Главная Монтаж Эл схемы плавного пуска коллекторного эл двигателя. Как сделать плавный пуск для электроинструмента своими руками

Эл схемы плавного пуска коллекторного эл двигателя. Как сделать плавный пуск для электроинструмента своими руками

Электрические двигатели получили широкое применение в любых сферах деятельности человека. Однако при запуске электродвигателя происходит семикратное потребление тока, вызывающее не только перегрузку сети питания, но и нагрев обмоток статора, а также выход из строя механических частей. Для устранения этого нежелательного эффекта радиолюбители советуют применять устройства плавного пуска электродвигателя.

Плавный пуск двигателя

Статор электродвигателя представляет собой катушку индуктивности, следовательно, существуют активная и реактивная составляющие сопротивления (R). Значение реактивной составляющей зависит от частотных характеристик питания и во время запуска колеблется в пределах от 0 до расчетного значения (при работе инструмента). Кроме того, изменяется ток, называемый пусковым.

Ток пуска превышает в 7 раз значение номинального. При этом процессе происходит нагрев обмоток статорной катушки и, в том случае, если провод, из которого состоит обмотка, является старым, то возможно межвитковое КЗ (при уменьшении величины R ток достигает максимального значения). Перегрев влечет снижение срока эксплуатации инструмента. Для предотвращения этой проблемы существуют несколько вариантов использования устройств плавного пуска.

Переключением обмоток устройство плавного пуска двигателя (УПП) состоит из следующих основных узлов: 2 вида реле (управление временем включения и нагрузкой) , трех контакторов (рисунок 1).

Рисунок 1 - Общая схема устройства плавного пуска асинхронных двигателей (мягкого пуска).

На рисунке 1 изображен асинхронный двигатель. Его обмотки соединены по типу подключения «звезда». Запуск осуществляется при замкнутых контакторах K1 и K3. Через определенный временной интервал (задается при помощи реле времени) контактор К3 размыкает свой контакт (происходит отключение) и происходит включение контактом К2. Схема на рисунке 1 применима и для УПП двигателей различного типа.

Главным недостатком считается образование токов КЗ при одновременном включении 2-х автоматов. Эта проблема исправляется внедрением в схему вместо контакторов рубильника. Однако обмотки статора продолжают греться.

При электронном регулировании частоты пуска электромотора используется принцип частотного изменения питающего напряжения. Основным элементом этих преобразователей является преобразователь частоты, включающий в себя:

Выпрямитель собирается на полупроводниковых мощных диодах (возможен вариант тиристорного исполнения). Он преобразует величину сетевого напряжения в пульсирующий постоянный ток.
Промежуточная цепь сглаживает помехи и пульсации.
Инвертор необходим для преобразования сигнала, полученного на выходе промежуточной цепи, в сигнал переменной амплитудной и частотной характеристиками.
Электронная схема управления генерирует сигналы для всех узлов преобразователя.

Принцип действия, виды и выбор

Во время увеличения вращающего момента ротора и Iп в 7 раз для продления срока службы необходимо использовать УПП, которое отвечает следующим требованиям:

Равномерное и плавное увеличение всех показателей.
Управление электроторможением и пуском двигателя в определенные временные интервалы.
Защита от скачков напряжения, пропадании какой-либо фазы (для 3-х фазного электродвигателя) и помех различного рода.
Повышение износостойкости.

Принцип действия симисторного УПП: ограничение величины напряжения благодаря изменению угла открытия симисторных полупроводников (симисторов) при подключении к статорным катушкам электродвигателя (рисунок 2).

Рисунок 2 - Схема плавного пуска электродвигателя на симисторах.

Благодаря применению симисторов появляется возможность снизить пусковые токи в 2 и более раз, а наличие контактора позволяет избежать перегрева симисторов (на рисунке 2: Bypass). Основные недостатки симисторных УПП:

Применение простых схем возможно только при небольших нагрузках или холостом запуске. В противном случае схема усложняется.
Происходит перегрев обмоток и полупроводниковых приборов при продолжительном запуске.
Двигатель иногда не запускается (приводит к значительному перегреву обмоток).
При электротормозе электромотора возможен перегрев обмоток.

Широко применяются УПП с регуляторами, в которых отсутствует обратная связь (по 1 или 3 фазам). В моделях этого типа необходимо устанавливать время пуска электромотора и напряжение непосредственно перед началом пуска. Недостаток устройств - невозможность регулировать вращающий момент подвижных механических частей по нагрузке. Для устранения этой проблемы нужно применить устройство по снижению Iп, защиты от различной разности фаз (возникает во время перекоса фаз) и механических перегрузок.

Более дорогостоящие модели УПП включают в себя возможность слежения за параметрами работы электродвигателя в непрерывном режиме.

В устройствах, содержащих электромоторы, предусмотрены УПП на симисторах. Они отличаются схемой и способом регуляции сетевого напряжения. Простейшие схемы - схемы с однофазным регулированием. Они исполняются на одном симисторе и позволяют смягчить нагрузки на механическую часть, и применяются для электромоторов с мощностью менее 12 кВ. На предприятиях применяется 3-х фазное регулирование напряжения для электромоторов мощностью до 260 кВт. При выборе вида УПП необходимо руководствоваться следующими параметрами:

Мощность устройства.
Режим работы.
Равенство Iп двигателя и УПП.
Количество запусков за определенное время.

Для защиты насосов подходят УПП, защищающие от ударов с гидравлической составляющей трубы (Advanced Control). УПП для инструментов выбираются, исходя из нагрузок и больших оборотов. В дорогих моделях этот тип защиты в виде УПП присутствует, а для бюджетных необходимо изготавливать его своими руками. Применяется в химических лабораториях для плавного запуска вентилятора, охлаждающего жидкости.

Причины применения в болгарке

Благодаря особенностям конструкции при старте угловой шлифовальной машинки происходят высокие динамические нагрузки на детали инструмента. При начальном вращении диска, ось редуктора подвержена действию сил инерции:

Инерционный рывок может вырвать болгарку из рук. Происходит угроза жизни и здоровью, так как этот инструмент очень опасен и требует строгого соблюдения техники безопасности.
При запуске происходит перегрузка по току (Iпуска = 7*Iном). Происходит преждевременный износ щеток, перегрев обмоток.
Изнашивается редуктор.
Разрушение режущего диска.

Ненастроенный инструмент становится очень опасным, ведь существует вероятность причинения вреда здоровью и жизни. Поэтому необходимо его обезопасить. Для этого и собираются УПП для электроинструмента своими руками.

Создание своими руками

Для бюджетных моделей угловой шлифовальной машинки и другого инструмента необходимо собрать свое УПП. Сделать это несложно, ведь благодаря интернету, можно найти огромное количество схем. Наиболее простая и, в то же время, эффективная - универсальная схема УПП на симисторе и микросхеме.

При включении болгарки или другого инструмента происходит повреждение обмоток и редуктора инструмента, связанного с резким запуском. Радиолюбители нашли выход из этой ситуации и предложили простой плавный пуск для электроинструмента своими руками (схема 1), собранную в отдельном блоке (в корпусе очень мало места).

Схема 1 - Схема плавного пуска электроинструмента.

УПП своими руками реализуется на основе КР118ПМ1 (фазовое регулирование) и силовой части на симисторах. Основной изюминкой устройства является его универсальность, ведь его можно подключить к любому электроинструменту. Оно не только легко монтируется, но и не требует предварительной настройки. В основном подключение системы к инструменту не является сложным и устанавливается в разрыв кабеля питания.

Особенности работы модуля УПП

При включении болгарки на КР118ПМ1 подается напряжение и на управляющем конденсаторе (С2) происходит плавный рост напряжения по мере роста заряда. Тиристоры, находящиеся в микросхеме, открываются постепенно с определенной задержкой. Симистор открывается с паузой, равной задержке тиристоров. Для каждого последующего периода напряжения происходит постепенное уменьшение задержки и инструмент плавно запускается.

Зависит время набора оборотов от емкости С2 (при 47 мк время запуска равно 2 секунды). Эта задержка является оптимальной, хотя ее можно менять путем увеличения емкости С2. После выключения углошлифовальной машинки (УШМ) происходит разряд конденсатора С2 благодаря резистору R1 (время разрядки примерно равно 3 секунды при 68к).

Эту схему для регулировки оборотов электродвигателя можно модернизировать путем замены R1 на переменный резистор. При изменении величины сопротивления переменного резистора меняется мощность электромотора. Резистор R2 выполняет функцию контроля величины силы тока, который протекает через вход симистора VS1 (желательно предусмотреть охлаждение вентилятором), являющийся управляющим. Конденсаторы С1 и С3 служат для защиты и управлением микросхемы.

Симистор подбирается со следующими характеристиками: напряжение прямое максимальное до 400–500 В и минимальный ток пропускания через переходы должен быть не менее 25 А. При изготовлении УПП по этой схеме запас по мощности может колебаться от 2 кВт до 5 кВт.

Таким образом, для увеличения срока службы инструментов и двигателей, необходимо производить их плавный запуск. Это связано с конструктивной особенностью электромоторов асинхронного и коллекторного типов. При запуске происходит стремительное потребление тока, из-за которого происходит износ электрической и механической частей. Использование УПП позволяет обезопасить электроинструмент, благодаря соблюдению правил техники безопасности. При модернизации инструмента возможна покупка уже готовых моделей, а также сборка простого и надежного универсального устройства, которое не только отличается, но и даже превосходит некоторые заводские УПП.

