Устройство плавного пуска электродвигателя своими руками

Владельцы ручного электроинструмента, как любители так и профессионалы, часто сталкиваются с его поломками. Не всегда это происходит по вине пользователя. Есть особенности, из-за которых это происходит вне зависимости от внешних факторов. Это зависит от технического совершенства изделия, его цены и области применения. Значительной части неисправностей можно избежать даже при использовании недорогих электроинструментов, если выполнить их несложную доработку, например, сделать плавный пуск.

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.

С последним недостатком как раз можно эффективно бороться плавным пуском. Многие производители делают это, но не всегда уделяют этому достаточно внимания. Хорошие регуляторы оборотов есть не у всех инструментов.

Плавный пуск – для чего это нужно

Для снижения непомерной нагрузки на механику электроинструмента при пуске, могут быть приняты меры со стороны электропитания. Вместо подачи на электродвигатель полного напряжения от источника (электросети), можно подавать пониженное напряжение, с помощью плавного пуска. Но где его взять? Речь идет о массовом применении. В отдельных случаях специалисты и умельцы могли решать эту задачу, но большинству рядовых потребителей это было недоступно.

Существует три способа ограничить пусковой момент электроинструмента и добиться плавного старта:

  1. Применение реостатов;
  2. Применение трансформаторов;
  3. Применение полупроводниковых ключей.

Первый способ применялся еще очень давно, но он не экономичен и неудобен.

Его можно применять и на постоянном, и на переменном токе.

Значительная часть мощности теряется на нагрев сопротивления реостата. Если задача ограничивается только плавным пуском, то это вполне терпимо. Если таким способом регулировать рабочую скорость электродвигателя, то это лишний нагрев окружающий среды и расход электроэнергии. В любом случае устройство оказывается громоздким.

Второй способ намного лучше и экономичнее. Подходит только для переменного тока. Он также может повысить электробезопасность при работе с электроинструментом. Недостаток в том, что классические трансформаторы теперь очень недешевы. Даже при самостоятельном изготовлении, так как в них уходит много дорогой меди. Устройство получается также достаточно большим и тяжелым.

Трансформатор

Третий способ плавного пуска самый современный и дешевый. Он опирается на массовое применение полупроводников. В свое время, в исследования и наладку промышленного производства полупроводниковых приборов были вложены огромные средства. Но дешевизна материалов, из которых их производят, и массовость выпуска уже успели все окупить. Благодаря невысокой себестоимости такие приборы доступны всем.

Главная особенность полупроводниковых ключей – нет механических контактов и работают они с огромной скоростью (частотой переключения). Переключаемые ими токи могут достигать больших величин, при больших напряжениях в отключенном состоянии. При этом, такие приборы практически не греются и не потребляют лишней энергии, как реостаты и отлично подходят для современных электроинструментов.

Виды полупроводниковых ключей

Тиристоры и симисторы

Сопротивление разомкнутого ключа достигает миллионов Ом, ток через него практически не протекает.

Сопротивление замкнутого ключа лежит в пределах единиц и десятых долей Ома.

Хотя при этом может протекать значительный ток, на ключе падает слишком малое напряжение, чтобы на нем выделялось, по закону Джоуля-Ленца, большое тепло. В обеих случаях он остается практически холодным.

Это относится к любому из типов силовых ключей, каковых существует три:

  • Тиристоры и симисторы;
  • Полевые транзисторы MOSFET;
  • Транзисторы IGBT.

Исторически первыми появились тиристоры. С их помощью регулировали мощность в цепях переменного тока, управляя фазой отпирания прибора.

С помощью регулировки фазы управляющего напряжения (длительность t1) можно влиять на момент отпирания симистора в каждом полупериоде (t3) и таким образом, на долю энергии, попадающей в нагрузку и соответственно на электродвигатель.

С появлением мощных полевых транзисторов с изолированным МОП-затвором (металл-окисел-полупроводник, или на английском Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor) током в цепи стали управлять, изменяя ширину открывающих импульсов. Этот метод очень эффективен в цепях с постоянным током, для чего его сначала выпрямляют, и применяется в сварочных инверторах, частотных преобразователях и т.д.

Для наиболее мощных электроинструментов применяют IGBT – биполярные транзисторы с изолированным затвором. Это комбинация полевого транзистора с биполярным.

Для регулирования электродвигателя в настоящее время применяют уже устоявшееся, давно применяемое решение на симисторах. Более продвинутые решения пока не очень распространены.

