Плавный пуск для электродвигателя

Содержание

Особенности и срок службы

В ручных электроинструментах, таких как: болгарка(ушм), циркулярная пила, шуруповерт, дрель — используют коллекторные двигатели с последовательным возбуждением.

Они могут работать на постоянном и на переменном токе.

Для их запитки в большинстве случаев используется обычная электросеть 230 В 50 Гц. Раньше для профессионального инструмента использовалась сеть 380 В. Теперь, с ростом мощности потребителей в однофазных сетях (офисы и жилой сектор), появились и профессиональные электроинструменты на 220 В.

Коллекторные двигатели имеют большой крутящий и пусковой моменты, компактны, легко изготавливаются на повышенное напряжение. Крутящий момент здесь является решающим. При невысокой массе машины он как раз подходит для ручного электроинструмента. Но у таких электромоторов имеются недостатки и слабые места. Одно из таких слабых мест – щеточный узел.

Щетки из прессованного графита с наполнителями трутся о медные пластины коллектора и подвергаются механическому износу и электроэрозии. Это приводит к увеличению искрения и повышает пожарную и взрывоопасность электроинструмента. Попадание минеральной пыли внутрь ускоряет износ. Хотя вентиляторы, предусмотренные конструкцией, выдувают воздух наружу, пыль и цемент могут легко попадать внутрь. Во время простоя, если инструмент неудачно положили, пыль легко попадает внутрь. На практике это постоянное явление.

Щетки электродвигателя из прессованного графита

Еще один недостаток электроинструмента – частые поломки редуктора. Это происходит как раз из-за большого пускового момента. Достоинство оборачивается недостатком. С поломкой редуктора приходится менять инструмент, ремонту они, обычно, не подлежат. К сожалению, промышленность, в стремлении снизить себестоимость продукции делает это за счет качества. Хочешь пользоваться хорошим электроинструментом – плати немалые деньги.

С последним недостатком как раз можно эффективно бороться плавным пуском. Многие производители делают это, но не всегда уделяют этому достаточно внимания. Хорошие регуляторы оборотов есть не у всех инструментов.

Плавный пуск – для чего это нужно

Для снижения непомерной нагрузки на механику электроинструмента при пуске, могут быть приняты меры со стороны электропитания. Вместо подачи на электродвигатель полного напряжения от источника (электросети), можно подавать пониженное напряжение, с помощью плавного пуска. Но где его взять? Речь идет о массовом применении. В отдельных случаях специалисты и умельцы могли решать эту задачу, но большинству рядовых потребителей это было недоступно.

Существует три способа ограничить пусковой момент электроинструмента и добиться плавного старта:

  1. Применение реостатов;
  2. Применение трансформаторов;
  3. Применение полупроводниковых ключей.

Первый способ применялся еще очень давно, но он не экономичен и неудобен.

Его можно применять и на постоянном, и на переменном токе.

Значительная часть мощности теряется на нагрев сопротивления реостата. Если задача ограничивается только плавным пуском, то это вполне терпимо. Если таким способом регулировать рабочую скорость электродвигателя, то это лишний нагрев окружающий среды и расход электроэнергии. В любом случае устройство оказывается громоздким.

Второй способ намного лучше и экономичнее. Подходит только для переменного тока. Он также может повысить электробезопасность при работе с электроинструментом. Недостаток в том, что классические трансформаторы теперь очень недешевы. Даже при самостоятельном изготовлении, так как в них уходит много дорогой меди. Устройство получается также достаточно большим и тяжелым.

Трансформатор

Третий способ плавного пуска самый современный и дешевый. Он опирается на массовое применение полупроводников. В свое время, в исследования и наладку промышленного производства полупроводниковых приборов были вложены огромные средства. Но дешевизна материалов, из которых их производят, и массовость выпуска уже успели все окупить. Благодаря невысокой себестоимости такие приборы доступны всем.

Главная особенность полупроводниковых ключей – нет механических контактов и работают они с огромной скоростью (частотой переключения). Переключаемые ими токи могут достигать больших величин, при больших напряжениях в отключенном состоянии. При этом, такие приборы практически не греются и не потребляют лишней энергии, как реостаты и отлично подходят для современных электроинструментов.

Виды полупроводниковых ключей

Тиристоры и симисторы

Сопротивление разомкнутого ключа достигает миллионов Ом, ток через него практически не протекает.

