Плавный запуск двигателя постоянного тока. Плавный пуск электродвигателя своими руками
Плавный пуск асинхронного двигателя – это всегда трудная задача, потому что для запуска индукционного мотора требуется большой ток и крутящий момент, которые могут сжечь обмотку электродвигателя. Инженеры постоянно предлагают и реализуют интересные технические решения для преодоления этой проблемы, например, использование схемы включения , автотрансформатора и т. д.
В настоящее время подобные способы применяются в различных промышленных установках для бесперебойного функционирования электродвигателей.
Из физики известен принцип работы индукционного электродвигателя, вся суть которого заключается в использовании разницы между частотами вращения магнитных полей статора и ротора. Магнитное поле ротора, пытаясь догнать магнитное поле статора, способствует возбуждению большого пускового тока. Мотор работает на полной скорости, при этом значение крутящего момента вслед за током тоже увеличивается. В результате обмотка агрегата может быть повреждена из-за перегрева.
Таким образом, необходимой становится установка мягкого стартера. УПП для трехфазных асинхронных моторов позволяют защитить агрегаты от первоначального высокого тока и крутящего момента, возникающих вследствие эффекта скольжения при работе индукционного мотора.
Преимущественные особенности применения схемы с устройством плавного пуска (УПП):
- снижение стартового тока;
- уменьшение затрат на электроэнергию;
- повышение эффективности;
- сравнительно низкая стоимость;
- достижение максимальной скорости без ущерба для агрегата.
Как плавно запустить двигатель?
Существует пять основных методов плавного пуска.
- Высокий крутящий момент может быть создан путем добавления внешнего сопротивления в цепь ротора, как показано на рисунке.
- С помощью включения в схему автоматического трансформатора можно поддерживать пусковой ток и крутящий момент за счет уменьшения начального напряжения. Смотрите рисунок ниже.
- Прямой запуск – это самый простой и дешевый способ, потому что асинхронный двигатель подключен напрямую к источнику питания.
- Соединения по специальной конфигурации обмоток – способ применим для двигателей, предназначенных для эксплуатации в нормальных условиях.
- Использование УПП – это наиболее передовой способ из всех перечисленных методов. Здесь полупроводниковые приборы, такие как тиристоры или тринисторы, регулирующие скорость асинхронного двигателя, успешно заменяют механические компоненты.
Регулятор оборотов коллекторного двигателя
Большинство схем бытовых аппаратов и электрических инструментов создано на базе коллекторного электродвигателя 220 В. Такая востребованность объясняется универсальностью. Для агрегатов возможно питание от постоянного либо переменного напряжения. Достоинство схемы обусловлены обеспечением эффективного пускового момента.
Чтобы достичь более плавного пуска и обладать возможностью настройки частоты вращения, применяются регуляторы оборотов.
Пуск электродвигателя своими руками можно сделать, к примеру, таким образом.
При управлении двигателями постоянного тока иногда возникает необходимость резкого изменения скорости (на пример пуск c 0% на 100% мощности или изменение скорости на протвоположную). Но такой режим работы двигателя требует очень высоких токов – в несколько раз больше, чем простое движение. Если, например, при вращении с постоянной скоростью двигатель потребляет ток порядка 500мА, то в момент пуска это значение может достигать 2-3 А. Из за этого приходится применять более мощное подсистему питания и контроллер.
Решить проблему пусковых токов можно плавным повышением скорости. Т.е. вместо мгновенного разгона двигатель будет разгоняться постепенно, при этом сглаживая пик потребления тока в момент пуска.
Подключим двигатель к motor-shield на безе L298P, как и в предыдущем примере:
Не забываем, что двигатель не имеет обатной связи, поэтому для контроля текущей скорости воспользуемя дополнительной переменной motorPower
unsigned long StartTimer; // Таймер для плавного пуска
pinMode (I1, OUTPUT);
for (motorPower=0;motorPower {
delay(StartTimeStep);
Теперь двигатель разгоняется более плавно. Разгон от 0 до 255 займет почти пол секунды, а установить интервал изменения в 1 мс – то вообще за четверть секунды. Невооруженным глазом разница не очень заметна. Но такое разгон намного более щадящий для силовой части. К тому-же скорость разгона мы можем регулировать, добиваясь нужного ускорения.
Вот только использование delay() не дает использовать параллельно
никаких других действий, поэтому реализуем плавный пуск с помощью таймеров, как при .
byte E1=5; // Управление скоростью двигателя – подключение к 5 выходу
byte I1=4; // Управление направлением вращения – подключение к 4 выходу
unsigned long StartTimer; // счетчик время для плавного пуска
int StartTimeStep=2; // Интервал изменения мощности двигателя, в мс
int StartPowerStep=1; // Один шаг изменения мощности двигателя
int motorPower; // Мощность двигателя
pinMode (E1, OUTPUT); // Задаем работу соответствующих пинов в качестве выходов
pinMode (I1, OUTPUT);
motorPower=0; // Начальная мощность - 0
digitalWrite (I1, HIGH); // На вывод I1 подан высокий логический уровень, мотор вращается в одну сторону
if (motorPower if ((millis()-StartTimer)>= StartTimeStep) // Проверяем, сколько прошло с последнего изменения скорости
// если больше, чем заданный интервал – увеличим скорость еще на один шаг
motorPower+= StartPowerStep; // увеличение скорости
analogWrite (E1, motorPower); // На выводе ENABLE управляющий сигнал с новой скоростью
StartTimer=millis(); // Начало нового шага
Теперь двигатель разгоняется плавно, причем параллельно с разгоном можно выполнять любые другие действия
20.Способы пуска двигателя постоянного тока.
Возможны три способа пуска двигателя в ход:
1) прямой пуск, когда цепь якоря приключается непосредственно к сети на ее полное напряжение;
2) пуск с помощью пускового реостата или пусковых сопротивлений, включаемых последовательно в цепь якоря;
3) пуск при пониженном напряжении цепи якоря.
прямой пуск применяется только для двигателей мощностью до нескольких сотен ватт, у которых Ra относительно велико и поэтому при пуске процесс пуска длится не более 1-2 сек.
Самым распространенным является пуск с помощью пускового реостата или пусковых сопротивлений
Способы пуска двигателя постоянного тока
1. Прямой пуск - обмотка якоря подключается непосредственно к сети.
Ток
якоря двигателя определяется формулой
.
(4.1)
Если считать, что при прямом
пуске значения напряженияпитания
U и сопротивления якорной обмотки R
я
остаются неизменными, то ток якоря
зависит от противо - ЭДС Е
.
В начальный момент пуска якоря двигатель
неподвижен (
=0)
и в его обмотке Е=0
.Поэтому
при подключении к сети в обмотке возникает
пусковой ток
.
(4.2)
Обычно сопротивление
R
я
невелико,
особенно
у двигателей большой мощности, поэтому
значение пускового тока достигает 20
раз превышающих номинальный ток
двигателя.недопустимо
больших значений, в 10 При этом создается
опасность поломки вала машины и появляется
сильное искрение под щетками коллектора.
По этой причине такой пуск применяется
только для двигателей малой мощности,
у которых
R
я
относительно
велико.
2)Реостатный пуск - в цепь якоря включается пусковой реостат для ограничения тока. В начальный момент пуска при =0 и R п =мах ток якоря будет равен
.
(4.3)
Максимальное значение R п
подбирают так, чтобы для машин большой
и средней мощности ток якоря при пуске
,
а для машин малой мощности
.
Рассмотрим процесс реостатного пуска
на примере двигателя с параллельным
возбуждением рис 4.1.