При запуске электрического двигателя возникает пусковой момент, просаживающий напряжение из-за возникновения пусковых токов. Они в 9 раз превышают рабочие токи. Это плохо влияет на стабильную работу электроприборов, уменьшает срок службы двигателя. Все потому что пуск двигателя начинает затягиваться и перегреваются его обмотки. Специалисты советуют в сеть мотора добавлять аппараты, способные сделать его пуск плавным. Домашние мастера тоже научились делать приборы для плавного пуска электрического двигателя своими руками.

Перегрузки при пуске электродвигателей

Момент пуска представляет собой начало движения вала двигателя, соединенного с передаточными устройствами. В этот момент движение ротора довольно нестабильное. Передаточные механизмы заставляют вращаться вал под большой нагрузкой. Подобная нестабильность обязательно приведет к ударным нагрузкам, а это плохо влияет на передаточные устройства. Очень сильно это сказывается на шпонке вала двигателя и на редукторе.

Прибор плавного запуска сглаживает нагрузки при запуске. Движение вала начинается с очень маленьких оборотов, а скорость постепенно повышается. Это значит, что отсутствуют удары и нагрузки на передаточные механизмы. В этом и заключается принцип работы плавного запуска электрического двигателя.

Стоит заметить, что приборы плавного запуска, которые изготавливаются на заводах, являются универсальными устройствами . Их можно применять для различных задач. Прежде всего, это плавный запуск электромотора, его постепенное торможение, защита электрической сети и приборов от опасных перегрузок. Любой человек сможет найти для определенных задач подходящее изделие. У таких аппаратов существует большой недостаток, который заключается в высокой стоимости . Но можно изготовить устройство плавного пуска электродвигателя своими руками, потратив на это минимальное количество денежных средств и времени.

Прибор плавного запуска своими руками

Стоит рассмотреть вид прибора плавного запуска асинхронного электродвигателя с использованием микросхемы КР1182П. Он необходим для трехфазного электрического двигателя напряжением 380 вольт.

В ней существуют некоторые полезные особенности, которые стоит описать:

Обмотки в электрическом двигателе соединены звездой.
Выходными ключами являются мощные тиристоры, соединенные по параллельно-встречной схеме.
Демпфирующие цепочки включены в схему параллельно тиристорам. Тут они применяются целенаправленно. Их основной задачей является предотвращение ложного включения тиристоров.
Варисторы необходимы для поглощения возникающих в цепи коммутационных помех.

Присутствует в цепи и блок питания , который состоит из выпрямителя, конденсатора и трансформатора. Подобный блок необходим для обеспечения питания переключающих реле. После выпрямительного моста на выходе стоит стабилизатор интегрального вида . Он обеспечивает на выходе стабильное напряжение в 12 вольт. Дополнительно он способен обеспечить защиту от короткого замыкания и различных перегрузок.

Как сделать устройство плавного пуска электроинструмента самостоятельно

Краткое описание устройства

Самая распространенная схема изготавливается при помощи управляющей микросхемы регулировки фаз КР118ПМ1 , а ее силовая цепь реализуется на симисторах . Подобный прибор довольно легко собирается и не требует долгих настроек после монтажа. Следовательно, сделать ее способен человек без специальных навыков. Необходимо только уметь пользоваться электрическим паяльником .

Такой прибор можно подсоединить ко всем видам электроинструментов, которые питаются от сети переменного тока . Дополнительный вынос тумблера питания тут не нужен, так как модернизированный электрический инструмент будет включаться от заводской кнопки. Это устройство можно поставить внутрь болгарки или в разрыв шнура питания в самодельном футляре. Самым популярным принято считать подсоединение устройства плавного пуска напрямую к розетке, питающей электрический инструмент. На входной разъем приходит питание от сети напряжением 220 вольт, а к выходному разъему подсоединяется розетка, которая будет питать болгарку.

Когда будет замыкаться кнопка запуска болгарки, то по схеме питания будет подаваться ток на управляющую микросхему. Управляющий конденсатор постепенно станет накапливать напряжение и по мере зарядки оно достигнет необходимого рабочего значения. После этого тиристоры под управлением микросхемы откроются не сразу, а с небольшой задержкой, величина которой зависит от заряда конденсатора. Управляемый тиристорами симистор откроется через такое же количество времени.

При каждом полупериоде переменного напряжения, время задержки снижается по закону арифметической прогрессии. В результате этого значение напряжения, подаваемого на болгарку, постепенно увеличивается. Подобный эффект и осуществляет плавный пуск мотора электроинструмента. Таким образом, его обороты увеличиваются плавно, и вал редуктора не подвергается инерционным нагрузкам.

Количество времени для набора оборотов до необходимого значения зависит от емкости входного конденсатора . Емкость в 46 микрофарад способна обеспечить плавный запуск за 3 секунды. При подобной задержке не ощущается сильный дискомфорт в начале работы с болгаркой, и сама она не будет подвержена сильным нагрузкам от внезапного старта.

