Електронні схеми безкоштовно. Плавний запуск колекторного електродвигуна схема. Плавний пуск електродвигуна своїми руками Схема підключення блоку плавного пуску електроінструменту

Особливості конструкції деяких інструментів, наприклад, кутової шліфувальної машини, спричиняють високу дію на двигун пристрою динамічних навантажень. Для усунення нерівномірних навантажень на електроприлад та його складові рекомендується купувати або зробити своїми руками пристрій плавного пуску (УПП).

Загальна інформація

В електроінструментах, в яких робоча частина представлена ​​диском, що обертається з високою швидкістю, на початку роботи на вісь редуктора впливають сили інерції. Цей вплив спричиняє нижченаведені негативні моменти:

1. Інерційний ривок, створений в результаті навантаження на вісь при різкому старті, може вирвати агрегат з рук, тим більше якщо використовуються великі в діаметрі і масі диски;

Важливо!Через такі інерційні ривки при роботі зі сталевими та алмазними дисками необхідно тримати інструмент двома руками і бути готовим до його утримання, тому що в іншому випадку можна травмуватися при зриві агрегату.

1. Різке надходження робочої напруги на двигун створює велике навантаження по струму, яка відбувається після того, як агрегат набрав мінімальне значення оборотів. Це тягне до перегріву обмоток мотора та швидкого зносу щіток. Часте увімкнення та вимикання інструменту може призвести до короткого замикання, оскільки існує висока ймовірність оплавлення ізоляційного шару обмоток;
2. Різкий набір обертів УШМ або дискової пилки через великий момент, що крутиться, призводить до швидкого зношування шестірні редуктора. Іноді можливе заклинювання редуктора або навіть відламування зубів;
3. Перевантаження, що сприймає на собі при різкому запуску робочого диска, можуть призвести до його руйнування. Присутність захисного кожуха на подібних електроінструментах є обов'язковою.

Важливо!При запуску болгарки відкрита ділянка кожуха повинна знаходитися в протилежному боці від людини, щоб захистити її від осколків, що летять, при можливому руйнуванні робочого диска.

Для скорочення згубних впливів різкого та динамічного пуску на електроінструмент виробники випускають моделі із вбудованим плавним пуском та регулюванням оборотів.

Для інформації.Подібні пристрої вбудовуються в агрегати із середньої та високої цінової категорії.

Пристрій плавного пуску та регулятор оборотів відсутні у багатьох примірниках електроінструменту, який є у більшості домашніх господарств. Якщо придбати потужну техніку (діаметр робочого диска більше 20 см) без УПП, різкий пуск двигуна спричинить швидке зношування механіки та електрочастини, також такий агрегат складно утримати в руках при включенні. Встановлення УПП – це єдиний вихід.

На ринку комплектуючих до електроінструменту представлено багато моделей готових блоків плавного пуску та оборотних регуляторів.

Готовий пристрій плавного пуску для електроінструменту можна монтувати як всередину корпусу за наявності вільного місця, так і підключати до кабелю живлення. Однак можна не купувати готовий виріб, а виготовити його своїми руками, так як схема цього пристрою досить проста.

Самостійне виготовлення УПП

Для виготовлення найпопулярнішого пристрою плавного пуску для електроінструменту на основі плати КР1182ПМ1Р знадобляться наступні інструменти та матеріали:

• паяльник із припоєм;
• мікросхема фазового регулювання КР1182ПМ1Р;
• резистори;
• конденсатори;
• симістори;
• інші допоміжні елементи.

У пристрої, яке отримано за схемою вище, управління відбувається за допомогою плати КР1182ПМ1Р, а симістори виступають як силова частина.

Перевагами даного складання УПП є такі ознаки:

• простота виготовлення;
• відсутність необхідності у додаткових налаштуваннях після збирання УПП;
• пристрій плавного пуску можна монтувати в будь-який тип і модель електроінструменту, що розрахований на змінну електронапругу в 220 В;
• відсутність вимог до винесення окремої кнопки живлення – допрацьований агрегат приводиться в дію штатною клавішею;
• можливість встановлення такого блоку всередину обладнання або розрив кабелю живлення з власним корпусом;
• виготовити подібне пристосування може будь-який домашній майстер, який має основи паяння та читання мікросхем.

Рекомендація.Найпрактичнішим варіантом підключення УПП є приєднання його до розетки, яка є джерелом живлення для електроінструменту. Для цього потрібно на вихід пристрою (гніздо XS1 на схемі) підключити розетку живлення, а на вхід (гніздо ХР1 на схемі) подати живлення напругою 220В.

Принцип роботи УВП

Принцип роботи такого блоку плавного пуску, встановленого в болгарку, складається з наступних процесів:

1. Після натискання кнопки запуску на болгарці напруга подається на мікросхему;
2. На керуючому конденсаторі (С2) відбувається процес плавного наростання електронапруги: у міру заряду цього елемента воно досягає робочих показників;
3. Тиристори, що у складі керуючої плати, відкриваються із затримкою, що залежить від часу повного заряду конденсатора;
4. Симистор (VS1) перебуває під керуванням тиристорами та відкривається з тією самою затримкою;
5. У кожній половині періоду змінної напруги така пауза зменшується, що веде до його плавної подачі на вхід робочого агрегату;
6. Після вимкнення болгарки конденсаторний елемент розряджається опором резистора.

