм, и для больших трансформаторов я предлагаю что-то примерно этого размера. Термисторы NTC диаметром около 10 мм легче установить, но они не выдерживают больших энергетических скачков.

    Объект Стоимость
    Сопротивление 20 ± 25% Ом
    Максимальный установившийся ток до 25 ° C 5 A
    Макс.рекомендуемая энергия 125 Дж
    Фактический сбой энергии 295 Дж
    Макс.емкость при 120 В переменного тока 7600 мкФ
    Макс.емкость при 240 В переменного тока 1,800 мкФ
    Сопротивление при 100% токе 0.4 Ом
    Сопротивление при токе 50% 0,84 Ом
    Температура тела при максимальном токе 178 ° C
    Таблица 1 — Электрические характеристики термистора (только пример)

    Важно отметить, что допуск по сопротивлению очень большой — это характерно для всех термисторов. Ожидать деталей с жесткими допусками — не вариант. Показанные максимальные значения емкости относятся к традиционному конденсаторному входному фильтру после мостового выпрямителя.Предполагается прямое подключение к сети. При номинальном токе сопротивление составляет 0,34 Ом, поэтому рассеиваемая мощность составляет 1,36 Вт, что звучит не так много, но обратите внимание на температуру тела … 178 ° C. Я бы посоветовал, чтобы оптимальная работа была при постоянном токе 1-2 А, где рассеивание уменьшается и температура будет ниже.

    Хорошо то, что указана энергия всплеска — в приведенном выше случае это 125 Джоулей. Это означает, что он может выдерживать 125 Вт в течение одной секунды или 1250 Вт в течение 100 мс. Он также теоретически может обрабатывать 12 кВт в течение 10 мс или 120 кВт в течение 1 мс, и, если не указано иное, это не должно вызывать сбоев.Несмотря на то, что имеется некоторая стыковая накладка с указанием максимальной емкости, это в значительной степени руководство для конечного пользователя. Исходя из этого, я бы предположил, что 1 кВт на 100 мс будет вполне нормально, поскольку это все еще всего 100 Джоулей. Однако будьте осторожны — вероятно, существует столько же способов определения термисторов, сколько производителей, и не все предоставляют информацию в удобной для пользователя форме.

    Как отмечалось выше, термисторы никогда не должны эксплуатироваться без байпасного реле. Даже если продукт потребляет постоянную мощность (достаточную для поддержания термистора в горячем состоянии), при кратковременном отключении питания от сети, когда питание восстанавливается, термистор уже горячий.Затем он достигает ноль ограничения пускового тока, потому что прерывание должно длиться достаточно долго, чтобы он остыл до температуры окружающей среды.

    Если используется несколько термисторов, они должны быть включены последовательно, , а не параллельно. Это связано с тем, что допуск настолько велик, что термисторы, подключенные параллельно, не будут делить ток поровну, и даже вероятно, что только один будет делать что-то полезное, а остальные будут бесполезны. Когда термистор с наименьшим сопротивлением нагревается (потому что он потребляет большую часть тока), он упадет до более низкого сопротивления, а другой (-ие) вообще ничего не будет делать.


    4 — Характеристики трансформатора

    Может быть полезно знать основы трансформатора, особенно сопротивление обмотки. Исходя из этого, вы можете рассчитать пусковой ток наихудшего случая. Эта таблица показана в разделе «Трансформеры», часть 2, и сокращена здесь. Трансформаторы с сопротивлением обмотки более 10 Ом (типы 230 В) не нуждаются в цепи плавного пуска. Хотя пиковый ток может достигать около 23 А, это вполне соответствует возможностям плавкого предохранителя с задержкой срабатывания и обычно никогда не вызывает проблем.Конечно, если вы, , хотите, чтобы использовал плавный пуск на меньших трансформаторах, нет никаких причин не делать этого, кроме дополнительных затрат.

    ВА Рег.% R p Ом — 230 В R p Ом — 120 В Высота кг)
    160 9 10-13 2.9 — 3,4 105 42 1,50
    225 8 6,9 — 8,1 1,9 — 2,2 112 47 1,90
    300 7 4,6 — 5,4 1,3 — 1,5 115 58 2,25
    500 6 2,4 — 2,8 0,65 — 0,77 136 60 3,50
    625 5 1.6 — 1,9 0,44 — 0,52 142 68 4,30
    800 5 1,3 — 1,5 0,35 — 0,41 162 60 5,10
    1000 5 1,0 — 1,2 0,28 — 0,33 165 70 6,50
    Таблица 2 — Типовые характеристики тороидального трансформатора

    Максимальный пусковой ток (наихудший случай) примерно равен напряжению сети, деленному на сопротивление обмотки.Более подробная информация об этом (включая снимки с осциллографа) содержится в статье о пусковых токах. Он также включает в себя формы сигналов с выпрямителем, за которым следуют большая емкость и нагрузка, и поможет вам понять необходимость схем защиты с большими трансформаторами.


    Рисунок 3 — Пусковой ток трансформатора

    Выше показан осциллографический снимок тока в трансформаторе E-Core на 200 ВА, когда питание подается при переходе через нуль сигнала сети.Это наихудший случай, и он может привести к начальному скачку тока, который ограничивается только сопротивлением обмотки и сетевой проводки. Масштаб текущего монитора составляет 100 мВ / А, поэтому пиковое значение 1,9 В соответствует 19 ампер. Для большого тороидального элемента пиковый ток может превышать 150 А. Если сеть подается на пике формы волны переменного тока (325 В в странах с 230 В переменного тока, 170 В, где сеть составляет 120 В), пиковый пусковой ток для того же трансформатора обычно снижается до менее чем 1/4 от значения наихудшего случая… 4,4 А (оба могут быть измерены с хорошей воспроизводимостью для тестируемого трансформатора).

    Как видите, пусковой ток имеет одну полярность (может быть положительной или отрицательной), поэтому переходное событие «постоянного тока» накладывается на сеть. Другие трансформаторы, которые уже находятся под напряжением, также могут насыщаться (и часто рычать) во время броска тока. Это часто называют «симпатическим взаимодействием». Чтобы свести к минимуму влияние пускового тока и влияния протекания на другое оборудование, любой тороидальный трансформатор мощностью более 300 ВА должен использовать схему плавного пуска, такую ​​как описанная в Проекте 39, или одну из альтернативных схем, описанных ниже.Я считаю, что 300 ВА — это предел — схема плавного пуска не обязательна, и она действительно увеличивает стоимость и сложность проекта, но результаты обычно (просто) приемлемы, если плавный пуск не используется с трансформаторами на 300 ВА.


    5 — Пример расчетов

    Хотя цепь плавного пуска может быть добавлена ​​к трансформатору любого размера, сопротивления обмотки 300 ВА и трансформаторов меньшего размера обычно достаточно для предотвращения сильных скачков тока. Для трансформаторов мощностью 500 ВА и более настоятельно рекомендуется использовать схему плавного пуска.300 ВА — это предел, и конструктор должен решить, считает ли он это необходимым или нет.

