Устройство плавного пуска электродвигателя. пример применения

Самодельные варианты

Существует множество схем модернизации электроинструмента при помощи УПП. Среди всех разновидностей широкое применение получили устройства на симисторах. Симистор — полупроводниковый элемент, позволяющий плавно регулировать параметры питания. Существуют простые и сложные схемы, которые отличаются между собой вариантами исполнения, а также поддерживаемой мощностью, подключаемого электроинструмента. В конструктивном исполнении бывают внутренние, позволяющие встраиваться внутрь корпуса, и внешние, изготавливаемые в виде отдельного модуля, выполняющего роль ограничителя оборотов и пускового тока при непосредственном пуске УШМ.

Простейшая схема

УПП с регулированием оборотов на тиристоре КУ 202 получил широкое применение благодаря очень простой схеме исполнения (схема 1). Его подключение не требует особых навыков. Радиоэлементы для него достать очень просто. Состоит эта модель регулятора из диодного моста, переменного резистора (выполняет роль регулятора U) и схемы настройки тиристора (подача U на управляющий выход номиналом 6,3 вольта) отечественного производителя.

Благодаря размерам и количеству деталей регулятор этого типа можно встроить в корпус электроинструмента. Кроме того, следует вывести ручку переменного резистора и сам регулятор оборотов можно доработать, встроив кнопку перед диодным мостом.

Основной принцип работы заключается в регулировке оборотов электродвигателя инструмента благодаря ограничению мощности в ручном режиме. Эта схема позволяет использовать электроинструмент мощностью до 1,5 кВт. Для увеличения этого показателя необходимо заменить тиристор на более мощный (информацию об этом можно найти в интернете или справочнике). Кроме того, нужно учесть и тот факт, что схема управления тиристором будет отличаться от исходной. КУ 202 является отличным тиристором, но его существенный недостаток состоит в его настройке (подборка деталей для схемы управления). Для осуществления плавного пуска в автоматическом режиме применяется схема 2 (УПП на микросхеме).

Плавный пуск на микросхеме

Оптимальным вариантом для изготовления УПП является схема УПП на одном симисторе и микросхеме, которая управляет плавным открытием перехода p-n типа. Питается устройство от сети 220 В и ее несложно собрать самому. Очень простая и универсальная схема плавного пуска электродвигателя позволяет также и регулировать обороты (схема 2). Симистор возможно заменить аналогичным или с характеристиками, превышающими исходные, согласно справочнику радиоэлементов полупроводникового типа.

Схема 2. Схема плавного пуска электроинструмента

Устройство реализуется на основе микросхемы КР118ПМ1 и симисторе. Благодаря универсальности устройства его можно использовать для любого инструмента. Он не требует настройки и устанавливается в разрыв кабеля питания.

При пуске электродвигателя происходит подача U на КР118ПМ1 и плавный рост заряда конденсатора С2. Тиристор открывается постепенно с задержкой, зависящей от емкости управляющего конденсатора С2. При емкости С2 = 47 мкФ происходит задержка при запуске около 2 секунд. Она зависит прямо пропорционально от емкости конденсатора (при большей емкости время запуска увеличивается). При отключении УШМ конденсатор С2 разряжается при помощи резистора R2, сопротивление которого равно 68 к, а время разрядки составляет около 4 секунд.

Для регулирования оборотов нужно заменить R1 на резистор переменного типа. При изменении параметра переменного резистора происходит изменение мощности электромотора. R2 изменяет величину тока, протекающего через вход симистора. Симистор нуждается в охлаждении и, следовательно, в корпус модуля можно встроить вентилятор.

Таким образом, для запуска электродвигателей различного инструмента необходимо использовать УПП заводского изготовления или самодельные. УПП применяются для увеличения срока эксплуатации инструмента. При запуске двигателя происходит резкое увеличение тока потребления в 7 раз. Из-за этого возможно подгорание статорных обмоток и износ механической части. УПП позволяют значительно снизить пусковой ток. При изготовлении УПП самостоятельно нужно соблюдать правила безопасности при работе с электричеством.

Originally posted 2018-07-04 07:37:29.

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 холодной – когда в котле находится сухой пар с температурой почти 200 °С. В этом случае тоже происходят вредные гидроудары.

Жаль, что конструкцией котла в электросхеме не предусмотрено было плавное включение двигателей насоса. Хотя котлы итальянские, на этом было решено сэкономить…

Повторюсь, что для плавного включения асинхронных двигателей мы имеем на выбор такие варианты:

• схема «звезда-треугольник»
• система плавного пуска (мягкий пуск)
• частотный преобразователь (инвертор)

В данном случае необходимо было выбрать тот вариант, при котором бы было минимальное вмешательство в рабочую схему управления котлом.

