ПЛАВНЫЙ ПУСК АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
Логичным способом снижения пускового тока стало снижение напряжения, подаваемого на статор в момент запуска, с его постепенным увеличением при разгоне двигателя.
Простейший и наиболее старый способ плавного пуска – реостатный пуск электродвигателя: в цепь статора последовательно включается несколько мощных резисторов, последовательно закорачиваемых контакторами.
Также могут использоваться и дроссели высокой индуктивности (реакторы), а также автотрансформаторы.
Подобный способ плавного пуска имеет очевидные недостатки:
Проблематичность автоматизации.
Работа контакторов не привязывается к реальному значению тока, они либо переключаются вручную, либо перебираются с помощью реле времени автоматически.
Усложнение пуска под нагрузкой.
Так как крутящий момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату напряжения питания, снижение напряжения в момент пуска в 2 раза приведет к снижению крутящего момента в 4 раза. Применение плавного пуска с электродвигателями, напрямую подключенными к нагрузке, значительно увеличивает время выхода на рабочие обороты.
Совершенствование силовой электроники позволило создать компактные автоматические устройства плавного пуска (также называемые софтстартерами от английского soft start – «мягкий пуск») для асинхронных электродвигателей, устанавливаемые на стандартную монтажную рейку электрощитов.
Они обеспечивают не только плавный разгон, но и торможение двигателя, позволяя регулировать параметры токов пуска и остановки в различных режимах:
- Постоянное токоограничение.
В момент запуска ток ограничивается на заданном превышении номинального и удерживается на этой величине все время разгона двигателя. Обычно используется ограничение на уровне 200-300% номинального тока. Перегрузка становится малозначительной, хотя ее длительность возрастает.
Формирование тока.
В данном случае токовая кривая в момент включения двигателя имеет больший наклон, после чего софтстартер переходит в режим токоограничения.
Такой метод плавного пуска применяется при подключении к маломощным подстанциям или генераторам для снижения стартовой нагрузки, однако пусковой момент электродвигателя в данном случае минимален. Для устройств, лишенных холостого хода электродвигателя, использовать формирование тока с пологой стартовой кривой невозможно.
Ускоренный пуск (кик-старт).
Применяется с двигателями, напрямую приводящими нагрузку, так как иначе их пусковой крутящий момент может оказаться недостаточным для страгивания ротора.
В этом случае устройство плавного пуска допускает кратковременное превышение пускового тока в несколько раз (фактически осуществляется прямая коммутация), по истечении заданного времени ток снижается до двух-трехкратного превышения номинала.
Останов на выбеге.
При отключении двигателя напряжение с него снимается полностью, вращение якоря продолжается по инерции. Наиболее простой способ коммутации, применимый при небольших мощностях и малой инерции привода.
Однако в момент разрыва цепи происходит сильный индуктивный выброс, приводящий к сильному искрению в контакторах. На мощных электродвигателях, а также при высоких рабочих напряжениях данный способ отключения неприемлем.
Линейное снижение напряжения.
Применяется для более плавной остановки двигателя. Нужно помнить, что крутящий момент двигателя при этом снижается нелинейно из-за квадратичной зависимости момента от напряжения, то есть снижение момента происходит наиболее резко в начале кривой.
Отключение питания происходит при минимальном токе в обмотке, соответственно коммутирующие выключатели практически не изнашиваются образованием искры между контактами.
Для снижения нагрузок при остановке применяется управляемое снижение напряжения:
- вначале ток снижается минимально;
- затем кривая начинает снижаться круче.
Снижение крутящего момента электродвигателя при этом близко к линейному. Этот способ управления остановом электродвигателя применяется в устройствах с высокой инерционностью привода.
При использовании такого рода устройств плавного пуска пусконаладочные работы заключаются в настройке нужного типа кривой пускового тока и, в случае использования режимов формирования тока или ускоренного старта, настройке длительности временного интервала начального участка кривой.
Применение устройств плавного пуска позволяет автоматизировать пусковой режим, но его главный минус остается – либо приходится закладывать в устройство возможность холостого хода электродвигателя, либо допускать кратковременные перегрузки сети, раскручивая мотор и нагрузку с кик-стартом.
Как подключить прибор к болгарке, варианты
Подключение регулятора зависит от того, какой вид прибора выбран. Если используется простая схема, достаточно вмонтировать её в канал сетевого питания электроинструмента.