Сопротивление замкнутого ключа лежит в пределах единиц и десятых долей Ома.

Хотя при этом может протекать значительный ток, на ключе падает слишком малое напряжение, чтобы на нем выделялось, по закону Джоуля-Ленца, большое тепло. В обеих случаях он остается практически холодным.

Это относится к любому из типов силовых ключей, каковых существует три:

  • Тиристоры и симисторы;
  • Полевые транзисторы MOSFET;
  • Транзисторы IGBT.

Исторически первыми появились тиристоры. С их помощью регулировали мощность в цепях переменного тока, управляя фазой отпирания прибора.

С помощью регулировки фазы управляющего напряжения (длительность t1) можно влиять на момент отпирания симистора в каждом полупериоде (t3) и таким образом, на долю энергии, попадающей в нагрузку и соответственно на электродвигатель.

С появлением мощных полевых транзисторов с изолированным МОП-затвором (металл-окисел-полупроводник, или на английском Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor) током в цепи стали управлять, изменяя ширину открывающих импульсов. Этот метод очень эффективен в цепях с постоянным током, для чего его сначала выпрямляют, и применяется в сварочных инверторах, частотных преобразователях и т.д.

Для наиболее мощных электроинструментов применяют IGBT – биполярные транзисторы с изолированным затвором. Это комбинация полевого транзистора с биполярным.

Для регулирования электродвигателя в настоящее время применяют уже устоявшееся, давно применяемое решение на симисторах. Более продвинутые решения пока не очень распространены.

Как изготовить плавный пуск самостоятельно

Благодаря простоте схемы устройство плавного пуска электродвигателя на симисторе собрать несложно. Оно изготавливается из доступных деталей. Лучше всего делать его на печатной плате, так ничего не будет болтаться и замыкать. Симистор нужно закрепить на теплоотводящем радиаторе, изготовленном из алюминия. Лучше, если это будет заводской радиатор, рассчитанный на мощность 10-30 Вт. Тогда он подойдет для электроинструмента мощностью 1000-1200 Вт.

Расчет радиатора очень просто подсчитать по току. На симисторе падает около 1.5-2 вольт напряжения, когда он открыт. Ток получаем делением мощности на сетевое напряжение. Например, электроинструмент с номинальной мощностью 1200 Вт: 1200/220 = 5.45 ампер. Умножим на 2, получаем 11 Вт.

Обычно в продажном электроинструменте схема ограничения мощности упрятана где-то в рукоятке или корпусе болгарки или дрели. Там нет возможности разместить нормальный радиатор. При частом пуске она перегревается и свои функции не выполняет. Только хороший профессиональный электроинструмент имеет нормальное устройство для ограничения пускового момента и регулировки оборотов.

ПРИМЕЧАНИЕ: Модуль плавного пуска для электроинструмента лучше всего изготавливать в коробке с розеткой. Не стоит брать слишком маленькие розеточные коробки. Там сложно разместить нормальный радиатор для симистора. Без радиатора от устройства не будет практической пользы! При сборке радиатора с прибором необходимо обеспечить чистоту сопрягаемых поверхностей и тонкий слой теплопроводящей пасты (КТП-8 или импортный аналог).

Радиатор нужно закрепить на той же плате, на которой собраны остальные детали. Плата помещается в коробку подходящих размеров и достаточно прочную. Такие коробки можно купить в электротоварах или изготовить из листового пластика. Может подойти чистая пустая банка из-под клея, краски с завинчивающейся или плотно закрывающейся крышкой. Она должна быть прочной и небьющейся.

Розетка, вмонтированная в устройство, должна быть рассчитана на номинальный ток используемого электродвигателя. Аналогичная история и с сетевым шнуром.

ВАЖНО! Если электроинструмент снабжен регулятором оборотов, его ручка должна быть надежно изолирована. Устройство находится под напряжением сети и может оказаться источником поражения током в случае плохой изоляции.

Печатную плату после монтажа полезно покрыть нитролаком для защиты от влаги. Принципиальная схема и разбор ее работы в следующем разделе.

Плавный пуск на микросхеме КР1182ПМ1

Это микросхема для электроинструментов российского производства, которая выпускается ЗАО “НТЦ СИТ” (г. Брянск). Ее можно приобрести в розницу во многих интернет-магазинах. Также новое название К1182МП1Р.

