Пуск и его характеристики
Свойства электрических приводов определяются всеми четырьмя перечисленными выше группами характеристик: пусковыми, рабочими, механическими и регулировочными. Пусковые определяют работу эл/привода от включения до перехода к установившемуся режиму работы. При запуске коллекторного двигателя необходимо обеспечить выполнение следующих условий:
- стартовый момент КД должен быть больше моментной величины статической нагрузки; в случае их равенства разгон прекращается;
- максимальная токовая нагрузка и моментная величина на старте должны находиться в диапазоне допустимых пределов.
В соответствии с условиями работы щеточного контакта допустимое токовое значение составляет 2,5 IN – для приводов мощностью до 5 кВт и 1,5-2,0 IN – для более мощных эл/моторов. Согласно ограничениям питающей сети или ускорений механизма, допустимые показатели тока и момента могут быть еще более снижены. Но чрезмерно малое значение стартовых величин также нежелательно по причине снижения начального момента и затягивания процесса разгона.
Любой запуск начинается с режима короткого замыкания, при котором роторная обмотка включена в сеть, а сам вал неподвижен. То есть электродвижущая сила равна нулю. В этом случае токовый показатель цепи якорного механизма определяется в соответствии с законом Ома:
Поскольку на естественной характеристике электросопротивление якоря очень мало, величина пусковой токовой нагрузки равна: Iкз = (10–15) IN . В отдельных случаях она может превышать номинальное значение в сорок раз. Такая нагрузка опасна для эл/двигателя, поскольку может вызвать «круговой огонь» на коллекторе и развить чрезмерно большой пусковой момент, оказывающий ударные воздействия на вращающиеся части механизма. Помимо этого Iкз вызывает резкое падение сетевого напряжения, что негативно влияет на других потребителей сети.
Из приведенного выше уравнения следует, что плавный пуск коллекторного мотора осуществляется или снижением напряжения на обмотке якоря, или увеличением эл/сопротивления. При сетевом питании применяют включение пускового сопротивления. Для этого в электроцепь якоря вводят внешнее эл/сопротивление Rпр в виде резистора, что выражается формулой:
Параметры Rпр подбирают таким образом, чтобы Iкз не превысил допустимых токовых величин. Выбранное эл/сопротивление удовлетворяет условиям только начального пуска. Как только ротор начинает вращаться, в его электроцепях индуцируется ЭДС, ограничивающая токовый параметр ротора. Одновременно это вызывает уменьшение начального момента. Поэтому принимают меры для уменьшения Rпр путем включения резистора переменного эл/сопротивления, называемого пусковым реостатом. Реостат имеет ступенчатую регулировку и позволяет изменять эту характеристику от максимального до минимального значения.
Запуск электроприводов мощностью 0,7-1,0 кВт при условии их включения без нагрузки осуществляют непосредственным включением в сеть. Безреостатный старт для маломощного электрооборудования опасности не представляет. Это объясняется относительно невысоким стартовым током, который благодаря повышенному эл/сопротивлению роторной обмотки и небольшим вращающимся массам превышает номинальный параметр в три-пять раз. К тому же продолжительность разгона такого типа мотора также невелика и действие Iкз кратковременно.
Вторым способом запуска – регулированием напряжения – пользуются только при наличии индивидуального источника электроэнергии, допускающего регулирование подводимого к приводу напряжения. Примером может быть система «преобразователь-двигатель». Этот метод применяется для эл/моторов средней и большой мощности.
Варианты
Предлагаю 2 пути решения проблемы скачка пускового тока:
Сделать самостоятельную сборку.
При желании и наличии опыта радиомонтажных работ пусковой модуль можно собрать самому. Для этого нужно приобрести готовые компоненты и соединить их согласно чертежу.
При этом нужно учесть несколько важных аспектов:
- Соответствие электротехнических характеристик деталей.
- Минимальность размеров, чтобы придать монтируемой плате компактность.
- Высокое качество соединения, ввиду работы схемы под напряжением.
- Монтаж по правилам безопасности.
