Как сделать плавный пуск двигателя постоянного тока

Обновлено: 06.07.2024

Плавный пуск асинхронного двигателя – это всегда трудная задача, потому что для запуска индукционного мотора требуется большой ток и крутящий момент, которые могут сжечь обмотку электродвигателя. Инженеры постоянно предлагают и реализуют интересные технические решения для преодоления этой проблемы, например, использование схемы включения звезда-треугольник, автотрансформатора и т. д.

В настоящее время подобные способы применяются в различных промышленных установках для бесперебойного функционирования электродвигателей.

Зачем нужны УПП?

Из физики известен принцип работы индукционного электродвигателя, вся суть которого заключается в использовании разницы между частотами вращения магнитных полей статора и ротора. Магнитное поле ротора, пытаясь догнать магнитное поле статора, способствует возбуждению большого пускового тока. Мотор работает на полной скорости, при этом значение крутящего момента вслед за током тоже увеличивается. В результате обмотка агрегата может быть повреждена из-за перегрева.

Таким образом, необходимой становится установка мягкого стартера. УПП для трехфазных асинхронных моторов позволяют защитить агрегаты от первоначального высокого тока и крутящего момента, возникающих вследствие эффекта скольжения при работе индукционного мотора.

Преимущественные особенности применения схемы с устройством плавного пуска (УПП):

снижение стартового тока;
уменьшение затрат на электроэнергию;
повышение эффективности;
сравнительно низкая стоимость;
достижение максимальной скорости без ущерба для агрегата.

Как плавно запустить двигатель?

Существует пять основных методов плавного пуска.

Высокий крутящий момент может быть создан путем добавления внешнего сопротивления в цепь ротора, как показано на рисунке.

С помощью включения в схему автоматического трансформатора можно поддерживать пусковой ток и крутящий момент за счет уменьшения начального напряжения. Смотрите рисунок ниже.

Прямой запуск – это самый простой и дешевый способ, потому что асинхронный двигатель подключен напрямую к источнику питания.
Соединения по специальной конфигурации обмоток – способ применим для двигателей, предназначенных для эксплуатации в нормальных условиях.

Использование УПП – это наиболее передовой способ из всех перечисленных методов. Здесь полупроводниковые приборы, такие как тиристоры или тринисторы, регулирующие скорость асинхронного двигателя, успешно заменяют механические компоненты.

Регулятор оборотов коллекторного двигателя

Большинство схем бытовых аппаратов и электрических инструментов создано на базе коллекторного электродвигателя 220 В. Такая востребованность объясняется универсальностью. Для агрегатов возможно питание от постоянного либо переменного напряжения. Достоинство схемы обусловлены обеспечением эффективного пускового момента.

Чтобы достичь более плавного пуска и обладать возможностью настройки частоты вращения, применяются регуляторы оборотов.

Пуск электродвигателя своими руками можно сделать, к примеру, таким образом.

Заключение

УПП разработаны и созданы, чтобы ограничить увеличение пусковых технических показателей двигателя. В противном случае нежелательные явления могут привести к повреждению агрегата, сжиганию обмоток или перегреву рабочих цепей. Для длительной же службы, важно чтобы трехфазный мотор работал без скачков напряжения, в режиме плавного пуска.

Как только индукционный мотор наберёт нужные обороты, посылается сигнал к размыканию реле цепи. Агрегат становится готов к работе на полной скорости без перегрева и сбоев системы. Представленные способы могут быть полезными в решении промышленных и бытовых задач.

При исследовании пусковых характеристик стартерных электродвигателей выявлено, что при подаче напряжения на электродвигателе возникает импульс обратного тока напряжением более 2000 вольт. Изоляция обмоток электродвигателей может не выдержать и получить межвитковый пробой. Искрение коллектора при больших пусковых токах ведёт к прогоранию пластин коллектора. Избежать пробоя и аварийной ситуации при пуске электродвигателя можно, используя метод разгона оборотов во времени.

Пусковой ток в данной схеме снижен до приемлемой величины с 220 ампер до 20. Условия мягкого пуска созданы двойным уровнем тока - первый создаётся регулировочной характеристикой полевого транзистора в течении времени 0-10 мс,второй - контактами пускового реле от 10 до 60 мс. Ток во время пускового режима растёт почти линейно, что не ведёт к разрушению электрической части электродвигателя.