Саме вищеописані процеси визначають плавний пуск болгарки, що дозволяє виключити інерційний шок для редуктора з допомогою поступового зростання обертів диска.

Час, за який електроінструмент набере робочу кількість обертів, визначається лише ємністю конденсатора, що управляє. Якщо, наприклад, конденсаторний елемент матиме ємність 47 мкФ, то плавний пуск забезпечуватиметься за 2-3 секунди. Такого часу достатньо для того, щоб початок використання інструменту відбувався комфортно, а він сам не зазнавав шокових навантажень.

Якщо резистор має опір, що дорівнює 68 кОм, то час розряду конденсатора становитиме приблизно 3 секунди. Після цього тимчасового проміжку пристрій плавного пуску повністю готове до чергового циклу запуску електроінструменту.

На замітку.Дана схема може бути піддана невеликій доробці, яка додасть до пристрою плавного пуску ще функцію регулятора оборотів. Для цього потрібно змінити стандартний резистор (R1) на змінний варіант. Контролюючи опір, можна регулювати потужність електродвигуна, змінюючи кількість його оборотів.

Інші елементи схеми призначені для наступного:

• резистор (R2) відповідає за контроль величини сили електроструму, що протікає через вхід симістора;
• конденсатор (С1) – один із додаткових компонентів системи управління платою КР1182ПМ1Р, що використовується у типовому варіанті схеми включення.

Поради щодо збирання конструкції та вибору матеріалів:

1. Простоту монтажу та компактність майбутнього виробу можна забезпечити припаюванням конденсуючих елементів та резисторів безпосередньо до ніжок керуючої плати;
2. Симистор необхідно вибирати з мінімальним пропускним електрострумом 25 А та електронапругою не більше 400 В. Величина електроструму повністю залежатиме від показника потужності двигуна електроінструменту;
3. Через плавний пуск агрегату струм не буде більшим за номінальні показники, які встановлені виробником. У деяких випадках, наприклад, заклинювання робочого диска болгарки, може знадобитися додатковий запас електроструму, відповідно, краще вибрати симистор з робочим струмом, який дорівнює подвійному значенню номінального показника інструменту;
4. Потужність УШМ чи іншого виду інструменту під час роботи з пристроєм плавного пуску за схемою КР1182ПМ1Р має перевищувати 5 000 Вт. Така умова зумовлена ​​особливостями роботи плати.

Також існують і інші схеми плавного пуску для електроінструментів та різноманітних двигунів, які разюче відрізняються один від одного за всіма параметрами: від способу монтажу та зовнішнього вигляду до методу підключення та складових компонентів.

До відома.Вищеописана схема є найпростішою і застосовується повсюдно, оскільки вона довела свою працездатність та надійність.

Пристрій плавного пуску для електроінструменту – економія коштів на ремонті та повний захист основних компонентів приладу. Перед кожним стоїть вибір: купувати УПП чи зробити самостійно. Якщо є деякі знання в електротехніці і пайці радіодеталей, то рекомендується виконати самостійну збірку, оскільки вона надійна і проста. В іншому випадку слід придбати в будь-якому спеціалізованому магазині або на радіоринку готове пристрій плавного пуску електроінструменту.

Відео

М'який запуск двигуна та його делікатне гальмування здатні у рази збільшити термін служби системи за рахунок захисту від перегріву, стрибків та ривків процесів. Саме для цього було розроблено пристрій плавного пуску або скорочено УПП, що стабілізує пускові характеристики та забезпечує рівномірну роботу механізму.

За допомогою УПП можна уникнути безліч проблем у функціонуванні електродвигуна, тому важливо знати призначення та принцип дії пристрою плавного пуску, основні параметри, нюанси підключення та експлуатації.

Чим допомагає УПП

Під час запуску двигуна механізми, що обертаються, здатні в два рази перевищувати номінальне значення, утворюючи пускові струми, що в кілька разів перевершує середні робочі показники.

Подібні перезавантаження загрожують багатьма ускладненнями:

• Сильний перегрів;
• Псування ізоляції обмоток;
• Зрив транспортерних стрічок;
• Несправність кінематичного ланцюга;
• Важкий пуск;
• Зупинка двигуна.

Пристрій плавного пуску електродвигуна в рази згладжує механічні ривки та гідравлічні удари, забезпечуючи поступове наростання потужності та стабільну роботу двигуна. Недарма друга назва приладу - софтстартер, що в перекладі з англійської означає "м'який старт".

На представлених фото пристрою плавного пуску видно, що зовні механізм виглядає як набір схем та проводів, захищених металевим та пластмасовим корпусом. Насправді в основі приладу комутаційна апаратура, гальмівні колодки, блокатори, противаги та інші елементи, здатні стабілізувати роботу електричного двигуна.

