Своїми руками робимо плавний запуск електроінструменту. Плавний запуск колекторного двигуна. Спочатку нічого не вийшло, але все закінчилося добре Плавний пуск колекторного двигуна змінного струму

Плавний пуск отримав широке застосування у безпечному запуску електродвигунів. Під час запуску двигуна відбувається перевищення номінального струму (Ін) у 7 разів. Внаслідок цього процесу відбувається зменшення експлуатаційного періоду мотора, а саме обмоток статора та значне навантаження на підшипники. Саме через це й рекомендується зробити плавний пуск для електроінструменту своїми руками, де він не передбачений.

Загальні відомості

Статор електродвигуна є котушкою індуктивності, отже, існують опори з активною і реактивною складовою.

При протіканні електричного струмучерез радіоелементи, що мають опір з активною складовою, відбуваються втрати, пов'язані з перетворенням частини потужності на тепловий вид енергії. Наприклад, резистор і обмотки статора електродвигуна мають опір з активною складовою. Обчислити активний опір легко, оскільки відбувається збіг фаз струму (I) і напруги (U). Використовуючи закон Ома ділянки ланцюга, можна розрахувати активний опір: R = U/I. Воно залежить від матеріалу, площі поперечного перерізу, довжини та його температури.

Якщо струм проходить через реактивний тип елементів (з ємнісними та індуктивними характеристиками), то в цьому випадку з'являється реактивне R. Котушка індуктивності, що не має практично активного опору(При розрахунках не враховується R її обмоток). Цей вид R створюється завдяки Електрорушійна сила(ЕРС) самоіндукції, яка прямо пропорційно залежить від індуктивності та частоти I, що проходить через її витки: Xl = wL, де w - кутова частота змінного струму(w = 2 * Пі * f, причому f - частота струму мережі) і L - індуктивність (L = n * n / Rm, n - число витків і Rm - магнітний опір).

При включенні електродвигуна пусковий струм у 7 разів більший за номінальний (струм, що споживається при роботі інструменту) і відбувається нагрівання обмоток статора. Якщо статорна котушка є старою, то може статися міжвиткове КЗ, яке спричинить вихід електроінструменту з ладу. Для цього необхідно застосувати пристрій плавного запуску електроінструменту.

Одним із методів зниження пускового струму (Iп) є перемикання обмоток. Для його здійснення необхідні 2 типи реле (часу та навантаження) та наявність трьох контакторів.

Пуск електромотора з обмотками, з'єднаними на кшталт «зірка» можливий лише за 2-х одночасно замкнутих контакторах. Через певний інтервал часу, який задає реле часу, один із контакторів відключається і включається ще один, не задіяний раніше. Завдяки такому чергуванню включення обмоток відбувається зниження пускового струму. Цей спосіб має істотний недолік, оскільки при одночасному замиканні двох контакторів виникає струм КЗ. Однак, при використанні цього способу обмотки продовжують нагріватися.

Ще одним способом зниження пускового струму є частотне регулювання запуску електродвигуна. Принципом такого підходу є частотна зміна живильного U. Основний елемент цього виду пристроїв плавного пуску є частотний перетворювач, що складається з наступних елементів:

1. Випрямляч.
2. Проміжний ланцюг.
3. Інвертор.
4. Електронна схема керування.

Випрямляч виготовляється з потужних діодів чи тиристорів.виконує роль перетворювача U живлення мережі в постійний пульсуючий струм. Проміжний ланцюг згладжує пульсуючий постійний струм на виході випрямляча, який збирається на конденсаторах великої ємності. Інвертор необхідний для безпосереднього перетворення сигналу на виході проміжного ланцюга сигнал амплітуди і частоти змінної складової. Електронна схема керування потрібна для генерації сигналів, необхідних для керування випрямлячем, інвертором.

Принцип дії

Під час пуску електродвигуна колекторного типу відбувається значне короткочасне збільшення струму споживання, яке є причиною передчасного виходу з ладу електроінструменту і здаванням його в ремонт. Відбувається зношування електричних частин (перевищення струму в 7 разів) і механічних (різкий запуск). Для організації «м'якого» запуску слід використовувати пристрої плавного запуску (далі УПП). Ці пристрої повинні відповідати основним вимогам:

Найбільшого поширення набули симісторні УПП, принципом дії яких є плавне регулювання U за допомогою регулювання кута відкриття переходу симістора. Симистор потрібно підключити безпосередньо до обмоток двигуна і це дозволяє зменшити пусковий струм від 2 до 5 разів (залежить від симістора та схеми керування). До основних недоліків симісторних УПП є такі:

1. Складні схеми.
2. Перегрівання обмоток при тривалому запуску.
3. Проблеми із запуском двигуна (призводить до значного нагрівання статорних обмоток).

Схеми ускладнюються при використанні потужних двигунів, проте, при невеликих навантаженнях і неодруженому ході можливе використання простих схем.

УПП з регуляторами без зворотного зв'язку (по 1 або 3 фаз) набули широкого поширення. У моделях цього з'являється можливість попереднього виставлення часу пуску і величини U перед пуском двигуна. Однак, у цьому випадку неможливо регулювати величину крутного моменту при навантаженні. З цією моделлю застосовується спеціальний пристрій зниження пускового струму, захисту від пропадання і перекосу фаз, і навіть від перевантажень. Заводські моделі мають функцію стеження станом електромотора.

Найпростіші схеми однофазного регулювання виконуються на одному симісторі та використовуються для інструменту з потужністю до 12 кВт. Існують складніші схеми, що дозволяють проводити регулювання параметрів живлення двигуна потужністю до 260 кВт. При виборі УПП заводського виробництва необхідно врахувати такі параметри: потужність, можливі режими роботи, рівність допустимих струмів та кількість запусків у певний проміжок часу.

Застосування у болгарці

Під час запуску кутової шліфувальної машинки з'являються високі навантаження динамічного характеру на деталі інструменту.

Дорогі моделі мають УПП, але не звичайні різновиди, наприклад, УШМ фірми «Інтерскол». Інерційний ривок здатний вирвати з рук УШМ, при цьому відбувається загроза життю та здоров'ю. Крім того, при пуску електродвигуна інструменту відбувається перевантаження по струму і в результаті цього - знос щіток і значне нагрівання статорних обмоток, зношується редуктор і можливе руйнування ріжучого диска, який може тріснути в будь-який момент і завдати шкоди здоров'ю, а може навіть життя. Інструмент потрібно убезпечити і для цього слід зробити плавним пуском своїми руками.

Саморобні варіанти

Існує безліч схем модернізації електроінструменту за допомогою УПП. Серед усіх різновидів широкого застосування отримали пристрої на симісторах. Симистор – напівпровідниковий елемент, що дозволяє плавно регулювати параметри живлення. Існують прості і складні схеми, які відрізняються між собою варіантами виконання, а також підтримуваною потужністю електроінструменту, що підключається. У конструктивному виконанні бувають внутрішні, що дозволяють вбудовуватися всередину корпусу, і зовнішні, що виготовляються у вигляді окремого модуля, що виконує роль обмежувача оборотів та пускового струму при безпосередньому запуску УШМ.

Найпростіша схема

УПП з регулюванням оборотів на тиристорі КУ 202 отримав широке застосування завдяки простій схемі виконання (схема 1). Його підключення не потребує особливих навичок. Радіоелементи для нього дістати дуже просто. Складається ця модель регулятора з діодного мосту, змінного резистора (виконує роль регулятора U) та схеми налаштування тиристора (подача U на вихід керування номіналом 6,3 вольта) вітчизняного виробника.

Схема 1. Електросхема внутрішнього блоку з регулюванням оборотів та плавним пуском (схема електрична принципова)

Завдяки розмірам та кількості деталей регулятор цього типу можна вбудувати в корпус електроінструменту. Крім того, слід вивести ручку змінного резистора, і сам регулятор обертів можна доопрацювати, вбудувавши кнопку перед діодним мостом.

Основний принцип роботи полягає у регулюванні оборотів електродвигуна інструменту завдяки обмеженню потужності в ручному режимі. Ця схема дозволяє використовувати електроінструмент потужністю до 15 кВт. Для збільшення цього показника необхідно замінити тиристор більш потужним (інформацію про це можна знайти в інтернеті або довіднику). Крім того, потрібно врахувати і той факт, що схема керування тиристором відрізнятиметься від вихідної. КУ 202 є відмінним тиристором, але його суттєвий недолік полягає в його налаштуванні (добірка деталей для схеми управління). Для здійснення плавного пуску автоматичному режимі застосовується схема 2 (УПП на мікросхемі).

Плавний запуск на мікросхемі

Оптимальним варіантом для виготовлення УПП є схема УПП на одному симісторі та мікросхемі, яка керує плавним відкриттям переходу p-n типу. Живиться пристрій від мережі 220 і її нескладно зібрати самому. Дуже проста та універсальна схема плавного пуску електродвигуна дозволяє також і регулювати обороти (схема 2). Симистор можна замінити аналогічним або з характеристиками, що перевищують вихідні, згідно з довідником радіоелементів напівпровідникового типу.

Схема 2. Схема плавного пуску електроінструменту

Пристрій реалізується на основі мікросхеми КР118ПМ1 та симісторі. Завдяки універсальності пристрою, його можна використовувати для будь-якого інструменту. Він не потребує налаштування та встановлюється у розрив кабелю живлення.

При пуску електродвигуна відбувається подача U на КР118ПМ1 та плавне зростання заряду конденсатора С2. Тиристор відкривається поступово із затримкою, яка залежить від ємності керуючого конденсатора С2. При ємності С2 = 47 мкФ відбувається затримка під час запуску близько 2 секунд. Вона залежить прямо пропорційно від ємності конденсатора (за більшої ємності час запуску збільшується). При відключенні УШМ конденсатор С2 розряджається за допомогою резистора R2, опір якого дорівнює 68 к, а час розрядки становить близько 4 секунд.

Для регулювання обертів необхідно замінити R1 на резистор змінного типу. При зміні параметра змінного резистора відбувається зміна потужності електродвигуна. R2 змінює величину струму, що протікає через вхід симистора. Симистор потребує охолодження і, отже, корпус модуля можна вбудувати вентилятор.

Основною функцією конденсаторів C1 і C3 є захист та керування мікросхемою. Симистор слід підбирати, керуючись такими характеристиками: пряме U повинне становити 400..500 В і прямий струм повинен бути не менше 25 А. При таких номіналах радіоелементів до УПП можна підключати інструмент з потужністю від 2 кВт до 5 кВт.

Таким чином, для запуску електродвигунів різного інструменту необхідно використовувати УПП заводського виготовлення або саморобні. УПП застосовуються збільшення терміну експлуатації інструмента. При запуску двигуна відбувається різке збільшення струму споживання у 7 разів. Через це можливе підгорання статорних обмоток та знос механічної частини. УПП дозволяють значно знизити пусковий струм. При виготовленні УПП самостійно потрібно дотримуватись правил безпеки при роботі з електрикою.

Багато який електричний інструмент, особливо минулих років випуску, не обладнаний пристроєм плавного запуску. Такі інструменти запускаються потужним ривком, в результаті якого відбувається підвищений знос підшипників, шестерень і всіх інших частин, що рухаються. У лакових ізоляційних покриттяхз'являються тріщини, які мають пряме відношення до передчасного виходу інструменту з ладу.

Щоб виключити це негативне явище, існує не дуже складна схема на інтегральному регуляторі потужності, який був розроблений ще в Радянському Союзі, але досі його не складно купити в інтернеті. Ціна від 40 рублів та вище. Називається він КР1182ПМ1. Працює добре у різних регулюючих пристроях. Але ми збиратимемо систему плавного пуску.

Схема влаштування плавного пуску

Тепер розглянемо саму схему.

Як бачите компонентів не дуже багато, і вони не дорогі.

Знадобиться

• Мікросхема - КР1182ПМ1.
• R1 - 470 Ом. R2 – 68 кілоом.
• C1 та C2 – 1 мікрофарад - 10 вольт.
• C3 – 47 мікрофарад – 10 вольт.

Макетна плата для монтажу компонентів схеми "щоб не морочитися з виготовленням друкованої плати".
Потужність пристрою залежить від марки симістора, який ви поставите.
Наприклад, середнє значення струму у відкритому стані у різних симісторів:

• BT139-600 - 16 ампер,
• BT138-800 - 12 ампер,
• BTA41-600 – 41 ампер.

Складання пристрою

Можна поставити і будь-які інші, які у вас є і які вам підходять по потужності, але потрібно враховувати, що чим потужніший симістор, тим менше він грітиметься, а отже, довше працюватиме. Залежно від навантаження потрібно використовувати радіатор охолодження для симистора.
Я поставив BTA41-600, для нього можна радіатор зовсім не ставити, він досить потужний і при повторно короткочасній роботі грітися не буде, при навантаженні до двох кіловат. Більш потужного інструменту я просто не маю. Якщо плануєте підключати більше потужне навантаження, то подумайте про охолодження.
Зберемо деталі для монтажу пристрою.

Ще нам знадобиться розетка «закрита» та кабель живлення з вилкою.

Макетну плату добре підганяти за розмірами за допомогою великих ножиць. Ріжеться легко, просто та акуратно.

Розміщуємо компоненти на макетній платі. Для мікросхеми краще впаяти спеціальне гніздо, коштує копійки, але дуже полегшує роботу. Немає ризику, що перегрієте ніжки мікросхеми, не треба боятися статичної електрики, та й якщо згорить мікросхема, її можна замінити за пару секунд. Достатньо вийняти згорілий і вставити цілу.

Деталі одразу запаюємо.

Розміщуємо на платі нові деталі, звіряючись зі схемою.

Акуратно припаюємо.

Для симистора гнізда потрібно трохи розсвердлити.

І так поряд.

Вставляємо та припаюємо перемичку та інші деталі.

Паяємо.

Перевіряємо відповідність зі схемою та вставляємо у гніздо мікросхему, не забуваючи про ключ.

Готову схему вставляємо у розетку.

Підключаємо живлення до розетки та схеми.

Будь ласка, дивіться відео випробування цього пристрою. Наочно показано зміну поведінки пристрою під час запуску.
Успіхів вам у ваших справах і турботах.

Характерним для будь-якого електродвигуна в процесі запуску є багаторазове перевищення струму і механічного навантаження на обладнання, що приводиться в дію. При цьому також виникають перевантаження мережі живлення, що створюють просідання напруги і погіршують якість електроенергії. У багатьох випадках потрібно влаштування плавного пуску (УПП).

Необхідність плавного пуску електродвигунів

Статорна обмотка є котушкою індуктивності, що складається з активного та реактивного опору. Значення останнього залежить від частоти напруги, що подається. При запуску двигуна реактивний опірзмінюється від нуля, а пусковий струм має велику величину, що багаторазово перевищує номінальний. Момент обертання також великий і може зруйнувати устаткування, що приводиться в рух. У режимі гальмування також з'являються кидки струму, що призводять до підвищення температури обмоток статора. При аварійній ситуації, пов'язаної з перегріванням двигуна, можливий ремонт, але параметри трансформаторної сталі змінюються, і номінальна потужність знижується на 30%. Тому потрібен плавний пуск.

Запуск електродвигуна перемиканням обмоток

Обмотки статора можуть з'єднуватися "зіркою" та "трикутником". Коли у двигуна виведені всі кінці обмоток, можна зовні комутувати схеми "зірка" та "трикутник".

Пристрій плавного пуску електродвигуна збирається з 3 контакторів, реле навантаження та часу.

Електродвигун запускається за схемою "зірка", коли контакти К1 та К3 замкнуті. Через інтервал, заданий реле часу, К3 відключається та здійснюється підключення схеми "трикутник" контактором К2. При цьому двигун виходить на повні оберти. Коли він розганяється до номінальних оборотів, то пускові струми не такі великі.

Недоліком схеми є короткого замикання при одночасному включенні двох автоматів. Цього можна уникнути, застосувавши замість них рубильник. Для організації реверсу потрібний ще один блок керування. Крім того, за схемою "трикутник" електродвигун більше нагрівається та жорстко працює.

Частотне регулювання швидкості обертання

Вал електродвигуна обертається магнітним полем статора. Швидкість залежить від частоти напруги живлення. Електропривод працюватиме ефективніше, якщо додатково змінювати напругу.

До складу пристрою плавного пуску асинхронних двигунів може входити частотний перетворювач.

Першим ступенем пристрою є випрямляч, на який подається трифазна напруга або однофазної мережі. Він збирається на діодах або тиристорах і призначений для формування пульсуючої напруги постійного струму.

У проміжному ланцюзі пульсації згладжуються.

В інверторі вихідний сигнал перетворюється на змінний заданої частоти та амплітуди. Він працює за принципом зміни амплітуди чи ширини імпульсів.

Усі три елементи отримують сигнали від електронної схемиуправління.

Принцип дії УВП

Збільшення пускового струму в 6-8 разів і моменту, що обертає, вимагають застосування УПП для виконання наступних дій при запуску або гальмуванні двигуна:

• поступове збільшення навантаження;
• зниження просідання напруги;
• управління запуском та гальмуванням у певні моменти часу;
• зниження перешкод;
• захист від стрибків напруги, при пропаданні фази та ін;
• підвищення надійності електроприводу

Пристрій плавного пуску двигуна обмежує величину напруги, що подається на момент пуску. Воно регулюється шляхом зміни кута відкриття симісторів, підключених до обмотування.

Пускові струми необхідно знижувати до величини, яка не більше ніж у 2-4 рази перевищує номінал. Наявність байпасного контактора запобігає перегріву симісторів після його підключення після того, як двигун розкрутиться. Варіанти включення бувають одно-, дво- та трифазні. Кожна схема функціонально відрізняється та має різну вартість. Найбільш досконалим є трифазне регулювання. Воно найбільш функціональне.

Недоліки УПП на симісторах:

• прості схеми застосовуються лише з невеликими навантаженнями або за неодруженого запуску;
• тривалий запуск призводить до перегріву обмоток та напівпровідникових елементів;
• момент обертання валу знижується і двигун може запуститися.

Види УВП

Найбільш поширені регулятори без зворотного зв'язку за двома чи трьома фазами. Для цього попередньо встановлюється напруга та час пуску. Недоліком є ​​відсутність регулювання моменту навантаження на двигун. Цю проблему вирішує пристрій з зворотним зв'язкомпоряд з виконанням додаткових функцій зниження пускового струму, створення захисту від перекосу фаз, перевантаження та ін.

Найбільш сучасні УПП мають ланцюги безперервного стеження за навантаженням. Вони підходять для важко навантажених приводів.

Вибір УВП

Більшість УПП - це регулятори напруги на симісторах, що відрізняються функціями, схемами регулювання та алгоритмами зміни напруги. У сучасних моделях софтстартерів застосовуються фазові методи регулювання електроприводів із будь-якими режимами пуску. Електричні схеми можуть бути з тиристорними модулями різну кількість фаз.

Одне з найпростіших - це пристрій плавного пуску з однофазним регулюванням через один симистор, що дозволяє лише пом'якшувати ударні механічні навантаження двигунів потужністю до 11 кВт.

Двофазне регулювання також пом'якшує механічні удари, але не обмежує струмові навантаження. Допустима потужність двигуна становить 250 кВт. Обидва способи застосовуються з розрахунку прийнятних цін та особливостей конкретних механізмів.

Багатофункціональний пристрій плавного пуску з трифазним регулюванням має найкращі технічні характеристики. Тут забезпечується можливість динамічного гальмування та оптимізації його роботи. Як недоліки можна відзначити лише великі ціни та габарити.

Як приклад можна взяти пристрій плавного запуску Altistart. Можна підібрати моделі для запуску асинхронних двигунів, потужність яких сягає 400 кВт.

Пристрій вибирається за номінальною потужністю та режимом роботи (нормальний або важкий).

Вибір УВП

Основними параметрами, якими вибираються пристрої плавного пуску, є:

• гранична сила струму УПП та двигуна повинні бути правильно підібрані та відповідати один одному;
• параметр кількості запусків на годину визначається як характеристика софтстартера і не повинен перевищуватися при експлуатації двигуна;
• задана напруга пристрою не повинна бути меншою за мережну.

УПП для насосів

Пристрій плавного пуску для насоса призначений переважно зниження гідравлічних ударів у трубопроводах. Для роботи з приводами насосів підходять УВП Advanced Control. Пристрої практично повністю усувають гідроудар при заповнених трубопроводах, дозволяючи збільшити ресурс обладнання.

Плавний запуск електроінструментів

Для електроінструменту характерні високі динамічні навантаження та великі оберти. Його наочним представником є ​​кутова шліфувальна машинка (УШМ). На робочий диск діють значні сили інерції початку обертання редуктора. Великі перевантаження струмом виникають не тільки при запуску, але і при кожній подачі інструменту.

Пристрій плавного запуску електроінструменту застосовується лише для дорогих моделей. Економічним рішенням є його встановлення своїми руками. Це може бути готовий блок, який міститься всередині корпусу інструменту. Але багато користувачів збирають просту схемусамостійно і підключають її в розрив кабелю живлення.

При замиканні ланцюга двигуна на регулятор фази КР1182ПМ1 подається напруга і починає заряджатися конденсатор С2. За рахунок цього симістор VS1 включається із затримкою, яка поступово зменшується. Струм двигуна плавно наростає і оберти набираються поступово. Двигун розганяється приблизно за 2 сек. Потужність, що віддається у навантаження, досягає 2,2 кВт.

Пристрій можна використовувати для будь-якого електроінструменту.

Висновок

Вибираючи пристрій плавного пуску, необхідно аналізувати вимоги до механізму та характеристик електродвигуна. Характеристики виробника знаходяться в документації, що додається до обладнання. Помилки при виборі не повинно бути, оскільки порушиться функціонування пристрою. Важливий облік діапазону швидкостей, щоб вибрати найкраще поєднання перетворювача та двигуна.

Асинхронний електродвигун має можливість самостійного запуску через взаємодію між потоком, що обертається. магнітного поляі потоком обмотки ротора, викликаючи високий струм у 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 до тих пір, поки 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 будь-які характеристики вихідного сигналу двигуна, такі як 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 керуванні 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 параметриможна 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 двигунадва 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 є чотиришаровим кремнієвим. напівпровідниковий пристрій PNPN. Воно має три зовнішні термінали і використовує альтернативні символи на малюнку 2 (a) і має транзисторну еквівалентну схемуна 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 (див. мал. 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 більше напругина 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 створення вихідних сигналів. Трикутний сигнал генерується на несучій частоті, з якою інвертор IGBT перемикається.

Ця форма сигналу порівнюється з 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 до тих пір, поки хвильова форма не виглядатиме так само, як у двигуна.

Такий плавний запуск асинхронного електродвигунана відміну від приводу змінного струму, має характеристики струму в мережі та 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 струмунавантаження 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 схемата 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 струмиділяться на 2 частини.

Олександр Ситников (Кіровська обл.)

Розглянута у статті схема дозволяє здійснити ненаголошений пуск та гальмування електродвигуна, збільшити термін служби обладнання та знизити навантаження на електромережу. досягається шляхом регулювання напруги на обмотках двигуна силовими тиристорами.

Пристрої плавного пуску (УПП) широко застосовують у різних електроприводах. Структурна схемарозробленого УПП наведено малюнку 1, а діаграма роботи УПП - малюнку 2. Основою УПП є три пари зустрічно-паралельных тиристорів VS1 - VS6, включених у розрив кожної з фаз. Плавний пуск здійснюється за рахунок поступового

збільшення прикладеного до обмоток електродвигуна мережевої напруги від деякого початкового значення Uнач номінального Uном. Це досягається шляхом поступового збільшення кута провідності тиристорів VS1 - VS6 від мінімального значення до максимального протягом часу Тпуск, що називається часом пуску.

Зазвичай значення Uнач становить 30 ... 60% від Uном, тому пусковий момент електродвигуна істотно менше, ніж у разі підключення електродвигуна на повну напругу мережі. При цьому відбувається поступовий натяг приводних ременів та плавне зачеплення зубчастих коліс редуктора. Це сприятливо позначається зниження динамічних навантажень електроприводу і, як наслідок, сприяє продовженню терміну служби механізмів і збільшення інтервалу між ремонтами.

Застосування УПП також дозволяє знизити навантаження на мережу, оскільки в цьому випадку пусковий струм електродвигуна становить 2 - 4 номіналу струму двигуна, а не 5 - 7 номіналів, як при безпосередньому пуску. Це важливо при живленні електроустановок від джерел енергії обмеженої потужності, наприклад, дизель-генераторних установок, джерел безперебійного живленнята трансформаторних підстанцій малої потужності

(особливо у сільській місцевості). Після завершення пуску тиристори шунтуються байпасом (обхідним контактором), завдяки чому протягом часу Траб на тиристорах не розсіюється потужність, а значить, економиться електроенергія.

При гальмуванні двигуна процеси відбуваються у зворотному порядку: після відключення контактора До кут провідності тиристорів максимальний, напруга на обмотках електродвигуна дорівнює мережевому за винятком падіння напруги на тиристорах. Потім кут провідності тиристорів протягом часу Тторм зменшується до мінімального значення, якому відповідає напруга відсікання Uотс, після чого кут провідності тиристорів стає рівним нулю і напруга на обмотки не подається. На малюнку 3 наведено діаграми струму однієї з фаз двигуна при поступовому збільшенні кута провідності тиристорів.

На малюнку 4 наведено фрагменти принципової електричної схемиУВП. Цілком схема наведена на сайті журналу. Для її роботи потрібна напруга трьох фаз А, В, З стандартної мережі 380 В частотою 50 Гц. Обмотки електродвигуна при цьому можуть бути з'єднані як зіркою, так і трикутником.

Як силові тиристори VS1 - VS6 застосовані недорогі прилади типу 40TPS12 в корпусі ТО-247 з прямим струмом Iпр = 35 А. Допустимий струм через фазу становить Iдоп = 2Iпр = 70 А. Будемо вважати, що максимальний пусковий струм становить 4Iном, що іншим< Iдоп/4 = 17,5 А. Просматривая стандартный ряд мощностей электродвигателей, находим, что к УПП допустимо подключать двигатель мощностью 7,5 кВт с номінальним струмомфази Iн = 15 А. У разі, якщо пусковий струм перевищить Iдоп (внаслідок підключення двигуна більшої потужності або занадто малого часу пуску), процес пуску буде зупинено, оскільки спрацює автоматичний вимикач QF1 зі спеціально підібраною характеристикою.

Паралельно тиристорам підключені демпфуючі RC-ланцюжка R48, C20, C21, R50, C22, C23, R52, C24, C25, що запобігають хибне включення тиристорів, а також варистори R49, R51 і R53, поглинаючі імпульси 01. К2, К3 типу TR91-12VDC-SC-C з номінальним струмом 40 А шунтують силові тиристори після завершення пуску.

Живлення системи управління здійснюється від трансформаторного блоку живлення, запитаного від міжфазної напруги Uав. У блок живлення входять понижуючі трансформатори TV1, TV2, діодний міст VD1, струмообмежуючий резистор R1, конденсатори, що згладжують С1, С3, С5, перешкододавлюючі конденсатори С2, С4, С6 і лінійні стабілізатори DA1 і DA2, що забезпечують напругу 12 і 5 відповідно.

Система управління побудована із застосуванням мікроконтролера DD1 типу PIC16F873. Мікроконтролер видає імпульси керування тиристорами VS1 - VS6 шляхом «запалювання» оптосимісторів ОРТ5-ОРТ10 (MOC3052). Для обмеження струму в ланцюгах управління тиристорів VS1 – VS6 служать резистори R36 – R47. Імпульси управління подаються одночасно на два тиристори із затримкою щодо початку напівхвилі міжфазної напруги. Ланцюги синхронізації з мережевою напругоюскладаються з трьох однотипних вузлів, що складаються із зарядних резисторів R13, R14, R18, R19, R23, R24, діодів VD3 - VD8, транзисторів VT1 - VT3, накопичувальних конденсаторів С17 - С19 та оптопар OPT2 - OPT. З виходу 4 оптопар OPT2, OPT3, OPT4 на входи мікроконтролера RC2, RC1, RC0 надходять імпульси тривалістю приблизно 100 мкс, відповідні початку негативної напівхвилі фазних напруг Uab, Ubc, Uca.

Діаграми роботи вузла синхронізації наведені на малюнку 5. Якщо прийняти верхній графік за мережну напругу Uав, то середній графік відповідатиме напругі на конденсаторі С17, а нижній - струму через фотодіод оптопари ОРТ2. Мікроконтролер реєструє синхроімпульси, що надходять на його входи, визначає наявність, порядок чергування, відсутність «злипання» фаз, а також проводить розрахунок часу затримки імпульсів управління тиристорами. Входи ланцюгів синхронізації захищені від перенапруги варисторами R17, R22 та R27.

За допомогою потенціометрів R2, R3, R4 задаються параметри, які відповідають діаграмі роботи УПП, наведеної на малюнку 2; відповідно R2 - Tпуск, R3 - Тторм, R4 - Uначі Uотс. Напруги уставок з двигунів R2, R3, R4 надходять на входи RA2, RA1, RA0 мікросхеми DD1 і перетворюються за допомогою АЦП. Час пуску та гальмування регулюється в межах від 3 до 15 с, а початкова напруга - від нуля до напруги, що відповідає куту провідності тиристора 60 електричних градусів. Конденсатори С8 - С10 - завадодавні.

Команда " ПУСК " подається шляхом замикання контактів 1 і 2 роз'єму XS2, при цьому на виході 4 оптопари OPT1 з'являється лог. 1; конденсатори С14 і С15 роблять придушення коливань, що виникають внаслідок „брязкоту“ контактів. Розімкнутому положенню контактів 1 і 2 роз'єму XS2 відповідає команда „СТОП“. Комутацію ланцюга керування запуском можна реалізувати кнопкою із фіксацією, тумблером або контактами реле.

Силові тиристори захищені від перегріву термостатом B1009N із нормально-замкнутими контактами, які розміщені на тепловідводі. При досягненні температури 80°З контакти термостата розмикаються, і вхід RC3 мікроконтролера надходить рівень балка. 1, що свідчить про перегрівання.

Світлодіоди HL1, HL2, HL3 є індикаторами наступних станів:

• HL1 (зелений) «Готовність» – відсутність аварійних станів, готовність до запуску;
• HL2 (зелений) «Робота» - миготливий світлодіод означає, що УПП здійснює пуск або гальмування двигуна, постійне свічення - робота на байпасі;
• HL3 (червоний) «Аварія» - свідчить про перегрівання тепловідведення, відсутність або „злипання“ фазної напруги.

Включення обхідних реле К1, К2, К3 здійснюється шляхом подачі мікроконтролерів балка. 1 з урахуванням транзистора VT4.

Програмування мікроконтролера – внутрішньосхемне, для чого використовується роз'єм XS3, діод VD2 та мікроперемикач Дж1. Елементи ZQ1, C11, C12 утворюють ланцюг запуску тактового генератора, R5 і С7 - ланцюг скидання харчування, С13 здійснює фільтрацію перешкод по шинах живлення мікроконтролера.

На малюнку 6 наведено спрощений алгоритм роботи УПП. Після ініціалізації мікроконтролера викликається підпрограма Error_Test, яка визначає наявність аварійних ситуацій: перегрів тепловідведення, неможливість синхронізуватися з мережевою напругою внаслідок втрати фази, неправильного підключення до мережі або сильних перешкод. Якщо аварійна ситуаціяне фіксується, то змінній Error надається значення «0 », після повернення з підпрограми запалюється світлодіод „Готовність“, і схема переходить у режим очікування команди „ПУСК“. Після реєстрації команди „ПУСК“ мікроконтролер здійснює аналого! цифрове перетворення напруг уставок
на потенціометрах і розрахунок параметрів Тпуск та Uнач, після чого видає імпульси керування силовими тиристорами. Після закінчення пуску вмикається байпас. При гальмуванні двигуна процеси управління виконуються у зворотному
порядку.