При выключении электроинструмента, входной конденсатор начинает разряжаться при помощи специального резистора. Применяя номинал сопротивления в 67 килоом, количество времени до полного разряда составляет не более 4 секунд . Потом прибор плавного запуска снова готов для нового запуска электроинструмента.

Если немного поработать, то подобную схему можно усовершенствовать до качественного регулятора оборотов электродвигателя. Нужно разрядный резистор поменять на переменное сопротивление. Регулируя его, можно контролировать максимальную мощность мотора, изменяя тем самым обороты. Другими словами, в едином корпусе появляется возможность изготовить прибор плавного запуска болгарки и регулятор оборотов мотора.

Главные элементы подобного прибора работают так:

Резистор способен контролировать значение силы тока, который протекает через управляющий вывод симистора.
Два конденсатора помогают в управлении микросхемой, которые применяются в заводской схеме подсоединения.
Чтобы компактно и легко сделать монтаж, необходимо конденсаторы и резисторы припаять напрямую к ножкам микросхемы.
Симистор можно устанавливать совершенно любой, но с определенными техническими характеристиками. Допустимое напряжение должно быть до 380 вольт, а самый маленький пропускной ток необходим не ниже 24 ампер. Значение силы тока напрямую зависит от максимальной мощности болгарки.

Из-за плавного запуска электроинструмента, значение тока не будет выше номинального для определенной модели инструмента. При экстренных ситуациях, к примеру, заклинивании режущего диска болгарки просто необходим определенный запас по значению тока. Именно поэтому номинальную силу тока необходимо повысить минимум вдвое.

Мягкий запуск двигателя и его деликатное торможение способны в разы увеличить срок службы системы за счет защиты от перегрева, скачков и рывков процессов. Как раз для этого было разработано устройство плавного пуска или сокращенно УПП, которое стабилизирует пусковые характеристики и обеспечивает равномерную работу механизма.

С помощью УПП можно избежать множество проблем в функционировании электродвигателя, поэтому важно знать назначение и принцип действия устройства плавного пуска, основные параметры, нюансы подключения и эксплуатации.

Чем помогает УПП

Во время запуска двигателя крутящиеся механизмы способны в два раза превышать номинальное значение, образуя пусковые токи, в несколько раз превосходящий средние рабочие показатели.

Подобные перезагрузки чреваты многими осложнениями:

Устройство плавного пуска электродвигателя в разы сглаживает механические рывки и гидравлические удары, обеспечивая постепенное нарастание мощности и стабильную работу мотора. Недаром второе название прибора — софтстартер, что в переводе с английского означает «мягкий старт».

На представленных фото устройства плавного пуска видно, что внешне механизм выглядит как набор схем и проводов, защищенных металлическим и пластмассовым корпусом. На самом же деле в основе прибора коммутационная аппаратура, тормозные колодки, блокираторы, противовесы и другие элементы, способные стабилизировать работу электрического двигателя.

Также механизм обладает и дополнительным функционалом:

Обеспечивает плавное торможение;
Защищает от короткого замыкания;
Предотвращает возможный обрыв фазы;
Исключает незапланированный самостоятельный пуск мотора;
Не допускает превышения номинальных рабочих значений;
Позволяет подобрать источник питания меньшей мощности;
Понижает расход энергии;
Экономит средства на эксплуатации и ремонте машины;
Снижает электромагнитные помехи.

Когда УПП необходимо

Некоторые машины не сразу дают понять, что нуждаются в сглаживающем механизме, однако чем раньше будет настроен плавный запуск, тем дольше и качественнее прослужит вся система. К сожалению, чаще всего задумываются о подключении УПП только тогда, когда сам двигатель говорит о губительности пусковых процессов. Чтобы понять это достаточно уловить одну из самых распространенных «показательных» ситуаций:

Источник питания не справляется со слишком тяжелым пуском. Например, сеть не способна выдавать требуемые мощности или обеспечивает выработку на максимальных уровнях функционирования, лампочки отключаются, срабатывают автоматические выключатели, отказываются запускаться некоторые контакторы, реле, генератор.

Запуску двигателя препятствуют защитные системы, срабатывая на превышение допустимых нагрузок. При отличном запуске пакетник «срабатывает» до достижения необходимой частоты.

Чтобы не допустить выхода электродвигателя из строя, рекомендуется как можно скорее настроить плавность запуска и торможения системы. Сделать это несложно, так как даже новичку под силу выбрать, установить и подключить устройство плавного пуска своими руками.

Как выбрать софстартер

Вопрос, как выбрать устройство плавного пуска, возникает довольно часто, ведь подбирается механизм под конкретный электродвигатель и источник питания.

Чтобы не ошибиться с параметрами и возможностями, рекомендуется обращать внимание на следующие показатели:

Максимальное значение тока, вырабатываемого мотором при самых высоких нагрузках;
Наибольшее число запусков в один час;
Номинальное напряжение на питающей системе;
Способность контролировать и ограничивать вырабатываемый ток;
Возможность шунтирования — отключения питающего блока от цепи, чтобы исключить перегрев и возгорание;
Количество фаз (две — компактнее и дешевле, три — надежнее и долговечнее при частых запусках);
Цифровое или аналоговое управление.