Как правило, все это доступно только опытному мастеру.
Купить готовое устройство.
Если вы пользуетесь электроинструментом на обывательском уровне, и не имеете понятия о том, как выглядит схема подключения на симисторе и других электронных компонентах и как изготовить ее своими руками, то лучше сразу купите готовый блок плавного пуска. А чтобы им было удобно пользоваться, размещайте его в розетке, переноске или удлинителе.
Наружный блок плавного старта для домашних электроприборов
При выборе устройств заводского изготовления учитывайте следующие параметры:
- Допустимую мощность прибора.
- Варианты рабочих режимов.
- Равенство предельных токов.
- Возможное число пусков в заданный промежуток времени.
Справка!
Модули запуска различаются по назначению и не являются взаимозаменяемыми. Например, устройство и принцип действия схемы для плавного пуска коллекторного двигателя 220 В для болгарки и асинхронного для компрессора существенно различаются и не могут друг друга заменить.
Разновидности
Первый и самый важный параметр, по которому различаются блоки плавного старта – это мощность, выражаемая в единицах силы тока. У большинства моделей она варьируется в рамках 10-50 А. Выбирать модуль для частного применения, естественно, нужно в соответствии с характеристиками потребителя. Например, для моторов до 3 кВт применяются экземпляры на 16 А – что в принципе достаточно для бытовых нужд.
Блоки плавного старта разделяются на 3-х- и 2-х-контактные
По методу подключения и устройства блоки разделяются на 2 вида:
С тремя контактами.
В состав устройства помимо 2-х стандартных токопроводящих контактов входит 3-ий – управляющий. Подача электричества на основные проводники осуществляется только после поступления тока на него.
Модуль монтируется внутрь инструмента, при этом управляющий проводник подводится к пусковой кнопке. Благодаря этому в момент запуска активируется устройство постепенного старта.
С двумя контактами.
В отличие от выше приведенного варианта подключение модуля плавного пуска с двумя проводами осуществляется по внешней схеме – то есть в разрыв цепи питающего проводника. Эффект замедления старта происходит за счет непродолжительного уменьшения напряжения.
Особенность таких блоков в том, что их можно легко монтировать в настенную розетку или удлинитель-переноску. Именно они и применяются чаще всего для бытовых электроприборов. В то время как 3-х-контактные экземпляры лучше подходят для оснащения инструментов стационарного типа.
Чтобы торцевая пила долго и безопасно служила, подключать ее нужно через блок плавного старта
Обратите внимание!
Более всего в постепенном старте нуждаются электроприборы без регуляторов оборотов, например, болгарки и торцевые пилы. Именно они чаще выходят из строя по причине обгорания щеток и обмоток двигателя.
Инструкция
Чтобы было понятно, как сделать плавный пуск для болгарки, приведу пример инструкции изготовления своими руками специальной розетки по следующей схеме:
- Берется подходящий удлинитель, и разбирается его розеточная часть.
- Далее в разрыв одной из питающих жил подсоединяется модуль.
- Для этого можно поступить 2-мя путями – непосредственно разрезать провод, соединить, а затем сделать качественную скрутку, либо одним краем подключить к жиле, а другим к контактам.
- Чтобы обеспечить максимальную безопасность и долгий срок службы собираемого устройства, внутри модуль нужно расположить на как можно более дальнем расстоянии от контактов. Для неподвижности его лучше зафиксировать на надежный клей.
- В завершении собирается корпус, но так, чтобы не возникало перекрещивания жил.
Важно!
К одному блоку постепенного старта допускается подключать только один электроприбор.
Видео-инструкция по изготовлению розетки с функцией плавного старта:
Подготовка к монтажу устройства
Изготовление и применение переноски с маленьким БПП сэкономит деньги на покупку новых электроинструментов, продлив срок службы старых. Для бытовых условий достаточно применить блок на 12А с аббревиатурой KRRQD12A (см. рисунок ниже).
Такое устройство следует применять для пуска и работы коллекторных типов двигателя электроинструмента с мощностью до 2500 Ватт. Купив БПП, следует подобрать удлинитель достаточной для работы длины. Также нужно подготовить отдельную розетку, кусок многожильного мягкого медного провода, инструменты, термоусадки или изоленту. В случае если провода в удлинителе припаяны, а не прикручены на болтовом соединении, понадобятся паяльник, канифоль, припой.
Принцип действия
Во время пуска электродвигателя коллекторного типа происходит значительное кратковременное увеличение тока потребления, которое и служит причиной преждевременного выхода из строя электроинструмента и сдачей его в ремонт. Происходит износ электрических частей (превышение тока в 7 раз) и механических (резкий запуск). Для организации «мягкого» пуска следует применять устройства плавного пуска (далее УПП). Эти устройства должны соответствовать основным требованиям:
- Плавное увеличение нагрузки.
- Возможность запуска двигателя через определенные интервалы времени.
- Обеспечение защиты от линейных скачков U, пропадания фазы (для 3-фазного электродвигателя) и различных помех электрической составляющей.
- Значительно повышение срока эксплуатации.
Наиболее широкое распространение получили симисторные УПП, принципом действия которых является плавное регулирование U при помощи регулировки угла открытия перехода симистора. Симистор нужно подключить напрямую к обмоткам двигателя и это позволяет уменьшить пусковой ток от 2 до 5 раз (зависит от симистора и схемы управления). К основным недостаткам симисторных УПП являются следующие:
- Сложные схемы.
- Перегрев обмоток при длительном запуске.
- Проблемы с запуском двигателя (приводит к значительному нагреву статорных обмоток).
Схемы усложняются при использовании мощных двигателей, однако, при небольших нагрузках и холостом ходе возможно использование простых схем.
УПП с регуляторами без обратной связи (по 1 или 3 фазам) получили широкое распространение. В моделях этого типа появляется возможность предварительного выставления времени пуска и величины U перед пуском двигателя. Однако, в этом случае невозможно регулировать величину вращающего момента при нагрузке. С этой моделью применяется специальное устройство для снижения пускового тока, защиты от пропадания и перекоса фаз, а также от перегрузок. Заводские модели имеют функцию слежения за состоянием электромотора.
Читать также: Микросхема lm339n и ее применение схема
Простейшие схемы однофазного регулирования исполняются на одном симисторе и используются для инструмента с мощностью до 12 кВт. Существуют более сложные схемы, позволяющие производить регулировку параметров питания двигателя мощностью до 260 кВт. При выборе УПП заводского производства необходимо учесть такие параметры: мощность, возможные режимы работы, равенство допустимы токов и количество запусков в определенный промежуток времени.
Особенности и срок службы
В ручных электроинструментах, таких как: болгарка(ушм), циркулярная пила, шуруповерт, дрель – используют коллекторные двигатели с последовательным возбуждением. Они могут работать на постоянном и на переменном токе.
Для их запитки в большинстве случаев используется обычная электросеть 230 В 50 Гц. Раньше для профессионального инструмента использовалась сеть 380 В. Теперь, с ростом мощности потребителей в однофазных сетях (офисы и жилой сектор), появились и профессиональные электроинструменты на 220 В.
Коллекторные двигатели имеют большой крутящий и пусковой моменты, компактны, легко изготавливаются на повышенное напряжение. Крутящий момент здесь является решающим. При невысокой массе машины он как раз подходит для ручного электроинструмента. Но у таких электромоторов имеются недостатки и слабые места. Одно из таких слабых мест – щеточный узел.
Щетки из прессованного графита с наполнителями трутся о медные пластины коллектора и подвергаются механическому износу и электроэрозии. Это приводит к увеличению искрения и повышает пожарную и взрывоопасность электроинструмента. Попадание минеральной пыли внутрь ускоряет износ. Хотя вентиляторы, предусмотренные конструкцией, выдувают воздух наружу, пыль и цемент могут легко попадать внутрь. Во время простоя, если инструмент неудачно положили, пыль легко попадает внутрь. На практике это постоянное явление.
Щетки электродвигателя из прессованного графита
Еще один недостаток электроинструмента – частые поломки редуктора. Это происходит как раз из-за большого пускового момента. Достоинство оборачивается недостатком. С поломкой редуктора приходится менять инструмент, ремонту они, обычно, не подлежат. К сожалению, промышленность, в стремлении снизить себестоимость продукции делает это за счет качества. Хочешь пользоваться хорошим электроинструментом – плати немалые деньги.
Плавный пуск – что это такое, зачем нужен
При запуске мотора бытового 1-фазного электрооборудования проявляется одна неприятная особенность – 7-кратный скачек силы тока потребления. Все бы ничего – лишь бы выдержал автомат. Однако последствия данного негативного явления, прежде всего, сказываются на работе самого устройства:
- Начинает искрить якорь, из-за чего происходит выгорание его ламелей.
- Прогорают и быстро стачиваются щетки.
- Разрушаются и теряют функциональность роторные и статорные обмотки.
- В общей электросети наблюдается скачек силы тока.
- Ударяются друг о друга и быстрее изнашиваются шестеренки.
- Повышается риск вырывания инструмента из рук из-за усиленного стартового рывка.
Если исключить скачек силы тока в момент запуска, а точнее, сначала подать более низкий номинал, а затем плавно повысить его до рабочего значения, негативные проявления будут исключены, благодаря чему продлится срок службы оборудования. При этом отмечу, что большая часть бытового электроинструмента специально не оснащается устройствами плавного пуска, и потому приходится применять самодельные варианты.
При достаточном опыте устройство для постепенного запуска можно собрать своими руками
Модуль постепенного запуска электропривода позволяет решить сразу несколько проблем:
- Предупредить пиковые броски тока в сети. От них страдает не только сам инструмент, но также проводка, устройства контроля, и генераторы электроэнергии.
- Устранить негативные последствия резкого набора оборота электродвигателя. Именно по этой причине происходит усиленный износ щеток и пробой электродуги между контактами – как результат выгорание якорных ламелей, замыкание в обмотках.
- Исключить опасность эксплуатации. Особенно заметен токовый бросок на торцевых пилах – и чем больше диаметр диска, тем сильнее. Проявляется это в смещении траектории линии распила, а иногда – в вырывании работающего инструмента из рук.
- Предотвратить нагрузки ударного характера на механические узлы, тем самым продлив срок службы оборудования.
На заметку!
Реле плавного пуска электродвигателя на 220 вольт имеет небольшие размеры и легко помещается в рукоятку инструмента. Однако если требуется сохранить гарантию или применять устройство для нескольких приборов, лучше установить внешний модуль.
Реле постепенного старта электроприборов имеет небольшие размеры и легко помещается в розетке
Принцип действия
Работа коллекторного двигателя обеспечивается щеточно-коллекторным узлом (ЩКУ). Это связующее звено между электроцепью ротора и наружной питающей сетью. Фактически ЩКУ выполняет функции механического преобразователя переменного токового значения в постоянное и наоборот. Несмотря на то, что КД относятся к устройствам постоянного тока, для их функционирования необходимо наличие переменной токовой величины в роторной электроцепи. Являясь главной функциональной частью мотора, ЩКУ значительно усложняет его конструкцию по сравнению с бесколлекторными приводами. Соответственно, эти типы моторов уступают в надежности и требуют больших затрат на изготовление.
Преобразование, обеспечиваемое ЩКУ, необходимо для того, чтобы в якорной обмотке протекал переменный ток. Только в этом случае происходит непрерывный процесс электромеханического преобразования энергии. Напряжение от источника постоянного тока подводят к щеткам привода. В результате его контакта с магнитным полем статора появляются электромагнитные силы (ЭМС) Fэм , создающие на роторе электромагнитный момент М . Как результат, якорь начинает вращаться. После его поворота на 180 градусов ЭМС не изменят своего направления. Это связано с тем, что одновременно с переходом каждого проводника обмотки ротора из области одного магнитного полюса в область другого в проводниках меняется направление токового потока.
Схема внутреннего взаимодействия всех элементов ЩКУ представлена в виде упрощенной модели:
В зоне геометрической нейтрали nn’ – середине межполюсной области – магнитная индукция и, соответственно, ЭМС равны нулю. Но с увеличением числа проводников в роторной обмотке, а именно при их равномерном распределении, и увеличением количества пластин коллектора момент вращения становится устойчивым и равномерным.
Создание своими руками
Для недорогих моделей угловой шлифовальной машины и другого инструмента нужно собрать собственное устройство плавного пуска. Сделать это несложно, ведь благодаря Интернету можно найти огромное количество схем. Самая простая и в то же время самая эффективная – это универсальная схема плавного пуска на основе симистора и микросхемы.
При включении болгарки или другого инструмента происходит повреждение обмоток и смена инструмента, связанная с грубым пуском. Радиолюбители нашли выход из сложившейся ситуации и предложили простой плавный запуск электроинструмента своими руками (схема 1), собранным в отдельный блок (места в корпусе очень мало).
Схема 1 – Схема плавного пуска электроинструмента.
Устройство плавного пуска своими руками реализовано на базе КР118ПМ1 (фазовая регулировка) и блока питания на симисторах. Сильной стороной устройства является универсальность, ведь его можно подключить к любому электроинструменту. Его не только легко установить, он даже не требует предварительной настройки. В принципе, подключение системы к прибору несложное и устанавливается в разрыв кабеля питания.
Особенности работы модуля УПП
Когда кофемолка включена, на KR118PM1 подается напряжение, и по мере накопления заряда на управляющем конденсаторе (C2) происходит постепенное увеличение напряжения. Тиристоры в микросхеме открываются постепенно с некоторой задержкой. Симистор открывается с паузой, равной задержке тиристора. Для каждого последующего периода напряжения задержка постепенно уменьшается, и прибор запускается плавно.
Время разгона зависит от емкости C2 (при 47 мкм время запуска составляет 2 секунды). Эта задержка оптимальна, хотя ее можно изменить, увеличив емкость C2. После выключения угловой шлифовальной машины (угловой шлифовальной машины) конденсатор С2 разряжается за счет сопротивления R1 (время разряда примерно 3 секунды при 68кОм).
Эту схему регулирования скорости электродвигателя можно модернизировать, заменив R1 переменным резистором. При изменении значения сопротивления переменного резистора изменяется мощность электродвигателя. Резистор R2 выполняет функцию регулирования амплитуды тока, протекающего через вход симистора VS1 (желательно обеспечить охлаждение вентилятором), который является управляющим. Конденсаторы С1 и С3 служат для защиты и управления микросхемой.
Поэтому для увеличения срока службы инструментов и двигателей необходимо плавно запускать их. Это связано с конструктивной особенностью асинхронных электродвигателей и коллекторов. При запуске ток быстро расходуется, в результате чего происходит износ электрических и механических деталей. Использование устройства плавного пуска позволяет сделать электроинструмент безопасным благодаря соблюдению правил техники безопасности. При обновлении инструмента можно купить готовые модели и собрать простое и надежное универсальное устройство, которое не только отличается, но и превосходит некоторые заводские устройства плавного пуска.
Плавный пуск широко используется для безопасного пуска электродвигателей. При запуске двигателя номинальный ток (In) превышается в 7 раз. В результате этого процесса происходит уменьшение периода работы двигателя, а именно обмоток статора и значительная нагрузка на подшипники. Именно по этой причине рекомендуется проводить плавный пуск электроинструмента своими руками там, где он не предназначен.
Как собрать схему регулятора своими руками
Простейший регулятор мощности, подходящий для болгарки, паяльника или лампочки, легко собрать своими руками.
Принципиальная электрическая схема
Для того чтобы собрать простейший регулятор оборотов для болгарки, необходимо приобрести детали, изображённые на этой схеме.
Принципиальная схема регулятора оборотов
- R1 — резистор, сопротивлением 4,7 кОм;
- VR1 — подстроечный резистор, 500 кОм;
- C1 — конденсатор 0,1 мкФ х 400 В;
- DIAC — симистор (симметричный тиристор) DB3;
- TRIAC — симистор BT-136/138.
Работа схемы
Подстроечный резистор VR1 изменяет время заряда конденсатора C1. При подаче напряжения на схему, в первый момент времени (первый полупериод входной синусоиды) симисторы DB3 и TRIAC закрыты. Напряжение на выходе равно нулю. Конденсатор C1 заряжается, напряжение на нём возрастает. В определённый момент времени, задаваемый цепочкой R1-VR1, напряжение на конденсаторе превышает порог открытия симистора DB3, симистор открывается. Напряжение с конденсатора передаётся на управляющий электрод симистора TRIAC, который также открывается. Через открытый симистор начинает протекать ток. В начале второго полупериода синусоиды симисторы закрываются до тех пор, пока конденсатор C1 не перезарядится в обратную сторону. Таким образом, на выходе получается импульсный сигнал сложной формы, амплитуда которого зависит от времени работы цепи C1-VR1-R1.
Порядок сборки
Сборка этой схемы не затруднит даже начинающего радиолюбителя. Запчасти доступны, купить их можно в любом магазине. В том числе и выпаять со старых плат. Порядок сборки регулятора на тиристорах следующий:
Изготовление розетки плавного пуска
Самое главное требование для таковой розетки – это ее мобильность. Потому для вас пригодится переноска.
При помощи нее можно будет плавненько запускать инструмент в любом месте – в гараже, на даче, при строительстве собственного дома на различных участках стройплощадки.
Сперва переноску необходимо разобрать.
Главные провода питания в ней могут быть или припаяны, или подсоединены на винтообразных зажимах.
Зависимо от этого, также будет происходить и подключение вашей дополнительной розетки. Это должна быть конкретно дополнительная розетка около переноски, чтоб иметь возможность сразу подключать инструмент в различных режимах.
Кстати, если вы по ошибке включите болгарку либо циркулярку, имеющие заводской интегрированный плавный пуск в розетку, также снабженной таким УПП, то на удивление все будет работать. Единственный момент – получится задержка пуска пилы либо оборотов диска на пару секунд, что не очень комфортно в работе и без привычки может обременить задачей.
Вот реальные тесты такового подключения, проведенные одним мастером с ютуб BaRmAgLoT777. Его комментарий после таких опробований на гравере типа Dremel, дреле Bosch, фрезере Makita, циркулярной пиле Interskol:
Дальше для сборки розетки берете многожильный медный провод сечением 2,5мм2 и зачищаете его концы.
После этого нужно залудить контактную площадку на переноске, куда будет припаиваться этот провод.
Накрепко припаиваете жилы кабеля к этим площадкам.
КАК УСТАНОВИТЬ ПЛАВНЫЙ ПУСК НА ДИСКОВУЮ ПИЛУ (турбинку, циркулярку и т. д.)
Аккуратненько укладываете провода и закрываете удлинитель.
Берете квадратную внешную розетку для установки на наружной поверхности стенок, и в ее корпус примеряете блок плавного запуска. Потому что он имеет малогабаритные прямоугольные размеры, то должен поместиться туда без особенных заморочек.
Монтируете и закрепляете корпус розетки на одной площадке с удлинителем.
Блочок ПП подключаете в разрыв хоть какого провода, фазного либо нулевого. Не спутайте, на него не подается сразу фаза и ноль, т.е. 220В.
Он устанавливается на некий один из проводов.
Также для этого БПП, нет никакой различия с какой стороны сделать вход, а с какой выход. Скрутки пропаиваются и изолируются термоусадкой.
После этого, все внутренности розетки собираются в корпус и остается всю конструкцию закрыть крышкой.
На этом вся переделка переноски и изготовка розетки можно считать завершенной. По времени это займет у вас менее 15 минут.
