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 , автотрансформатора и т. д.
В настоящее время подобные способы применяются в различных промышленных установках для бесперебойного функционирования электродвигателей.
Из физики известен принцип работы индукционного электродвигателя, вся суть которого заключается в использовании разницы между частотами вращения магнитных полей статора и ротора. Магнитное поле ротора, пытаясь догнать магнитное поле статора, способствует возбуждению большого пускового тока. Мотор работает на полной скорости, при этом значение крутящего момента вслед за током тоже увеличивается. В результате обмотка агрегата может быть повреждена из-за перегрева.
Таким образом, необходимой становится установка мягкого стартера. УПП для трехфазных асинхронных моторов позволяют защитить агрегаты от первоначального высокого тока и крутящего момента, возникающих вследствие эффекта скольжения при работе индукционного мотора.
Преимущественные особенности применения схемы с устройством плавного пуска (УПП):
- снижение стартового тока;
- уменьшение затрат на электроэнергию;
- повышение эффективности;
- сравнительно низкая стоимость;
- достижение максимальной скорости без ущерба для агрегата.
Как плавно запустить двигатель?
Существует пять основных методов плавного пуска.
- Высокий крутящий момент может быть создан путем добавления внешнего сопротивления в цепь ротора, как показано на рисунке.
- С помощью включения в схему автоматического трансформатора можно поддерживать пусковой ток и крутящий момент за счет уменьшения начального напряжения. Смотрите рисунок ниже.
- Прямой запуск – это самый простой и дешевый способ, потому что асинхронный двигатель подключен напрямую к источнику питания.
- Соединения по специальной конфигурации обмоток – способ применим для двигателей, предназначенных для эксплуатации в нормальных условиях.
- Использование УПП – это наиболее передовой способ из всех перечисленных методов. Здесь полупроводниковые приборы, такие как тиристоры или тринисторы, регулирующие скорость асинхронного двигателя, успешно заменяют механические компоненты.
Регулятор оборотов коллекторного двигателя
Большинство схем бытовых аппаратов и электрических инструментов создано на базе коллекторного электродвигателя 220 В. Такая востребованность объясняется универсальностью. Для агрегатов возможно питание от постоянного либо переменного напряжения. Достоинство схемы обусловлены обеспечением эффективного пускового момента.
Чтобы достичь более плавного пуска и обладать возможностью настройки частоты вращения, применяются регуляторы оборотов.
Пуск электродвигателя своими руками можно сделать, к примеру, таким образом.
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. 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 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
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.
Плавный пуск болгарки схема, которого построена на микросхеме КР1182ПМ1 (микросхема фазового регулирования), позволяет плавно и безопасно запускать не только болгарку, но и любой мощный электроинструмент. Схема плавного пуска достаточно проста и не требует какой-либо настройки.
К схеме возможно без какого-либо изменения включать всякий электроинструмент, который работает от электросети 220 вольт. Запуск и выключение электродвигателя болгарки осуществляется электрической кнопкой самого электроинструмента.
Схема плавного пуска для болгарки приведена на рисунке ниже. Разъем ХР1 подключают в розетку электросети 220 вольт, а в XS1 (розетка) втыкают вилку болгарки. Возможно поставить и подсоединить в параллель несколько розеток для электроинструментов, действующих попеременно.
При нажатии кнопки электроинструмента, цепь замыкается и на DA1 (фазовый регулятор) подается напряжение питания. При этом конденсатор С2 начинает заряжаться, что приводит к плавному нарастанию напряжения на нем. Результатом этого является задержка открытия тиристоров (внутри) регулятора, и вместе с ними и симистора VSI. Задержка уменьшается в каждом полупериоде сетевого напряжения, в результате чего напряжение, протекающее через электродвигатель болгарки, плавно возрастает и, следовательно, плавно возрастают и ее обороты.
При той величине емкости конденсатора С2, которая указана на данной схеме, плавный набор оборотов с минимального количества до номинального занимает около 2 секунд, что вполне достаточно чтобы защитить электроинструмент от динамического и теплового удара, и в то же время обеспечить комфортную работу с болгаркой.
После отключении электродвигателя болгарки, емкость С2 через сопротивление R1 разряжается и спустя 3 секунды схема плавного пуска болгарки готова к новому пуску. Сменив постоянное сопротивление R1 переменным, возможно плавно изменять мощность подаваемую на электродвигатель. Сопротивление R2 уменьшает ток протекающий через управляющий электрод симистора, а емкости С1 и СЗ – радиокомпоненты типовой схемы подключения микросхемы КР1182ПМ1.
Все сопротивления и емкости подпаяны прямо к выводам микросхемы КР1182ПМ1.
Симистор возможно применить любой, с максимальным рабочим напряжением более 400 В и с максимальным током не менее 25 ампер (в зависимости от мощности болгарки). За счет плавного пуска электродвигателя болгарки, ее пусковой ток не больше номинального. Запас по току нужен только на случай заклинивания электроинструмента.
Схема плавного запуска опробовано с инструментами мощностью до 2,2 кВт. Так как микросхема КР1182ПМ1 гарантирует протекание тока в цепи электрода (управляющего) симистора VS1 в течение всей активной фазы полу-периода, то нет никаких ограничений на минимальную мощность подключаемой нагрузки.
Недостатком небольших дешевых болгарок является отсутствие плавного пуска и регулировки оборотов. Каждый, кто включал мощный электроприбор в сеть, замечал как в этот момент падает яркость сетевого освещения. Это происходит из-за того, что мощные электроприборы в момент запуска потребляют огромный ток, соответственно, проседает напряжение в сети. Сам инструмент может выйти из строя, особенно китайский с ненадежными обмотками.
Система мягкого пуска защитит и сеть, и инструмент. Также не будет сильной отдачи (толчка) в момент включения. А регулятор оборотов позволит долго работать без перегрузки инструмента.
Представленная схема срисована с промышленного образца, устанавливаемая на дорогие приборы. Ее можно использовать не только для болгарки, но и для дрели, фрезерного станка и др., где стоит коллекторный двигатель. Для асинхронных двигателей схема не подойдет, там требуется частотный преобразователь.
Сначала нарисовал печатную плату для системы плавного пуска, без компонентов для регулировки оборотов. Это сделано специально, т.к. в любом случае регулятор надо выводить проводами. Имея схему каждый сам разберется что куда подключить.
В схеме регулирующим элементом является сдвоенный операционный усилитель LM358, через транзистор VD1 управляющий силовым симистором BTA20-600. Я не достал его в магазине и поставил BTA28 (более мощный). Для инструмента до 1кВт подойдет любой симистор с напряжением более 600В и током 10-12А. Т.к. схема имеет мягкий старт, то пусковые токи не спалят такой симистор. В ходе работы симистор нагревается и его следует установить на радиатор.
Известно явление самоиндукции, которое наблюдается при размыкании цепи с индуктивной нагрузкой. В нашей схеме цепь R1-C1 гасит самоиндукцию при выключении болгарки и защищает симистор от пробоя. R1 от 47 до 68 Ом, мощностью 1-2Вт. Конденсатор пленочный на 400В.
Резистор R2 обеспечивает ограничение тока для низковольтной части цепи управления. Сама эта часть является и нагрузкой, и в какой-то мере, стабилизирующим звеном. Благодаря этому после резистора можно не стабилизировать питание. Хотя есть вариант такой же схемы с дополнительным стабилитроном. Я его не поставил, т.к. напряжение питания микросхемы, итак, в пределах нормы.
Возможные замены маломощных транзисторов указаны под схемой.
Подстройку регулятора делают с помощью многооборотного резистора R14, а основную регулировку резистором R5. Схема не дает регулировку мощности от 0, а только от 30 до 100%. Если же нужен более простой мощный регулятор от 0, то можно собрать вариант проверенный годами. Правда для болгарки получение минимальной мощности бессмысленно.
Плавный пуск для любого электроинструмента очень важен по следующим причинам. Во-первых, он помогает защитить электрическое устройство от поломок, что способствует более редким поездкам к мастерам-ремонтникам, а это значит практически полное отсутствие простоев и увеличение производительности труда. Во-вторых, наличие плавного пуска для электродвигателя экономит ваши деньги, которые могли бы пойти на оплату работы ремонтников или на покупку нового инструмента.
В настоящей статье будет рассмотрено изготовление плавного пуска электродвигателя своими руками на примере болгарки или, иными словами, угловой шлифовальной машины.
Зачем нужен блок плавного пуска
В связи с некоторыми конструкционными особенностями, запуск болгарки приводит к появлению динамических нагрузок
на устройство. Поскольку масса диска, с помощью которого осуществляется полезная работа, достаточно высока, то на коллекторный электродвигатель и редуктор аппарата воздействует мощные инерционные силы, что приводит к возникновению следующих негативных факторов:
- Во время старта, который у особенно резок, силы инерции очень сильно воздействуют на корпус устройства, что может привести к травме : вы просто не удержите инструмент и выпустите его. Поэтому при запуске электродвигателя болгарки всегда держите её обеими руками.
- Во время старта на электродвигатель воздействует перегрузка, вызванная подачей высокого напряжения тока. К чему это приводит? Прежде всего, страдает обмотка двигателя и происходит ускоренный износ щёток, которого не будет, если вы изготовите блок для плавного пуска. В противном случае будьте готовы к тому, что в один не очень прекрасный день в моторе произойдёт короткое замыкание, вызванное полным износом щёток . Это, в свою очередь, заставит вас раскошеливаться на ремонт или покупать новую шлифовальную машину.
- Быстро подаваемый крутящий момент на редуктор во время запуска приводит к ускоренному износу шестерёнок в редукторе вашей шлифовальной машины.
- Также имейте в виду, что резкий старт болгарки может разрушить диск, осколки которого могут причинить вам серьёзный вред, поэтому никогда не работайте без кожуха для защиты.
Для того чтобы вам было более понятно, какие элементы шлифовальной машины больше всего страдают от резкого запуска, посмотрите на схему, представленную ниже.
Конечно, некоторые компании, производящие шлифовальные машины, ещё на заводе комплектуют свои устройства блоком для плавного пуска. Однако, оснащение плавным пуском — это непозволительная роскошь для болгарок, входящих в бюджетный ценовой сегмент, поэтому если вы не хотите покупать дорогой электроинструмент, то вам грозит опасность столкнуться с проблемами, которые были описаны выше.
Тем не менее, выход есть и он довольно прост: своими руками изготовить устройство для плавного пуска по одной из возможных схем. Если в корпусе вашего аппарата есть свободное место, то вы можете воспользоваться готовым устройством для плавного пуска и поставить его в болгарку.
Делаем плавный пуск для болгарки своими руками
Одна из наиболее часто применяемых схем для изготовления пускового устройства основана на микросхеме КР118ПМ1 и симисторах, составляющих силовую часть. По этой схеме вы сможете изготовить блок для плавного пуска, не обладая специализированными навыками и не имея глубоких познаний в электротехнике. Важно лишь то, чтобы вы умели паять.
Графически эта схема выглядит следующим образом.
Изготовленное самостоятельно устройство вы можете подключить к абсолютно любому электроинструменту , рассчитанному на напряжение в двести двадцать вольт. Блок плавного пуска , созданный на основе этой схемы, необязательно включать отдельной кнопкой, а можно подключить к штатной клавише шлифовальной машины. Если у вашей болгарки внутри корпуса есть свободное место, то можете установить блок в него либо сделайте для него отдельный корпус и подключите к электроинструменту через разрыв в питающем кабеле.
Лучшим вариантом соединения блока плавного пуска и вашей шлифовальной машины будет следующий: на вход блока (разъём XS1) вы подаёте напряжение от источника электропитания с напряжением двести двадцать вольт. К выходу блока (разъём XP1) подключается вилка от болгарки.
Принцип работы блока плавного пуска
- После того, как вы нажимаете на кнопку включения шлифовальной машины, в цепи появляется напряжение, которое первоначально направляется на микросхему, которая на схеме выше обозначена как DA1. Конденсатор, регулирующий величину напряжения, постепенно наращивает его до достижения рабочей величины. Из-за работы конденсатора тиристоры в микросхеме открываются с некоторой задержкой и медленно передают напряжение на силовую часть в симисторы VS1.
- Описанный выше процесс происходит периодами, которые становятся всё короче и короче, если отсчитывать их с момента запуска. В итоге подаваемое в шлифовальную машину напряжение возрастает медленно, а не скачкообразно, что и обуславливает плавность запуска электродвигателя.
- Время, в течение которого двигатель набирает рабочие обороты, зависит от ёмкости используемого конденсатора C2. Как правило, ёмкости, равной сорока семи микрофарадей, вполне достаточно, чтобы болгарка плавно стартовала за две секунды. Обычно этого периода времени хватает, чтобы убрать перегрузку с электродвигателя и редуктора.
- После того как вы закончите работу и выключите ваше устройство, резистор R1 своим сопротивлением разряжает конденсатор C1. Если номинал у резистора R1 составляет шестьдесят восемь килоом, то разряд занимает всего три секунды. Затем вы снова можете воспользоваться блоком плавного пуска, поскольку он будет готов к новому запуску шлифмашины.
Если же вы хотите модернизировать блок до устройства , регулирующего обороты электродвигателя, то вместо постоянного резистора R1 поставьте переменный. В этом случае вы сможете регулировать его сопротивление, а значит влиять на обороты мотора.
Симистор VS1 в вашем блоке должен соответствовать следующим характеристикам:
- Сила тока, минимально пропускаемая им, равняется двадцать пять ампер.
- Максимальное напряжение, на которое он рассчитан, — четыреста вольт.
Эта испытанная многими мастерами схема была опробована на шлифмашине с мощностью, равной двум киловаттам, и имеет запас прочности по мощности до пяти киловатт, что становится возможным благодаря микросхеме КР118ПМ1.