Микросхема может использоваться без внешнего симистора при работе электродвигателя на нагрузку до 150 Вт. Это слишком мало для электроинструмента, но можно задействовать более мощный симистор, что увеличит мощность регулирования до 1-1.5 кВт. Схема с ее использованием показана ниже:

Внутри чипа находится усилитель управляющего сигнала. Этот сигнал формируется на выводах 3 и 6 микросхемы. Фаза отпирания симистора пропорциональна напряжению между выводами 3 и 6, которое может изменяться в пределах от 0 до 6 В. При нуле нагрузка отключена. При включении конденсатор фактически накоротко замыкает управляющую цепь. Но он довольно быстро заряжается и это формирует плавность разгона.

Резистор R1 позволяет быстрее разряжаться конденсатору C1 для уменьшения пауз между включениями. При полном напряжении нагрузка работает с мощностью, близкой к номинальной. Это напряжение создается самой микросхемой, а внешняя цепь только “закорачивает” его с целью повлиять на фазу отключения симистора в каждом полупериоде сетевого напряжения.

Выключатель S1 может быть применен вместо выключателя, работающего в разрыве сетевой цепи. Только он работает наоборот, при размыкании электродвигатель запускается, а при замыкании отключается. Ток в цепи этого выключателя очень мал и можно использовать любой микровыключатель. Тем не менее, должен быть способ быстро отключить электроинструмент в любом случае! То есть, без аварийного сетевого выключателя не обойтись.

Использование переменного резистора на месте R1 позволит более-менее плавно регулировать обороты электродвигателя. Такая функция, дополнительно к плавному пуску, может быть очень полезной при работе с различными материалами, требующими своей скорости обработки.

Обычно время плавного пуска инструмента можно ограничить в пределах 0.3 — 0.5 сек. Это обеспечивает значительное повышение срока службы устройства. Если электроинструмент мощный и оборотистый, его может неожиданно вырвать из рук работника со всеми неприятными последствиями. В таких случаях нужен еще более плавный пуск. Выбрать подходящую задержку для разгона можно с помощью графика, показанного ниже:

Эти данные были получены в программе ngspice на основе характеристик, взятых из документации производителя. Кроме того, они были проверены на практике, с угловой шлифовальной машиной 1500 Вт и показали хорошее совпадение.

Симистор VS1 можно брать типа BT139-600 (Philips), ТС106-10-6 (Россия, СЗТП), BTB10-600BWRG (ST Microelectronics) или другой аналогичный. Конденсаторы типа К50-35 на рабочее напряжение 50 В, емкостью 1 мФ (C2,3) и 5-100 мФ для C1. Резистор R2 типа МЛТ-0.5. Также в схеме желательно использовать предохранитель с номинальным током, который на 15-20% превышает номинальный ток предполагаемой нагрузки.

Пример установки плавного пуска электродвигателя на болгарку:

Встроенный, на основе KRRQD-12A (KRRQD-20A)

Автор данного видео приводит интересный пример как можно сделать встроенный плавный пуск электродвигателя с помощью универсального приспособления-удлинителя KRRQD-12A (KRRQD-20A), практически для любого электроинструмента, до 12А (20А) на нагрузке. С максимальной подключаемой мощностью инструмента до 2500 Вт(4400 Вт).

Другие способы

Среди прочих способов плавного пуска для электроинструмента можно отметить использование трансформаторов. Например, будет довольно универсальным ЛАТР на 1-1.5 кВт. Хоть это и довольно тяжелый прибор, он может выручать, если находится под рукой, тогда не придется собирать другое устройство.

Иногда в качестве “холодного” сопротивления в цепи переменного тока используют параллельные наборы конденсаторов, используя их реактивное сопротивление на частоте 50 Гц:

где емкость нужно подставлять в Фарадах. Например, чтобы создать сопротивление 10 Ом нужно выполнить расчеты:

Учитывая большое рабочее напряжение конденсаторов и их емкость, получится слишком большая батарея. Такое решение иногда применялось раньше, но теперь слишком устарело.