    Мгновенный ток в наихудшем случае ограничен только сопротивлением первичной обмотки трансформатора и эффективным сопротивлением входящей сети (обычно менее 1 Ом). Для трансформатора на 500 ВА при 230 В сопротивление обмотки будет порядка 2,5–3 Ом, поэтому в худшем случае ток может легко превысить 70 ампер. Такой скачок тока вызывает нагрузку даже на плавкий предохранитель с задержкой срабатывания, и поэтому я так твердо уверен, что плавный пуск — действительно хорошая идея.

    Например, трансформатор на 500 ВА довольно типичен для многих бытовых систем большой мощности. Предполагая идеальную нагрузку (которой нет у выпрямителя и блока фильтров, но это уже другая история), ток, потребляемый из сети при полной мощности, составляет …

    I = ВА / В (1) Где ВА — номинальная мощность трансформатора в ВА, а V — используемое сетевое напряжение.

    Поскольку я живу в стране с питанием 230 В, я буду использовать это для своих расчетов, но это легко сделать любому.Используя уравнение 1, мы получим следующий номинальный ток полной мощности от сети (без учета сопротивления обмотки трансформатора) …

    I = 500/230 = 2,2 А (достаточно близко)

    При пределе 200% тока полной мощности это 4,4 А переменного тока. Эффективное последовательное сопротивление, необходимое для поддержания пикового тока на уровне 4,4 А или менее, легко рассчитывается по закону Ома …

    R = V / I (2)
    R = 230 / 4,4 = 52 Ом (достаточно близко)

    Не совсем стандартное значение, но 3 резистора по 150 Ом 5 ​​Вт, подключенные параллельно, вполне подойдут, что дает общее сопротивление 50 Ом.Можно использовать один резистор на 47 или 56 Ом, но вы должны свериться с таблицей данных, чтобы убедиться, что выбранный вами резистор может выдерживать высокую мгновенную мощность. Можно использовать резистор в металлической оболочке мощностью 50 Вт. Нам не нужна высокая мощность для нормального использования, но имейте в виду, что мгновенное рассеяние может увеличиваться при определенных условиях неисправности. Обратите внимание, что использовалось среднеквадратичное значение сетевого напряжения, а не пиковое (325 В), потому что ток наихудшего случая напрямую не связан с пиковым напряжением.

    Для определения номинальной мощности балластного резистора, которая составляет 200% номинальной мощности трансформатора при полной мощности…

    P = V² / R (3)

    Для этого сопротивления это, казалось бы, указывает на то, что требуется резистор 930 Вт (исходя из расчетных 50 Ом), действительно большой и дорогой компонент. Однако нам это не нужно, поскольку резистор будет в цепи в течение короткого периода времени — обычно около 100-150 мс, а основной пик тока длится всего 10 мс или около того. Ожидается, что усилитель (надеюсь) не будет обеспечивать значительную выходную мощность до стабилизации. Абсолютный максимальный ток будет протекать только в течение 1 полупериода и после этого быстро уменьшается (как показано на рисунке 3).См. Номинальную мощность в импульсе резистора 5 Вт на рисунке 1.

    Мы должны быть осторожны, чтобы убедиться, что балластный резистор способен выдерживать пусковой ток. Во время испытаний мне удалось разделить керамический резистор пополам, потому что он не выдерживает тока — этот эффект иногда называют «Ченобылинг» после ядерной катастрофы в СССР несколько лет назад, и его лучше избегать.

    В больших профессиональных усилителях мощности обычно используется резистор на 50 Вт, обычно устанавливаемый на шасси в алюминиевом корпусе, но он дорог и может быть нелегко достать большинству конструкторов.В приведенном выше примере керамические резисторы 3 × 5 Вт, включенные параллельно (каждый резистор имеет сопротивление от 150 до 180 Ом), дадут нам то, что мы хотим, и будут сравнительно дешевыми. Если вы этого не сделали, прочтите раздел о резисторах, в котором много информации о пиковом импульсном токе.

    Для США (и считывателей в других странах с напряжением 120 В) оптимальное сопротивление составляет 12 Ом, поэтому резисторы 3 × 33 Ом 5 ​​Вт должны работать нормально (это дает 11 Ом — достаточно близко для этого типа схемы).

    Было заявлено, что сопротивление обычно должно составлять от 10 до 50 Ом (но с небольшими аргументами или без них), и что не следует использовать более высокие значения.Я оставлю это на усмотрение читателя. Как всегда, это компромиссная ситуация, и разные ситуации требуют разных подходов.

    Резистор 20 Ом (или термистор) — это абсолютный минимум, который я бы использовал для 230 В, и его нужно выбирать с осторожностью. Пульсирующий ток, вероятно, снесет резисторы меньшего размера, особенно при питании 230 В. Хотя верно то, что при уменьшении сопротивления провод сопротивления становится толще и более устойчивым к перегрузкам, в худшем случае мгновенный ток при 20 Ом равен 11.5А при 230В. Это мгновенное рассеивание 2645 Вт (без учета других сопротивлений в цепи), и потребуется чрезвычайно прочный резистор, чтобы выдержать это даже в течение коротких периодов времени. При работе на 120 В и сопротивлении 20 Ом пиковый ток будет всего 6 А, что снизит пиковое рассеивание до 720 Вт.

    В действительности пиковый ток наихудшего случая никогда не будет достигнут, поскольку необходимо учитывать сопротивление обмотки трансформатора и полное сопротивление сети. Исходя из этого, разумный компромиссный ограничительный резистор (и значения, которые я использую) будет порядка 50 Ом для 230 В (3 × 150 Ом / 5 Вт) или 11 Ом (3 × 33 Ом / 5 Вт) для работы на 120 В. .Резисторы подключены параллельно. Вы можете решить использовать эти значения, а не рассчитывать значение из приведенных выше уравнений, и будет обнаружено, что это будет работать хорошо почти во всех случаях, но все же позволит предохранителю сгореть в случае неисправности. Эти значения подходят для трансформаторов до 500 ВА, хотя, скорее всего, они подойдут и для более крупных устройств.

    В этом отличие от использования более высоких значений, когда предохранитель (по всей вероятности) не перегорает, пока реле не сработает.Хотя период времени короткий, резисторы очень быстро нагреваются. Термисторы могут быть полезны, потому что по мере того, как они нагреваются, их сопротивление падает, и, если они соответствуют требованиям, они просто упадут до достаточно низкого сопротивления, чтобы вызвать перегорание предохранителя.