Також механізм має і додатковий функціонал:

• Забезпечує плавне гальмування;
• Захищає від короткого замикання;
• Запобігає можливому обриву фази;
• Виключає незапланований самостійний запуск двигуна;
• Не допускає перевищення номінальних робочих значень;
• Дозволяє підібрати джерело живлення меншої потужності;
• Знижує витрати енергії;
• Заощаджує кошти на експлуатації та ремонті машини;
• Знижує електромагнітні перешкоди.

Коли УПП необхідно

Деякі машини не відразу дають зрозуміти, що потребують механізму, що згладжує, проте чим раніше буде налаштований плавний запуск, тим довше і якісніше прослужить вся система. На жаль, найчастіше замислюються про підключення УПП лише тоді, коли сам двигун говорить про згубність пускових процесів. Щоб зрозуміти це, достатньо вловити одну з найпоширеніших «показових» ситуацій:

Джерело живлення не справляється із надто важким пуском. Наприклад, мережа не здатна видавати необхідні потужності або забезпечує вироблення на максимальних рівнях функціонування, лампочки відключаються, спрацьовують автоматичні вимикачі, відмовляються запускатися деякі контактори, реле, генератор.

Запуск двигуна перешкоджають захисні системи, спрацьовуючи на перевищення допустимих навантажень. При відмінному запуску пакетник спрацьовує до досягнення необхідної частоти.

Щоб не допустити виходу електродвигуна з ладу, рекомендується якнайшвидше налаштувати плавність запуску та гальмування системи. Зробити це нескладно, тому що навіть новачкові під силу вибрати, встановити та підключити пристрій плавного пуску своїми руками.

Як вибрати софстартер

Питання, як вибрати пристрій плавного пуску, виникає досить часто, адже підбирається механізм під конкретний електродвигун та джерело живлення.

Щоб не помилитися з параметрами та можливостями, рекомендується звертати увагу на такі показники:

• Максимальне значення струму, що виробляється двигуном при найвищих навантаженнях;
• Найбільше запусків за годину;
• Номінальна напруга на системі живлення;
• Здатність контролювати і обмежувати струм, що виробляється;
• Можливість шунтування - відключення блоку живлення від ланцюга, щоб виключити перегрів і займання;
• Кількість фаз (дві — компактніші і дешевші, три — надійніші і довговічніші при частих запусках);
• Цифрове чи аналогове управління.

Головне, щоб вимоги, що висуваються до софтстартера, відповідали з критеріями, умовами роботи, потужністю двигуна і номінальним значенням мережі. Допоможуть у виборі і зведені таблиці, розрахункові алгоритми, пропонованими багатьма постачальниками зручнішого і якісного пошуку відповідного приладу.

Як підключити та налаштувати

Налаштування визначається відповідною схемою підключення плавного запуску до двигуна. Стандартною вважається та, де передбачено застосування магнітного пускача, теплового реле, запобіжників, що швидкодіють, і регулюючих струм автоматів.

Щоб правильно підключити пристрій плавного пуску, необхідно чітко дотримуватись схем, де наочно позначені всі важливі моменти:

• Послідовність ланцюга;
• Кінець розгону;
• Виведення заземлення;
• Налагодження запуску та гальмування;
• Розташування нейтралі.

Не зайвим буде і налагодження спеціального регулятора, що забезпечує зворотний зв'язок: отримує дані про струм двигуна і стабілізує зростання напруги.

Софтстартер може легко допомогти в рази продовжити термін служби електричного двигуна, при цьому знизивши супутні витрати, а потужності, що виробляються, підвищивши без шкоди для машини. Стабілізація роботи механізму, контролю навантажень і регулювання процесів, що відбуваються — все це стане незамінним помічником у вирішенні проблем важкого пуску.

Фото пристрою плавного пуску

При запуску електричного двигуна виникає пусковий момент, що просаджує напругу через виникнення пускових струмів. Вони у 9 разів перевищують робочі струми. Це погано впливає на стабільну роботу електроприладів, зменшує термін служби двигуна. Все тому, що пуск двигуна починає затягуватися і перегріваються його обмотки. Фахівці радять до мережі мотора додавати апарати, здатні зробити його пуск плавним. Домашні майстри також навчилися робити прилади для плавного пуску електричного двигуна своїми руками.

Перевантаження під час пуску електродвигунів

Момент пуску є початок руху валу двигуна, з'єднаного з передатними пристроями. У цей момент рух ротора є досить нестабільним. Передавальні механізми змушують обертатися вал під великим навантаженням. Подібна нестабільність обов'язково призведе до ударних навантажень, а це погано впливає на передавальні пристрої. Дуже сильно це позначається на шпонці валу двигуна та на редукторі.

Прилад плавного запуску згладжує навантаження під час запуску. Рух валу починається з дуже маленьких оборотів, а швидкість поступово підвищується. Це означає, що відсутні удари та навантаження на передавальні механізми. У цьому полягає принцип роботи плавного запуску електричного двигуна.

Варто зауважити, що прилади плавного запуску, що виготовляються на заводах, є універсальними пристроями. Їх можна використовуватиме різноманітних завдань. Насамперед, це плавний запуск електромотора, його поступове гальмування, захист електричної мережі та приладів від небезпечних перевантажень. Будь-яка людина зможе знайти для певних завдань відповідний виріб. У таких апаратів існує великий недолік, який полягає у високій вартості. Але можна виготовити пристрій плавного пуску електродвигуна своїми руками, витративши на це мінімальну кількість коштів та часу.

Прилад плавного запуску своїми руками

Варто розглянути вид пристрою плавного запуску асинхронного електродвигуна з використанням мікросхеми КР1182П. Він необхідний трифазного електричного двигуна напругою 380 вольт.

У ній є деякі корисні особливості, які варто описати:

• Обмотки електричного двигуна з'єднані зіркою.
• Вихідними ключами є потужні тиристори, з'єднані за паралельно-зустрічною схемою.
• Демпфуючі ланцюжки включені у схему паралельно тиристорам. Тут вони використовуються цілеспрямовано. Їх основним завданням є запобігання хибному включенню тиристорів.
• Варистори необхідні для поглинання комутаційних перешкод, що виникають у ланцюгу.

Присутня в ланцюгу та блок живлення, Що складається з випрямляча, конденсатора та трансформатора. Подібний блок необхідний для забезпечення живлення реле, що перемикають. Після випрямного мостуна виході стоїть стабілізатор інтегрального вигляду. Він забезпечує на виході стабільну напругу 12 вольт. Додатково він здатний забезпечити захист від короткого замикання та різних перевантажень.

Як зробити пристрій плавного пуску електроінструменту самостійно

Короткий опис пристрою

Найпоширеніша схема виготовляється за допомогою керуючої мікросхеми регулювання фаз КР118ПМ1а її силовий ланцюг реалізується на симісторах. Подібний пристрій досить легко збирається і не вимагає довгих налаштувань після монтажу. Отже, зробити її здатна людина без спеціальних навичок. Необхідно лише вміти користуватися електричним паяльником.

Такий прилад можна приєднати до всіх видів електроінструментів, які живляться від мережі змінного струму. Додатковий винос тумблера живлення тут не потрібен, оскільки модернізований електричний інструмент включатиметься від заводської кнопки. Цей пристрій можна поставити всередину болгарки або розрив шнура живлення в саморобному футлярі. Найпопулярнішим прийнято вважати приєднання пристрою плавного пуску безпосередньо до розетки, що живить електричний інструмент. На вхідний роз'єм приходить живлення від мережі напругою 220 вольт, а до вихідного роз'єму приєднується розетка, яка живитиме болгарку.

Коли замикатиметься кнопка запуску болгарки, то за схемою живлення подаватиметься струм на керуючу мікросхему. Керуючий конденсатор поступово стане накопичувати напругу і в міру зарядки вона досягне необхідного робочого значення. Після цього тиристори під керуванням мікросхеми відкриються не відразу, а з невеликою затримкою, величина якої залежить від заряду конденсатора. Симистор, що керується тиристорами, відкриється через таку ж кількість часу.

При кожному напівперіоді змінної напруги час затримки знижується за законом арифметичної прогресії. Внаслідок цього значення напруги, що подається на болгарку, поступово збільшується. Подібний ефект і здійснює плавний запуск двигуна електроінструменту. Таким чином, його обороти збільшуються плавно, і вал редуктора не піддається інерційним навантаженням.

Кількість часу для набору обертів до необхідного значення залежить від ємності вхідного конденсатора. Місткість 46 мікрофарад здатна забезпечити плавний запуск за 3 секунди. При подібній затримці не відчувається сильний дискомфорт на початку роботи з болгаркою, і сама вона не буде схильна до сильних навантажень від раптового старту.

При вимиканні електроінструменту вхідний конденсатор починає розряджатися за допомогою спеціального резистора. Застосовуючи номінал опору 67 кілоом, кількість часу до повного розряду складає не більше 4 секунд. Потім прилад плавного запуску знову готовий до нового запуску електроінструменту.

Якщо трохи попрацювати, то подібну схему можна вдосконалити до якісного регулятора обертів електродвигуна. Потрібно розрядний резистор поміняти на змінний опір. Регулюючи його, можна контролювати максимальну потужність двигуна, змінюючи тим самим оберти. Іншими словами, в єдиному корпусі з'являється можливість виготовити прилад плавного запуску болгарки та регулятор обертів двигуна.

Головні елементи такого приладу працюють так:

• Резистор здатний контролювати значення сили струму, який протікає керуючий висновок симістора.
• Два конденсатори допомагають в управлінні мікросхемою, що застосовуються в заводській схемі приєднання.
• Щоб компактно та легко зробити монтаж, необхідно конденсатори та резистори припаяти безпосередньо до ніжок мікросхеми.
• Симистор можна встановлювати абсолютно будь-який, але з певними технічними характеристиками. Допустима напруга має бути до 380 вольт, а найменший пропускний струм необхідний не нижче 24 ампер. Значення сили струму залежить від максимальної потужності болгарки.

Через плавне запуск електроінструменту, значення струму не буде вище номінального для певної моделі інструменту. При екстрених ситуаціях, наприклад, заклиниванні ріжучого диска болгарки просто необхідний певний запас значення струму. Саме тому номінальну силу струму необхідно підвищити щонайменше вдвічі.

Асинхронний електродвигун має можливість самостійного запуску через взаємодію між потоком магнітного поля, що обертається, і потоком обмотки ротора, викликаючи високий струм в ньому. В результаті статор споживає великий струм, який на момент досягнення двигуном повної швидкості стає більше номінального, що може призвести до нагрівання двигуна та його пошкодження. Для запобігання цьому необхідно влаштувати плавний пуск електродвигуна (УПП).

Принцип роботи пускача

Він полягає в тому, що пристрій регулює напругу, що прикладається до двигуна під час пуску, контролюючи характеристики струму. Для асинхронних двигунів пусковий момент приблизно пропорційний квадрату пускового струму. Він пропорційний доданій напрузі. Крутний момент також можна вважати приблизно пропорційним доданому напрузі, таким чином регулюючи напругу під час пуску, струм, споживаний машиною, і його крутний момент контролюються пристроєм і можуть бути зменшені.

Використовуючи шість SCR в конфігурації, як показано на малюнку, пристрій плавного пуску може регулювати напругу, що подається на двигун при запуску від 0 вольт до номінальної лінійної напруги. Плавний пуск електродвигуна може здійснюватися трьома способами:

1. Прямий запуск із застосуванням повної напруги навантаження.
2. Застосовуючи поступово знижене.
3. Застосування пуску часткової обмотки за допомогою стартера автотрансформатора.

УПП можуть бути двох типів:

1. Відкрите управління: напруга пуску подається із затримкою в часі незалежно від струму або швидкості двигуна. Для кожної фази два SCR проводяться спочатку із затримкою на 180 градусів протягом відповідних напівхвильових циклів (для яких виконується кожен SCR). Ця затримка поступово зменшується з часом доти, доки прикладена напруга не досягне номінального значення. Вона також відома як система тимчасової напруги. Цей метод практично не контролює прискорення двигуна.
2. Контроль замкнутого контуру: контролюються характеристики вихідного сигналу двигуна, такі як поточний струм або швидкість. Пускова напруга змінюється відповідно для отримання необхідного відгуку. Таким чином, завданням УПП є контроль кута провідності SCR та управління напругою живлення.

Переваги плавного пуску

Твердотілі плавні пускачі використовують напівпровідникові прилади для тимчасового зниження параметрів на клемах двигуна. Це забезпечує контроль струму двигуна, щоб зменшити крутний момент граничного значення двигуна. Управління засноване на управлінні напругою клем двигуна на двох або трьох фазах.

Декілька причин, чому цей метод кращий за інші:

1. Підвищена ефективність: ефективність системи УПП з використанням твердотільних перемикачів обумовлена ​​переважно низьким станом напруги.
2. Керований запуск: пускові параметри можна контролювати, легко змінюючи їх, що забезпечує його запуск без будь-яких ривків.
3. Кероване прискорення: прискорення двигуна контролюється плавно.
4. Низька вартість та розмір: це забезпечується з використанням твердотільних перемикачів.

Компоненти твердотільних пристроїв

Вимикачі живлення, такі як SCR, які піддаються фазовому контролю кожної частини циклу. Для трифазного двигуна два SCR підключаються до кожної фази. Реле плавного пуску електродвигуна повинні бути розраховані щонайменше втричі більше, ніж лінійна напруга.

Робочий приклад системи трифазного асинхронного двигуна. Система складається з 6 SCR, контрольної логічної схеми у вигляді двох компараторів - LM324 та LM339 для отримання рівня та напруги рампи та оптоізолятора для керування додатком напруги затвора до SCR на кожній фазі.

Таким чином, керуючи тривалістю між імпульсами або їх затримкою, керований кут SCR контролюється та регулюється подача живлення на етапі пуску двигуна. Весь процес насправді є системою управління з розімкненим контуром, в якій контролюється час застосування імпульсів запуску затвора для кожного SCR.

Основи SCR

SCR (Silicon Controlled Rectifier) ​​є керованим стабілізатором потужності постійного струму з високою потужністю. Пристрої плавного пуску асинхронних двигунів SCR являє собою чотиришаровий напівпровідниковий кремнієвий пристрій PNPN. Воно має три зовнішні термінали і використовує альтернативні символи на малюнку 2 (a) і має транзисторну еквівалентну схему на малюнку 2 (b).

Основний спосіб використання SCR як перемикач з анодом, позитивним щодо катода, керованим у момент запуску машини.

Основні характеристики SCR можна зрозуміти за допомогою цих діаграм. Пристрій плавного пуску електродвигуна можна включити і змусити діяти як випрямляч з прямим зміщенням кремнію, короткочасно застосовуючи струм затвора через S2. SCR швидко (протягом декількох мікросекунд) автоматично зафіксується у ввімкнений стан і залишається увімкненим навіть при видаленні затвора.

Ця дія показана на малюнку 2 (b) струм початкового затвора включається Q1, а струм колектора Q1 включається Q2, струм колектора Q2 потім утримує Q1, навіть коли затвора видаляється. Потенціал насичення становить 1 або близько того і створюється між анодом і катодом.

Для увімкнення SCR потрібно лише короткий імпульс затвора. Як тільки SCR буде зафіксовано, він може бути знову відключений, короткочасно зменшуючи його струм анода нижче певного значення, як правило, кілька міліампер, у додатках АС вимкнення відбувається автоматично в точці перетину нуля в кожному напівперіоді.

Значний коефіцієнт посилення доступний між затвором і анодом SCR, а низькі значення затвора струму (зазвичай кілька мА або менше) можуть контролювати високі значення анодного струму (до десятків підсилювачів). Більшість SCR мають анодні номінали у сотні вольт. Характеристики затвора SCR аналогічні характеристик транзисторного з'єднання - емітера транзистора (рис. 2 (b)).

Внутрішня ємність (кілька pF) існує між анодом і затвором SCR, і напруга, що різко зростає, з'являється на аноді, може викликати достатній прорив сигналу до затвора для включення SCR. Цей «ефект швидкості» може бути викликаний перехідними процесами на лінії живлення і т. д. Проблеми з ефектом швидкості можна подолати, проводячи мережу згладжування CR між анодом та катодом, щоб обмежити швидкість підйому до безпечного значення.

Мережева напруга змінного струму (рис. 5) випрямляється за допомогою пасивного діодного моста. Це означає, що діоди спрацьовують, коли лінійна напруга більша за напругу на секції конденсатора. Результуюча форма хвилі має два імпульси протягом кожного напівперіоду, по одному для кожного вікна діодної провідності.

Форма хвилі показує деякий безперервний струм, коли провідність переходить від одного діода до наступного. Це типово, коли він використовується у ланці постійного струму приводу і є деяке навантаження. Інвертори використовують широко імпульсну модуляцію для створення вихідних сигналів. Трикутний сигнал генерується на несучій частоті, з якою інвертор IGBT перемикається.

Ця форма сигналу порівнюється із синусоїдальною формою хвилі на основній частоті, яка має бути доведена до двигуна. Результатом є хвильова форма U, показана малюнку.

Вихід інвертора може бути будь-якою частотою нижче або вище за частоту лінії до меж інвертора та/або механічні межі двигуна. Потрібно звернути увагу, що привід завжди працює в межах рейтингу ковзання двигуна.

Процес регулювання запуску

Терміни включення SCR – це ключ до керування виходом напруги для УПП. Протягом запуску логічна схема УПП визначає, коли включити SCR. Він не включає SCR у точці, де напруга йде від негативного до позитивного, але чекає деякий час після цього. Це відомий процес, званий як поступове відновлення SCR. Точка включення SCR встановлена ​​або запрограмована тим, що початковий момент, що крутить, початковий струм або обмеження струму строго регулюється.

Результат поетапного відновлення SCR є несинусоїдальною зниженою напругою на висновках двигуна, яка показана на малюнках. Оскільки двигун є індуктивним, а струм відстає від напруги, SCR залишається увімкненим і проводить, поки струм не досягне нуля. Це відбувається після того, як напруга стала негативною. Вихід напруги SCR індивідуального.

Якщо порівнювати з формою повної напруги, можна бачити, що пікова напруга збігається з повною хвильовою напругою. Однак струм не збільшується до того ж рівня, що і при застосуванні повної напруги через індуктивний характер двигунів. Коли ця напруга подається на двигун, вихідний струм виглядає як на малюнку.

Оскільки частота напруги дорівнює як і, як і лінійна, частота струму теж однакова. SCR поетапно переходять до повної провідності, пробіли в струмі заповнюються доти, доки хвильова форма не виглядатиме так само, як у двигуна.

Такий плавний пуск асинхронного електродвигуна на відміну приводу змінного струму, має характеристики струму в мережі і струму двигуна завжди однаковими. Під час запуску зміна струму безпосередньо залежить від величини прикладеної напруги. Крутний момент двигуна змінюється, як квадрат прикладеної напруги або струму.

Найбільш важливим фактором при оцінці є крутний момент двигуна. Стандартні двигуни виробляють приблизно 180% від моменту повного навантаження під час запуску. Отже, 25%-е зниження параметрів дорівнюватиме моменту повного навантаження, що крутить. Якщо двигун споживає 600% від повного струму навантаження під час запуску, то струм у цій схемі зменшить пусковий струм від 600% до 450% навантаження.

Схеми підключення пускачів

Існує два варіанти, за допомогою яких стартер здійснює запуск електродвигуна: стандартна схема та всередині трикутника.

Стандартна схема. Пускач з'єднаний послідовно з лінійною напругою, що подається на двигун.

Усередині трикутника існує ще одна схема, за якою підключений пускач, називається схемою внутрішньої дельти. У цій схемі два кабелі, які підключаються до одного з двигунів, приєднуються безпосередньо до джерела живлення I/P, а інший кабель буде підключено через пускач. Одна особливість цієї схеми полягає в тому, що пускач можна використовувати для великих двигунів, наприклад для двигунів потужністю 100 кВт, оскільки фазні струми діляться на 2 частини.

• асинхронні,
• колекторні;
• синхронні.

Кожен із перелічених двигунів є частиною електроприводу, який призначений для його зв'язку з корисним навантаженням. Залежно від того, яке це навантаження, електродвигун вимикається і знову запускається. Далі детальніше розповімо про те, що відбувається при пуску електродвигуна і як оптимізувати цей процес.

Що відбувається при пуску асинхронного двигуна

Для розуміння того, який пристрій можна застосувати для плавного пуску електродвигуна, треба знати принцип його роботи. Найпоширеніші двигуни – асинхронні із короткозамкненим ротором. Їхня проста конструкція та відповідна надійність і зумовили популярність цих електричних машин. Хоча ротор обертається, і його форма оптимізована під цей процес, він не що інше, як вторинна обмотка трансформатора.

А, як відомо, якщо в первинній обмотці тече струм, то в її осерді з'являється електромагнітне поле. Перелічені функції в асинхронному двигуні виконує статор. Його магнітне поле, яке, на відміну трансформатора, обертається навколо ротора, індукує у ньому струми, пов'язані з цим обертанням. І чим більша різниця швидкостей поля та ротора, тим більше струм в останньому. Адже ротор – це обмотка, замкнута коротко. А якщо існує трансформаторний зв'язок, значить, струми в обмотках залежні прямо пропорційно.

Тепер перерахуємо умови, які існують при пуску асинхронного двигуна, що живиться від промислової мережі. Спочатку розглянемо трифазний варіант:

• постійна напруга;
• постійна частота;
• ротор у стані спокою.

Приєднання асинхронного двигуна до електромережі миттєво створює магнітне поле, що обертається. При цьому різниця швидкостей його та ротора (так зване ковзання, що виражається у відсотках від швидкості обертання електромагнітного поля статора) виходить максимальною. І, як наслідок цього – як би режим короткого замикання трансформатора. Якщо потужність двигуна велика, пускові струми виходять лише на рівні тих, що з трансформаторів аналогічної електричної потужності вважаються аварійними.

Який пристрій застосувати для їх обмеження цілком зрозуміло. Воно має:

• або зменшити величину напруги на обмотках статора на час розгону ротора;
• або розкрутити ротор до приєднання статора до електромережі.
• Також можна внести конструктивні зміни до асинхронного двигуна.

Перемикання схеми обмоток

Привести в рух ротор можна лише у певних електроприводах. Тому такий спосіб не є типовим. Залишаються два, перший з яких найбільше широко використовується. Але отримати падіння напруги без втрат не так просто. У трифазному ланцюгу це можна зробити перемиканням із трикутника на зірку і назад. Лінійна напруга, прикладена до обмоток статора движка, забезпечує в робочому режимі його більш високу ефективність. Але й пусковий струм у схемі трикутника виходить більше.

Тому перемикання на схему зірка дозволяє помітно знизити пусковий струм асинхронного двигуна. Це найпростіший спосіб щодо плавного запуску. У ньому застосовано мінімальну кількість додаткових елементів, оскільки падіння напруги створюється можливостями трифазної електромережі. Цими елементами є комутатори, а сама схема показана далі. Але така проста схема застосовна лише в трифазній мережі. В однофазному варіанті немає чинної напруги нижчої, ніж фазне.

Використання резисторів

Щоб отримати максимально плавний розгін двигуна, необхідно використовувати елементи, які забезпечують відповідне падіння напруги. З цією метою застосовуються:

• резистори;
• дроселі (реактори);
• автотрансформатори;
• магнітні підсилювачі.

Ці способи підходять як для трифазної, так однофазної мережі. У будь-якому випадку доведеться задіяти комутатори, оскільки в певний момент потрібно приєднати двигун до мережі безпосередньо. Схема з резисторами виходить найбільш компактною. Однак у міру збільшення потужності двигуна відповідно збільшується потужність пускових резисторів. Враховуючи обставину їх нагрівання, час пуску має бути в межах їхнього допустимого температурного діапазону. Інакше від перегріву резистори прийдуть у непридатність. Схема плавного пуску на резисторах показано далі.

Використання індуктивностей

Якщо клонувати схему, можна отримати плавний пуск, використовуючи кілька груп резисторів, з'єднаних паралельно, що полегшить їхнє температурне навантаження. Але збільшення часу плавного пуску супроводжуватиметься збільшенням втрат енергії у цих резисторах. Тому замість резисторів застосовуються індуктивні елементи. У найпростішому випадку це дроселі. Це більш громіздке і дороге рішення, але для зниження втрат енергії через частих повторних пусків двигунів доводиться його використовувати. Зовнішній вигляд реактора для потужного асинхронного двигуна представлений нижче.

Якщо індуктивність, що використовується при запуску, виконати у вигляді автотрансформатора з рухомим контактом, що переміщається по витках обмотки, можна або оптимально налагоджувати процес пуску, або керувати ним, переміщуючи рухомий контакт. Недоліком цього варіанта буде неминуче іскріння у механічному контакті. Тому він застосовний лише при порівняно малих потужностях двигунів. Схеми пристроїв плавного пуску з реакторами та автотрансформаторами показані далі.

Схеми плавного пуску:

а) із реакторами;

б) із автотрансформаторами.

1, 2 та 3 – комутатори, що керують перемиканням

Для плавного пуску без недоліків, властивих автотрансформаторам з рухомим контактом, використовуються магнітні підсилювачі. Вони застосовано подмагничивание, що дозволяє змінювати величину індуктивного опору. Конструкція магнітних підсилювачів досить різноманітна. Але їхня головна перевага – це малий струм і, відповідно, потужність, яка використовується для управління. Вони немає регулювальних контактів, якими течуть великі струми. Одна із схем показана далі.

Двигун із фазним ротором

Усі розглянуті пристрої плавного пуску асинхронного електродвигуна задіяні за його статора. Але коли постійні повторні включення для движка нормальним робочим процесом, його конструкцію змінюють, роблячи ротор фазним. Таке конструктивне рішення дає можливість ефективніше регулювати струми, що виникають при розгоні двигуна. Конструкція та рекомендації щодо експлуатації пристрою плавного пуску двигуна з фазним ротором показані нижче:

Застосування напівпровідникових ключів

Усі перелічені пристрої плавного пуску використовуються вже багато років. У них є важлива властивість, яка ставить їх ніби поза конкуренцією. Ці пристрої не мають електричних параметрів, перевищення яких призводить до зникнення опору (пробою). Отже, вони найнадійніші, хоч і морально застаріли. Сучасні пристрої плавного пуску використовують керовані напівпровідникові ключі (тиристори та транзистори). Це так зване широтно-імпульсне регулювання.

Ключ відсікає частину синусоїдальної напруги за часом. В результаті середнє значення напруги можна змінити від нуля і до 220 В, що діє. Отже, напівпровідниковий ключ забезпечує найбільш ефективний варіант для створення пристрою плавного пуску електродвигуна. Але при цьому ключ схильний як до теплового пробою, так і аналогічного впливу через перевищення амплітуд напруги і струму. Тому ключ повинен ефективно охолоджуватися і вибиратися відповідно до умов експлуатації двигуна.

Пристрої з широтно-імпульсним регулюванням застосовні в будь-якій мережі незалежно від числа фаз. Одна з таких схем показана нижче. Контакти після розгону ротора замикаються та оберігають ключі від пошкодження стрибками струму та напруги.

Плавний запуск колекторних електродвигунів

Незважаючи на важливі відмінності конструкції в порівнянні з асинхронними, запуск колекторних двигунів також супроводжується великим струмом якоря, який є ротором. По суті, це складання з дроселів із послідовною комутацією кожного з них. Чим довше експозиція напруги на ламелях колектора, що і виходить відразу після включення та подачі напруги, тим сильніше намагнічування сердечника і більше величина, якої струм встигає досягти.

При виконанні статора у вигляді постійного магніту джерело живлення необхідне лише якорю. Але в такому разі його напруга може бути лише постійною. Пристрій плавного пуску, що живиться цим джерелом, робиться тільки на елементах, здатних створити падіння постійної напруги.

Цими елементами є:

• резистори,
• транзистори,
• тиристори, що замикаються.

Якщо статор виконаний як електромагніт, значить, можлива робота двигуна на змінній напрузі. При згаданому колекторних двигунах підходять ті ж перевірені часом пристрої плавного пуску, які застосовні для однофазних асинхронних двигунів:

• резистори (реостати);
• дроселі (реактори);
• автотрансформатори;
• магнітні підсилювачі.

А також сучасні технічні рішення, що базуються на напівпровідникових ключах. Їхні зображення аналогічні вже показаним вище.

За наявності електромагнітного збудження обмотка може з'єднуватися з якорем або послідовно або паралельно. Послідовне з'єднання безпечне, оскільки в електричному ланцюзі тече загальний електричний струм. Її розрив або приєднання до джерела живлення викликає одночасну зміну струму в обмотках двигуна. Але при паралельному поєднанні можливі варіанти розвитку подій.

Якщо при подачі напруги на двигун обмотка збудження виявиться знеструмленою, а якір запитан, з'являться умови для явища, що називається рознесенням двигуна. При цьому ротор, прагнучи притягнутися до заліза статора, повертається і розганяється все швидше та швидше. Якщо до валу не прикладено навантажувальний момент, за величиною більший, ніж створюваний ротором, розгін може продовжуватися до руйнування ротора. Для захисту від рознесення необхідно, щоб:

• двигун залишався хоча б частково навантаженим;
• мав спеціальні конструктивні елементи;
• пристрій плавного пуску гарантовано запобігало цьому процесу.

Плавний пуск синхронного двигуна

Синхронні двигуни, що працюють від електромережі з будь-яким числом фаз, розганяються як асинхронні, з використанням ковзання. Потім, перетворюючи ротор на магніт, незалежний від статора, відбувається вирівнювання швидкостей обертання поля статора та ротора. З цієї причини пристрої плавного пуску, що застосовуються для синхронних двигунів, ті самі, що і для асинхронних. Деякі відмінні деталі, що залежать від живлення ротора, можна бачити на зображенні:

Висновки

Загалом пристрої плавного пуску всіх типів електричних двигунів аналогічні і засновані на тих самих схемах і елементах. Вибір треба робити для конкретних умов, виходячи насамперед із потужності двигуна. Але сучасні напівпровідникові ключі дозволяють забезпечити у широкому діапазоні потужностей найкращі параметри плавного пуску. Тому має сенс зупинити вибір насамперед на них.