Для ограничения мощности в нагрузке электродвигателя может быть использован мощный диод, с обратным напряжением не меньше 250 В. Он “срезает” один полупериод сетевого напряжения, но это создает помехи и неравномерность крутящего момента. Оба последних способа: с конденсаторами и диодом требуют переключателей, шунтирующих цепь. В случае конденсаторов потребуются еще и гасящие резисторы, ограничивающие ток короткого замыкания емкостей.

В общем, из всех способов плавного пуска электроинструмента, самым недорогим, надежным и удобным нужно признать фазовую регулировку с помощью микросхемы К1182МП1Р.

Общие сведения

Статор электродвигателя представляет собой катушку индуктивности, следовательно, существуют сопротивления с активной и реактивной составляющей.

При протекании электрического тока через радиоэлементы, имеющие сопротивление с активной составляющей, происходят потери, связанные с преобразованием части мощности в тепловой вид энергии. Например, резистор и обмотки статора электродвигателя обладают сопротивлением с активной составляющей. Вычислить активное сопротивление не составляет труда, так как происходит совпадение фаз тока (I) и напряжения (U). Используя закон Ома для участка цепи, можно рассчитать активное сопротивление: R = U/I. Оно зависит от материала, площади поперечного сечения, длины и его температуры.

Если ток проходит через реактивный тип элементов (с емкостными и индуктивными характеристиками), то, в этом случае, появляется реактивное R. Катушка индуктивности, не имеющая практически активного сопротивления (при расчетах не учитывается R ее обмоток). Этот вид R создается благодаря Электродвижущей силе (ЭДС) самоиндукции, которая прямо пропорционально зависит от индуктивности и частоты I, проходящего через ее витки: Xl = wL, где w — угловая частота переменного тока (w = 2*Пи*f, причем f — частота тока сети) и L — индуктивность (L = n * n / Rm, n — число витков и Rm — магнитное сопротивление).

При включении электродвигателя пусковой ток в 7 раз больше номинального (ток, потребляемый при работе инструмента) и происходит нагрев обмоток статора. Если статорная катушка является старой, то может произойти межвитковое КЗ, которое повлечет выход электроинструмента из строя. Для этого нужно применить устройство плавного пуска электроинструмента.

Одним из методов снижения пускового тока (Iп) является переключение обмоток. Для его осуществления необходимы 2 типа реле (времени и нагрузки) и наличие трех контакторов.

Пуск электромотора с обмотками, соединенными по типу «звезда» возможен только при 2-х не одновременно замкнутых контакторах. Через определенный интервал времени, который задает реле времени, один из контакторов отключается и включается еще один, не задействованный ранее. Благодаря такому чередованию включения обмоток и происходит снижение пускового тока. Этот способ обладает существенным недостатком, так как при одновременно замыкании двух контакторов возникает ток КЗ. Однако при использовании этого способа обмотки продолжают нагреваться.

Еще одним способом снижения пускового тока является частотное регулирование запуска электродвигателя. Принципом такого подхода является частотное изменение питающего U. Основной элемент этого вида устройств плавного пуска является частотный преобразователь, состоящий из следующих элементов:

  1. Выпрямитель.
  2. Промежуточная цепь.
  3. Инвертор.
  4. Электронная схема управления.

Выпрямитель изготавливается из мощных диодов или тиристоров, выполняющий роль преобразователя U питания сети в постоянный пульсирующий ток. Промежуточная цепь сглаживает пульсирующий постоянный ток на выходе выпрямителя, которая собирается на конденсаторах большой емкости. Инвертор необходим для непосредственного преобразования сигнала на выходе промежуточной цепи в сигнал амплитуды и частоты переменной составляющей. Электронная схема управления нужна для генерации сигналов, необходимых для управления выпрямителем, инвертором.

Принцип действия

Во время пуска электродвигателя коллекторного типа происходит значительное кратковременное увеличение тока потребления, которое и служит причиной преждевременного выхода из строя электроинструмента и сдачей его в ремонт. Происходит износ электрических частей (превышение тока в 7 раз) и механических (резкий запуск). Для организации «мягкого» пуска следует применять устройства плавного пуска (далее УПП). Эти устройства должны соответствовать основным требованиям:

  1. Плавное увеличение нагрузки.
  2. Возможность запуска двигателя через определенные интервалы времени.
  3. Обеспечение защиты от линейных скачков U, пропадания фазы (для 3-фазного электродвигателя) и различных помех электрической составляющей.
  4. Значительно повышение срока эксплуатации.