Как изготовить плавный пуск самостоятельно

Благодаря простоте схемы устройство плавного пуска электродвигателя на симисторе собрать несложно. Оно изготавливается из доступных деталей. Лучше всего делать его на печатной плате, так ничего не будет болтаться и замыкать. Симистор нужно закрепить на теплоотводящем радиаторе, изготовленном из алюминия. Лучше, если это будет заводской радиатор, рассчитанный на мощность 10-30 Вт. Тогда он подойдет для электроинструмента мощностью 1000-1200 Вт.

Расчет радиатора очень просто подсчитать по току. На симисторе падает около 1.5-2 вольт напряжения, когда он открыт. Ток получаем делением мощности на сетевое напряжение. Например, электроинструмент с номинальной мощностью 2019 Вт: 1200/220 = 5.45 ампер. Умножим на 2, получаем 11 Вт.

Обычно в продажном электроинструменте схема ограничения мощности упрятана где-то в рукоятке или корпусе болгарки или дрели. Там нет возможности разместить нормальный радиатор. При частом пуске она перегревается и свои функции не выполняет. Только хороший профессиональный электроинструмент имеет нормальное устройство для ограничения пускового момента и регулировки оборотов.

ПРИМЕЧАНИЕ: Модуль плавного пуска для электроинструмента лучше всего изготавливать в коробке с розеткой. Не стоит брать слишком маленькие розеточные коробки. Там сложно разместить нормальный радиатор для симистора. Без радиатора от устройства не будет практической пользы! При сборке радиатора с прибором необходимо обеспечить чистоту сопрягаемых поверхностей и тонкий слой теплопроводящей пасты (КТП-8 или импортный аналог).

Радиатор нужно закрепить на той же плате, на которой собраны остальные детали. Плата помещается в коробку подходящих размеров и достаточно прочную. Такие коробки можно купить в электротоварах или изготовить из листового пластика. Может подойти чистая пустая банка из-под клея, краски с завинчивающейся или плотно закрывающейся крышкой. Она должна быть прочной и небьющейся.

Розетка, вмонтированная в устройство, должна быть рассчитана на номинальный ток используемого электродвигателя. Аналогичная история и с сетевым шнуром.

ВАЖНО! Если электроинструмент снабжен регулятором оборотов, его ручка должна быть надежно изолирована. Устройство находится под напряжением сети и может оказаться источником поражения током в случае плохой изоляции.

Печатную плату после монтажа полезно покрыть нитролаком для защиты от влаги. Принципиальная схема и разбор ее работы в следующем разделе.

Плавный пуск на микросхеме КР1182ПМ1

Это микросхема для электроинструментов российского производства, которая выпускается ЗАО “НТЦ СИТ” (г. Брянск). Ее можно приобрести в розницу во многих интернет-магазинах. Также новое название К1182МП1Р.

Микросхема может использоваться без внешнего симистора при работе электродвигателя на нагрузку до 150 Вт. Это слишком мало для электроинструмента, но можно задействовать более мощный симистор, что увеличит мощность регулирования до 1-1.5 кВт. Схема с ее использованием показана ниже:

Внутри чипа находится усилитель управляющего сигнала. Этот сигнал формируется на выводах 3 и 6 микросхемы. Фаза отпирания симистора пропорциональна напряжению между выводами 3 и 6, которое может изменяться в пределах от 0 до 6 В. При нуле нагрузка отключена. При включении конденсатор фактически накоротко замыкает управляющую цепь. Но он довольно быстро заряжается и это формирует плавность разгона.

Резистор R1 позволяет быстрее разряжаться конденсатору C1 для уменьшения пауз между включениями. При полном напряжении нагрузка работает с мощностью, близкой к номинальной. Это напряжение создается самой микросхемой, а внешняя цепь только “закорачивает” его с целью повлиять на фазу отключения симистора в каждом полупериоде сетевого напряжения.

Выключатель S1 может быть применен вместо выключателя, работающего в разрыве сетевой цепи. Только он работает наоборот, при размыкании электродвигатель запускается, а при замыкании отключается. Ток в цепи этого выключателя очень мал и можно использовать любой микровыключатель. Тем не менее, должен быть способ быстро отключить электроинструмент в любом случае! То есть, без аварийного сетевого выключателя не обойтись.

Использование переменного резистора на месте R1 позволит более-менее плавно регулировать обороты электродвигателя. Такая функция, дополнительно к плавному пуску, может быть очень полезной при работе с различными материалами, требующими своей скорости обработки.

Обычно время плавного пуска инструмента можно ограничить в пределах 0.3 — 0.5 сек. Это обеспечивает значительное повышение срока службы устройства. Если электроинструмент мощный и оборотистый, его может неожиданно вырвать из рук работника со всеми неприятными последствиями. В таких случаях нужен еще более плавный пуск. Выбрать подходящую задержку для разгона можно с помощью графика, показанного ниже:

Эти данные были получены в программе ngspice на основе характеристик, взятых из документации производителя. Кроме того, они были проверены на практике, с угловой шлифовальной машиной 2019 Вт и показали хорошее совпадение.

Симистор VS1 можно брать типа BT139-600 (Philips), ТС106-10-6 (Россия, СЗТП), BTB10-600BWRG (ST Microelectronics) или другой аналогичный. Конденсаторы типа К50-35 на рабочее напряжение 50 В, емкостью 1 мФ (C2,3) и 5-100 мФ для C1. Резистор R2 типа МЛТ-0.5. Также в схеме желательно использовать предохранитель с номинальным током, который на 15-20% превышает номинальный ток предполагаемой нагрузки.

Пример установки плавного пуска электродвигателя на болгарку:

Встроенный, на основе KRRQD-12A (KRRQD-20A)

Автор данного видео приводит интересный пример как можно сделать встроенный плавный пуск электродвигателя с помощью универсального приспособления-удлинителя KRRQD-12A (KRRQD-20A), практически для любого электроинструмента, до 12А (20А) на нагрузке. С максимальной подключаемой мощностью инструмента до 2019 Вт(4400 Вт).

Другие способы

Среди прочих способов плавного пуска для электроинструмента можно отметить использование трансформаторов. Например, будет довольно универсальным ЛАТР на 1-1.5 кВт. Хоть это и довольно тяжелый прибор, он может выручать, если находится под рукой, тогда не придется собирать другое устройство.

Иногда в качестве “холодного” сопротивления в цепи переменного тока используют параллельные наборы конденсаторов, используя их реактивное сопротивление на частоте 50 Гц:

где емкость нужно подставлять в Фарадах. Например, чтобы создать сопротивление 10 Ом нужно выполнить расчеты:

Учитывая большое рабочее напряжение конденсаторов и их емкость, получится слишком большая батарея. Такое решение иногда применялось раньше, но теперь слишком устарело.

Для ограничения мощности в нагрузке электродвигателя может быть использован мощный диод, с обратным напряжением не меньше 250 В. Он “срезает” один полупериод сетевого напряжения, но это создает помехи и неравномерность крутящего момента. Оба последних способа: с конденсаторами и диодом требуют переключателей, шунтирующих цепь. В случае конденсаторов потребуются еще и гасящие резисторы, ограничивающие ток короткого замыкания емкостей.

В общем, из всех способов плавного пуска электроинструмента, самым недорогим, надежным и удобным нужно признать фазовую регулировку с помощью микросхемы К1182МП1Р.

Александр Ситников (Кировская обл.)

Рассматриваемая в статье схема позволяет осуществить безударный пуск и торможение электродвигателя, увеличить срок службы оборудования и снизить нагрузку на электросеть. Плавный пуск достигается путём регулирования напряжения на обмотках двигателя силовыми тиристорами.

Устройства плавного пуска (УПП) широко применяются в различных электроприводах. Структурная схема разработанного УПП приведена на рисунке 1, а диаграмма работы УПП – на рисунке 2. Основой УПП являются три пары встречно-параллельных тиристоров VS1 – VS6, включенных в разрыв каждой из фаз. Плавный пуск осуществляется за счёт постепенного

увеличения прикладываемого к обмоткам электродвигателя сетевого напряжения от некоторого начального значения Uначдо номинального Uном. Это достигается путём постепенного увеличения угла проводимости тиристоров VS1 – VS6 от минимального значения до максимального в течение времени Тпуск, называемого временем пуска.

Обычно значение Uначсоставляет 30…60% от Uном, поэтому пусковой момент электродвигателя существенно меньше, чем в случае подключения электродвигателя на полное напряжение сети. При этом происходит постепенное натяжение приводных ремней и плавное зацепление зубчатых колес редуктора. Это благоприятно сказывается на снижении динамических нагрузок электропривода и, как следствие, способствует продлению срока службы механизмов и увеличению интервала между ремонтами.

Применение УПП также позволяет снизить нагрузку на электросеть, поскольку в этом случае пусковой ток электродвигателя составляет 2 – 4 номинала тока двигателя, а не 5 – 7 номиналов, как при непосредственном пуске. Это важно при питании электроустановок от источников энергии ограниченной мощности, например, дизель-генераторных установок, источников бесперебойного питания и трансформаторных подстанций малой мощности

(особенно в сельской местности). После завершения пуска тиристоры шунтируются байпасом (обходным контактором) К, благодаря чему в течение времени Траб на тиристорах не рассеивается мощность, а значит, экономится электроэнергия.

При торможении двигателя процессы происходят в обратном порядке: после отключения контактора К угол проводимости тиристоров максимален, напряжение на обмотках электродвигателя равно сетевому за вычетом падения напряжения на тиристорах. Затем угол проводимости тиристоров в течение времени Тторм уменьшается до минимального значения, которому соответствует напряжение отсечки Uотс, после чего угол проводимости тиристоров становится равным нулю и напряжение на обмотки не подается. На рисунке 3 приведены диаграммы тока одной из фаз двигателя при постепенном увеличении угла проводимости тиристоров.

На рисунке 4 приведены фрагменты принципиальной электрической схемы УПП. Полностью схема приведена на сайте журнала. Для её работы требуется напряжение трех фаз А, В, С стандартной сети 380 В частотой 50 Гц. Обмотки электродвигателя при этом могут быть соединены как «звездой», так и „треугольником“.

В качестве силовых тиристоров VS1 – VS6 применены недорогие приборы типа 40TPS12 в корпусе ТО-247 с прямым током Iпр= 35 А. Допустимый ток через фазу составляет Iдоп= 2Iпр= 70 А. Будем считать, что максимальный пусковой ток составляет 4Iном, откуда следует, что Iном < Iдоп/4 = 17,5 А. Просматривая стандартный ряд мощностей электродвигателей, находим, что к УПП допустимо подключать двигатель мощностью 7,5 кВт с номинальным током фазы Iн= 15 А. В случае, если пусковой ток превысит Iдоп (по причине подключения двигателя большей мощности или слишком малого времени пуска), процесс пуска будет остановлен, поскольку сработает автоматический выключатель QF1 со специально подобранной характеристикой.

Параллельно тиристорам подключены демпфирующие RC-цепочки R48, C20, C21, R50, C22, C23, R52, C24, C25, предотвращающие ложное включение тиристоров, а также варисторы R49, R51 и R53, поглощающие импульсы перенапряжения свыше 700 В. Обходные реле К1, К2, К3 типа TR91-12VDC-SC-C с номинальным током 40 А шунтируют силовые тиристоры после завершения пуска.

Питание системы управления осуществляется от трансформаторного блока питания, запитанного от межфазного напряжения Uав. В блок питания входят понижающие трансформаторы TV1, TV2, диодный мост VD1, токоограничивающий резистор R1, сглаживающие конденсаторы С1, С3, С5, помехоподавляющие конденсаторы С2, С4, С6 и линейные стабилизаторы DA1 и DA2, обеспечивающие напряжение 12 и 5 В соответственно.

Система управления построена с применением микроконтроллера DD1 типа PIC16F873. Микроконтроллер выдаёт импульсы управления тиристорами VS1 – VS6 путём «зажигания» оптосимисторов ОРТ5-ОРТ10 (MOC3052). Для ограничения тока в цепях управления тиристоров VS1 – VS6 служат резисторы R36 – R47. Импульсы управления подаются одновременно на два тиристора с задержкой относительно начала полуволны межфазного напряжения. Цепи синхронизации с сетевым напряжением состоят из трёх однотипных узлов, состоящих из зарядных резисторов R13, R14, R18, R19, R23, R24, диодов VD3 – VD8, транзисторов VT1 – VT3, накопительных конденсаторов С17 – С19 и оптопар OPT2 – OPT4. C выхода 4 оптопар OPT2, OPT3, OPT4 на входы микроконтроллера RC2, RC1, RC0 поступают импульсы длительностью примерно 100 мкс, соответствующие началу отрицательной полуволны фазных напряжений Uab, Ubc, Uca.

Диаграммы работы узла синхронизации приведены на рисунке 5. Если принять верхний график за сетевое напряжение Uав, то среднийграфик будет соответствовать напряжению на конденсаторе С17, а нижний – току через фотодиод оптопары ОРТ2. Микроконтроллер регистрирует поступающие на его входы синхроимпульсы, определяет наличие, порядок чередования, отсутствие «слипания» фаз, а также производит расчёт времени задержки импульсов управления тиристорами. Входы цепей синхронизации защищены от перенапряжения варисторами R17, R22 и R27.

С помощью потенциометров R2, R3, R4 задаются параметры, соответствующие диаграмме работы УПП, приведённой на рисунке 2; соответственно R2 – Tпуск, R3 – Тторм, R4 – Uначи Uотс. Напряжения уставок с движков R2, R3, R4 поступают на входы RA2, RA1, RA0 микросхемы DD1 и преобразуются с помощью АЦП. Время пуска и торможения регулируется в пределах от 3 до 15 с, а начальное напряжение – от нуля до напряжения, соответствующего углу проводимости тиристора в 60 электрических градусов. Конденсаторы С8 – С10 – помехоподавляющие.

Команда «ПУСК» подаётся путём замыкания контактов 1 и 2 разъёма XS2, при этом на выходе 4 оптопары OPT1 появляется лог. 1; конденсаторы С14 и С15 производят подавление колебаний, возникающих вследствие „дребезга“ контактов. Разомкнутому положению контактов 1 и 2 разъёма XS2 соответствует команда „СТОП“. Коммутацию цепи управления запуском можно реализовать кнопкой с фиксацией, тумблером или контактами реле.

Силовые тиристоры защищены от перегрева термостатом B1009N с нормально-замкнутыми контактами, размещёнными на теплоотводе. При достижении температуры 80°С контакты термостата размыкаются, и на вход RC3 микроконтроллера поступает уровень лог. 1, свидетельствующий о перегреве.

Светодиоды HL1, HL2, HL3 служат индикаторами следующих состояний:

  • HL1 (зелёный) «Готовность» – отсутствие аварийных состояний, готовность к запуску;
  • HL2 (зелёный) «Работа» – мигающий светодиод означает, что УПП производит пуск или торможение двигателя, постоянное свечение – работа на байпасе;
  • HL3 (красный) «Авария» – свидетельствует о перегреве теплоотвода, отсутствии или „слипании“ фазных напряжений.

Включение обходных реле К1, К2, К3 производится путём подачи микроконтроллером лог. 1 на базу транзистора VT4.

Программирование микроконтроллера – внутрисхемное, для чего используется разъём XS3, диод VD2 и микропереключатель Дж1. Элементы ZQ1, C11, C12 образуют цепь запуска тактового генератора, R5 и С7 – цепь сброса по питанию, С13 осуществляет фильтрацию помех по шинам питания микроконтроллера.

На рисунке 6 приведён упрощённый алгоритм работы УПП. После инициализации микроконтроллера вызывается подпрограмма Error_Test, которая определяет наличие аварийных ситуаций: перегрев теплоотвода, невозможность синхронизироваться с сетевым напряжением вследствие потери фазы, неверного подключения к сети или сильных помех. Если аварийная ситуация не фиксируется, то переменной Error присваивается значение «0», после возврата из подпрограммы зажигается светодиод „Готовность“, и схема переходит в режим ожидания команды „ПУСК“. После регистрации команды „ПУСК“ микроконтроллер производит аналого!цифровое преобразование напряжений уставок

на потенциометрах и расчёт параметров Тпуск и Uнач, после чего выдаёт импульсы управления силовыми тиристорами. По окончании пуска включается байпас. При торможении двигателя процессы управления выполняются в обратномпорядке.

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:

  1. Выпрямитель собирается на полупроводниковых мощных диодах (возможен вариант тиристорного исполнения). Он преобразует величину сетевого напряжения в пульсирующий постоянный ток.
  2. Промежуточная цепь сглаживает помехи и пульсации.
  3. Инвертор необходим для преобразования сигнала, полученного на выходе промежуточной цепи, в сигнал переменной амплитудной и частотной характеристиками.
  4. 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:

  1. Равномерное и плавное увеличение всех показателей.
  2. Управление электроторможением и пуском двигателя в определенные временные интервалы.
  3. Защита от скачков напряжения, пропадании какой-либо фазы (для 3-х фазного электродвигателя) и помех различного рода.
  4. 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:

  1. Применение простых схем возможно только при небольших нагрузках или холостом запуске. В противном случае схема усложняется.
  2. Происходит перегрев обмоток и полупроводниковых приборов при продолжительном запуске.
  3. Двигатель иногда не запускается (приводит к значительному перегреву обмоток).
  4. 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:

  1. Мощность устройства.
  2. Режим работы.
  3. Равенство Iп двигателя и УПП.
  4. 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:

  1. Инерционный рывок может вырвать болгарку из рук. Происходит угроза жизни и здоровью, так как этот инструмент очень опасен и требует строгого соблюдения техники безопасности.
  2. При запуске происходит перегрузка по току (Iпуска = 7*Iном). Происходит преждевременный износ щеток, перегрев обмоток.
  3. Изнашивается редуктор.
  4. 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.