Установка самодельной платы
Не существует готовых рецептов по монтажу. Каждый, кто решил оборудовать УШМ регулятором, располагает его сообразно своим целям и модели инструмента. Кто-то вставляет прибор в ручку держателя, кто-то в специальную дополнительную коробку на корпусе.
В различных моделях пространство внутри корпуса болгарки может быть разным. В некоторых достаточно свободного места для установки управляющего блока. В других приходится выносить его на поверхность и крепить иным способом. Но хитрость в том, что, как правило, в задней части инструмента всегда существует определённая полость. Предназначена она для циркуляции воздуха и охлаждения.
Полость в задней части аппарата
Обычно именно здесь и располагается заводской регулятор оборотов. Сделанную своими руками схему можно поместить в это пространство. Чтобы регулятор не перегорел, тиристоры следует установить на радиатор.
Особенности монтажа готового блока
При покупке и установке заводского регулятора внутрь болгарки, чаще всего приходится модифицировать корпус – прорезать в нём отверстие для вывода регулировочного колеса. Но это может неблагоприятно отразиться на жёсткости кожуха. Поэтому предпочтительной является установка прибора снаружи.
Регулировочное колесо изменяет обороты
Цифры на регулировочном колесе обозначают количество оборотов шпинделя.
Значение это не абсолютное, а условное. «1» – минимальные обороты, «9» – максимальные. Остальные цифры служат для ориентировки при регулировании. Расположение колеса на корпусе бывает различным. Например, на УШМ Bosch PWS 1300–125 CE, Wortex AG 1213–1 E или Watt WWS-900, оно расположено у основания рукояти. В других моделях, таких как Makita 9565 CVL, регулировочное колесо находится в торце кожуха.
Схема подключения регулятора к болгарке не сложная, но иногда не так просто протянуть кабели к кнопке, которая располагается на другом конце корпуса прибора. Задача может решиться подбором оптимального сечения провода или выводом его на поверхность кожуха.
Регулятор подключается согласно схеме
Хороший вариант – установка регулятора на поверхности прибора или крепление к сетевому кабелю. Не всегда всё получается с первой попытки, иногда прибор приходится протестировать, после чего внести некоторые коррективы. А это легче делать, когда доступ к его элементам открыт.
Крепление к сетевому шнуру
Как сделать плавный пуск электроинструмента с обычной розетки.
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:
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.
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.
Кстати будьте внимательны, есть похожие устройства, но с тремя проводками. Например XS-12/D3.
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.
Для чего болгарке низкие обороты?
Встроенная функция регулирования скорости диска позволит деликатно обрабатывать такие материалы, как пластмасса или древесина. На низких оборотах повышается комфортность и безопасность работы. Особенно полезна такая функция в электро- и радиомонтажной практике, в автосервисах и реставрационных мастерских.
Кроме того, среди профессиональных пользователей электроинструмента существует устойчивое мнение, что чем проще устроен аппарат, тем он надёжнее. А дополнительный сервисный «фарш» лучше вынести за пределы силового агрегата. При таком раскладе ремонт техники значительно упрощается. Поэтому некоторые компании специально выпускают выносные отдельные электронные регуляторы, которые подключаются к сетевому шнуру машины.
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.
Модуль плавного пуска болгарки своими руками
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.
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.
https://youtube.com/watch?v=b1JCdrxrFHs
Усложненный метод сбора
Если имеются определенные навыки или опыт, то можно сделать усложненную схему ровного запуска. Она служит типовой схемой для модуля XS-12. Эта схема установлена во многих моделях электроинструмента, еще на заводе-изготовителе. При желании производить регулировку оборотов нужно установить подстроечный и регулировочный резистор емкостью 100 кОм и 50 кОм соответственно. Но существует и другой способ – поместить переменное напряжение 470 кОм посередине участка резистор-диод. Емкость резистора 47 кОм.
Питание микросхемы происходит от напряжения 5–35 В. Вспомогательный полупроводниковый диод DZ не требуется, так как цепь питания выдает не более 25 В. Одновременно с конденсатором С2 рекомендуется присоединить резистор на 1 Мом.
Следует помнить, что при включении подсоединенного к схеме инструмента нужно исключить нагрузку. В противном случае мягкий пуск может сгореть. Для начала нужно подождать достижения полной раскрутки, а потом начинать работу.
Чтобы продлить срок эксплуатации угловой шлифмашины, иногда не нужно тратиться на дорогую модель. Достаточно будет разработать плавный пуск болгарки своими руками. Тогда ваш инструмент будет обладать надежностью и долгим сроком службы. Тем более приведенная схема многократно использовалась многими умельцами.
Процесс работы схемы
Когда происходит замыкание кнопок пуска, ток поступает на микросхему. Напряжение на главном конденсаторе начинает возрастать. Оно доходит до рабочего значения по мере заряда. В зависимости от заряда конденсатора происходит открытие тиристоров. Открытие семистора VS1 осуществляется также с промедлением. Отдельный полупериод переменного напряжения характеризуется уменьшением задержки. В итоге на входе напряжение в инструмент повышается плавно. На основе этого запуск двигателя получается плавным. В итоге обороты наращиваются не быстро и инерционных скачков на редуктор не поступает.
Установленный конденсатор С2 способствует пуску в течение 2 сек. Этого времени хватает для начала функционирования, а быстрый старт не повышает нагрузку. Выключение инструмента приводит к разрядке конденсатора С2 посредством сопротивления R1. При емкости 68 кОм период рязрядки длится 3 сек. После этого можно вновь запускать устройство.
Значение силы тока, движущегося через вход семистора VS1, регулирует резистор R2. Конденсатор С1 считается деталью управления микросхемы. Резисторы и конденсаторы крепятся к ножкам микросхемы путем припаивания.
Для чего он нужен
Если инструмент не оснащен регулятором оборотов, значит он ему не нужен. Угловая шлифмашина, к примеру, всегда используется при полных оборотах, иначе она становится опасной. Для чего такому электроинструменту плавный пуск? Причин немало, ведь резкий старт двигателя той же шлифмашины или электрофуганка вызывает:
- выгорание щеток и ламелей ротора;
- токовый удар в электросети;
- попытка инструмента вырваться из рук, что небезопасно;
- сильный пусковой удар шестеренок редуктора друг о друга, вызывающий их быстрый износ.
При плавном же пуске ни токового, ни механического удара не произойдет. Двигатель электроинструмента плавно запустится и выйдет на максимальные обороты.
Пускатели для болгарок с симистором на 20 А
Устройства с симисторами на 20 А подходят для профессиональных болгарок. У многих моделей применяются контакторные резисторы. В первую очередь они способны работать при высокой частоте. Максимальная температура пускателей равняется 55 градусам. У большинства моделей хорошо защищен корпус. Стандартная схема устройства предполагает применение трех контакторов емкостью от 30 пФ. Эксперты говорят о том, что устройства выделяются своей проводимостью.
Минимальная частота у пускателей составляет 35 Гц. Работать они способны в сети постоянного тока. Подключение модификаций осуществляется через переходники. Для моторов на 200 Вт хорошо подходят такие устройства. Фильтры довольно часто устанавливаются с триодами. Показатель чувствительности у них равняется не более 300 мВ. Довольно часто встречаются проводные компараторы с системой защиты. Если рассматривать импортные модели, то у них имеется интегральный преобразователь, который устанавливается с изоляторами. Проводимость тока обеспечивается на отметке 5 мк. При сопротивлении 40 Ом модель способна стабильно поддерживать большие обороты.
Зачем в болгарке плавный пуск и регулятор оборотов
Самый частый сюрприз в работе — выход из строя обмотки электродвигателя. Это может случиться всего через несколько запусков нового инструмента. Проблема образуется из-за очень высокой скорости вращения. В момент включения машинки происходит сразу несколько последовательных действий:
Регулятор оборотов болгарок Bosh
- резко увеличивается величина тока:
- запускается электродвигатель;
- набираются обороты до рабочих величин.
Все это происходит в очень короткий промежуток времени, что дает огромную нагрузку на каждый узел УШМ, особенно на электрическую обмотку. Как следствие — она обрывается.
Многие модели изначально оснащаются устройствами плавного запуска и регуляторами оборотов, но они не имеют большой популярности из-за высокой стоимости. На более бюджетных вполне реально собрать регулятор оборотов для болгарки собственноручно, причем плавный запуск собирается на той же микросхеме. Одним действием решаются две основных проблемы столь нужного инструмента.
Те, кто работал болгаркой с кафелем, камнем и подобными материалами, знают, что качество резки и внешний вид края сильно страдают от высоких скоростей, а сам инструмент буквально «убивается» от таких работ. Та же проблема и с металлическими деталями: алюминий и прочие мягкие сплавы нужно резать на минимальных оборотах, а толстое и твердое полотно — на максимальных скоростях. Процессы шлифовки и полировки поверхностей на высоких скоростях испортят материал.
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.