Наиболее широкое распространение получили симисторные УПП, принципом действия которых является плавное регулирование U при помощи регулировки угла открытия перехода симистора. Симистор нужно подключить напрямую к обмоткам двигателя и это позволяет уменьшить пусковой ток от 2 до 5 раз (зависит от симистора и схемы управления). К основным недостаткам симисторных УПП являются следующие:

  1. Сложные схемы.
  2. Перегрев обмоток при длительном запуске.
  3. Проблемы с запуском двигателя (приводит к значительному нагреву статорных обмоток).

Схемы усложняются при использовании мощных двигателей, однако, при небольших нагрузках и холостом ходе возможно использование простых схем.

УПП с регуляторами без обратной связи (по 1 или 3 фазам) получили широкое распространение. В моделях этого типа появляется возможность предварительного выставления времени пуска и величины U перед пуском двигателя. Однако, в этом случае невозможно регулировать величину вращающего момента при нагрузке. С этой моделью применяется специальное устройство для снижения пускового тока, защиты от пропадания и перекоса фаз, а также от перегрузок. Заводские модели имеют функцию слежения за состоянием электромотора.

Простейшие схемы однофазного регулирования исполняются на одном симисторе и используются для инструмента с мощностью до 12 кВт. Существуют более сложные схемы, позволяющие производить регулировку параметров питания двигателя мощностью до 260 кВт. При выборе УПП заводского производства необходимо учесть такие параметры: мощность, возможные режимы работы, равенство допустимы токов и количество запусков в определенный промежуток времени.

Самодельные варианты

Существует множество схем модернизации электроинструмента при помощи УПП. Среди всех разновидностей широкое применение получили устройства на симисторах. Симистор — полупроводниковый элемент, позволяющий плавно регулировать параметры питания. Существуют простые и сложные схемы, которые отличаются между собой вариантами исполнения, а также поддерживаемой мощностью, подключаемого электроинструмента. В конструктивном исполнении бывают внутренние, позволяющие встраиваться внутрь корпуса, и внешние, изготавливаемые в виде отдельного модуля, выполняющего роль ограничителя оборотов и пускового тока при непосредственном пуске УШМ.

Простейшая схема

УПП с регулированием оборотов на тиристоре КУ 202 получил широкое применение благодаря очень простой схеме исполнения (схема 1). Его подключение не требует особых навыков. Радиоэлементы для него достать очень просто. Состоит эта модель регулятора из диодного моста, переменного резистора (выполняет роль регулятора U) и схемы настройки тиристора (подача U на управляющий выход номиналом 6,3 вольта) отечественного производителя.

Схема 1. Электросхема внутреннего блока с регулировкой оборотов и плавным пуском (схема электрическая принципиальная)

Благодаря размерам и количеству деталей регулятор этого типа можно встроить в корпус электроинструмента. Кроме того, следует вывести ручку переменного резистора и сам регулятор оборотов можно доработать, встроив кнопку перед диодным мостом.

Основной принцип работы заключается в регулировке оборотов электродвигателя инструмента благодаря ограничению мощности в ручном режиме. Эта схема позволяет использовать электроинструмент мощностью до 1,5 кВт. Для увеличения этого показателя необходимо заменить тиристор на более мощный (информацию об этом можно найти в интернете или справочнике). Кроме того, нужно учесть и тот факт, что схема управления тиристором будет отличаться от исходной. КУ 202 является отличным тиристором, но его существенный недостаток состоит в его настройке (подборка деталей для схемы управления). Для осуществления плавного пуска в автоматическом режиме применяется схема 2 (УПП на микросхеме).

Плавный пуск на микросхеме

Оптимальным вариантом для изготовления УПП является схема УПП на одном симисторе и микросхеме, которая управляет плавным открытием перехода p-n типа. Питается устройство от сети 220 В и ее несложно собрать самому. Очень простая и универсальная схема плавного пуска электродвигателя позволяет также и регулировать обороты (схема 2). Симистор возможно заменить аналогичным или с характеристиками, превышающими исходные, согласно справочнику радиоэлементов полупроводникового типа.

