Плавный пуск электродвигателя своими руками

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):

1. снижение стартового тока;
2. уменьшение затрат на электроэнергию;
3. повышение эффективности;
4. сравнительно низкая стоимость;
5. 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.

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

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.

• Первое — это обязательный учет тока асинхронной машины. Поэтому выбор софт-стартера необходимо осуществлять учитывая полный ток нагрузки, не превышающий тока предельной нагрузки самого устройства,
• Второе — максимальное число стартов в час. Как правило, оно ограничено софт-стартером. Число запусков в час самой машины не должно превышать этот параметр,
• Третье — это напряжение самой электрической сети. Оно должно соответствовать паспортному значению устройства. Несоответствие может привести к его поломке.

Как сделать плавный пуск электродвигателя своими руками – вариант с микросхемой

Всем известно, что при пуске электродвигателя возникает так называемый пусковой момент, который просаживает напряжение питающей сети за счет возникновения пусковых токов, которые в 6-10 раз больше, чем токи при рабочем режиме. Во-первых, это негативно сказывается на работе других потребителей. Во-вторых, это негативно сказывается на работе самого электрического двигателя, потому что сам запуск мотора затягивается, а это приводит к перегреву обмоток, а, значит, и к сокращению срока эксплуатации агрегата. Поэтому все чаще в питающую сеть двигателя устанавливаются приборы, которые его запуск делают плавным. И по этому случаю, многие домашние электрики задаются вопрос, а можно ли сделать плавный пуск электродвигателя своими руками?

В принципе, ничего невозможного нет, и мы в этой статье такой вариант разберем обязательно. Но перед этим необходимо разобраться с пусковым моментом досконально и понять, по какой схеме его можно сгладить, так сказать, сделать плавным.

Пусковые перегрузки электрических моторов

Что собой представляет момент запуска? Это, по сути, начало вращения вала мотора, который соединен с передаточными механизмами (редукторы, блок шкивов или звездочек). При этом момент вращения ротора очень нестабилен. Тем более вал начинает вращаться под нагрузкой от передаточных механизмов. Такая нестабильность приводит к ударным нагрузкам, что негативно сказывается на передаточных механизмах, особенно от этого страдают шпонки на валу мотора и валу редуктора.

Устройство плавного пуска уменьшает пусковые нагрузки. Вращение вала начинается с малых оборотов, и скорость увеличивается постепенно. То есть, ударов нет, а, значит, нет и нагрузок на передаточные элементы. В этом и есть принцип действия плавного пуска электродвигателя.

Необходимо отметить, что устройства плавного пуска, выпускаемые в производстве, это многофункциональные приборы, которые могут быть использованы для разных целей. Это и сам плавный пуск мотора, и плавное его торможение, и защита сети и оборудования от перегрузок, и так далее. Каждый потребитель найдет под определенные нужды необходимое устройство. Правда, у этих приборов есть один существенный недостаток – высокая цена. А если есть возможность собрать его своими руками, при этом затратив минимум времени и деталей, то стоит ли покупать заводской вариант.

Устройство плавного пуска на микросхемах

Давайте рассмотрим теперь вид устройства плавного пуска электродвигателя на микросхеме КР1182ПМ1. Внизу на рисунке показана схема плавного пуска.

Описывать всю схему не будем. Единственное скажем, что она предназначена для трехфазного электродвигателя (380В, 50 Гц). И в ней есть определенные особенности, о которых надо сказать обязательно.

• Соединение обмоток в двигателе – звезда.
• Входные ключи – это тиристоры, которые соединены по встречно-параллельной схеме.
• Параллельно тиристорам в цепь включены демпфирующие цепочки (RC). Они здесь используются специально, основная цель – предотвращать ложные включения тиристоров.
• В схеме могут возникнуть и коммутационные помехи, которые поглощаются варисторами (RU).
• Есть в схеме и блок питания, состоящий из трансформатора, конденсатора и выпрямителя. Этот блок предназначен для питания установленных реле (К). Кстати, на выходе после выпрямительного мостика установлен стабилизатор интегрального типа DA Именно он обеспечивает на выходе напряжение в 12 вольт. К тому же стабилизатор обеспечивает защиту от перегрузок и КЗ.

Полезные советы

1. Собранную своими руками схему надо обязательно несколько раз проверить на соответствие деталей и очередности их подсоединения. Небольшая ошибка может привести к неприятным последствиям. С электричеством шутки плохи.
2. Но даже после тщательной многоразовой проверки устанавливать прибор на электродвигатель не рекомендуется. Лучше провести тестирование. Каким образом? Для этого вам потребуются три лампочки накаливания мощностью 60-100 ватт, которые соединяются последовательно. Надо добиться результата, чтобы все лампы горели одинаково ярко.
3. Обратите внимание на емкость установленных конденсаторов. Здесь очень важно, чтобы время их включения не имело большой разницы. Допустимое значение до 10%.
4. Время отключения-включения конденсаторов можно отрегулировать резисторами (R). Правда, этот вариант выравнивания можно использовать, если разница времени откл/вкл не меньше 30%.

И вот только после этих манипуляций можно подключать устройство к электродвигателю.