Главное, чтобы выдвигаемые к софтстартеру требования соответствовали с критериями, условиями работы, мощностью двигателя и номинальным значениям сети. Помогут в выборе и сводные таблицы, расчетные алгоритмы, предлагаемыми многими поставщиками для более удобного и качественного поиска подходящего прибора.

Как подключить и настроить

Настройка определяется соответствующей схемой подключения плавного пуска к двигателю. Стандартной считается та, где предусмотрено применение магнитного пускателя, теплового реле, быстродействующих предохранителей и регулирующих ток автоматов.

Чтобы правильно подключить устройство плавного пуска, необходимо четко следовать схемам, где наглядно обозначены все важные моменты:

Последовательность цепи;
Конец разгона;
Вывод заземления;
Наладка запуска и торможения;
Расположение нейтрали.

Не лишним будет и наладка специального регулятора, обеспечивающего обратную связь: получающего данные о токе двигателя и стабилизирующих рост напряжения.

Софтстартер может легко помочь в разы продлить срок службы электрического двигателя, при этом снизив сопутствующие расходы, а производимые мощности повысив без вреда для машины. Стабилизация работы механизма, контролирование нагрузок и регуляция происходящих процессов — все это станет незаменимым помощником в решении проблем тяжелого пуска.

Фото устройства плавного пуска

Плавный пуск электродвигателя в последнее время применяется все чаще. Области его применения разнообразны и многочисленны. Это промышленность, электротранспорт, коммунальное и сельское хозяйство. Применение подобных устройств позволяет значительно снизить пусковые нагрузки на электродвигатель и исполнительные механизмы, тем самым, продлив срок их службы.

Пусковые токи

Пусковые токи достигают значений в 7…10 раз выше, чем в рабочем режиме. Это приводит к «просаживанию» напряжения в питающей сети, что отрицательно сказывается не только на работе остальных потребителей, но и самого двигателя. Время пуска затягивается, что может привести к перегреву обмоток и постепенному разрушению их изоляции. Это способствует преждевременному выходу электродвигателя из строя.

Устройства плавного пуска позволяют значительно снизить пусковые нагрузки на электродвигатель и электросеть, что особенно актуально в сельской местности либо при питании двигателя от автономной электростанции.

Перегрузки исполнительных механизмов

В момент запуска двигателя момент на его валу очень нестабилен и превышает номинальное значение более чем в пять раз. Поэтому пусковые нагрузки исполнительных механизмов также повышены по сравнению с работой в установившемся режиме и могут достигать до 500 процентов. Нестабильность момента при пуске приводит к ударным нагрузкам на зубья шестерен, срезанию шпонок и иногда даже к скручиванию валов.

Устройства плавного пуска электродвигателя значительно уменьшают пусковые нагрузки на механизм: плавно выбираются зазоры между зубьями шестерен, что препятствует их поломке. В ременных передачах также плавно натягиваются приводные ремни, что уменьшает износ механизмов.

Кроме плавного пуска на работе механизмов благотворно сказывается режим плавного торможения. Если двигатель приводит в движение насос, то плавное торможение позволяет избежать гидравлического удара при выключении агрегата.

Устройства плавного пуска промышленного изготовления

В настоящее время выпускается многими фирмами, например Siemens, Danfoss, Schneider Electric. Такие устройства обладают многими функциями, которые программируются пользователем. Это время разгона, время торможения, защита от перегрузок и множество других дополнительных функций.

При всех достоинствах фирменные устройства обладают одним недостатком, - достаточно высокой ценой. Вместе с тем можно создать подобное устройство самостоятельно. Стоимость его при этом получится небольшой.

Устройство плавного пуска на микросхеме КР1182ПМ1

В рассказывалось о специализированной микросхеме КР1182ПМ1 , представляющей фазовый регулятор мощности. Были рассмотрены типовые схемы ее включения, устройства плавного запуска ламп накаливания и просто регуляторы мощности в нагрузке. На основе этой микросхемы возможно создание достаточно простого устройства плавного пуска трехфазного электродвигателя. Схема устройства показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема устройства плавного пуска двигателя.

Плавный пуск осуществляется при помощи постепенного увеличения напряжения на обмотках двигателя от нулевого значения до номинального. Это достигается за счет увеличения угла открывания тиристорных ключей за время, называемое временем запуска.

Описание схемы

В конструкции используется трехфазный электродвигатель 50 Гц, 380 В. Обмотки двигателя, соединенные «звездой», подключаются к выходным цепям, обозначенным на схеме как L1, L2, L3. Средняя точка «звезды» подключается к сетевой нейтрали (N).

Выходные ключи выполнены на тиристорах включенных встречно - параллельно. В конструкции применены импортные тиристоры типа 40TPS12. При небольшой стоимости они обладают достаточно большим током - до 35 А, а их обратное напряжение 1200 В. Кроме них в ключах присутствуют еще несколько элементов. Их назначение следующее: демпфирующие RC цепочки, включенные параллельно тиристорам, предотвращают ложные включения последних (на схеме это R8C11, R9C12, R10C13), а с помощью варисторов RU1…RU3 поглощаются коммутационные помехи, амплитуда которых превышает 500 В.

В качестве управляющих узлов для выходных ключей используются микросхемы DA1…DA3 типа КР1182ПМ1. Эти микросхемы достаточно подробно были рассмотрены в . Конденсаторы С5…С10 внутри микросхемы формируют пилообразное напряжение, которое синхронизировано сетевым. Сигналы управления тиристорами в микросхеме формируются путем сравнения пилообразного напряжения с напряжением между выводами микросхемы 3 и 6.

Для питания реле К1…К3 в устройстве имеется блок питания, который состоит всего из нескольких элементов. Это трансформатор Т1, выпрямительный мостик VD1, сглаживающий конденсатор С4. На выходе выпрямителя установлен интегральный стабилизатор DA4 типа 7812 обеспечивающий на выходе напряжение 12 В, и защиту от коротких замыканий и перегрузок на выходе.

Описание работы устройства плавного пуска электродвигателей

Сетевое напряжение на схему подается при замыкании силового выключателя Q1. Однако, двигатель еще не запускается. Это происходит потому, что обмотки реле К1…К3 пока обесточены, и их нормально-замкнутые контакты шунтируют выводы 3 и 6 микросхем DA1…DA3 через резисторы R1…R3. Это обстоятельство не дает заряжаться конденсаторам С1…С3, поэтому управляющие импульсы микросхемы не вырабатывают.

Пуск устройства в работу

При замыкании тумблера SA1 напряжение 12 В включает реле К1…К3. Их нормально-замкнутые контакты размыкаются, что обеспечивает возможность зарядки конденсаторов С1…С3 от внутренних генераторов тока. Вместе с увеличением напряжения на этих конденсаторах увеличивается и угол открывания тиристоров. Тем самым достигается плавное увеличение напряжения на обмотках двигателя. Когда конденсаторы зарядятся полностью, угол включения тиристоров достигнет максимальной величины, и частота вращения электродвигателя достигнет номинальной.

Отключение двигателя, плавное торможение

Для выключения двигателя следует разомкнуть выключатель SA1, Это приведет к отключению реле К1…К3. Их нормально - замкнутые контакты замкнутся, что приведет к разряду конденсаторов С1…С3 через резисторы R1…R3. Разряд конденсаторов будет длиться несколько секунд, за это же время произойдет останов двигателя.

При пуске двигателя в нулевом проводе могут протекать значительные токи. Это происходит оттого, что в процессе плавного разгона токи в обмотках двигателя несинусоидальные, но особо бояться этого не стоит: процесс пуска достаточно кратковременный. В установившемся же режиме этот ток будет много меньше (не более десяти процентов тока фазы в номинальном режиме), что обусловлено лишь технологическим разбросом параметров обмоток и «перекосом» фаз. От этих явлений избавиться уже невозможно.

Детали и конструкция

Для сборки устройства необходимы следующие детали:

Трансформатор мощностью не более 15 Вт, с напряжением выходной обмотки 15…17 В.

В качестве реле К1…К3 подойдут любые с напряжением катушки 12 В, имеющие нормально-замкнутый или переключающий контакт, например TRU-12VDC-SB-SL.

Конденсаторы С11…С13 типа К73-17 на рабочее напряжение не менее 600 В.

Устройство выполнено на печатной плате. Собранное устройство следует поместить в пластмассовый корпус подходящих размеров, на лицевой панели которого разместить выключатель SA1 и светодиоды HL1 и HL2.

Подключение двигателя

Подключение выключателя Q1 и двигателя выполняется проводами, сечение которых соответствует мощности последнего. Нулевой провод выполняется тем же проводом, что и фазные. При указанных на схеме номиналах деталей возможно подключение двигателей мощностью до четырех киловатт.

Если предполагается использовать двигатель мощностью не более полутора киловатт, а частота пусков не будет превышать 10…15 в час, то мощность, рассеиваемая на тиристорных ключах незначительна, поэтому радиаторы можно не ставить.

Если же предполагается использовать более мощный двигатель или запуски будут более частыми, потребуется установка тиристоров на радиаторы, изготовленные из алюминиевой полосы. Если же радиатор предполагается использовать общий, то тиристоры следует изолировать от него при помощи слюдяных прокладок. Для улучшения условий охлаждения можно воспользоваться теплопроводящей пастой КПТ - 8.

Проверка и наладка устройства

Перед включением, прежде всего, следует проверить монтаж на соответствие принципиальной схеме. Это основное правило, и отступать от него нельзя. Ведь пренебрежение этой проверкой может привести к куче обугленных деталей, и надолго отбить охоту делать «опыты с электричеством». Найденные ошибки следует устранить, ведь все же эта схема питается от сети, а с нею шутки плохи. И даже после указанной проверки подключать двигатель еще рано.

Сначала следует вместо двигателя подключить три одинаковых лампы накаливания, мощностью 60…100 Вт. При испытаниях следует добиться, чтобы лампы «разжигались» равномерно.

Неравномерность времени включения обусловлена разбросом емкостей конденсаторов С1…С3, которые имеют значительный допуск по емкости. Поэтому лучше перед установкой сразу подобрать их с помощью прибора, хотя бы с точностью процентов до десяти.

Время выключения обусловлено еще сопротивлением резисторов R1…R3. С их помощью можно выровнять время выключения. Эти настройки следует выполнять в том случае, если разброс времени включения - выключения в разных фазах превышает 30 процентов.

Двигатель можно подключать лишь после того, как вышеуказанные проверки прошли нормально, не сказать бы даже на отлично.

Что можно еще добавить в конструкцию

Выше уже было сказано, что такие устройства в настоящее время выпускаются разными фирмами. Конечно, все функции фирменных устройств в подобном самодельном повторить невозможно, но одну все-таки, скопировать, наверно, удастся.

Речь идет о так называемом . Назначение его следующее: после того, как двигатель достиг номинальных оборотов, контактор просто перемыкает тиристорные ключи своими контактами. Ток идет через них в обход тиристоров. Такую конструкцию часто называют байпасом (от английского bypass - обход). Для такого усовершенствования придется ввести дополнительные элементы в блок управления.

Борис Аладышкин

Особенности конструкции некоторых инструментов, например, угловой шлифовальной машины, влекут к высокому воздействию на двигатель устройства динамических нагрузок. Для устранения неравномерных нагрузок на электроприбор и его составные части рекомендуется приобретать или сделать своими руками устройство плавного пуска (УПП).

Общая информация

В электроинструментах, в которых рабочая часть представлена диском, что вращается с высокой скоростью, в начале их работы на ось редуктора воздействуют силы инерции. Это воздействие влечет за собой нижеследующие негативные моменты:

Инерционный рывок, созданный в результате нагрузки на ось при резком старте, может вырвать агрегат из рук, тем более, если используются большие в диаметре и массе диски;

Важно! Из-за таких инерционных рывков при работе со стальными и алмазными дисками необходимо держать инструмент двумя руками и быть готовым к его удержанию, так как в противном случае можно травмироваться при срыве агрегата.

Резкое поступление рабочего электронапряжения на двигатель создает большую перегрузку по току, которая происходит после того, как агрегат набрал минимальное значение оборотов. Это влечет к перегреву обмоток мотора и быстрому износу щеток. Частое включение и выключение инструмента может привести к короткому замыканию, так как существует высокая вероятность оплавления изоляционного слоя обмоток;
Резкий набор оборотов УШМ или дисковой пилы из-за большого крутящегося момента приводит к быстрому изнашиванию шестерни редуктора. Иногда возможно заклинивание редуктора или даже отламывание его зубьев;
Перегрузки, что воспринимает на себе при резком запуске рабочий диск, могут привести к его разрушению. Присутствие защитного кожуха на подобных электроинструментах обязательно.

Важно! При запуске болгарки открытый участок кожуха должен находиться в противоположной стороне от человека, чтобы защитить его от летящих осколков при возможном разрушении рабочего диска.

Для сокращения пагубных воздействий резкого и динамического пуска на электроинструмент производители выпускают модели со встроенным плавным пуском и регулировкой оборотов.

Для информации. Подобные приспособления встраиваются в агрегаты из средней и высокой ценовой категории.

Устройство плавного пуска и регулятор оборотов отсутствуют во многих экземплярах электроинструмента, который имеется в большинстве домашних хозяйств. Если приобрести мощную технику (диаметр рабочего диска более 20 см) без УПП, резкий пуск двигателя повлечет к скорому износу механики и электрочасти, также такой агрегат сложно удержать в руках при включении. Установка УПП – это единственный выход.

На рынке комплектующих к электроинструменту представлено много моделей уже готовых блоков плавного пуска и оборотных регуляторов.

Готовое устройство плавного пуска для электроинструмента можно монтировать как внутрь корпуса при наличии свободного места, так и подключать в разрыв кабеля питания. Однако можно не приобретать готовое изделие, а изготовить его своими руками, так как схема этого приспособления достаточна проста.

Самостоятельное изготовление УПП

Для изготовления самого популярного устройства плавного пуска для электроинструмента на основе платы КР1182ПМ1Р понадобятся нижеследующие инструменты и материалы:

паяльник с припоем;
микросхема фазовой регулировки КР1182ПМ1Р;
резисторы;
конденсаторы;
симисторы;
прочие вспомогательные элементы.

В устройстве, которое получено по схеме выше, управление происходит посредством платы КР1182ПМ1Р, а симисторы выступают в качестве силовой части.

Преимуществами данной сборки УПП являются следующие признаки:

простота изготовления;
отсутствие необходимости в дополнительных настройках после сборки УПП;
устройство плавного пуска монтировать можно в любой тип и модель электроинструмента, что рассчитан на переменное электронапряжение в 220 В;
отсутствие требований к выносу отдельной питающей кнопки – доработанный агрегат приводится в действие штатной клавишей;
возможность установки такого блока внутрь оборудования либо в разрыв кабеля питания с собственным корпусом;
изготовить подобное приспособления может любой домашний мастер, который обладает основами пайки и чтения микросхем.

Рекомендация. Самым практичным вариантом подключения УПП является подсоединения его к розетке, которая служит источником питания для электроинструмента. Для этого потребуется на выход устройства (гнездо XS1 на схеме) подключить питающую розетку, а на вход (гнездо ХР1 на схеме) подать питание напряжением 220В.

Принцип работы УПП

Принцип работы такого блока плавного пуска, установленного в болгарку, состоит из следующих процессов:

После нажатия клавиши запуска на болгарке напряжение подается на микросхему;
На управляющем конденсаторе (С2) происходит процесс плавного нарастания электронапряжения: по мере заряда этого элемента оно достигает рабочих показателей;
Тиристоры, находящиеся в составе управляющей платы, открываются с задержкой, которая зависит от времени полного заряда конденсатора;
Симистор (VS1) находится под управлением тиристорами и открывается с той же задержкой;
В каждой половине периода переменного электронапряжения такая пауза уменьшается, что ведет к его плавной подаче на вход рабочего агрегата;
После выключения болгарки конденсаторный элемент разряжается сопротивлением резистора.

Именно вышеописанные процессы определяют плавный пуск болгарки, что позволяет исключить инерциальный шок для редуктора за счет постепенного возрастания оборотов диска.

Время, за которое электроинструмент наберет рабочее количество оборотов, определяется только емкостью управляющего конденсатора. Если, к примеру, конденсаторный элемент будет иметь емкость в 47 мкФ, то плавный пуск будет обеспечиваться за 2-3 секунды. Такого времени достаточно для того, чтобы начало использования инструмента происходило комфортно, а он сам не подвергался шоковым нагрузкам.

Если резистор имеет сопротивление, равное 68 кОм, то время разряда конденсатора будет составлять примерно 3 секунды. При прошествии этого временного промежутка устройство плавного пуска полностью готово к очередному циклу запуска электроинструмента.

На заметку. Данная схема может быть подвергнута небольшой доработке, которая добавит к устройству плавного пуска еще функцию регулятора оборотов. Для этого необходимо поменять обычный резистор (R1) на переменный вариант. Контролируя сопротивление, можно регулировать мощность электродвигателя, меняя количество его оборотов.

Иные элементы схемы предназначены для нижеследующего:

резистор (R2) отвечает за контроль величины силы электротока, что протекает через вход симистора;
конденсатор (С1) – один из дополнительных компонентов системы управления платой КР1182ПМ1Р, использующийся в типовом варианте схемы включения.

Советы по сборке конструкции и выбору материалов:

Простоту монтажа и компактность будущего изделия можно обеспечить припаиванием конденсирующих элементов и резисторов напрямую к ножкам управляющей платы;
Симистор необходимо выбирать с минимальным пропускным электротоком 25 А и электронапряжением не более 400 В. Величина электротока будет полностью зависеть от показателя мощности двигателя электроинструмента;
Из-за плавного пуска агрегата ток не будет больше номинальных показателей, которые установлены производителем. В некоторых случаях, например, заклинивание рабочего диска болгарки, может потребоваться дополнительный запас электротока, соответственно, лучше выбрать симистор с рабочим током, который равен удвоенному значению номинального показателя инструмента;
Мощность УШМ или иного вида инструмента при работе с устройством плавного пуска по схеме КР1182ПМ1Р не должна превышать 5 000 Вт. Такое условие обусловлено особенностями работы платы.

Также существуют и другие схемы плавного пуска для электроинструментов и разнообразных двигателей, которые разительно отличаются друг от друга по всем параметрам: от способа монтажа и внешнего вида до метода подключения и составных компонентов.

К сведению. Вышеописанная схема является самой простой и применяется повсеместно, так как она доказала свою работоспособность и надежность.

Устройство плавного пуска для электроинструмента – экономия средств на ремонте и полная защита основных компонентов прибора. Перед каждым стоит выбор: покупать УПП или сделать самостоятельно. Если есть некие познания в электротехнике и пайке радиодеталей, то рекомендуется выполнить самостоятельную сборку, так как она надежна и проста. В противном случае следует приобрести в любом специализированном магазине либо на радиорынке готовое приспособление плавного пуска электроинструмента.