Схема 2. Схема плавного пуска электроинструмента

Устройство реализуется на основе микросхемы КР118ПМ1 и симисторе. Благодаря универсальности устройства его можно использовать для любого инструмента. Он не требует настройки и устанавливается в разрыв кабеля питания.

При пуске электродвигателя происходит подача U на КР118ПМ1 и плавный рост заряда конденсатора С2. Тиристор открывается постепенно с задержкой, зависящей от емкости управляющего конденсатора С2. При емкости С2 = 47 мкФ происходит задержка при запуске около 2 секунд. Она зависит прямо пропорционально от емкости конденсатора (при большей емкости время запуска увеличивается). При отключении УШМ конденсатор С2 разряжается при помощи резистора R2, сопротивление которого равно 68 к, а время разрядки составляет около 4 секунд.

Для регулирования оборотов нужно заменить R1 на резистор переменного типа. При изменении параметра переменного резистора происходит изменение мощности электромотора. R2 изменяет величину тока, протекающего через вход симистора. Симистор нуждается в охлаждении и, следовательно, в корпус модуля можно встроить вентилятор.

Основной функцией конденсаторов C1 и C3 является защита и управление микросхемой. Симистор следует подбирать, руководствуясь следующими характеристиками: прямое U должно составлять 400..500 В и прямой ток должен быть не менее 25 А. При таких номиналах радиоэлементов к УПП возможно подключать инструмент с мощностью от 2 кВт до 5 кВт.

Таким образом, для запуска электродвигателей различного инструмента необходимо использовать УПП заводского изготовления или самодельные. УПП применяются для увеличения срока эксплуатации инструмента. При запуске двигателя происходит резкое увеличение тока потребления в 7 раз. Из-за этого возможно подгорание статорных обмоток и износ механической части. УПП позволяют значительно снизить пусковой ток. При изготовлении УПП самостоятельно нужно соблюдать правила безопасности при работе с электричеством.

Электродвигатели и нагрузки — проблема?

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

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

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

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

Для чего нужен плавный пуск?

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

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

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

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

Видео: Плавный пуск, регулировка и защита колектор. двигателя

Варианты систем плавного пуска электродвигателей

Система «звезда-треугольник»

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

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

Видео: Подключение трёхфазного асинхронного электродвигателя звездой или треугольником

Электронная система плавного пуска электродвигателя

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

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

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

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

Однофазная схема пуска

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

Двухфазная схема пуска

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

Трехфазная схема пуска

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

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

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

Схема устройства плавного пуска электроинструмента.

Подробности Категория: Электроника в быту

Случающиеся иногда отказы ручного электроинструмента — шлифовальных машин, электрических дрелей и лобзиков зачастую бывают связаны с их большим пусковым током и значительными динамическими нагрузками на детали редукторов, возникающими при резком пуске двигателя.
Устройство плавного пуска коллекторного электродвигателя, описанное в , сложно по схеме, в нем имеется несколько прецизионных резисторов и оно требует кропотливого налаживания. Применив микросхему фазового регулятора КР1182ПМ1 , удалось изготовить немаловажно более простое устройство аналогичного назначения, не требующее налаживания. К нему можно без всякой доработки подключать любой ручной электроинструмент, питающийся от однофазной сети 220 В, 50 Гц. Пуск и остановка двигателя производятся выключателем электроинструмента, причем в его выключенном состоянии устройство ток не потребляет и может неограниченное пора оставаться подключенным к сети.

Схема предлагаемого устройства изображена на рисунке. Вилку ХР1 включают в сетевую розетку, а в розетку XS1 вставляют сетевую вилку электроинструмента. Можно установить и соединить параллельно несколько розеток для инструментов, работающих поочередно.
При замыкании цепи двигателя электроинструмента его собственным выключателем на фазовый регулятор DA1 поступает напряжение. Начинается зарядка конденсатора С2, напряжение на нем постепенно увеличивается. В результате задержка включения внутренних тиристоров регулятора, а с ними и симистора VSI в каждом последующем полупериоде сетевого напряжения уменьшается, что приводит к плавному нарастанию протекающего через мотор тока и, как следствие, подъему его оборотов. При указанной на схеме емкости конденсатора С2 разгон электродвигателя до максимальных оборотов занимает 2…2,5 с, что практически не создает задержки в работе, но полностью исключает тепловые и динамические удары в механизме инструмента.
После выключения двигателя конденсатор С2 разряжается через резистор R1. и через 2…З сек. все готово к повторному запуску. Заменив постоянный резистор R1 переменным, можно плавно регулировать отдаваемую в нагрузку мощность. Она снижается с уменьшением сопротивления.
Резистор R2 сдерживает ток управляющего электрода симистора, а конденсаторы С1 и СЗ — элементы типовой схемы включения фазового регулятора DA1.
Все резисторы и конденсаторы припаяны непосредственно к выводам микросхемы DA1. Вместе с ними она помещена в алюминиевый корпус от стартера люминесцентной лампы и залита эпоксидным компаундом. Наружу выведены лишь два провода, подключаемые к выводам симистора. Перед заливкой в нижней части корпуса просверлено отверстие, в которое вставлен резьбой наружу винт МЗ. Этим винтом узел закреплен на теплоотводе симистора VS1 площадью 100 см». Такая конструкция показала себя довольно надежной при эксплуатации в условиях повышенной влажности и запыленности.
Какого-либо налаживания устройство не требует. Симистор можно использовать любой, класса по напряжению не менее 4 (то есть с максимальным рабочим напряжением не менее 400 В) и с максимальным током 25 50 А. Благодаря плавному старту двигателя пусковой ток не превышает номинального. Запас необходим лишь на случай заклинивания инструмента.
Устройство испытано с электроинструментами мощностью до 2,2 кВт. Так как регулятор DA1 обеспечивает протекание тока в цепи управляющего электрода симистора VS1 в течение всей активной части полупериода, нет ограничения на минимальную мощность нагрузки. Автор подключал к изготовленному устройству более того электробритву «Харьков».
К. Мороз, г. Надым, ЯНАО
ЛИТЕРАТУРА
1. Бирюков С. Автомат плавного пуска коллекторных электродвигателей — Радио 1997, N*8. с 40 42
2. Немич А. Микросхема КР1182ПМ1 — фазовый регулятор мощности — Радио 1999, N» 7, с. 44-46.

Обычная розетка, если ее немного доработать, может продлить жизнь любому вашему инструменту — болгарке, циркулярной пиле, триммеру и т.п.

Все что для этого нужно — маленькая коробочка плавного пуска стоимостью около 200 рублей. Например такой марки как KRRQD12A.

Недостатки электроинструмента и срок службы

Общеизвестно, что далеко не всякий инструмент снабжен подобными схемами плавного пуска. В основном они идут в дорогих моделях известных брендов Bosch, Hilti, DeWalt. Причем как в сетевой линейке, так и в аккумуляторной.

Электроинструмент без такого устройства имеет кучу недостатков:

  • искрение якоря на коллекторе с выгоранием ламелей якоря
  • выгорание щеток и более быстрое их стачивание
  • чаще выходят из строя обмотки ротора и статора
  • токовый бросок в общую электросеть

  • удары шестерней друг о друга и более быстрое их срабатывание
  • опасный рывок при запуске, вырывающий инструмент из рук и повышающий травмоопасность

При работе с торцевой пилой имеющей ПП, диск не будет сбиваться с подготовленной точки реза. Что немаловажно для непрофессиональных столяров.

Если у вас на даче или в доме на начальном этапе строительства еще нет электроэнергии и вы пользуетесь генератором, то рано или поздно поймете, что без БПП (блока плавного пуска) с резкими начальными токами, генератор долго не протянет. Поэтому такая штука способна сберечь не только инструмент, но и аварийные источники питания.

Можно конечно самостоятельно встроить БПП во внутрь той же болгарки или торцовки, однако разбирать технику и ковыряться во внутренностях охота далеко не каждому.



Плюс ко всему прочему, вскрытие нового корпуса влечет за собой потерю гарантии. Поэтому лучшее применение для блока KRRQD12A — это внешнее подключение.

Только имейте в виду, подходит он для коллекторных двигателей. Для асинхронных нужен частотник с другими принципами регулирования.

Данная коробочка рассчитана на ток 12 Ампер.

Есть и более мощная модель на 20А.

Что характерно, габариты у них одинаковые, а разница в цене пару десятков рублей.

Казалось бы лучше взять ее, но для стандартной розетки в 16А более выгоден первый вариант. Не будет желания подключать более мощную нагрузку и тем самым подпалить все контакты.

Мастера самоделкины конечно собирают подобные схемки и своими руками, на основе тиристоров ВТА 12-600 или других, конденсаторов, динистора и парочки мелких резисторов. Примеров схем в интернете можно найти множество.

Но рядовому пользователю инструмента, гораздо проще все это купить в уже готовом компактном корпусе. Заказать подобный блок можно по ссылке отсюда.

Изготовление розетки плавного пуска

Самое главное требование для такой розетки — это ее мобильность. Поэтому вам понадобится переноска.

С помощью нее можно будет плавно запускать инструмент в любом месте — в гараже, на даче, при строительстве своего дома на разных участках стройплощадки.

Первым делом переноску нужно разобрать.

Основные провода питания в ней могут быть либо припаяны, либо подсоединены на винтовых зажимах.

В зависимости от этого, также будет происходить и подключение вашей дополнительной розетки. Это должна быть именно дополнительная розетка возле переноски, чтобы иметь возможность одновременно подключать инструмент в разных режимах.

Кстати, если вы по ошибке включите болгарку или циркулярку, имеющие заводской встроенный плавный пуск в розетку, также снабженной таким УПП, то на удивление все будет работать. Единственный момент — получится задержка запуска пилы или оборотов диска на пару секунд, что не очень удобно в работе и без привычки может озадачить.

Вот реальные испытания такого подключения, проведенные одним мастером с ютуб BaRmAgLoT777. Его комментарий после таких опробований на гравере типа Dremel, дреле Bosch, фрезере Makita, циркулярной пиле Интерскол:

Далее для сборки розетки берете многожильный медный провод сечением 2,5мм2 и зачищаете его концы.

После чего необходимо залудить контактную площадку на переноске, куда будет припаиваться этот провод.

Надежно припаиваете жилы кабеля к этим площадкам.

Аккуратно укладываете провода и закрываете удлинитель.

Берете квадратную наружную розетку для установки на внешней поверхности стен, и в ее корпус примеряете блок плавного пуска. Так как он имеет компактные прямоугольные размеры, то должен поместиться туда без особых проблем.

Монтируете и закрепляете корпус розетки на одной площадке с удлинителем.

Блочок ПП подключаете в разрыв любого провода, фазного или нулевого. Не перепутайте, на него не подается одновременно фаза и ноль, т.е. 220В.

Он устанавливается на какой-то один из проводов.

Также для этого БПП, нет никакой разницы с какой стороны сделать вход, а с какой выход. Скрутки пропаиваются и изолируются термоусадкой.

После чего, все внутренности розетки собираются в корпус и остается всю конструкцию закрыть крышкой.

На этом вся переделка переноски и изготовление розетки можно считать завершенной. По времени это займет у вас не более 15 минут.

Как сделать плавный пуск без переноски

Если не хотите собирать громоздкую конструкцию из отдельной переноски + дополнительной розетки к ней, данное устройство плавного запуска можно собрать в одной каучуковой розетке вот такой формы.

Называется она — розетка с защитной крышкой переносная — РБп13-1-0м.

Блок KRRQD12A в ней прекрасно умещается внутри и ничему не мешает.

Подключив к ней длинный кабель КГ с вилкой, получите готовую розетку с БПП, дополнительно играющую роль удлинителя.

С такой розеткой пыле влагозащищенного исполнения, можно спокойно работать на улице, не боясь дождя, снега и посторонних брызг воды.

В обоих случаях у вас получится компактное мобильное устройство плавного пуска, через которое вы сможете подключать любой инструмент с двигателем мощностью до 2,5кВт.

Конечно инструмент без такого ПП может и проживет много лет, если производитель в нем изначально заложил повышенный запас прочности. Примером могут служить советские дрели.

Многие из них передавались по наследству в рабочем состоянии. Но сегодня такой подход к инструменту далеко не у каждого производителя. Скорее даже наоборот, экономят на всех комплектующих, удешевляя производство.

И логика здесь проста — скорее сгорит, быстрее придут за новым. Ресурс 5-10 лет для одних считается хорошим сроком. Для других же это не приемлемо.

Инструментом мастер должен работать так, чтобы в нем приходилось только периодически менять щетки, смазку и не забывать чистить. С вышеприведенной розеткой это вполне может стать для вас реальностью.

Поделись с друзьями:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *