Устройство плавного пуска электродвигателя. Пример применения
Владельцы ручного электроинструмента, как любители так и профессионалы, часто сталкиваются с его поломками. Не всегда это происходит по вине пользователя. Есть особенности, из-за которых это происходит вне зависимости от внешних факторов. Это зависит от технического совершенства изделия, его цены и области применения. Значительной части неисправностей можно избежать даже при использовании недорогих электроинструментов, если выполнить их несложную доработку, например, сделать плавный пуск.
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 включаются через обычные контакторы (магнитными пускателями). 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 (более 95 °С), то происходят неприятные явления, напоминающие взрывообразное бурление. Бывает и наоборот, воду с температурой 100 °С можно назвать холодной – когда в котле находится сухой пар с температурой почти 200 °С. В этом случае тоже происходят вредные гидроудары.
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 сдачи экзаменов в Ростехнадзоре, я имею полное право выполнять работы по КИПиА в котельной.
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:
- Выпрямитель.
- Промежуточная цепь.
- Инвертор.
- 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.
Плавный пуск коллекторного двигателя. Сначала ничего не вышло, но все закончилось хорошо
Вот что пишет про него продавец:
Мягкий старт блока питания для усилителя класса А, обещая: 4 кВт мощности и 40 А через контакты реле при напряжении AC от 150 В до 280 В. Размер 67 мм x 61 мм x 30 мм, продавец называет его ультра-маленьким – а-ха-ха. Как бы мой фрезер по току в рамки попадает, даже если разделить китайские амперы на два, но в таком размере внутрь корпуса инструмента плата невпихуема.
И, да, это конструктор. Нужно паять! 
Товар пришел в таком виде, плюс еще для лучшей сохранности был завернут в обрывок газеты на китайском/корейском/японском языке, который пропал, опрос домочадцев и многочисленной челяди ясности не внес, кому и для каких надобностей этот клочек понадобился, поэтому фото газеты нет, сверху был еще пакетик без всякой пупырки.
Паять легко — все нарисовано и подписано. 
Спаял: 
Набросал принципиальную схему 
Как работает: при включении у R2 сопротивление большое, напряжение на нагрузке меньше чем 220 V, терморезистор нагревается, сопротивление его стремится к нулю, а напряжение на нагрузке к 220 V. Соответственно двигатель набирает обороты.
На одной из них я и собрал устройство плавного пуска, которое не лишено недостатков, но работает, как надо.
С1 задает время плавного включения, R1 величину напряжения на нагрузке. У меня максимальное напряжение при 120 ом получилось. При С1 100 мкФ время разгона около 2-х секунд. Поменяв R1 на переменный можно регулировать обороты коллекторного двигателя, без обратной связи естественно (хотя так реализовано на подавляющем большинстве продаваемого электроинструмента). Симистор VS1 любой нашедшейся, подходящий по мощности. У меня завалялся BTA16 600B.
В принципе задача несложная для живого, пытливого ума. Выпаял термистор, и выбросил его спрятал до лучших времен, на его место впаял два проводка идущие от катода и анода симистора второй платы. Уменьшил емкость С3 на первой плате до 22 мкФ, что бы реле замыкало катод и анод симистора не через 5 секунд, а примерно через две. 
Осталось только оформить это все в корпус, уже было хотел, но что-то дома нет пластинки металлической, с помощью которой корпус будет крепиться к столу. Выглядеть будет все примерно так:
Мои выводы неоднозначны, оценки предвзяты, рекомендации сомнительны.
Все устал, еще эти коты все время в кадр лезли – замучился гонять.
- 20 августа 2017, 21:17
- автор: Evidencia
- просмотры: 45248
Даже не представляю, что напишут свято верящие в непогрешимость даташитов.
Просто лишь мухи размножаются.
В инверторном моторе холодильника(кондиционера) ЛИБО используется специальный асинхронный двигатель и частотное управление им( в современных бытовых уже не используется), ЛИБО специальный вентильный двигатель на постоянных магнитах.
И тот и другой дорогие и требуют дорогой силовой электроники для управления.
Пусковых токов у них НЕТ и не бывает в ПРИНЦИПЕ.
Принцип другой-другой принцип.
И Карея и Лажа тут никаким боком отношения к устранению пусковых токов не имеют.Бу-га-га… с каким придыхание к верной США карее относятся наши маланцы.
Во вторых иженегры Лажи ничего не придумывали -купили готовую разработку у Японцев.Первыми были японские инверторные холодильники и кондиционеры в быту.
Энергопотребление ААА+(за счёт новой теплоизоляции и материалов в основном) и да они ОСТАНАВЛИВАЮТСЯ.
Про безостановочную работу это сказки неграмотных продаванов.
Холодильник Днепр начала 60 (оне же Зил итд.) завод закупленный в 50 годы у Дженерал Электрик, работает ДО СИХ ПОР( на работе у соседей-подарили) и будет работать.
А современные ХЛ расчитанны на 5-10 лет.Потому что конструкция компрессора ДРУГАЯ, фреон ДРУГОЙ, законы рынка другие.
По новым законам в Европии бытовая техника не более 7 лет службы.
А вот это не проще было купить? (в любой мастерской электроинструмента)
Или вот такой, всего 275 рублей и простое подключение:
1182ПМ1, зараза, недёшево стоит. И аналог буржуйский у неё лишь один (PR1500 Кажется), да и то не полный и тоже недешёвый и такой же малодоставабельный.
Я-то думал вначале, автор «допилит» китайскую поделку до рабочего состояния.
Но в любом случае, для регулировки (и мягкого старта) обычного коллекторника сгодится банальный копеечный диммер на триаке/симисторе/тиристоре. В некоторые пылесосы (а их движки с фрезерами весьма родственны) их с завода ставят.
Да, а 1182ПМ1 единственным хороша — обвязки мало.
Я брал на рынке года три назад по 40 рублей.Купил за полцены Калибровский фрезер, там как раз регулятор скорости был выкушен.
В эту схему добавил герконовое реле для того чтобы после выключения и нового включения кнопки обороты начинались с нуля.Обмотка реле не показана, она подключена к кнопке через конденсаторный блок питания.
ТСу бы ещё фонтанировать по русскому языку, как он фонтанирует остротами — цены бы ему не было. А так — цена есть.
ЗЫ: За «чек/чок» я бы вообще кастрировал, но понимаю, что этот призыв не найдёт поддержки.
Пользуясь случаем хотел бы спросить какой штукой можно регулировать обороты на торцовочной пиле 
Вот такая хрень будет нормально работать?
Отвечу сразу на комментарий уважаемого ksiman: большая скорость вращения при обработке пластикового багета гарантированно приводит к плавлению оного. Причем не под зубьями, а от трения о тело диска, потому как пластик там своеобразный, относительно легкий за счет пористости. Специализированные диски для багетных мастерских покрыты фторопластом/тефлоном, а хитрая форма зуба обеспечивает аккуратный рез без сколов, и стоят как простенькая торцовка (посмотрел, в Неоарте 300мм диск Freud стоит 90€). Увы, все это не спасает. Именно поэтому сверхнужный в багетной мастерской инструмент это гильотина, с ножом 90°. Тяжелая, точная машина. На вторичном рынке они есть. Ножи ходят очень долго.
Теперь к сути. Пониженные пониженным рознь. Тем не менее, маятниковая торцовочная пила крайне неудачный инструмент для багетной мастерской. Нужна для алюминиевого профиля. А для деревянного, деревянного с покрытием и пластикового это мегакомпромисс. Люди, котрые делают рамы для художников используют поэтому ручную лучковую пилу с направляющими.
Что касается стоимости дисков Evolution, то 20€ это смешная для них цена. В UK они стоят 23 фунта, и это без доставки. Российские представители лупят за них около 50€. И это не совсем чтоб просто так — диск нормально пилит дерево с гвоздями. 1200 рублей за японский диск это подарок. Столько стоят откровенно китайские Sturm, Практика и пр. Кстати, рабочие обороты для серии Fury 3000-4000.
Подбор количества оборотов с помощью частотного регулятора и константная электроника (система поддержания оборотов под нагрузкой) единственный выход. Вот только эта электроника на 2кВт обойдется в очень серьезные деньги. Очень.
Устройство и схема плавного пуска асинхронного электродвигателя
Плавный пуск асинхронного электродвигателя необходим для продления его срока эксплуатации и минимизации работ, связанных с устранением возможных поломок.
Необходимость плавного запуска
Для того чтобы обеспечить необходимую пусковую мощность, следует увеличить номинальную мощность питающей сети. По этой причине оборудование может значительно подорожать. Причем очевиден и перерасход электроэнергии.
Одним из недостатков асинхронного электродвигателя является большой ток пуска. Он превышает номинальный в 5 — 10 раз. Ток с большими бросками может также возникнуть при торможении двигателя или при его реверсе. Это ведет к нагреву обмоток статора, а также слишком больших электродинамических усилий в частях статора и ротора.
Если вследствие возникшей аварийной ситуации двигатель перегрелся и вышел из строя всегда рассматривается возможность его ремонта. Но после перегрева параметры трансформаторной стали изменяются. Отремонтированный электродвигатель обладает номинальной мощностью на 30% меньшей, чем у него была ранее.
Для того чтобы ток ограничить используют пусковые реакторы, автотрансформаторы, резисторы и устройства плавного пуска двигателей — софт-стартеры.
Прямой запуск
В электросхеме прямого пуска машина непосредственно подключена к сетевому напряжению питания.
На схеме выше показана характеристика пускового тока при прямом старте. При таком подключении повышение температуры в обмотках машины минимальное.
Подключение осуществляется с помощью контактора (пускателя). В схеме применяется реле перегрузки для защиты электродвигателя. Однако такой метод применим, когда нет ограничений по току.
Во время старта машины пусковой момент ограничивают, чтобы сгладить резкий рывок, вследствие которого могут выйти из строя механические части привода и подсоединенные механизмы.
По этой причине производители крупных электродвигателей запрещают их прямой пуск.
Подключение «звезда-треугольник»
Одним из основных способов запуска машины является электросхема «звезда-треугольник». Такой старт возможен, для двигателей, у которых все начала и концы обмоток выведены.
Управление стартом по этой схеме состоит из трех контакторов, реле перегрузки и реле времени, управляющим контакторами.
Первоначально коммутация с сетью происходит по схеме «звезда». Контакторы К1 и К3 замкнуты. Затем, через определенное время, обмотки переключаются автоматически на схему «треугольник». Контакты К3 размыкаются, а контакты К2, наоборот, замыкаются. Реле времени в электросхеме служит для управления их переключением. На нем выставляется время разгона двигателя. При этом пусковые токи существенно снижаются.
Такой способ эффективен, но применяется он не всегда.
Старт через автотрансформатор
Этот способ применяется с использованием в электросхеме автотрансформатора, который соединен с машиной последовательно. Он служит для того, чтобы запуск произошел при пониженном на 50 — 80% от номинального напряжении. Вследствие этого пусковой ток и вращающий пусковой момент уменьшатся. Временной интервал переключения от пониженного напряжения к полному корректируется.
Однако здесь есть и недостаток. В процессе работы машина переключается на сетевое напряжение, что приводит к резкому скачку тока.
Устройства плавного пуска
В условиях плавного старта асинхронной машины с использованием в электросхеме силового блока тиристоров подается ток несинусоидальной формы. Ускорение и торможение происходят за короткий промежуток времени. Многие собирают устройство плавного пуска своими руками. Это намного снижает его цену.
В этой схеме тиристоры подключены в цепи параллельно по встречному принципу. К общему электроду поступает управляющее напряжение. Такое устройство принято называть симистором. В случае трехфазной системы он присутствует в каждом проводе.
Для того чтобы отвести тепло, выделяемое при нагревании полупроводников, применяются радиаторы. Габариты, вес и цена устройств при этом возрастает.
Существует и другой вариант для решения проблемы нагрева. В схему подключают шунтирующий контакт. После старта контакты замыкаются. В этом случае возникает параллельная цепь, сопротивление которой меньше сопротивления полупроводников. А ток, как известно, выбирает путь наименьшего сопротивления. Пока происходит этот процесс, симисторы остывают. Пример такого подключения приведен ниже на рисунке.
Типы устройств плавного старта
Их можно разделить на четыре категории.
- Регулирующие пусковой момент. Принцип действия их таков, что они осуществляют контроль одной фазы. Но при контроле плавного старта не снижают пусковые токи. Поэтому спектр применения их ограничен.
- Регулирующие напряжение с отсутствием сигнала обратной связи. Работают они по заданной программе и являются одними из самых распространенных в использовании.
- Регулирующие напряжение с сигналом обратной связи. Их принцип действия — способность менять напряжение и регулировать величину тока в заданном диапазоне.
- Регулирующие ток с наличием сигнала обратной связи. Являются самыми современными из всех устройств подобного типа. Обеспечивают наибольшую точность управления.
Софт-стартеры
Современные устройства плавного пуска выполнены, на микропроцессорах. И это существенно увеличивает их функциональные возможности по сравнению с аналоговыми. Эти устройства называют софт-стартерами. Они увеличивают срок службы исполнительных механизмов и самих электродвигателей.
С ними старт электродвигателя происходит с постепенным увеличением напряжения. Кроме этого, регулируется время разгона и время его торможения. Для того чтобы пониженное начальное напряжение не могло в электросхеме значительно снизить пусковой момент, его устанавливают в диапазоне 30 — 60% от номинального.
Плавная регулировка напряжения дает возможность плавного ускорения двигателя до номинальной скорости.
Необходимо отметить, что с применением софт-стартеров уменьшилось количество реле и контакторов в электрической цепи. Само по себе устройство софт-стартеров не является сложным. Они просты в монтаже и эксплуатации. Электросхема подключения показана на рисунке справа.
Однако существует ряд особенностей, которые обязательно следует учитывать при их выборе.