Схема на рисунке представляет собой гибрид из мощного полевого транзистора и пускового реле.

В цепь затвора полевого транзистора в схеме введен стабилитрон для защиты от превышения порогового напряжения, в цепи истока транзистора, параллельно пусковому электродвигателю подключена цепь для гашения импульсного напряжения обратной полярности –диод VD2 и конденсатор С2.

Обмотка реле К1 защищена от импульсов обратной полярности двухполярным светодиодом HL1 с разрядным резистором R4, резистор R3 ограничивает ток питания цепи обмотки, снижает ее нагрев при длительном включении. Диод VD3 устраняет проникновение импульсных помех в цепи питания.

В схеме нет дефицитных радиодеталей: полевые транзисторы установлены на суммарный рабочий ток в 212 ампер. Резисторы типа МЛТ-0,25, R3 на один ватт. Диоды VD2, VD3 импульсного типа. Реле автомобильное -типа MG16566DX на ток контактов 30 ампер и напряжение 12 вольт, напряжение включения такого реле 7 вольт, отпускания 3,5 вольта. Светодиод HL1 заменим на КИПД 45Б -2 или КИПД 23 А1-К, кнопка пуска типа КМ 1-1. В конструкции использовался стартерный электродвигатель итальянского производства, исследования проводились и на других типах электродвигателей мощностью от 10 до 300 ватт..

Конструкция собрана в корпусе размерами 110 * 35 *55 и закреплена рядом со стартером, кнопка пуска установлена в удобном для включения месте и соединена многожильным изолированным проводом сечением 0,5 мм. Полевые транзисторы закреплены общим болтом к радиатору.

Светодиод можно использовать как индикатор пуска или оставить на плате.

Силовые цепи питания электродвигателя необходимо выполнить многожильным проводом сечением не менее 10 мм и как можно короче по длине, для снижения потерь напряжения.

Схема проверена на стенде с указанным двигателем на 250 ватт, для надёжности установить два полевика в параллель, закрепив с двух сторон радиатора, пусковой ток тогда может достигать 220 ампер. Ток в 130 Ампер берёт от аккумулятора стартер а/м "Жигули" ВАЗ 2107.

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 в статье про мягкий пускатель. 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 здесь.

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 – двухскоростные двигатели.

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 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:

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.

Выбор устройства плавного пуска

Для начала посмотрим на шильдик двигателя:

Двигатель насоса, который подключается к схеме плавного пуска

Мощность двигателя – 7,5 кВт, обмотки соединены в схему “треугольник”, номинальный потребляемый при этом ток – 14,7А.

Вот как выглядела система пуска (“жёсткая”):

Система прямого пуска двигателей насосов

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:

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 УПП

Примерил для начала:

Пробная установка блока плавного пуска

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:

Пример монтажа системы плавного пуска электродвигателей

Вот с другого ракурса:

Пример монтажа системы плавного пуска электродвигателей

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.

Схема жесткого пуска двигателей, через контакторы (исходная)

А вот как нехитро я изменил схему:

Схема с плавным пуском двигателей на софтстартерах

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

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.

Двигатель выключен. Чистый синус.

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, вот моя статья.

Будьте осторожны! При обслуживании двигателя, подключенного к устройству мягкого пуска, отключайте вводные автоматы, и проверяйте отсутствие напряжения!

Запуск. Тиристоры режут фазу нещадно.

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.

Двигатель почти включен. Около 90% от энергии синуса.

Фото сделано да пару секунд до того, как включился внутренний контактор (байпас), который подал полное напряжение на двигатель.

Видео про работу и настройку УПП ABB

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.

Крепёж на ДИН-рейку. Надежный и качественный, как и вся продукция ABB.

Пока всё, вопросы и критика в комментариях по плавному пуску электродвигателей приветствуются!

Вот одна из книг, приведенных там:

• Ломоносов, В.Ю.; Поливанов, К.М.; Михайлов, О.П. Электротехника. / Ломоносов, В.Ю.; Поливанов, К.М.; Михайлов, О.П. Электротехника. Одна из лучших книг, посвящённых основам электротехники. Изложение начинается с самых основ: объясняется, что такое напряжение, сила тока и сопротивление, приводятся указания по расчёту простейших электрических цепей, рассказывается о взаимосвязи и взаимозависимости электрических и магнитных явлений. Объясняется, что такое переменный ток, как устроен генератор переменного тока. Описывается, что такое конденсатор и что собой представляет катушка индуктивности, какова их роль в цепях переменного тока. Объясняется, что такое трёхфазный ток, как устроены генераторы трёхфазного тока и как организуется его передача. Отдельная глава посвящена полупроводниковым приборам: в ней речь идёт о полупроводниковых диодах, о транзисторах и о тиристорах; об использовании полупроводниковых приборов для выпрямления переменного тока и в качестве полупроводниковых ключей. Коротко описываются достижения микроэлектроники. Последняя треть книги целиком посвящена электрическим машинам, агрегатам и оборудованию: в 10 главе речь идёт о машинах постоянного тока (генераторах и двигателях); 11 глава посвящена трансформаторам; о машинах переменного тока (однофазных и трёхфазных, синхронных и асинхронных) подробно рассказывается в 12 главе; выключатели, электромагниты и реле описываются в главе 13; в главе 14 речь идёт о составлении электрических схем. Последняя, 15 глава, посвящена измерениям в электротехнике. Эта книга - отличный способ изучить основы электротехники, понять основополагающие принципы работы электрических машин и агрегатов., zip, 13.87 MB, скачан: 2605 раз./

Инструкции и описания софтстартеров различных фирм – известных и бюджетных.

• Устройства плавного пуска PSR, PSS, PST / Устройства плавного пуска ABB PSR, PSS, PST. Принципы работы, параметры, схемы включения, pdf, 430.55 kB, скачан: 447 раз./
• PRS2_softstarter_user manual_rus / Prostar PRS2_softstarter_usermanual_rus. Бюджетные модели. Полное описание софтстартеров, pdf, 2.42 MB, скачан: 298 раз./
• Siemens SoftStarter 3RW44 manual / Siemens SoftStarter 3RW44 - подробное руководство по софтстартерам Сименс, pdf, 1.37 MB, скачан: 278 раз./
• Soft Starter VTdriveFWI-SS3 manual rus / Soft Starter VTdrive FWI-SS3 manual на русском, pdf, 2 MB, скачан: 380 раз./
• Устройства плавного пуска / Устройства плавного пуска. Подробное описание принципов действия, примеров установки и параметров моделей софтстартеров ABB, pdf, 6.19 MB, скачан: 344 раз./

Ещё пособие по двигателям:

• Пуск и защита двигателей переменного тока / Пуск и защита двигателей переменного тока. Системы пуска и торможения двигателей переменного тока. Устройства защиты и анализ неисправностей двигателей переменного тока. Руководство по выбору устройств защиты. Руководство от Schneider Electric, pdf, 1.17 MB, скачан: 1990 раз./

Коллекторные двигатели постоянного тока применяют в приводах, требующих плавного регулирования скорости в широком диапазоне. При этом важно обеспечить безопасный пуск электрической машины. С этой целью изменяют параметры напряжения или сопротивления роторных цепей мотора.

Электрические приводы с сетевым питанием постоянного тока применяются как генераторы или двигатели. Наибольшее распространение получили электромоторы, способные работать с нагрузками до нескольких тысяч киловатт. К этому типу электрооборудования относятся коллекторные, вентильные и универсальные приводы. Каждый из них обладает своими конструктивными и техническими особенностями, обуславливающими их применение. О коллекторном электродвигателе: его устройстве, принципе работы и режиме пуска будет рассказано в этой статье.

Основные конструктивные элементы

Коллекторная электрическая машина представляет собой оборудование, в котором датчиком углового положения вала и переключателем токовой нагрузки в электроцепях является одно и то же устройство, называемое щёточно-коллекторный узел. Общая структурная схема любого коллекторного двигателя (КД) схожа с другими типами электромоторов. Неподвижную часть называют статором/индуктором/индукторным колесом, подвижную/вращающуюся – ротором/якорем. Структура привода представлена на рисунке:

Статор содержит станину (опорную часть) и главные полюсы. Опорная конструкция служит для фиксации полюсов и щитов шарикоподшипников. Служит компонентом магнитопровода, поскольку является звеном, через который замыкается магнитный поток приводного оборудования. Опорная часть изготавливается из металла, является исключительно прочной и магнитнопроницаемой. Имеет в нижней части опоры, а по окружности специальные отверстия для закрепления сердечников главных полюсов. Как правило, это цельный элемент. Разъемное конструктивное исполнение реализовывается для вариантов с больших габаритов. Это облегчает транспортирование, сборку, обслуживание и ремонт.

Главные полюсы, выполняющие формирование магнитного потока, содержат сердечник и полюсную катушку с намотанным проводом. Со стороны роторного узла сердечник имеет специальный наконечник, распределяющий магнитную индукцию во внутреннем пространстве КД. Сердечники изготавливают из листовой стали. В электродвигателях 220в малой мощности формируют бескаркасные полюса, с непосредственной намоткой электропроводника на предизолированный сердечник. В электромашинах мощностью более одного киловатта катушка представляет собой каркас с намотанным на него проводом.

Структурная схема якорного механизма предусматривает следующие элементы:

вал;
сердечник с электрообмоткой;
коллекторный узел.

Сердечник выполнен в виде шихтованного изделия, набирается из стальных изолированных лаком пластин, которые собирают в единый пакет, запекают и запрессовывают на вал. Подобное решение позволяет снизить вихревые токовые потоки, формирующиеся при вращении в магнитном пространстве. В наружные пазы якорного узла укладывают обмотку, выполненную из медного провода.

Коллекторное устройство – один из ключевых и сложных конструктивных узлов КД. Состоит из медных трапециевидных пластин, собранных в цилиндрическую форму. В зависимости от метода крепления металлических элементов коллекторы могут быть со стальными конусной формы шайбами или на пластмассе (для маломощных эл/машин). Для обеспечения электрического контакта с коллекторным узлом в специальных щеткодержателях размещают щетки с гибким тросиком, осуществляющим включение щеток в электрическую цепь. Для стабильной работы электропривода обеспечивают постоянный надежный контакт между щеточным элементом и коллектором.

Принцип действия

Работа коллекторного двигателя обеспечивается щеточно-коллекторным узлом (ЩКУ). Это связующее звено между электроцепью ротора и наружной питающей сетью. Фактически ЩКУ выполняет функции механического преобразователя переменного токового значения в постоянное и наоборот. Несмотря на то, что КД относятся к устройствам постоянного тока, для их функционирования необходимо наличие переменной токовой величины в роторной электроцепи. Являясь главной функциональной частью мотора, ЩКУ значительно усложняет его конструкцию по сравнению с бесколлекторными приводами. Соответственно, эти типы моторов уступают в надежности и требуют больших затрат на изготовление.

Преобразование, обеспечиваемое ЩКУ, необходимо для того, чтобы в якорной обмотке протекал переменный ток. Только в этом случае происходит непрерывный процесс электромеханического преобразования энергии. Напряжение от источника постоянного тока подводят к щеткам привода. В результате его контакта с магнитным полем статора появляются электромагнитные силы (ЭМС) Fэм , создающие на роторе электромагнитный момент М . Как результат, якорь начинает вращаться. После его поворота на 180 градусов ЭМС не изменят своего направления. Это связано с тем, что одновременно с переходом каждого проводника обмотки ротора из области одного магнитного полюса в область другого в проводниках меняется направление токового потока.

Схема внутреннего взаимодействия всех элементов ЩКУ представлена в виде упрощенной модели:

В зоне геометрической нейтрали nn’ – середине межполюсной области – магнитная индукция и, соответственно, ЭМС равны нулю. Но с увеличением числа проводников в роторной обмотке, а именно при их равномерном распределении, и увеличением количества пластин коллектора момент вращения становится устойчивым и равномерным.

Рабочий цикл и его характеристики

Полный рабочий цикл любого электропривода можно разделить на четыре технологических этапа:

пуск, в течение которого скорость вращения вала/якоря увеличивается от нуля до требуемого показателя;
рабочий, во время которого мотор работает при неизменном напряжении на зажимах роторной цепи и электроцепи возбуждения;
регулирования, когда осуществляется воздействие на внутренние цепи (якорного блока или возбуждения) с целью изменения оборотов вала;
остановки, характеризуемой снижением скорости до нуля.

Согласно приведенной структуре цикла выделяют пусковые, рабочие, регулировочные и тормозные характеристики. Стартовый этап рассматривают относительно параметров пускового момента, тока, продолжительности процесса, стоимости дополнительных устройств и затрат электроэнергии. При этом обеспечивают максимально плавный пуск коллекторного мотора. Основными характеристиками механической энергии эл/двигателя являются вращающий момент и скорость вращения.

Рабочий период оценивается совокупностью зависимостей, включая частоту оборотов вала, токовых параметров привода в роторной электроцепи, полезного вращающего момента, КПД от полезной мощности КД при неизменном напряжении питания и токе в обмотке возбуждения. Регулировочные характеристики определяются пределами, ступенями и способом изменения скоростных параметров. Возможность плавного регулирования оборотов электрической машины в широком диапазоне является одним из самых ценных качеств этой категории электрооборудования. Тормозной режим роторного механизма при отключении питания происходит за счет сил трения. Для ускорения остановки мощных эл/машин реализуют один из способов торможения посредством создания тормозного момента, направленного против вращения якоря.

Пуск и его характеристики

Свойства электрических приводов определяются всеми четырьмя перечисленными выше группами характеристик: пусковыми, рабочими, механическими и регулировочными. Пусковые определяют работу эл/привода от включения до перехода к установившемуся режиму работы. При запуске коллекторного двигателя необходимо обеспечить выполнение следующих условий:

стартовый момент КД должен быть больше моментной величины статической нагрузки; в случае их равенства разгон прекращается;
максимальная токовая нагрузка и моментная величина на старте должны находиться в диапазоне допустимых пределов.

В соответствии с условиями работы щеточного контакта допустимое токовое значение составляет 2,5 I_N – для приводов мощностью до 5 кВт и 1,5-2,0 I_N – для более мощных эл/моторов. Согласно ограничениям питающей сети или ускорений механизма, допустимые показатели тока и момента могут быть еще более снижены. Но чрезмерно малое значение стартовых величин также нежелательно по причине снижения начального момента и затягивания процесса разгона.

Любой запуск начинается с режима короткого замыкания, при котором роторная обмотка включена в сеть, а сам вал неподвижен. То есть электродвижущая сила равна нулю. В этом случае токовый показатель цепи якорного механизма определяется в соответствии с законом Ома:

Из приведенного выше уравнения следует, что плавный пуск коллекторного мотора осуществляется или снижением напряжения на обмотке якоря, или увеличением эл/сопротивления. При сетевом питании применяют включение пускового сопротивления. Для этого в электроцепь якоря вводят внешнее эл/сопротивление Rпр в виде резистора, что выражается формулой:

Iкз = U/(Rпр + ∑r).

Параметры Rпр подбирают таким образом, чтобы Iкз не превысил допустимых токовых величин. Выбранное эл/сопротивление удовлетворяет условиям только начального пуска. Как только ротор начинает вращаться, в его электроцепях индуцируется ЭДС, ограничивающая токовый параметр ротора. Одновременно это вызывает уменьшение начального момента. Поэтому принимают меры для уменьшения Rпр путем включения резистора переменного эл/сопротивления, называемого пусковым реостатом. Реостат имеет ступенчатую регулировку и позволяет изменять эту характеристику от максимального до минимального значения.

Запуск электроприводов мощностью 0,7-1,0 кВт при условии их включения без нагрузки осуществляют непосредственным включением в сеть. Безреостатный старт для маломощного электрооборудования опасности не представляет. Это объясняется относительно невысоким стартовым током, который благодаря повышенному эл/сопротивлению роторной обмотки и небольшим вращающимся массам превышает номинальный параметр в три-пять раз. К тому же продолжительность разгона такого типа мотора также невелика и действие Iкз кратковременно.

Процесс плавного пуска

Мягкий пуск КД с минимальным временем обеспечивают посредством многоступенчатого пускового процесса. Количество ступеней допустимо выбирать произвольно. Оптимальным числом циклических этапов считается не более пяти. При резком уменьшении сопротивления происходит значительный бросок Iкз, что может привести к нарушению коммутации. Для обеспечения запуска принимают во внимание одно из допустимых критических значений пускового момента – максимальное или минимальное, то есть:

Мп мин = (1,2–1,5) Мс ; Мп макс ≤ Мдоп.

Каждому этапу соответствует собственная характеристика. Плавный пуск коллекторного электропривода производится следующим образом. При подаче электропитания на КД бросок моментной величины достигает допустимого максимума. Начинает набор скорости по первой характеристике. После достижения минимального значения момента машина переключается, часть электросопротивления выводится из якорной цепи (шунтируется).

На следующей циклической ступени моментную величину снова увеличивают до максимального параметра, а при его уменьшении до минимума электродвигатель опять переключается, и очередная часть сопротивления шунтируется. Этот процесс повторяется до тех пор, пока электропривод не разгонится до рабочих оборотов. Для того, чтобы исключить превышение допустимых моментных пределов, необходимо правильно рассчитать эл/сопротивление.

Старт и управление электроприводом в производственных условиях часто автоматизируют. Переключение ступеней реостата осуществляется контакторами, которые своими контактами по мере разгона мотора шунтируют элементы реостата при переключении ступеней резистора. Для управления скоростью эл/привода применяют частотные преобразователи, сервоприводы, а для сложных приводных систем используют логические программируемые контроллеры. Выбор того или иного способа управления зависит от задачи, которую должен выполнять электропривод.

Способы мягкого старта

Рассмотренный выше плавный пуск коллекторного мотора относится к классическому реостатному методу, подходящему как для постоянного, так и переменного тока. Его отрицательные стороны заключаются в потере значительной части мощности на нагрев сопротивления реостата и громоздкости устройства. Поэтому такой способ практически и экономически оправдан только для запуска эл/привода, но не регулирования рабочих параметров скорости. В общем случае запуск приводных устройств и электроинструментов может выполняться и другими методами с применением:

трансформаторов;
полупроводниковых ключей.

Использование трансформаторов допустимо только для объектов переменного тока. Его преимущество состоит в повышенной электрической безопасности при работе с электроинструментом. Минус такого метода заключается в достаточно больших размерах и стоимости, даже при самостоятельном изготовлении.

Применение полупроводниковых ключей – самый современный и недорогой способ плавного старта. Их основная особенность заключается в отсутствии механических контактов и высокой скорости переключения. Силовые ключи способны работать с большими токовыми нагрузками и напряжением. Они практически не нагреваются, потребляют минимум электроэнергии и являются лучшим вариантом для электродвигателей современных электрических инструментов. Существует три типа силовых ключей:

тиристоры и симисторы;
полевые транзисторы MOSFET с изолированным МОП затвором;
транзисторы IGBT.

Тиристоры и симисторы предназначены для регулирования мощности в цепях с переменными токовыми значениями. Мощные полевые транзисторы MOSFET управляют параметрами сетевого тока изменением ширины открывающихся импульсов. Этот тип устройств находит свое применение при электропитании постоянным током. Для инструмента с большой мощностью применяют биполярные транзисторы IGBT с изолированным затвором.

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.

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

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.

Или другие модели внешне похожие на KRRQD.

Но они собраны на несколько другом принципе и их нужно устанавливать после кнопки ПУСК, в самом инструменте. Напряжение на них должно подаваться только в момент замыкания пусковой кнопки болгарки и сразу исчезать после ее отпускания.

Схема подключения на них следующая:

Фаза подается на контакт "А", ноль на "С". Далее фаза выходным проводом управления идет на двигатель (это как раз третий проводок).

В двухпроводном блоке такого нет, так как подключается он в разрыв цепи, и напряжение (разность потенциалов) к нему прикладывается только в момент пуска и работы инструмента.

Еще один момент - так называемый электрический тормоз или тормозная обмотка на торцовках. С 3-х проводным внешним УПП он может не работать, а вот с 2-х проводной моделью будет.

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.

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.

Читайте также: