У всех кто пользуется болгаркой не один год, она ломалась. Поначалу каждый мастер пытался отремонтировать шлифовальную машинку сверкающую искрами самостоятельно, надеясь, что она заработает после замены щёток. Обычно после такой попытки, сломанный инструмент остается лежать на полке с прогоревшими обмотками. А на замену покупается новая болгарка.
Дрели, шуруповёрты, перфораторы, фрезеры в обязательном порядке оборудованы регулятором набора оборотов. Некоторые так называемые калибровочные шлифмашинки также снабжаются регулятором, а обычные болгарки имеют только кнопку включения.
Маломощные болгарки производители не усложняют дополнительными схемами преднамеренно, ведь такой электроинструмент должен стоить дешево. Понятно конечно, что срок службы недорого инструмента всегда короче, чем у более дорогого профессионального.
Самую простую болгарку можно модернизировать, так что у неё перестанут повреждаться редуктор и обмоточные провода якоря. Эти неприятности преимущественно происходят при резком, другими словами, ударном пуске болгарки.
Вся модернизация заключается всего лишь в сборке электронной схемы и закреплении её в коробке. В отдельном коробке, потому что в ручке шлифмашинки очень мало места.
Проверенная, рабочая схема выложена ниже. Она первоначально предназначалась для регулировки накала ламп, то есть для работы на активную нагрузку. Её главное достоинство? простота.
- Изюминкой устройства плавного пуска, принципиальную схему которого вы видите, является микросхема К1182ПМ1Р. Эта микросхема узкоспециализированная, отечественного производства.
- Время разгона можно увеличить, выбрав конденсатор С3 большей емкости. Во время заряжания этого конденсатора, электродвигатель набирает обороты до максимума.
- Не нужно ставить взамен резистора R1 переменное сопротивление. Резистор сопротивлением 68 кОм оптимально подобран для этой схемы. При такой настройке можно плавно запустить болгарку мощностью от 600 до 1500 Вт.
- Если собираетесь собрать регулятор мощности, тогда нужно заменить резистор R1 переменным сопротивлением. Сопротивление в 100 кОм, и больше, не занижает напряжение на выходе. Замкнув ножки микросхемы накоротко, можно вовсе выключить подключенную болгарку.
- Вставив в силовую цепь семистор VS1 типа ТС-122-25, то есть на 25А, можно плавно запускать практически любую доступную в продаже шлифмашинку, мощностью от 600 до 2700 Вт. И остается большой запас по мощности на случай заклинивания шлифмашинки. Для подключения болгарок мощностью до 1500 Вт, достаточно импортных семисторов BT139, BT140. Эти менее мощные электронные ключи дешевле.
Семистор в приведенной выше схеме полностью не открывается, он отрезает около 15В сетевого напряжения. Такое падения напряжения никак не сказывается на работе болгарки. Но при нагреве семистора, обороты подключенного инструмента сильно снижаются. Эта проблема решается установкой радиатора.
У этой простой схемы есть ещё один недостаток – несовместимость её с установленным в инструмент регулятором оборотов.
Собранную схему нужно запрятать в коробок из пластмассы. Корпус из изоляционного материала важен, ведь нужно обезопасить себя от сетевого напряжения. В магазине электротоваров можно купить распределительную коробку.
К коробке прикручивается розетка и подключается кабель с вилкой, что делает эту конструкцию внешне похожей на удлинитель.
Если позволяет опыт и есть желание, можно собрать более сложную схему плавного пуска. Приведенная ниже принципиальная схема является стандартной для модуля XS–12. Этот модуль устанавливается в электроинструмент при заводском производстве.
Если нужно менять обороты подключенного электродвигателя, тогда схема усложняется: устанавливается подстроечный, на 100 кОм, и регулировочный резистор на 50 кОм. А можно просто и грубо внедрить переменник на 470 кОм между резистором 47 кОм и диодом.
Параллельно конденсатору С2 желательно подсоединить резистор сопротивлением 1 МОм (на приведенной ниже схеме он не показан).
Напряжение питания микросхемы LM358 находится в пределах от 5 до 35В. Напряжение в цепи питания не превышает 25В. Поэтому можно обойтись и без дополнительно стабилитрона DZ.
Какую бы вы схему плавного пуска ни собрали, никогда не включайте подключенный к ней инструмент под нагрузкой. Любой плавный пуск можно сжечь, если торопиться. Подождите пока болгарка раскрутиться, а затем работайте.
Ремонт стиральной машины своими руками Ремонт трансформаторов с заваренными сердечниками. Аккумулятор из литий ионных батареек своими руками: как правильно заряжать
Устройство плавного пуска ABB PSR-25-600
Всем привет! Сегодня будет статья, в которой показан реальный пример использования устройства плавного пуска (мягкого пускателя) на практике. Плавный пуск электродвигателя установлен мною на реальном устройстве, приводятся фото и схемы.
Что это за устройство, я ранее подробно рассказывал . Напоминаю, что мягкий пускатель и устройство плавного пуска суть одно и то же устройство. Названия эти берутся от английского Soft Starter. В статье я буду называть этот блок и так, и эдак, привыкайте). Информации по устройствам плавного пуска в интернете достаточно, рекомендую также почитать .
Моё мнение по пуску асинхронных двигателей, подтвержденное многолетними наблюдениями и практикой. При мощности двигателя более 4 кВт стоит подумать, чтобы обеспечить плавный разгон двигателя. Это нужно при тяжелой, инерционной нагрузке, которая как раз и подключается на вал такого двигателя. Если двигатель используется с редуктором, то ситуация полегче.
Простейший и самый дешевый вариант плавного пуска – вариант с включением двигателя через схему “Звезда-Треугольник”. Более “плавные” и гибкие варианты – устройство плавного пуска и преобразователь частоты (в народе – “частотник”). Есть ещё древний способ, который уже почти не применяется – .
Кстати, верный признак того, что двигатель питается через частотник – хорошо слышимый писк с частотой около 8 кГц, особенно на низких оборотах.
Я уже использовал устройство плавного пуска от Schneider Electric, был такой положительный опыт в моей деятельности. Тогда нужно было плавно включать/выключать длинный круговой конвейер с заготовками (двигатель 2,2 кВт с редуктором). Жаль, что фотоаппарата тогда не было под рукой. Но в этот раз всё рассмотрим очень детально!
Зачем понадобился плавный пуск двигателя
Итак, проблема - на котельной есть насосы подпитки котла водой. Всего два насоса, и включаются они по команде от системы слежения за уровнем воды в котле. Одновременно может работать только один насос, выбор насоса осуществляет оператор котельной путем переключения водяных кранов и электрических переключателей.
Насосы приводятся в действие обычными асинхронными двигателями. Асинхронные двигатели 7,5 кВт через обычные контакторы (). А поскольку мощность большая, то пуск очень жесткий. Каждый раз при пуске возникает ощутимый гидроудар. Портятся и сами двигатели, и насосы, и гидросистема. Иногда такое ощущение, что трубы и краны сейчас разлетятся вдребезги.
Кроме того, когда котёл остывший, и в него резко подается горячая вода (так надо по технологии, около 95 °С), то происходят неприятные явления, напоминающие взрывообразное бурление.
Всего на котельной два идентичных котла, но во втором установлены частотники на насосы. Котлы (точнее, парогенераторы) вырабатывают пар с температурой более 115 °С и давлением до 14 кгс/см2.
Жаль, что конструкцией котла в электросхеме не предусмотрено было плавное включение двигателей насоса. Хотя котлы итальянские, на этом было решено сэкономить…
Повторюсь, что для плавного включения асинхронных двигателей мы имеем на выбор такие варианты:
- схема «звезда-треугольник»
- система плавного пуска (мягкий пуск)
- частотный преобразователь (инвертор)
В данном случае необходимо было выбрать тот вариант, при котором бы было минимальное вмешательство в рабочую схему управления котлом.
Дело в том, что любые изменения в работе котла должны быть обязательно согласованы с производителем котла (либо сертифицированной организацией) и с надзорной организацией. Поэтому изменения должны быть внесены незаметно и без лишнего шума. Хотя, в систему безопасности я не вмешиваюсь, поэтому тут не так строго.
Мои постоянные читатели знают, что теперь, после , я имею полное право выполнять работы по КИПиА в котельной.
Выбор устройства плавного пуска
Для начала посмотрим на шильдик двигателя:
Мощность двигателя – 7,5 кВт, обмотки соединены в схему “треугольник”, номинальный потребляемый при этом ток – 14,7А.
Вот как выглядела система пуска (“жёсткая”):
Напоминаю, что у нас два двигателя, и запускаются они контакторами 07КМ1 и 07КМ2. Контакторы снабжены блоками дополнительных контактов – для индикации и контроля включения.
В качестве альтернативы было выбрано устройство плавного пуска ABB PSR-25-600. Его максимальный ток – 25 Ампер, так что запас у нас хороший. Особенно, если учесть, что работать придётся в тяжелых условиях – количество пусков/стопов, высокая температура. Фото – в начале статьи.
Вот наклейка на софтстартере с параметрами:
А что там свежего в группе ВК СамЭлектрик.ру ?
Подписывайся, и читай статью дальше:
Soft Starter ABB PSR-25-600 – параметры
- FLA – Full Load Amps – значение силы тока при полной нагрузке – почти 25А,
- Uc – рабочее напряжение,
- Us – напряжение цепи управления.
Установка софтстартера
Примерил для начала:
По высоте подходит один в один, по ширине тоже, только длина чуть больше, но место есть.
Теперь вопрос по цепям управления. Контакторы в исходной схеме включались напряжением 24 VAC, а наши АББ управляются напряжением минимум 100 VAC. Налицо необходимость промежуточного реле либо изменения напряжения питания цепи управления.
Однако, на официальном сайте ABB я нашёл схему, где показано, что это устройство способно работать и при 24 VAC. Попытал счастья – не получилось, не запускается…
Что же, ставим промежуточное реле, которое приводит напряжение к нужному уровню:
Вот с другого ракурса:
Вот и всё. Промежуточные реле обозвал 07КМ11 и 07КМ21. Кстати, они также нужны и для дополнительных цепей. Через них включаются индикаторы, и сухие контакты для внешнего устройства (пока не используются, в старой схеме – оранжевые провода).
Когда хотел управление использовать напрямую, без реле (24 VAC), планировал индикаторы включения пустить через контакты Com – Run, которые теперь остались неиспользованные.
Схемы плавного пуска
Вот исходная схема.
А вот как нехитро я изменил схему:
По настройкам – коротко. Тут три регулировки – время разгона, время замедления, и начальное напряжение.
Можно было бы использовать одно устройство плавного пуска, и контакторы выбора двигателя (переключать одно устройство на два двигателя). Но это усложнит и сильно изменит схему, и понизит надежность. Что для такого стратегического объекта, как котельная, очень важно.
Осциллограммы напряжения
Орешек знанья твёрд, но всё же
мы не привыкли отступать!
Нам расколоть его поможет
киножурнал «Хочу всё знать!»
Собрать схему отверткой всякий может. А для тех, кто хочет увидеть напряжение и понять, какие реальные процессы происходят, без осциллографа не обойтись. Публикую осциллограммы на выходе 2Т1 устройства плавного пуска.
Не правда ли, логическая нестыковка – двигатель выключен, а напряжение на нём есть?! Это особенность некоторых устройств мягкого пуска. Неприятная и опасная. Да, на двигателе есть напряжение 220В, даже когда он стоит.
Дело в том, что управление происходит только по двум фазам, а третья (L3 – T3) подключена к двигателю напрямую. А так как тока нет, то на всех выходах устройства действует напряжение фазы L3, которое проходит через обмотки двигателя. Та же ерунда бывает и в трехфазных твердотельных реле, .
Будьте осторожны! При обслуживании двигателя, подключенного к устройству мягкого пуска, отключайте вводные автоматы, и проверяйте отсутствие напряжения!
Поскольку нагрузка индуктивная, то синусоида не только режется на куски, но и сильно искажается.
Помеха прёт, и это надо учитывать – возможны сбои в работе контроллеров и другой слаботочки. Чтобы это влияние уменьшить, надо разносить и экранировать цепи, устанавливать дроссели на входе, и др.
Фото сделано да пару секунд до того, как включился внутренний контактор (байпас), который подал полное напряжение на двигатель.
Фото корпуса
Ещё небольшой бонус – несколько фото внешнего вида устройства плавного пуска ABB PSR-25-600.
ABB PSR-25-600 – вид снизу
Опция – разъем и крепления для подключения вентилятора охлаждения, в случае больших нагрузок
ABB PSR-25-600 – входные силовые клеммы и клеммы питания и управления.
Пока всё, вопросы и критика в комментариях по плавному пуску электродвигателей приветствуются!
С майскими праздниками!
- асинхронные,
- коллекторные;
- синхронные.
Любой из перечисленных движков является частью электропривода, который предназначен для его связи с полезной нагрузкой. В зависимости от того, какая это нагрузка, электродвигатель отключается и затем снова запускается. Далее более подробно расскажем о том, что происходит при пуске электродвигателя и как оптимизировать этот процесс.
Что происходит при пуске асинхронного двигателя
Для понимания того, какое устройство применить для плавного пуска электродвигателя, надо знать принцип его работы. Самые распространенные двигатели – асинхронные с короткозамкнутым ротором. Их простая конструкция и соответствующая надежность и обусловили популярность этих электрических машин. Хотя ротор вращается, и его форма оптимизирована под этот процесс, он – не что иное, как вторичная обмотка трансформатора.
А, как известно, если в первичной обмотке течет ток, то в ее сердечнике появляется электромагнитное поле. Перечисленные функции в асинхронном движке выполняет статор. Его магнитное поле, которое, в отличие от трансформатора, вращается вокруг ротора, индуцирует в нем токи, связанные с этим вращением. И чем больше разница скоростей поля и ротора, тем больше ток в последнем. Ведь ротор – это обмотка, замкнутая накоротко. А раз существует трансформаторная связь, значит, токи в обмотках зависимы прямо пропорционально.
Теперь перечислим условия, которые существуют при пуске асинхронного двигателя, питающегося от промышленной сети. Сначала рассмотрим трехфазный вариант:
- неизменное напряжение;
- неизменная частота;
- ротор в состоянии покоя.
Присоединение асинхронного движка к электросети мгновенно создает вращающееся магнитное поле. При этом разница скоростей его и ротора (так называемое скольжение, выражаемое в процентах от скорости вращения электромагнитного поля статора) получается максимальной. И, как следствие этого, – как бы режим короткого замыкания трансформатора. Если мощность движка велика, пусковые токи получаются на уровне тех, что для трансформаторов аналогичной электрической мощности считаются аварийными.
Какое устройство применить для их ограничения, вполне понятно. Оно должно:
- либо уменьшить величину напряжения на обмотках статора на время разгона ротора;
- либо раскрутить ротор до присоединения статора к электросети.
- Также можно внести конструктивные изменения в асинхронный двигатель.
Переключение схемы обмоток
Привести в движение ротор можно лишь в определенных электроприводах. По этой причине такой способ не является типичным. Остаются два, первый из которых наиболее широко используется. Но получить падение напряжения без потерь не так просто. В трехфазной цепи это можно сделать переключением с треугольника на звезду и обратно. Линейное напряжение, приложенное к обмоткам статора движка, обеспечивает в рабочем режиме его более высокую эффективность. Но и пусковой ток в схеме треугольника получается больше.
Поэтому переключение на схему звезда позволяет заметно снизить пусковой ток асинхронного двигателя. Это самый простой способ относительно плавного пуска. В нем применено минимальное число дополнительных элементов, поскольку падение напряжения создается возможностями самой трехфазной электросети. Этими элементами являются коммутаторы, а сама схема показана далее. Но такая простая схема применима лишь в трехфазной сети. В однофазном варианте нет действующего напряжения более низкого, чем фазное.
Использование резисторов
Чтобы получить максимально плавный разгон движка, необходимо использовать элементы, которые обеспечивают соответствующее падение напряжения. С этой целью применяются:
- резисторы;
- дроссели (реакторы);
- автотрансформаторы;
- магнитные усилители.
Эти способы годятся как для трехфазной, так и для однофазной сети. В любом случае придется задействовать коммутаторы, поскольку в определенный момент потребуется присоединить движок к сети напрямую. Схема с резисторами получается наиболее компактной. Однако по мере увеличения мощности движка соответственно увеличивается и мощность пусковых резисторов. Учитывая обстоятельство их нагревания, время пуска должно быть в пределах их допустимого температурного диапазона. Иначе от перегрева резисторы придут в негодность. Схема плавного пуска на резисторах показана далее.
Использование индуктивностей
Если клонировать схему, можно получить плавный пуск, используя несколько групп резисторов, соединенных параллельно, что облегчит их температурную нагрузку. Но увеличение времени плавного пуска будет сопровождаться увеличением потерь энергии в этих резисторах. По этой причине вместо резисторов применяются индуктивные элементы. В простейшем случае это дроссели. Это более громоздкое и дорогостоящее решение, но ради снижения потерь энергии из-за частых повторных пусков движков приходится его применять. Внешний вид реактора для мощного асинхронного движка представлен ниже.
Если индуктивность, используемую при запуске, выполнить в виде автотрансформатора с подвижным контактом, перемещающимся по виткам обмотки, можно либо оптимально отлаживать процесс пуска, либо управлять им, перемещая подвижный контакт. Недостатком этого варианта будет неизбежное искрение в механическом контакте. По этой причине он применим лишь при сравнительно малых мощностях движков. Схемы устройств плавного пуска с реакторами и автотрансформаторами показаны далее.
Схемы плавного пуска:
а) с реакторами;
б) с автотрансформаторами.
1, 2 и 3 – коммутаторы, управляющие переключением
Для плавного пуска без недостатков, присущих автотрансформаторам с их подвижным контактом, используются магнитные усилители. В них применено подмагничивание, которое позволяет изменять величину индуктивного сопротивления. Конструкция магнитных усилителей довольно-таки разнообразна. Но их главное преимущество – это малый ток и, соответственно, мощность, используемая для управления. В них нет регулировочных контактов, по которым текут большие токи. Одна из схем показана далее.
Двигатель с фазным ротором
Все рассмотренные устройства плавного пуска асинхронного электродвигателя задействованы на стороне его статора. Но когда постоянные повторные включения являются для движка нормальным рабочим процессом, его конструкцию изменяют, делая ротор фазным. Такое конструктивное решение дает возможность более эффективно регулировать токи, возникающие при разгоне двигателя. Конструкция и рекомендации по эксплуатации устройства плавного пуска движка с фазным ротором показаны ниже:
Применение полупроводниковых ключей
Все перечисленные устройства плавного пуска применяются уже много лет. У них имеется важное свойство, которое ставит их как бы вне конкуренции. У этих устройств нет электрических параметров, превышение которых приводит к исчезновению сопротивления (пробою). Следовательно, они наиболее надежны, хотя и морально устарели. Современные устройства плавного пуска используют управляемые полупроводниковые ключи (тиристоры и транзисторы). Это так называемое широтно-импульсное регулирование.
Ключ отсекает часть синусоидального напряжения по времени. В результате среднее значение напряжения можно изменить от нуля и до действующего 220 В. Следовательно, полупроводниковый ключ обеспечивает наиболее эффективный вариант для создания устройства плавного пуска электродвигателя. Но при этом ключ подвержен как тепловому пробою, так и аналогичному воздействию из-за превышения амплитуд напряжения и тока. Поэтому ключ должен эффективно охлаждаться и выбираться соответственно условиям эксплуатации движка.
Устройства с широтно-импульсным регулированием применимы в любой сети, независимо от числа фаз. Одна из таких схем показана ниже. Контакты после разгона ротора замыкаются и предохраняют ключи от повреждения скачками тока и напряжения.
Плавный пуск коллекторных электродвигателей
Несмотря на принципиальные отличия конструкции в сравнении с асинхронными, пуск коллекторных движков также сопровождается большим током якоря, который является ротором. По сути, это сборка из дросселей с последовательной коммутацией каждого из них. Чем дольше экспозиция напряжения на ламелях коллектора, что и получается сразу после включения и подачи напряжения, тем сильнее намагничивание сердечника и больше величина, которой ток успевает достичь.
При исполнении статора в виде постоянного магнита источник питания необходим лишь якорю. Но в таком случае его напряжение может быть только постоянным. Устройство плавного пуска, питаемое этим источником, делается только на элементах, способных создать падение постоянного напряжения.
Этими элементами являются:
- резисторы,
- транзисторы,
- запираемые тиристоры.
Если статор выполнен как электромагнит, значит, возможна работа движка на переменном напряжении. При упомянутом для коллекторных движков подходят те же проверенные временем устройства плавного пуска, которые применимы для однофазных асинхронных двигателей:
- резисторы (реостаты);
- дроссели (реакторы);
- автотрансформаторы;
- магнитные усилители.
А также современные технические решения, основанные на полупроводниковых ключах. Их изображения аналогичны уже показанным выше.
При наличии электромагнитного возбуждения обмотка может соединяться с якорем либо последовательно, либо параллельно. Последовательное соединение безопасно, поскольку в электрической цепи течет общий электрический ток. Ее разрыв или присоединение к источнику питания вызывает одновременное изменение тока в обмотках движка. Но при параллельном соединении возможны варианты развития событий.
Если при подаче напряжения на движок обмотка возбуждения окажется обесточенной, а якорь запитан, появятся условия для явления, именуемого разносом двигателя. При этом ротор, стремясь притянуться к железу статора, поворачивается и разгоняется все быстрее и быстрее. Если к валу не приложен нагрузочный момент, по величине больший, чем создаваемый ротором, разгон может продолжаться до разрушения ротора. Для защиты от разноса необходимо, чтобы:
- двигатель оставался хотя бы частично нагруженным;
- имел специальные конструктивные элементы;
- устройство плавного пуска гарантированно предотвращало этот процесс.
Плавный пуск синхронного двигателя
Синхронные движки, работающие от электросети с любым числом фаз, разгоняются как асинхронные, с использованием скольжения. Затем, превращая ротор в магнит, независимый от статора, происходит выравнивание скоростей вращения поля статора и ротора. По этой причине устройства плавного пуска, применяемые для синхронных двигателей, те же самые, что и для асинхронных. Некоторые отличительные детали, зависящие от питания ротора, можно видеть далее на изображении:
Выводы
В общем устройства плавного пуска всех типов электрических движков аналогичны и основаны на одних и тех же схемах и элементах. Выбор надо делать для конкретных условий, исходя в первую очередь из мощности двигателя. Но современные полупроводниковые ключи позволяют обеспечить в широком диапазоне мощностей наилучшие параметры плавного пуска. Поэтому имеет смысл остановить выбор в первую очередь на них.
Кому хочется напрягаться, тратить свои деньги и время на переоборудование устройств и механизмов, которые и так прекрасно работают? Как показывает практика – многим. Хоть и не каждый в жизни сталкивается с промышленным оборудованием, оснащённым мощными электродвигателями, но, постоянно встречается пусть с не столь прожорливыми и мощными, электромоторами в быту. Ну а лифтом, наверняка, пользовался каждый.
Электродвигатели и нагрузки - проблема?
Дело в том, что фактически любые электродвигатели, в момент пуска или остановки ротора, испытывают огромные нагрузки. Чем мощнее двигатель и оборудование, приводимое им в движение, тем грандиозней затраты на его запуск.
Наверное, самая значительная нагрузка, приходящаяся на двигатель в момент пуска, это многократное, хоть и кратковременное, превышение номинального рабочего тока агрегата. Уже через несколько секунд работы, когда электромотор выйдет на свои штатные обороты, ток, потребляемый им, тоже вернётся к нормальному уровню. Для обеспечения необходимого электроснабжения приходиться наращивать мощность электрооборудования и токопроводящих магистралей , что приводит к их подорожанию.
При запуске мощного электродвигателя, из-за его большого потребления, происходит «просадка» напряжения питания, которая может привести к сбоям или выходу из строя оборудования, запитанного с ним от одной линии. Ко всему прочему, снижается срок службы аппаратуры электроснабжения.
При возникновении нештатных ситуаций, повлёкших перегорание двигателя или его сильный перегрев, свойства трансформаторной стали могут измениться настолько, что после ремонта двигатель потеряет до тридцати процентов мощности. При таких обстоятельствах, к дальнейшей эксплуатации он уже непригоден и требует замены, что тоже недешево.
Для чего нужен плавный пуск?
Казалось бы, все правильно, да и оборудование на это рассчитано. Вот только всегда есть «но». В нашем случае их несколько:
- в момент запуска электродвигателя, ток питания может превышать номинальный в четыре с половиной-пять раз, что приводит к значительному нагреву обмоток, а это не очень хорошо;
- старт двигателя прямым включением приводит к рывкам, которые в первую очередь влияют на плотность тех же обмоток, увеличивая трение проводников во время работы, ускоряет разрушение их изоляции и, со временем, может привести к межвитковому замыканию;
- вышеупомянутые рывки и вибрация передаются на весь приводимый в движение агрегат. Это уже совсем нездорово, потому что может привести к повреждению его движущихся элементов : систем зубчатых передач, приводных ремней, конвейерных лент или просто представьте себя едущим в дёргающемся лифте. В случае насосов и вентиляторов - это риск деформации и разрушения турбин и лопастей;
- не стоит также забывать об изделиях, возможно находящихся на производственной линии. Они могут упасть, рассыпаться или разбиться из-за такого рывка;
- ну, и наверно, последний из моментов, заслуживающих внимание - стоимость эксплуатации такого оборудования. Речь идёт не только о дорогостоящих ремонтах, связанных с частыми критическими нагрузками, но и об ощутимом количестве не эффективно израсходованной электроэнергии.
Казалось бы, все вышеперечисленные сложности эксплуатации присущи лишь мощному и громоздкому промышленному оборудованию, однако, это не так. Все это может стать головной болью любого среднестатистического обывателя. В первую очередь это касается электроинструмента.
Специфика применения таких агрегатов, как электролобзики, дрели, болгарки и им подобных, предполагают многократные циклы запуска и остановки, в течение относительно небольшого промежутка времени. Такой режим эксплуатации, в той же мере, влияет на их долговечность и энергопотребление, как и у их промышленных собратьев. При всем этом не стоит забывать, что системы плавного запуска не могут регулировать рабочие обороты мотора или реверсировать их направление. Также невозможно увеличить пусковой момент или снизить ток ниже, чем требуется для начала вращения ротора электродвигателя.
Видео: Плавный пуск, регулировка и защита колектор. двигателя
Варианты систем плавного пуска электродвигателей
Система «звезда-треугольник»
Одна из наиболее широко применяемых систем запуска промышленных асинхронных двигателей. Основным её преимуществом является простота. Двигатель запускается при коммутации обмоток системы «звезда», после чего, при наборе штатных оборотов, автоматически переключается на коммутацию «треугольник». Такой вариант старта позволяет добиться тока почти на треть ниже
, чем при прямом запуске электромотора.
Однако, этот способ не подойдёт для механизмов с небольшой инерцией вращения. К таким, к примеру, относятся вентиляторы и небольшие насосы, из-за малых размеров и массы их турбин. В момент перехода с конфигурации «звезда» на «треугольник», они резко снизят обороты или вовсе остановятся. В результате после переключения, электродвигатель по сути, запускается заново. То есть в конечном счёте вы не добьётесь не только экономии ресурса двигателя, но и, вероятнее всего, получите перерасход электроэнергии.
Видео: Подключение трёхфазного асинхронного электродвигателя звездой или треугольником
Электронная система плавного пуска электродвигателя
Плавный пуск двигателя может быть произведён с помощью симисторов, включённых в цепи управления. Существует три схемы такого включения: однофазные, двухфазные и трехфазные. Каждая из них отличается своими функциональными возможностями и конечной стоимостью соответственно.
С помощью таких схем, обычно, удаётся снизить пусковой ток до двух–трёх номинальных. Кроме этого, удаётся снизить существенный нагрев, присущий вышеупомянутой системе «звезда-треугольник», что способствует увеличению срока службы электродвигателей. Благодаря тому, что управление запуска двигателя происходит за счёт снижения напряжения, разгон ротора осуществляется плавно, а не скачкообразно, как у других схем.
В целом, на системы плавного пуска двигателя возлагаются несколько ключевых задач:
- основная – понижение пускового тока до трёх–четырёх номинальных;
- снижение напряжения питания двигателя, при наличии соответствующих мощностей и проводки;
- улучшение параметров пуска и торможения;
- аварийная защита сети от перегрузок по току.
Однофазная схема пуска
Данная схема предназначена для запуска электродвигателей мощностью не более одиннадцати киловатт. Применяют такой вариант в том случае, если требуется смягчить удар при запуске, а торможение, плавный пуск и понижение пускового тока не имеют значения. В первую очередь из-за невозможности организации последних, в такой схеме. Но по причине удешевления производства полупроводников, в том числе и симисторов, они сняты с производства и редко встречаются;
Двухфазная схема пуска
Такая схема предназначена для регулирования и пуска двигателей мощностью до двухсот пятидесяти ватт. Такие системы плавного пуска иногда комплектуют обходным контактором для удешевления прибора, однако, это не решает проблемы несимметричности питания фаз, что может привести к перегреву;
Трехфазная схема пуска
Эта схема является наиболее надёжной и универсальной системой плавного пуска электродвигателей. Максимальная мощность, управляемых таким устройством двигателей, ограничена исключительно максимальной температурной и электрической выносливостью применённых симисторов. Его универсальность позволяет реализовать массу функций , таких как: динамический тормоз, подхват обратного хода или балансировку ограничения магнитного поля и тока.
Важным элементом последней, из упомянутых схем, является обходной контактор, о котором говорилось раньше. Он позволяет обеспечить правильный тепловой режим системы плавного пуска электродвигателя
, после выхода двигателя на штатные рабочие обороты, предотвращая его перегрев.
Существующие на сегодняшний день устройства плавного пуска электродвигателей, помимо приведённых выше свойств, рассчитаны на их совместную работу с различными контроллерами и системами автоматизации. Имеют возможность включения по команде оператора или глобальной системы управления. При таких обстоятельствах, в момент включения нагрузок, возможно появление помех, могущих привести к сбоям в работе автоматики, а следовательно, стоит озаботиться системами защиты. Использование схем плавного пуска, способно значительно уменьшить их влияние.
Плавный пуск своими руками
Большинство перечисленных выше систем фактически неприменимы в бытовых условиях. В первую очередь по той причине, что дома мы крайне редко используем трехфазные асинхронные двигатели. Зато коллекторных однофазных моторов - хоть отбавляй.
Существует немало схем устройства плавного запуска двигателей. Выбор конкретной зависит исключительно от вас, но в принципе, имея определённые знания радиотехники, умелые руки и желание, вполне можно собрать приличный самодельный пускатель , который продлит жизнь вашего электроинструмента и бытовой техники на долгие годы.
Электродвигатели – самые распространенные в мире электрические машины. Ни одно промышленное предприятие, ни один технологический процесс без них не обходится. Вращение вентиляторов, насосов, перемещение лент конвейеров, движение кранов – вот неполный, но уже весомый перечень задач, решаемых с помощью двигателей.
Однако есть один нюанс работы всех без исключения электромоторов: в момент старта они кратковременно потребляют большой ток, называемый пусковым.
При подаче напряжения на обмотку статора скорость вращения ротора равна нулю. Ротор нужно стронуть с места и раскрутить до номинального частоты вращения. На это тратится значительно большая энергия, чем та, что нужна для номинального режима работы.
Под нагрузкой пусковые токи больше, чем на холостом ходу. К весу ротора прибавляется механическое сопротивление вращению от приводимого двигателем в движение механизма. На практике влияние этого фактора стремятся минимизировать. Например, у мощных вентиляторов на момент запуска автоматически закрываются шиберы в воздуховодах.
В момент протекания пускового тока из сети потребляется значительная мощность, расходуемая на выведение электродвигателя на номинальный режим работы. Чем мощнее электромотор, тем большая мощность для разгона ему требуется. Не все электрические сети переносят этот режим без последствий.
Перегрузка питающих линий неизбежно приводит к снижению напряжения в сети. Это не только еще более затрудняет процесс запуска электродвигателей, но и влияет на других потребителей.
Да и сами электродвигатели во время пусковых процессов испытывают повышенные механические и электрические нагрузки. Механические связаны с увеличением вращающего момента на валу. Электрические же, связанные с кратковременным увеличением тока, воздействуют на изоляцию обмоток статора и ротора, контактные соединения и пусковую аппаратуру.
Методы снижения пусковых токов
Маломощные электромоторы с недорогой пускорегулирующей аппаратурой вполне достойно запускаются и без применения каких-либо средств. Снижать их пусковые токи или изменять частоту вращения нецелесообразно экономически.
Но, когда влияние на режим работы сети в процессе запуска оказывается существенным, пусковые токи требуют снижения. Этого добиваются за счет:
- применения электродвигателей с фазным ротором;
- использование схемы для переключения обмоток со звезды на треугольник;
- использование устройств плавного пуска;
- использование частотных преобразователей.
Для каждого механизма подходит один или несколько указанных методов.
Электродвигатели с фазным ротором
Применение асинхронных электродвигателей с фазным ротором на участках работы с тяжелыми условиями труда – самая древняя форма снижения пусковых токов. Без них невозможна работа электрифицированных кранов, экскаваторов, а также – дробилок, грохотов, мельниц, редко запускающихся при отсутствии продукции в приводимом механизме.
Снижение пускового тока достигается за счет поэтапного вывода из цепи ротора резисторов. Первоначально, в момент подачи напряжения, к ротору подключено максимально возможное сопротивление. По мере разгона реле времени один за другим включают контакторы, шунтирующие отдельные резистивные секции. В конце разгона добавочное сопротивление, включенное к цепи ротора, равно нулю.
Крановые двигатели не имеют автоматического переключения ступеней с резисторами. Это происходит по воле крановщика, передвигающего рычаги управления.
Переключение схемы соединения обмоток статора
В брно (блок распределения начала обмоток) любого трехфазного электромотора выведено 6 выводов от обмоток всех фаз. Таким образом, их можно соединить либо в звезду, либо в треугольник.
За счет этого достигается некоторая универсальность применения асинхронных электродвигателей. Схема включения звездой рассчитывается на большую ступень напряжения (например, 660В), треугольником – на меньшую (в данном примере – 380В).
Но при номинальном напряжении питания, соответствующем схеме с треугольником, можно воспользоваться схемой со звездой для предварительного разгона электромотора. При этом обмотка работает на пониженном напряжении питания (380В вместо 660), и пусковой ток снижается.
Для управления процессом переключения потребуется дополнительный кабель в брно электродвигателя, так как задействуются все 6 выводов обмоток. Устанавливаются дополнительные пускатели и реле времени для управления их работой.
Частотные преобразователи
Первые два метода можно применить не везде. А вот последующие, ставшие доступными относительно недавно, позволяют осуществить плавный пуск любого асинхронного электродвигателя.
Частотный преобразователь – сложное полупроводниковое устройство, сочетающее силовую электронику и элементы микропроцессорной техники. Силовая часть выпрямляет и сглаживает сетевое напряжение, превращая его в постоянное. Выходная часть из этого напряжения формирует синусоидальное с изменяемой частотой от нуля до номинального значения – 50 Гц.
За счет этого достигается экономия электроэнергии: приводимые во вращение агрегаты не работают с избыточной производительностью, находясь в строго требуемом режиме. К тому же технологический процесс получает возможность тонко настраиваться.
Но важное в спектре рассматриваемой проблемы: частотные преобразователи позволяют осуществлять плавный пуск электродвигателя, без толчков и рывков. Пусковой ток полностью отсутствует.
Устройства плавного пуска
Устройство плавного пуска электродвигателя – это тот же частотный преобразователь, но с ограниченным функционалом. Работает он только при разгоне электродвигателя, плавно изменяя скорость его вращения от минимально заданного значения до номинальной.
Чтобы исключить бесполезную работу устройства по окончании разгона электродвигателя, рядом устанавливается шунтирующий контактор. Он подключает электродвигатель напрямую к сети после завершения запуска.
При выполнении модернизации оборудования – это самый простой метод. Он зачастую может быть реализован своими руками, без привлечения узкопрофильных специалистов. Устройство устанавливается на место магнитного пускателя, управляющего пуском электромотора. Может потребоваться замена кабеля на экранированный. Затем в память устройства вносятся параметры электромотора, и оно готово к действию.
А вот с полноценными частотными преобразователями справиться самостоятельно по силам не каждому. Поэтому их применение в единичных экземплярах обычно лишено смысла. Установка частотных преобразователей оправдана лишь при проведении общей модернизации электрооборудования предприятия.