Дело в том, что любые изменения в работе котла должны быть обязательно согласованы с производителем котла (либо сертифицированной организацией) и с надзорной организацией. Поэтому изменения должны быть внесены незаметно и без лишнего шума. Хотя, в систему безопасности я не вмешиваюсь, поэтому тут не так строго.

Выбрать УПП наугад или не переплачивать?

Для эффективного применения устройства плавного пуска важно осуществить правильный выбор устройства по номиналу мощности, не забыв про характеристику нагрузки, различные задачи требуют различных пусковых характеристик и в общих чертах могут быть разделены на три категории:

1. Нормальный режим работы требует значения пускового тока не более 3,5хIн, при этом время пуска может быть в диапазоне 10…20 с;
2. Тяжелый режим работы характеризуется наличием момента сопротивления на валу двигателя и требует значения пускового тока до 4,5хIн и время разгона до 30 с;
3. Очень тяжелый режим работы характеризуется пусковым током до 5,5хIн и длительным временем разгона.

Из вышесказанного вытекают рекомендации по отраслевому применению некоторых моделей УПП:

Устройства плавного пуска серии SSI INSTART — по настоящему универсальная рабочая лошадка, имеет 6 режимов пуска двигателя, позволяет ограничить пусковой ток до 500% от номинального и временем плавного пуска до 60 секунд. INSTART SSI отлично подойдет для категории механизмов с тяжелым пуском дробилки (компрессоры, нагруженные конвейеры).

Кроме того, полноценная трехфазная схема регулирования, встроенные функции защиты нагрузки и коммуникационный интерфейс MODBUS RTU.

Устройства плавного пуска CSX, CSX-i предназначены для регулирования процессов пуска, разгона, торможения трехфазных асинхронных двигателей мощностью до 110 кВт. Модели отличаются функционалом. Первая оснащена функциями контроля напряжения по заданному времени (рампа напряжения), вторая дополнительно имеет встроенные функции защиты нагрузки и контролирует токовые нагрузки (рампа тока, ограничение тока). Коммуникационные интерфейсы доступны опционально.

CSX, CSX-i подходят для категорий механизмов с легким и нормальным режимом пуска (ненагруженный ленточный конвейер, центробежные насосы и вентиляторы).

Из плюсов, серии УПП CSX, CSX-i не требуют применения внешнего контактора, обе модели имеют встроенный шунтирующий контактор.

Устройства плавного пуска EMX3, EMX4 как два брата близнеца мало чем отличаются друг от друга, можно лишь сказать, что EMX4 новая модель, разработанная на основе EMX3, имеет еще более компактный корпус, обладает новыми функциями управления и защиты, а также дополнена новой конструктивной особенностью — использованием встраиваемых плат расширения.

Оба устройства имеют фантастические показатели ограничения пускового тока до 600% от номинального и время разгона до 180 секунд. Устройства с такими характеристиками целесообразно применять для категорий механизмов с очень тяжелым режимом пуска, таким как молотковая или шаровая мельница.

ONI SFA компактное и лаконичное УПП включает модельный ряд до 45кВт. Панель управления поражает своей простотой, всего 3 регулятора не заставят вас долго разбираться в настройках. ONI SFA идеально подойдет для легких нагрузок, таких как центробежные насосы, различные миксеры, сверлильные и токарные станки. Имеет встроенный шунтирующий контактор.

Применение устройства плавного пуска позволяет устранить проблему «проседания» в питающей электрической сети, уменьшить механические ударные воздействия на двигатель и приводной механизм, исключить гидравлические удары, повысив надежность производственных циклов и продлив срок службы основного производственного фонда предприятия.

Данная статья носит исключительно ознакомительный характер. Обратитесь к специалистам компании ООО «РусАвтоматизация» для подбора устройства плавного пуска применительно к вашей категории производственного оборудования.

Способы плавного пуска асинхронных двигателей

Кроме негативного влияния на цепи питания и окружение, стартовый импульс электродвигателя вреден и для его обмоток статора, ведь момент увеличенной силы при запуске прикладывается к обмоткам. То есть, сила рывка ротора усиленно давит на обмоточные провода, тем самым убыстряя износ их изоляции, пробой которой называют межвитковым замыканием.

Иллюстрация принципа действия асинхронного электродвигателя

Поскольку конструктивно нельзя уменьшить пусковой ток, придуманы способы, схемы и аппараты, обеспечивающие плавный пуск асинхронного двигателя. В большинстве случаев, на производствах с мощными линиями питания и в быту данная опция не является обязательной – так как колебания напряжения и пусковые вибрации не оказывают существенного влияния на производственный процесс.

Графики изменения токов при прямом запуске и при помощи устройств плавного пуска

Но существуют технологии, требующие стабильных, не превышающих норм параметров, как электроснабжения, так и динамических нагрузок. Например – это может быть точное оборудование, работающее в одной сети  с чувствительными к напряжению потребителями электроэнергии. В этом случае, для соблюдения технологических норм для мягкого запуска электродвигателя применяют различные способы:

• Переключение звезда – треугольник;
• Запуск при помощи автотрансформатора;
• устройства плавного пуска асинхронного двигателя (УПП).

В приведенном ниже видео перечислены основные проблемы, возникающие при запуске электродвигателя, а также описаны достоинства и недостатки различных устройств плавного пуска асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором.

Промышленные софт стартеры для электродвигателей различной мощности

Ознакомление с принципом плавного запуска

Для того, чтобы осуществить плавный пуск асинхронного электродвигателя максимально эффективно и с минимальными затратами, приобретая готовые софт стартеры, необходимо прежде ознакомиться с принципом действия подобных устройств и схем. Понимание взаимодействия физических параметров позволит сделать оптимальный выбор УПП.

Для плавного пуска асинхронного электродвигателя необходимо уменьшить пусковой ток, что позитивно скажется как на нагрузке электросети, так и на динамических перегрузках обмоток двигателя и приводных механизмов. Достигают уменьшения пускового тока, снижая напряжение питания электродвигателя. Заниженное пусковое напряжение используется во всех трех предложенных выше способах. Например, при помощи автотрансформатора пользователь самостоятельно занижает напряжение при запуске, поворачивая ползунок.

Понижая напряжение на старте можно добиться плавного запуска електродвигателя

При использовании переключения «звезда-треугольник» меняется линейное напряжение на обмотках электродвигателя. Переключение осуществляется при помощи контакторов и реле времени, рассчитанное на время запуска электродвигателя. Подробное описание плавного пуска асинхронного электродвигателя при помощи переключения «звезда-треугольник» имеется на данном ресурсе по указанной ссылке.

Схема переключения «звезда-треугольник» с использованием контакторов и реле времени

Теория осуществления плавного запуска

Для понимания принципа плавного старта необходимо понимание закона сохранения энергии, необходимой для раскрутки вала ротора электромотора. Упрощенно можно считать энергию разгона пропорциональной мощности и времени, E = P*t, где P – мощность, равная умножению силы тока на напряжение (P = U*I). Соответственно, E = U*I *t. Поскольку для уменьшения пускового момента и снижения нагрузок на сеть необходимо уменьшить стартовый ток I, то сохраняя уровень потраченной энергии нужно увеличить время разгона.

Звигатель с фозім ротором, необходим для оборудования с тіжелім запуском

Также необходимо учитывать, что во время мягкого запуска происходит увеличенный нагрев обмоток и электронных силовых ключей пускового устройства. Для охлаждения полупроводниковых ключей необходимо использование массивных радиаторов, которые увеличивают стоимость аппарата. Поэтому уместно использование УПП для кратковременного разгона двигателя с дальнейшим шунтированием ключей прямым напряжением сети. Подобный режим (переключение байпас) делает компактней и дешевле электронное устройство плавного пуска асинхронных двигателей, но ограничивает количество запусков в определенном интервале ввиду требуемого времени для охлаждения ключей.

Структурная схема шунтирования силовых полупроводниковых ключей (байпас)

Для чего нужен плавный пуск?

Казалось бы, все правильно, да и оборудование на это рассчитано. Вот только всегда есть «но». В нашем случае их несколько:

в момент запуска электродвигателя, ток питания может превышать номинальный в четыре с половиной-пять раз, что приводит к значительному нагреву обмоток, а это не очень хорошо;
старт двигателя прямым включением приводит к рывкам, которые в первую очередь влияют на плотность тех же обмоток, увеличивая трение проводников во время работы, ускоряет разрушение их изоляции и, со временем, может привести к межвитковому замыканию;
вышеупомянутые рывки и вибрация передаются на весь приводимый в движение агрегат. Это уже совсем нездорово, потому что может привести к повреждению его движущихся элементов: систем зубчатых передач, приводных ремней, конвейерных лент или просто представьте себя едущим в дёргающемся лифте. В случае насосов и вентиляторов — это риск деформации и разрушения турбин и лопастей;
не стоит также забывать об изделиях, возможно находящихся на производственной линии

Они могут упасть, рассыпаться или разбиться из-за такого рывка;
ну, и наверно, последний из моментов, заслуживающих внимание — стоимость эксплуатации такого оборудования. Речь идёт не только о дорогостоящих ремонтах, связанных с частыми критическими нагрузками, но и об ощутимом количестве не эффективно израсходованной электроэнергии.

Казалось бы, все вышеперечисленные сложности эксплуатации присущи лишь мощному и громоздкому промышленному оборудованию, однако, это не так. Все это может стать головной болью любого среднестатистического обывателя. В первую очередь это касается электроинструмента.

Специфика применения таких агрегатов, как электролобзики, дрели, болгарки и им подобных, предполагают многократные циклы запуска и остановки, в течение относительно небольшого промежутка времени. Такой режим эксплуатации, в той же мере, влияет на их долговечность и энергопотребление, как и у их промышленных собратьев. При всем этом не стоит забывать, что системы плавного запуска не могут регулировать рабочие обороты мотора или реверсировать их направление. Также невозможно увеличить пусковой момент или снизить ток ниже, чем требуется для начала вращения ротора электродвигателя.

Изготовление розетки плавного пуска

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.

Недостатки электроинструмента и срок службы

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

выгорание щеток и более быстрое их стачивание

чаще выходят из строя обмотки ротора и статора

токовый бросок в общую электросеть

удары шестерней друг о друга и более быстрое их срабатывание

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.

Преимущества УПП

Включение УПП в состав электропривода дает следующие преимущества:

• Возможность использования мощных двигателей при маломощных электрических сетях. Ограничение бросков тока позволяет избежать срабатывания защитных электроаппаратов, перегрева обмоток трансформаторов, питающих токоведущих линий, перегрузок и остановок генераторов, а также снижения напряжения в сети, которое негативно влияет на другие электроприемники. Использование УПП позволяет устанавливать промышленное оборудование с тяжелыми и особо тяжелыми условиями пуска при ограничении мощности сети питания, когда применение другого электрооборудования для снижения тока пуска невозможно.
• Снижение износа электродвигателей. Пусковые токи вызывают перегрев обмоток, старение их изоляции, перегрев и коррозию контактных групп, а также к преждевременному износу коммутирующих аппаратов. Увеличение крутящего момента при прямом запуске приводит к увеличению нагрузки на подшипники и другие механические элементы электродвигателя. Плавный пуск позволяет продлить срок эксплуатации двигателей и увеличить промежутки между ТО (техническим обслуживанием) и ремонтами электрических машин.
• Уменьшение износа промышленного оборудования. Использование УПП обеспечивает плавный разгон. Это снижет ударные нагрузки на шестеренчатые редукторы, ременные приводы и другие механизмы.
• Обеспечение безопасности технологических процессов. Многие примышленные установки нельзя резко останавливать и запускать. Например, быстрый пуск насосных агрегатов приводит к гидроударам и возникновению аварийных ситуаций. Использование УПП снижает вероятность аварий.
• Возможность отказаться от механических устройств для торможения, а также электротехнических устройств для ограничения тока. Устройство плавного пуска заменяют тормозные муфты, реакторы, а также другое оборудование.
• Невысокая стоимость. Средняя стоимость УПП ниже цены частотных регуляторов. В ряде случаев установки УПП достаточно для корректной работы привода.
• Наличие защиты от ненормальных и аварийных режимов работы. Некоторые модели УПП защищают от пропадания фаз, несимметричной нагрузки и других аномальных режимов.
• Возможность встраивания в системы автоматизации. УПП с микропроцессорными устройствами управления поддерживают протоколы связи с удаленными ПК. Контроль и управление приводами с такими УПП можно осуществлять в автоматическом режиме.
• Снижение электромагнитных помех. При регулировании пуска по всем трем фазам, уменьшается интенсивность магнитного поля, которое создается двигателем при пуске. При использовании УПП отпадает необходимость установки дополнительных фильтров на слаботочных линиях, чувствительных к наводкам.

Установка УПП дает неплохой экономический эффект. Он достигается снижением затрат на ТО и ремонт электродвигателей и технологического оборудования, экономии электроэнергии, расходов на закупку более мощных коммутирующих электротехнических устройств, дополнительную защиту.

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.