    Еще одна причина, по которой вам может потребоваться более низкое значение, заключается в том, что некоторые усилители имеют поведение при включении, которое может привести к появлению относительно сильного тока при включении. Эти усилители могут не достичь стабильной рабочей точки с высоким значением сопротивления последовательно и могут вызывать неправильное поведение до тех пор, пока не будет подано полное напряжение.Если ваш усилитель демонстрирует такое поведение, тогда необходимо использовать резисторы ограничения нижнего значения .

    Если нестабильное электроснабжение является «особенностью» вашего места жительства, то я бы посоветовал вам создать систему, в которой усилитель отключается, если сеть выходит из строя более чем на несколько циклов за раз. Источник переменного тока для тороидального трансформатора должен «пропадать» только на несколько циклов, чтобы вызвать значительный пусковой ток, поэтому необходимо соблюдать осторожность.

    Если используется термистор, я предлагаю надежную версию, рассчитанную на сравнительно высокий максимальный ток.Устройства диаметром 22 мм обычно рассчитаны на гораздо более высокие токи, чем вам может потребоваться, поэтому они будут подвергаться минимальному термоциклированию. Хорошее круглое значение составляет 10 Ом при 25 ° C — это означает более высокие пиковые токи, чем я предлагаю выше, но вы всегда можете использовать два или три последовательно — особенно для работы на 230 В. Последовательные термисторы 2 × 10 Ом дают очень высокий рейтинг перенапряжения (измеряется в Джоулях) и ограничивают пиковый пусковой ток примерно до 12 А с трансформатором на 500 ВА.


    6 — Байпасные цепи

    Некоторые большие профессиональные усилители используют TRIAC (двусторонний кремниевый выпрямитель) для обхода резистора / термистора плавного пуска, но я предпочитаю использовать реле по ряду очень веских причин…

    • Реле практически неразрушимы — особенно в этой роли
    • Их легко найти где угодно
    • Обеспечивается полная изоляция, поэтому цепь управления не находится под напряжением сети
    • Не генерируются радиочастотные помехи или гармоники сетевой частоты. Это низкий уровень, но их может быть очень сложно исключить из схем TRIAC
    • Радиатор не требуется, что устраняет потенциальную угрозу безопасности в случае пробоя изоляции между TRIAC и радиатором

    Они также могут вызвать определенные проблемы, но с ними легко справиться.Наихудшее — это обеспечение подходящего напряжения катушки, позволяющего использовать общедоступные устройства в усилителях мощности всех размеров и напряжений питания. Поскольку реле по-прежнему очень популярны, их легко получить при наиболее распространенном напряжении катушки (например, 5 В, 12 В, 24 В и т. Д.).


    Рисунок 4 — Резисторы плавного пуска и релейные контакты

    На рис. 4 показано, как резисторы подключаются последовательно к источнику питания трансформатора, при этом контакты реле замыкают резисторы накоротко при срабатывании реле.Вся эта схема находится под напряжением сети, и к ней следует относиться с большим уважением.

    «A» представляет активный (под напряжением или под напряжением) вывод от сетевого выключателя, а «SA» — это переключаемый активный провод, который подключается к основному силовому трансформатору. Не отсоединяйте и не обходите существующую проводку, просто поместите блок резисторов последовательно с существующим трансформатором.

    Не пытайтесь выполнить подключение, если шнур питания не отсоединен, и все соединения должны быть выполнены таким образом, чтобы случайный контакт с пальцем или шасси был невозможен ни при каких обстоятельствах.Резисторы могут быть установлены с помощью алюминиевого кронштейна, закрывающего соединения, предотвращая контакт. Все провода должны находиться на безопасном расстоянии от корпуса и кожуха — там, где это кажется невозможным, используйте изоляцию, чтобы предотвратить любую возможность контакта. Строительные заметки показаны позже в этом проекте. Трудно переоценить аспект безопасности этих цепей!

    Контакты реле должны быть рассчитаны на полное сетевое напряжение и, по крайней мере, полный ток мощности усилителя.Настоятельно рекомендуется использовать реле с номиналом контактов не менее 10 А.

    ПОДСКАЗКА: Вы также можете добавить второе реле для отключения звука на входе, пока не будет подано полное питание. Я предоставлю вам возможность внести необходимые коррективы. Вам нужно будет сложить ток для двух реле вместе или использовать отдельные источники питания, если используется существующее внутреннее напряжение источника питания.


    7 — Цепи управления

    Цепи управления варьируются от очень простых (и часто довольно непродуманных) до довольно сложных.В конечном счете, схема зависит от того, все ли продумал разработчик или рассмотрел только решение, которое создает разумно постоянную задержку при включении питания. Многие не могут обеспечить быстрый сброс схемы, поэтому быстрый цикл включения-выключения (намеренно или случайно) обеспечивает защиту после кратковременного прерывания. В общем, любая схема, которая не сбрасывается менее чем за 500 мс, должна считаться неисправной. Полный сброс гарантирует, что при восстановлении питания (примерно через полсекунды) балластные резисторы снова подключатся к цепи, а плавный пуск будет выполняться так же, как если бы оборудование было включено после выключения на ночь. .

    Наименее желательный способ питания цепи управления — от вторичной обмотки трансформатора. В случае серьезной неисправности вторичное напряжение не поднимется до максимума, и цепь управления может никогда не сработать. Хотя это не обычная ошибка, она находится в пределах вероятности. В случае усилителей (или другого оборудования), которые ожидают значительного тока с момента включения, балластные резисторы могут иметь достаточное сопротивление для предотвращения нормального запуска, и они будут перегорать.

    В тексте проекта 39 рекомендуется использовать вспомогательный трансформатор, и это, безусловно, самый безопасный способ сделать это. Это позволяет схеме управления работать при низком напряжении, изолированной от сети. Работать, проводить измерения или даже просматривать формы сигналов с помощью осциллографа безопасно.

    Если бы независимый источник питания 12 В был доступен для всех усилителей мощности, подавать питание было бы очень просто. К сожалению, это случается редко. Большинство усилителей будут иметь источники постоянного тока в диапазоне от ± 25 В до примерно ± 70 В, и попытки получить реле для нечетных напряжений будут неудачными.Катушки реле обычно рассчитаны на 5 В, 12 В, 24 В и 48 В, а также на 120/230 В переменного тока, но реле переменного тока определенно , а не . Однако , даже если у вас есть трансформатор со вспомогательной обмоткой, если вторичная нагрузка достаточно велика, вспомогательная обмотка также не выйдет на нормальное напряжение.

    Вспомогательный источник питания означает добавление второго трансформатора, что иногда может быть затруднено из-за нехватки места. Это по-прежнему самый безопасный способ, и схема управления, использующая этот подход, показана на рисунке 2.Это самый простой в реализации, но некоторые могут посчитать, что добавленную стоимость второго трансформатора трудно оправдать. ИМО, это не проблема, и это, безусловно, предпочтительный вариант. Это в значительной степени обязательно для усилителей класса А. Есть еще одно преимущество. Небольшой трансформатор можно оставлять включенным все время, а затем сеть включается и выключается путем переключения 9 В переменного тока на плату плавного пуска (которая будет использовать второе реле для включения и выключения питания). Опять же, это подход, принятый в Project 39, и он гарантирует, что сетевую проводку можно ограничить собственным углом шасси, а все остальное будет иметь низкое (относительно) напряжение.


    Рисунок 5 — Цепь управления вспомогательным трансформатором

    В нем используется простой мостовой выпрямитель и небольшой, но адекватный конденсатор. В схеме управления используются легкодоступные и недорогие компоненты, и ее можно легко построить на Veroboard или аналогичном. Все диоды могут быть 1N4004 или эквивалентными. Используйте трансформатор с вторичной обмоткой 9 В переменного тока, который будет обеспечивать напряжение, близкое к 12 В для этой цепи. Никакого регулирования не требуется, а контроллер представляет собой простой таймер, активирующий реле примерно через 100 мс.Я выбрал для переключателя полевой МОП-транзистор, поскольку он имеет определенное напряжение включения и практически не требует тока затвора. При показанных значениях компонентов реле активируется примерно через 100 миллисекунд. Его можно увеличить (или уменьшить) путем увеличения (уменьшения) значения R1 (27k). Трансформатор должен быть маленьким, так как ток меньше 100 мА.

    Внимание: Значение, показанное для R1 (56k), может потребоваться изменить, чтобы получить требуемую временную задержку около 150 мс.Настоящий необходимое значение зависит от порога переключения для полевого МОП-транзистора и значения C2, которое является электролитическим конденсатором и имеет большой допуск. В общем, ожидайте, что ценность будет где-то от 27k до 68k, но в некоторых случаях вам может потребоваться больше или меньше указанного диапазона.

    MOSFET (Q2 — 2N7000) имеет пороговое напряжение затвора, которое составляет от 0,8 В до 3 В, при этом 2,1 В является «типичным» значением. В результате вам нужно будет отрегулировать значение R1, чтобы получить правильную задержку.Если хотите, вы можете использовать тримпот на 100 тысяч — он должен покрыть большинство возможных ситуаций. Если порог составляет 0,8 В (я не видел ни одного такого низкого), таймер будет работать только около 30 мс, поэтому R1 необходимо увеличить примерно до 82 кОм. На верхнем уровне (3 В) R1 необходимо уменьшить примерно до 22 кОм для задержки 100 мс. Обратите внимание, что в версии для печатной платы используется компаратор операционного усилителя, поэтому синхронизация очень предсказуема.

    Q1 используется для обеспечения быстрой подачи питания на реле. Когда на реле обнаруживается напряжение 0,65 В, Q1 включается и мгновенно завершает зарядку C2.Без «мгновенного действия» цепь будет работать медленно и не сможет активировать реле со 100% надежностью. Время сброса схемы составляет менее 120 мс при указанных значениях, и это обычно приемлемо.

    ПРИМЕЧАНИЕ: C1 должен быть рассчитан на ток пульсации не менее 700 мА, чтобы предотвратить нагрев конденсатора. Фактический ток пульсаций должен составлять около 85 мА при показанной схеме. Имейте в виду, что если крышка нагревается (или нагревается), ее надежность и долговечность будут поставлены под угрозу.

    Можно сделать срабатывание реле намного быстрее, но за счет сложности схемы. Простая логическая система может гарантировать, что схема будет сброшена с помощью единственного пропадания цикла переменного тока, но это было бы слишком быстро для нормального использования и совершенно ненужно. C1, возможно, придется изменить в зависимости от реле (тестовое реле имеет сопротивление катушки 270 Ом). Если значение слишком мало, реле может дребезжать или, по крайней мере, гудеть, а также, вероятно, будет перегреваться из-за вихревых токов в твердом сердечнике, используемом в реле постоянного тока.Конденсатор следует выбирать на основе значения, которое делает реле бесшумным, но при этом срабатывает достаточно быстро, чтобы предотвратить высокий пусковой ток в случае кратковременного прерывания питания от сети. Показанное значение (220 мкФ) обычно подходит для большинства приложений. Если вы используете колпачок 470 мкФ, время восстановления увеличивается примерно до 250 мс — неплохо, но медленнее, чем должно быть.


    8 — Автономный бестрансформаторный источник питания

    Если по какой-либо причине использовать трансформатор невозможно, можно использовать схему, показанную на Рисунке 5.При этом используется конденсатор для снижения сетевого напряжения в цепи, и необходимо использовать реле 24 В, чтобы минимизировать потребляемый ток. Хотя можно использовать реле на 12 В, конденсатор (C1) должен быть больше и дороже. Обратите внимание, что C1 должен быть типом сети X2. R3 и R4 гарантируют разряд крышки при отключении сети, чтобы снизить риск поражения электрическим током. Два из них используются последовательно для получения удовлетворительного номинального напряжения. Если используется для работы на 120 В, конденсатор C1 должен иметь 2 конденсатора по 470 нФ, включенных параллельно, иначе напряжение питания никогда не достигнет 24 В, и реле может не сработать.

    ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ — Все цепи находятся на полном сетевом потенциале, и они должны быть закрыты для предотвращения случайного контакта!

    Резистор 1 Вт (R5) используется для ограничения пускового тока на входном конденсаторе X2. По возможности, я всегда рекомендую, чтобы любой резистор, который рассеивает значительную мощность (или имеет высокий импульсный ток), по крайней мере, вдвое превышал ожидаемую рассеиваемую мощность, чтобы обеспечить долгий срок службы и более низкую работу, хотя это, очевидно, не применимо к основным резисторам, ограничивающим броски тока.Стабилитрон 24 В обеспечивает ограничение напряжения, если вы решите, что вам нужна большая задержка. Без него напряжение на C2 может достичь опасного уровня с длительным временем задержки, потому что от выпрямителя не будет потребляться ток. Обратите внимание, что C2 должен быть рассчитан на напряжение не менее 35 В, но C3 может быть рассчитан на напряжение 16 В, если доступно (большинство небольших электрооборудования рассчитаны как минимум на 25 В).

    C1 должен быть конденсатором класса X2 переменного тока. Никогда не используйте конденсаторы постоянного тока (независимо от номинального напряжения), так как они не предназначены для работы с большим переменным напряжением на них.Хотя можно использовать конденсатор на 630 В постоянного тока с сетью 120 В, это все еще очень плохая идея и может привести к выходу конденсатора из строя. Ограничения постоянного тока на 230 В недопустимы. Колпачки X2 рассчитаны на питание 275 В переменного тока, приложенного непосредственно к колпачку, и они единственные, которые будут одобрены где угодно (включая большинство стран с напряжением 120 В). Диоды могут быть типа 1N4001, потому что у них никогда не будет обратного напряжения более 30В.


    Рисунок 6 — Цепь управления «Off Line»

    При показанных значениях синхронизации (56 кОм и 10 мкФ) время задержки составляет около 130 мс (смоделировано), но это зависит от порогового напряжения полевого МОП-транзистора и времени, необходимого для зарядки C2.MOSFET 2N7000 симулятора имеет порог 2,8 В, но в реальных частях он сильно различается. MOSFET-транзисторы имеют очень широкий разброс параметров, и в таблице данных указано, что порог может составлять от 800 мВ до 3 В. Вам нужно будет отрегулировать значение R1, чтобы получить требуемую задержку. Обратите внимание, что показан предохранитель , только для источника питания с плавным пуском, а для трансформатора, на который подается питание, необходим отдельный предохранитель.

    После отключения питания в идеале реле сразу же отключается, но на практике этого не происходит.Если C2 не разряжается полностью, и может быть достаточно остаточного напряжения для повторного включения реле в случае кратковременного отключения сети. Однако это неизбежный компромисс, и для обеспечения 100% эффективности схема действительно должна иметь специальную систему разряда. Это значительно усложняет простую схему. Как показано, схема будет сброшена (готова к следующему мягкому запуску) менее чем за 400 мс, но будьте осторожны! Во многих технических паспортах реле указано, что напряжение, которое необходимо отпустить, составляет около 10% от номинального напряжения, поэтому для реле на 24 В не может быть гарантированного срабатывания до тех пор, пока напряжение на катушке не упадет до 2.4В. Хотя большинство из них (вероятно) будет выпускаться при более высоком напряжении, если вы не проведете тесты, вы никогда не узнаете наверняка.

    Я протестировал пару обычных реле на 24 В на включение и выключение напряжения. Эти реле имеют катушку 1,5 кОм, и оба работают при напряжении около 15 В. Один надежно отпускал при 10 В, но другой, который я проверил, оставался под напряжением, пока напряжение на катушке не достигло около 5 В. Это показывает, что они изменчивы, и стоит провести несколько тестов, чтобы вы точно знали, с чем вам нужно иметь дело.


    Рисунок 6A — Упрощенная схема управления «Off Line»

    Схема на рис. 6A еще больше упрощена, и вариации этой темы распространены по всей сети. Он полагается только на значение C2 для определения времени, и катушка реле получает (относительно) медленный рост напряжения. В случае ухудшения C2 (например, потому, что он рядом с блоком резисторов), время будет уменьшаться, поскольку емкость уменьшается с возрастом. Сопротивление катушки используемого вами реле довольно критично. Сопротивление не должно быть меньше 1 кОм, иначе ни один из блоков питания не сможет обеспечить необходимый ток.Многие реле на 24 В имеют сопротивление обмотки 1,4 кОм и более.

    Любая бестрансформаторная конструкция предполагает множество компромиссов, и показанные схемы ничем не отличаются. Из-за конденсатора (C1) напряжение растет относительно медленно. Для достижения 24 В с сетью 230 В / 50 Гц требуется около 120 мс, и около 90 мс для 120 В / 60 Гц с удвоенной емкостью. Следовательно, задержка плавного пуска не может быть меньше этого значения, если только вы не допускаете очень сильных пульсаций на линии 24 В постоянного тока.Схема, использующая вспомогательный трансформатор, не имеет такого ограничения, так как полное напряжение достигается всего за пару циклов сетевого питания (~ 40 мс при 50 Гц или 33 мс при 60 Гц).

    Схемы на рис. 6 / 6A — это всего лишь два способа сделать это, но есть и другие возможности различной сложности. Невозможно показать их все, особенно те, которые вы можете найти в другом месте, некоторые из которых ждут катастрофы. Я видел в сети много людей, которые определенно относятся к последней категории — хотя они (вероятно) все будут работать при первом включении питания, многие (большинство?) Не имеют никаких условий, гарантирующих, что ограничение хранилища разряжено, и может пройти несколько минут (а иногда и намного больше) после отключения питания, прежде чем схема снова обеспечит плавный пуск.Идея обеспечения быстрого сброса, похоже, не рассматривалась, поэтому они не более полезны, чем горячий термистор.

    Любая схема плавного пуска, которая не обеспечивает время сброса менее 1 секунды, является обязательной и не должна использоваться. В идеале система перезагружалась бы мгновенно, но это нереально. В реальном мире (так называемом до смеха) мы должны стремиться к тому, чтобы время сброса не превышало, возможно, 150 мсек, при этом 500 мс являются (просто допустимым) верхним пределом. Получить надежную задержку и быстрый сброс в простой схеме — непростой компромисс.


    9 — Линейное ограничение пускового тока

    Технология, которая начинает проникать в импульсные источники питания, предназначенные для светодиодного освещения большой мощности, — это активный ограничитель. Используя полевой МОП-транзистор, можно включать питание контролируемым образом, так что вместо мгновенного приложения напряжения (либо через ограничивающую цепь, либо напрямую) оно увеличивается с нуля до максимума в течение, возможно, 10-20 сетевых циклов. Такой подход обеспечивает близкий к нулевой пуск трансформатора и ограничивает ток заряда конденсатора.Это довольно дешево и легко добавить к существующей конструкции SMPS, потому что диодный мост уже существует, и это полная система в (обычно) герметизированном модуле, поэтому для реализации требуется всего несколько вспомогательных деталей.

    Сделать это в автономном ограничителе броска тока сложно и недешево. МОП-транзистор и связанный с ним мостовой выпрямитель (чтобы он мог работать с переменным током) должны быть отключены по истечении заданного времени, чтобы минимизировать рассеивание, но в качестве формы ограничения броска тока он, вероятно, настолько хорош, насколько вы когда-либо получите.В зависимости от нагрузки кратковременное рассеивание МОП-транзистора может быть довольно высоким, и потребуется по крайней мере небольшой радиатор. Схема не особенно сложна, но может пройти довольно много времени, прежде чем MOSFET начнет проводить — это может быть 1-2 секунды, в зависимости от самого MOSFET. Поскольку полевые МОП-транзисторы имеют широкий разброс параметров, либо схема должна быть «самокомпенсирующейся», либо потребуется регулировка для установки рабочих точек между началом проводимости и полной проводимостью.

    График на Рисунке 8 показывает, как могла бы выглядеть форма входного тока с двухполупериодным выпрямителем и конденсатором фильтра 10 000 мкФ на выходе трансформатора, как показано ниже. Нагрузка 45 Вт подключена параллельно крышке фильтра. Это концептуально, поскольку он был смоделирован, но , а не построен, хотя я использовал Variac (быстро раскрученный до полного напряжения), чтобы доказать, что пусковой ток минимален или отсутствует при увеличении напряжения сети. Точный механизм для этого не имеет значения, при условии, что напряжение на трансформаторе плавно повышается в течение разумного периода времени (примерно от 10 до 20 сетевых циклов кажется справедливым компромиссом).Хотя Variac идеален, он, вероятно, слишком большой (и дорогой), чтобы использовать его в качестве устройства плавного пуска в усилителе.


    Рисунок 7 — Упрощенный линейный плавный пуск с использованием полевого МОП-транзистора

    Схема использует Q1 (MOSFET) для постепенного увеличения напряжения, подаваемого на трансформатор в течение примерно 500 мс. Диоды D3-D6 используются, чтобы гарантировать, что MOSFET получает постоянный ток, а не переменный, и должны быть рассчитаны на ток, достаточный для запуска схемы. T1 — это управляемый сетевой трансформатор, R p — сопротивление обмотки.Цепи управления отвечают за обеспечение изолированного питания генератора рампы и активацию реле байпаса. В полной системе также должен быть текущий мониторинг для обнаружения неисправностей до того, как может произойти какое-либо повреждение цепи.

    D1-D2 — главный выпрямитель, C1 (10 000 мкФ) — крышка фильтра, а R L — нагрузка 20 Ом. Трансформатор был произвольно настроен на коэффициент трансформации 10: 1, поэтому выход переменного тока составляет 23 + 23 В (среднеквадратичное значение) при напряжении сети 230 В. К сожалению, в симуляторе, который я использую, невозможно смоделировать насыщение, но покажет смещение входного тока от нуля при включении (при условии включения в худшем случае при переходе через ноль сети).Это очень четкий индикатор того, что в «реальном» трансформаторе произойдет насыщение.


    Рисунок 8 — Входной ток плавного пуска полевого МОП-транзистора

    Входной ток просто нарастает до максимального значения, установленного нагрузочным резистором, без скачков и возможности насыщения трансформатора. Реле замыкается через 2 секунды (не то, чтобы вы действительно заметили), а форма волны отображается с 1,4 секунды, потому что именно столько времени потребовалось, прежде чем MOSFET начал проводить с простым генератором линейного изменения, который я использовал.В показанной схеме пиковое рассеивание полевого МОП-транзистора составляет 63 Вт за 1,6 секунды. Среднее рассеивание за период проводимости MOSFET составляет около 25 Вт в течение периода чуть более 500 мс. Хотя вы можете подумать, что небольшой МОП-транзистор TO-220 подойдет, вам почти наверняка понадобится что-то более прочное.

    Я также провел испытание на стенде, используя Variac, максимально быстро включив его от нуля до максимума, и никогда не было замечено, что насыщение трансформатора примерно вдвое превышает нормальный ток холостого хода .Это хороший результат, но если добавить выделенную схему, чтобы MOSFET делал то же самое, это будет довольно сложно и довольно дорого в реализации.

    Форма сигнала сильно искажена из-за нелинейной нагрузки. Вначале форма волны тока в трансформаторе представляет собой (своего рода) прямоугольную волну из-за характеристик проводимости полевого МОП-транзистора, но трансформатору это не важно. Не может быть никаких сомнений в том, что полностью разработанная схема, использующая этот принцип, настолько хороша, насколько это возможно, но, конечно, все сводится к необходимому пространству и конечной стоимости.Есть еще вопрос о необходимости. Если приложение не является критическим, вряд ли будут какие-либо требования к чему-либо более продвинутому, чем схемы, показанные ранее, с резистором (или термистором), обойденным реле примерно через 150 мс или около того. Это хорошо используемая техника, которая хорошо работает и стоит относительно недорого.


    Рисунок 9 — Входной ток плавного пуска с изменяемым изменением частоты

    Итак, хотя я не создавал версию MOSFET, я использовал мой Variac для увеличения напряжения.Нагрузка представляла собой конденсатор емкостью 10 000 мкФ с параллельным подключением 16 Ом с тем же трансформатором, который использовался для других стендовых испытаний. Результат показан выше и является почти идеальным поведением при включении. Мне удалось разогнать Variac от нуля до 90% от полного напряжения за 11 сетевых циклов, и показан входной ток сети. Он имеет те же характеристики искажения, что и при моделировании, а пиковый входной ток не превышает 1,7 ампер. Ожидается, что пиковый ток при полной нагрузке для этой схемы составит около 575 мА RMS, при этом пиковое значение будет около 1.8А по симулятору. Когда я запустил новое моделирование (с использованием схемы на рис. 7) и заменил «реальные» коэффициенты трансформатора на ранее смоделированную версию, я получил почти идентичные цифры с теми, которые я измерил на испытательном стенде. Это результат «учебника» во всех отношениях, с симуляцией и «реальной жизнью» в почти идеальном согласии (хотя при измерении частоты действительно запутались).

    Отключение схемы на основе полевого МОП-транзистора может вызвать небольшую проблему.МОП-транзистор будет довольно раздражен, если сеть будет отключена и произойдет индуктивный откат от трансформатора. Самый простой способ решить эту проблему — использовать полевой МОП-транзистор с лавинным номиналом, то есть он предназначен для работы в условиях перенапряжения и использует управляемый пробой для рассеивания обратной ЭДС. При тщательном выборе полевые МОП-транзисторы с лавинной номинальной мощностью благополучно выдержат переходные процессы выключения, которые могут быть обнаружены в большинстве трансформаторов. Во время отключения питания реле байпаса также должно быть отключено.Если он сначала выключен, MOSFET прерывает ток, и дуга не может быть создана, что приводит к (электрически) бесшумному переключению.


    10 — Ограничение пускового тока управления фазой

    У нас еще нет вариантов. Как вы помните из ранее в этой статье, если питание подается на трансформатор с максимальным пиком сигнала переменного тока, бросок тока минимизируется. Если используется схема пикового детектора, не особенно сложно запустить TRIAC для включения питания на пике переменного тока, после чего как можно быстрее сработает реле.Нелинейные нагрузки могут вызвать серьезные проблемы для схем TRIAC и SCR, но идеально подходят для быстрого включения в определенное время.

    Хотя этот метод хорошо работает с трансформатором, он противоположен тому, что нам нужно для конденсаторной батареи. Однако при нормальном использовании мы ожидаем, что будет иметь некоторое насыщение трансформатора, и это может быть использовано в наших интересах. Как показано в статье о пусковом токе, трансформатор, который потребляет 18 А или более, если включен при переходе через нуль, потребляет только около 4 А (пиковое значение) при включении на пике переменного тока.Этого небольшого количества насыщения может быть достаточно, чтобы ограничить пиковый ток, потребляемый колпачком (ами) фильтра после выпрямителя.

    Если мы сравним пиковый бросок тока коммутируемого трансформатора с плавным пуском на основе резистора, то на самом деле ток будет немного ниже, чем при использовании резистора 50 Ом. Конечно, нам все еще нужно учитывать конденсаторы фильтра, но комбинацию насыщения и конденсаторной нагрузки невозможно смоделировать, поэтому я построил и протестировал схему с коммутацией пиков, чтобы можно было измерить результаты.Я использовал свой тестер бросков тока, чтобы включить сеть на пике формы волны сети. Хотя вы можете (по крайней мере теоретически) получить SSR с пиковым переключением, которые содержат необходимую схему для надежного срабатывания при пике сети, по большей части вам придется делать свои собственные, потому что они, похоже, недоступны из обычных магазины.


    Рисунок 10 — Пиковая схема переключения (с байпасным реле)

    Схема управления используется для включения TRIAC, который использует пиковый детектор, чтобы гарантировать, что переключение действительно на пике.Через несколько миллисекунд обходное реле закорачивает TRIAC. При отключении питания реле байпаса должно сработать первым, и сеть отключится, когда ток пройдет через ноль. Никаких дополнительных подробностей не предоставлено, но полная схема реле с пиковым переключением может быть предоставлена ​​в качестве проекта, если будет достаточно интереса. Выше приведена фактическая схема устройства, которое я тестировал на стенде.


    Рисунок 11 — Пиковый коммутируемый входной ток с конденсаторной нагрузкой

    Сигнал выше показывает, что пиковый ток равен 8.5A, при включении на пике напряжения в полностью разряженном конденсаторе емкостью 10 000 мкФ. В нем использовался тот же трансформатор, что и для сигнала, показанного на рисунках 3 и 9, но переключаемый на пике сети. Шкала составляет 1 В / А, поэтому пиковое значение 8,5 В соответствует 8,5 ампер. Хотя начальный ток определенно высок, он довольно короткий (около 5 мс), и очевидно, что от насыщения сердечника мало эффекта. Без конденсаторной нагрузки пиковый входной ток составляет около 4 А из-за насыщения (включение на пике формы сигнала минимизирует, но не устраняет насыщение).

    Казалось бы, дополнительный вариант (по крайней мере, пока вы не увидите результатов) использовать модифицированную схему диммера (которая должна быть переднего типа). При подаче питания напряжение увеличивается от нуля до максимума с помощью фазового управления и диммера TRIAC. Обязательно отключите диммер, как только закончится период броска тока, иначе возможны беспорядочные срабатывания и / или электрические помехи — даже с выделенным 3-проводным диммером (например, показанным в Project 159).Причина в том, что TRIAC не может сработать, если у него нет тока, а форма входного сигнала сети совсем не подходит для конденсаторного входного фильтра, который используется в 99,9% любительских проектов (а также во многих коммерческих продуктах).


    Рисунок 12 — Входной ток с диммером и конденсаторной нагрузкой

    На первый взгляд это кажется разумным и логичным, но на самом деле все обстоит иначе. Форма волны выше показывает, что происходит. Пускового тока как такового нет, но быстрое включение TRIAC приводит к тому, что пиковый ток достигает довольно глупого уровня, пока диммер не включится полностью.Средний ток довольно низкий (его трудно увидеть на графике осциллографа, потому что я хотел показать весь процесс, от нуля до максимума). Пиковый ток 4А, но длительность импульса мала. При низких настройках диммера период проводимости может составлять всего одну или две миллисекунды, что не может быть правильно видно на графике. По мере увеличения настройки диммера пиковый ток падает до тех пор, пока он более или менее не вернется к норме.

    По сравнению с Variac (или линейной схемой MOSFET) это довольно некрасиво, и трансформатор гудит, когда напряжение проходит через половину пути.Хотя это не очень красивое зрелище, но в качестве ограничителя бросков пускового тока он действительно работает — мы стремимся поддерживать низкий входной ток, и это достигается. Когда схема срабатывает при низком напряжении (в конце каждого цикла переменного тока), среднеквадратичный ток может составлять всего 400 мА, несмотря на высокий пиковый ток. Хотя это остается вариантом, я бы никогда не использовал его в каком-либо оборудовании. Однако схемы «диммера» TRIAC использовались перед трансформаторами в качестве предварительных регуляторов, и этот метод даже использовался в коммерческом усилителе мощности для модуляции напряжения питания вместе с уровнем сигнала.


    9 — Непрерывные нагрузки Усилители мощности

    класса A и некоторые другие нагрузки создают большую нагрузку на трансформатор с момента включения. Любой плавный пуск для этого типа нагрузки должен быть тщательно проанализирован, чтобы гарантировать, что броски тока ограничены, и , чтобы цепь включалась нормально. Некоторые могут и не делать этого, и если вы не уверены, вам нужно провести тщательное тестирование, чтобы быть абсолютно уверенным в отсутствии опасности.

    ПРИМЕЧАНИЕ: Я настоятельно рекомендую использовать вспомогательный трансформатор или автономный бестрансформаторный источник питания с Усилитель класса А, так как это исключит любую возможность неисправности реле из-за недостаточного напряжения питания при включенных в цепь балластных резисторах.

    Из-за того, что усилитель класса A постоянно работает на полной мощности, при использовании существующего источника питания (от вторичной обмотки) вы не должны опускаться ниже 200% рекомендуемого предела пускового тока. В некоторых случаях будет обнаружено, что даже в этом случае не хватает напряжения для работы реле с входными балластными резисторами в цепи.

    Если обнаружится, что это так, вы не можете использовать этот метод, или вам придется довольствоваться пусковым током, который может быть в 3-5 раз выше нормальной номинальной полной мощности.Это по-прежнему значительно меньше, чем в других случаях, и помогает продлить срок службы компонентов питания, но является менее удовлетворительным. Вычисления выполняются так же, как и выше, но необходимо некоторое тестирование, чтобы гарантировать надежную работу реле каждый раз. См. Примечание выше.


    10 — Строительные заметки

    Электробезопасность для таких цепей имеет первостепенное значение. Предлагаемых способов установки входных балластных резисторов нет, так как это зависит от многих факторов.Как уже отмечалось, мощные термисторы NTC — хорошая идея, и поскольку они предназначены именно для этого применения, вы можете быть уверены в успехе. Они остынут, как только реле сработает, поэтому их можно быстро снова использовать.

    Убедитесь, что ваша проводка обеспечивает длину пути утечки не менее 5 мм и зазор между низким и опасным (сетевым) напряжением при установке резисторов. Если есть свободное место, больше путей утечки и зазоров не причинит вреда и поможет гарантировать, что барьеры электробезопасности вряд ли будут нарушены (например, внутренним мусором в результате взрыва конденсатора — и да, это может и происходит).

    Для тех, кто не знает терминов, «расстояние утечки» — это физическое разделительное расстояние по поверхности (например, печатной плате). ламинат или другой изоляционный материал), а «зазор» — это физическое расстояние в воздухе или «свободное пространство». Свободные расстояния могут быть увеличены за счет использования изоляционного материала (так что к требованиям утечки). Любой изоляционный материал должен быть негорючим, если есть вероятность возникновения очень горячих частей, которые могут стать причиной возгорания.Местные правила обычно диктуют, что / не подходит, а диэлектрическая прочность используемого материала должна быть такой, чтобы не допустить электрического пробоя при использовании.

    В качестве альтернативы можно приобрести резистор в алюминиевом корпусе с болтовым креплением. Его следует выбирать для желаемого максимального пускового тока, он должен быть рассчитан минимум на 25 Вт и с адекватным номинальным импульсным током. Абсолютно необходима большая осторожность, потому что, хотя резисторы или термисторы находятся в цепи только в течение 100 миллисекунд, неисправность может привести к катастрофе.Поскольку резисторы сильно нагреваются в случае неисправности, а байпасное реле не срабатывает, просто обернуть их термоусадочной трубкой (например) не принесет никакой пользы, потому что она расплавится. Идея состоит в том, чтобы предотвратить чрезмерные внешние температуры, пока резисторы (надеюсь) не выйдут из строя и не разомкнутся. Метод, используемый с печатной платой P39, снова проще — 3 резистора по 5 Вт устанавливаются на вспомогательной плате, а выводы должны быть изогнуты, чтобы резисторы не выпали, даже если припой расплавится.Я еще не видел и не слышал о неисправности резистора или, что более важно, об угрозе электробезопасности.

    Проводка реле не критична, но убедитесь, что расстояние между контактами сети и любой другой частью схемы составляет не менее 5 мм, если вы используете вспомогательный трансформатор. Для всей силовой проводки должен использоваться сетевой кабель, а соединения должны быть защищены от случайного прикосновения. Сохраняйте как можно большее расстояние между любой сетевой проводкой и низковольтной или сигнальной проводкой.

    Особенно важны подключения к балластным резисторам. Поскольку они могут сильно нагреваться, если реле не сработает, необходимо следить за тем, чтобы вывод не отсоединился при расплавлении припоя, и чтобы припоя было достаточно, чтобы удерживать все вместе, и не более того. Спад припоя может вызвать короткое замыкание на корпус, что подвергнет вас или других пользователей высокому риску поражения электрическим током. Альтернативой является использование винтового соединителя, который должен выдерживать высокие температуры без плавления корпуса.Доступны керамические винтовые клеммы, и они безотказно выдержат большинство «событий» перегрева.

    Не используйте термоусадочные трубки в качестве изоляции для подводящих силовых проводов к балластным резисторам. Трубка из стекловолокна или силиконовой резины доступна от поставщиков электроэнергии и предназначена для работы при высоких температурах. Если вы хотите поэкспериментировать с активной схемой плавного пуска, вы должны убедиться, что она безопасна и надежна. Никаких подробностей схемы здесь не приводится, и маловероятно, что я буду разбираться в этом дальше, поскольку это слишком сложно для того, что обычно является довольно простой задачей.Мы не стремимся к совершенству, а просто стремимся к простому способу подключения трансформатора к сети без значительного пускового тока.


    Заключение

    В случае, если вы пропустили это в первый раз: в случае неисправности усилителя или постоянного потребления сильного тока при включении, предохранитель может не сгореть (или, по крайней мере, может сгореть недостаточно быстро, чтобы предотвратить повреждение) при питании цепи от вторичной обмотки, так как может не хватить мощности для срабатывания реле. Если вам не нравится эта идея — ИСПОЛЬЗУЙТЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР .Предохранитель может перегореть только после замыкания реле, но, по крайней мере, он перегорит. 100 мс — это не так уж и долго.

    Эти схемы предназначены для ограничения максимального тока при включении. Если нет мощности для работы реле, балластные резисторы будут поглощать полное сетевое напряжение, поэтому в описанном выше примере резистора будет рассеиваться более 900 Вт! Резисторы выйдут из строя, но как долго они прослужат? Ответ на этот вопрос совершенно неизвестен (но «недолго» — хорошее предположение). Термисторы могут выжить, а могут и не выжить.

    Надежность релейной цепи превыше всего. В случае выхода из строя рассеиваемая мощность балластного резистора будет очень высокой, и он перегреется, что может привести к повреждению. Худшее, что может случиться, — это то, что паяные соединения резисторов расплавятся, что приведет к отсоединению сетевого шнура и замыканию на корпус. В качестве альтернативы припой может осесть и вызвать короткое замыкание. Если вам повезет, балластные резисторы выйдут из строя до того, как произойдет полномасштабное расплавление.

    Убедитесь, что сетевые подключения к резисторам выполнены, как описано выше (примечания по конструкции), чтобы избежать любой из очень опасных возможностей.Возможно, вам придется проконсультироваться с местными нормативными актами в вашей стране по вопросам безопасности электропроводки, чтобы убедиться в соблюдении всех законных требований. Если вы построите схему, которая выходит из строя и кого-то убивает, угадайте, кто виноват? Ты!

    Можно использовать термовыключатель, установленный на резисторах, для отключения питания, если температура превышает установленный предел. Эти устройства доступны в качестве запасных частей. для различных бытовых приборов, или вы можете получить их у обычного поставщика.Хотя это может показаться желательным вариантом, вполне вероятно, что резисторы выйдут из строя. прежде, чем термовыключатель сможет сработать.

    ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: Маленькие металлические пулевидные предохранители без возврата в исходное положение имеют корпус под напряжением (он подключен к одному из входных проводов). Используйте этот тип с большой осторожностью! Также имейте в виду, что паять эти устройства нельзя. Если вы это сделаете, тепло от пайки расплавит воск внутри термопредохранителя, и это приведет к разомкнутой цепи. Соединения следует использовать гофрированные. или винтовые клеммы.

    Здесь представлено несколько схем или идей схем, и вам решать, какую технику использовать. Автономная схема (бестрансформаторный источник питания) — неплохая идея, но может быть сложно гарантировать, что вся проводка под напряжением должным образом защищена от случайного контакта. Поскольку это целая печатная плата, этого может быть довольно сложно добиться. Аналогичные требования предъявляются к активным ограничителям бросков броска, большая часть схемы которых находится под напряжением сети. Хотя все можно установить в пластиковый ящик, это может стать причиной возгорания в случае серьезной неисправности.Металлический ящик решает эту проблему, но тогда содержимое должно быть должным образом изолировано (с использованием высокотемпературных негорючих материалов), а ящик заземлен в целях безопасности.


    Список литературы
    1. Ametherm SL22 20005 Термистор
    2. AN30.01.en — Указания по применению PULS
    3. Техническое примечание: повторяющиеся пиковые и пусковые токи
    4. Проблемы, связанные с пусковыми токами, вызванные лампами с электронными драйверами, и их устранение
    5. Motorola AN1542
    6. Высокоимпульсные резисторы нагрузки — Vishay


    Основной индекс Указатель статей
    Уведомление об авторских правах. Эта статья, включая, но не ограничиваясь, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Рода Эллиотта и защищена авторским правом © 2017.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.