В начальный
момент пуск осуществляется по реостатной
характеристике 4, соответствующей
максимальному значению сопротивленияR
п
,
при этом двигатель развивает максимальный
пусковой момент М
пmax
.Регулировочный реостат R
р
выводится так, чтобы I
в
и Ф
были максимальными. По мере разгона
момент двигателя уменьшается, так как
с увеличением скорости вращения ротора
растет и ЭДС Е
,
а как следствие, уменьшается ток якоря,
определяющий его величину. При достижении
некоторого значения М
пmin
часть сопротивления R
п
выводится,
вследствие чего момент снова возрастает
до М
пmax
, двигатель переходит на работу по
реостатной характеристике 3 и разгоняется
до значения М
пmin
. Таким образом, уменьшая постепенно
сопротивление пускового реостата,
осуществляют разгон двигателя по
отдельным отрезкам реостатной
характеристики до выхода на естественную
характеристику 1.Средний вращающий
момент при пуске определяется из
выражения
.
(4.4)
двигатель при этом разгоняется
с некоторым постоянным ускорением.
Аналогичный пуск возможен и для двигателей последовательного возбуждения. Количество ступеней пуска зависит от жесткости естественной характеристики и требований предъявляемых к плавности пуска. Пусковые реостаты рассчитываются на кратковременную работу под током.
В
реальных устройствах пуск осуществляется
автоматически. Микроконтроллер, по
з
аданному
алгоритму, управляет коммутирующими
элементами (релейное управление),
отключая секции пускового реостата и
практически реализуя описанный выше
процесс.
Алгоритм управления может быть построен с использованием трех основных принципов:
1) Принцип ЭДС
2) Принцип тока
3) Принцип времени.
Идею реализации данных принципов можно пояснить с помощью пусковой схемы на электромагнитных реле (что практически применялось до широкого внедрения микропроцессорных систем управления) рисунок 4.3. К якорю машины подключается параллельно ряд реле, которые с ростом скорости вращения, а значит, ЭДС, последовательно срабатывают и своими контактами выводят из работы секции пускового реостата, постепенно уменьшая сопротивление якорной цепи.
При использования принципа тока применяются последовательно включенные реле тока, которые дают команду через свои нормально замкнутые контакты на последовательное включение соответствующих контакторов К i при снижении тока до заданного уровня.
Принцип времени предполагает применение реле времени, которые через расчетные уставки времени дают команду на шунтирование секций реостата.
4)Пуск путем плавного повышения питающего напряжения - пуск осуществляется от отдельного регулируемого источника питания. Применяется для двигателей большой мощности, где нецелесообразно применять громоздкие реостаты из-за значительных потерь электроэнергии.
До этого я никогда не делал устройство плавного пуска. Чисто теоретически, я представлял, как реализовать эту функцию на симисторе, правда такой вариант не без недостатков - потеря мощности и необходим теплоотвод.
Блуждая по пыльным китайским лабазам, в тщетных попытках в залежах контрафакта и неликвида отыскать что-нибудь стоящее, но не дорогое, наткнулся я на этот товар.
Бла-бла-бла
Покупка не была ради покупки, а осознанная необходимость. Задумал я написать обзор в стол поставить ручной фрезер. А он у меня без плавного пуска, стартует резко, саморазрушаясь и руша окружающее его. Мягкий старт и плавный пуск разве не одно и тоже? Сомнения конечно были, хотя я с терморезисторами дел не имел, видел их только в блоках питания компьютеров, всегда думал, что они реагируют на «скачки и всплески», т. е. быстро, но «the voltage to rise slowly» и «after about five seconds» зародили червь сомнения. Да еще и “or other high starting current machine applications.»
Поскольку отсутствие знаний делает нас расточительными и решительными, я заказал этот девайс и не на секунду об этом не пожалел.
Вот что пишет про него продавец:
Мягкий старт блока питания для усилителя класса А, обещая: 4 кВт мощности и 40 А через контакты реле при напряжении AC от 150 В до 280 В. Размер 67 мм x 61 мм x 30 мм, продавец называет его ультра-маленьким – а-ха-ха. Как бы мой фрезер по току в рамки попадает, даже если разделить китайские амперы на два, но в таком размере внутрь корпуса инструмента плата невпихуема.
И, да, это конструктор. Нужно паять!
Товар пришел в таком виде, плюс еще для лучшей сохранности был завернут в обрывок газеты на китайском/корейском/японском языке, который пропал, опрос домочадцев и многочисленной челяди ясности не внес, кому и для каких надобностей этот клочек понадобился, поэтому фото газеты нет, сверху был еще пакетик без всякой пупырки.
Паять легко - все нарисовано и подписано.
Плата - может кому пригодится
Спаял:
Обратная сторона
Набросал принципиальную схему
Как работает: при включении у R2 сопротивление большое, напряжение на нагрузке меньше чем 220 V, терморезистор нагревается, сопротивление его стремится к нулю, а напряжение на нагрузке к 220 V. Соответственно двигатель набирает обороты.
Одновременно с этим выпрямленное и стабилизированное VD2 напряжение (24 V, хотя по первому попавшемуся даташиту должно быть 25, но вольт туда, вольт сюда…) запитывает схему включения реле. Через R1 заряжается конденсатор C3, емкость которого определяет время срабатывания реле. Через 5 секунд открывается транзистор VT2, контакты реле шунтируют терморезистор R2 и двигатель работает на максимальной мощности.
Гладко было на бумаге… В реальности подключение данного устройства никакого плавного пуска двигателю не обеспечивает, терморезистор нагревается мгновенно, мотор сразу молотит почем зря, только реле издевательски щелкает через 5 секунд. Пробовал двигатель на 150 Вт - эффект тот же.
Бла-бпа-бла
Ругал на чем свет стоит китайского купца. Домашние животные, дошколята и приживалки, наблюдавшие за экспериментом, разбежались и попрятались по темным углам, теща на всякий случай достала из рукава пестик. А вот не надо вводить в заблуждение доверчивых русских покупателей. Допил одонки из бутылки, оставшейся с позапрошлой коронации, закусил холодной кулебякой, успокоился… Достал из помойного ведра плату, обобрал с нее подсолнечную шелуху.
«Если работа проваливается, то всякая попытка ее спасти ухудшит дело», - утверждает Эдвард Мерфи. «Слишком много людей ломаются, даже не подозревая о том, насколько близко к успеху они были в тот момент, когда упали духом,» - спорит с ним Томас Эдисон. Эти две цитаты никакого отношения к делу не имеют, приведены здесь, чтобы показать, что автор отчета не просто охотник за халявой и тупой потребитель китайских товаров, а человек начитанный, приятный собеседник и интеллектуал. Фигли. Но к делу.
Завалялись у меня в чулане на антресолях в шляпной коробке пара микросхем К1182ПМ1Р.
Выжимка из даташита:
Непосредственное применение ИС - для плавного включения и выключения электрических ламп накаливания или регулировки их яркости свечения. Так же успешно ИС может применяться для регулировки скорости вращения электродвигателей мощностью до 150 Вт
(например, вентиляторами) и для управления более мощными силовыми приборами (тиристорами)
.
На одной из них я и собрал устройство плавного пуска, которое не лишено недостатков, но работает, как надо.
С1 задает время плавного включения, R1 величину напряжения на нагрузке. У меня максимальное напряжение при 120 ом получилось. При С1 100 мкФ время разгона около 2-х секунд. Поменяв R1 на переменный можно регулировать обороты коллекторного двигателя, без обратной связи естественно (хотя так реализовано на подавляющем большинстве продаваемого электроинструмента). Симистор VS1 любой нашедшейся, подходящий по мощности. У меня завалялся BTA16 600B.
Обратная сторона
Все работает.
Теперь осталось скрестить два устройства, которые взаимно дополняют друг друга, сводя на нет недостатки присущие каждому в отдельности.
Бла-бла-бла
В принципе задача несложная для живого, пытливого ума. Выпаял термистор, и выбросил его спрятал до лучших времен, на его место впаял два проводка идущие от катода и анода симистора второй платы. Уменьшил емкость С3 на первой плате до 22 мкФ, что бы реле замыкало катод и анод симистора не через 5 секунд, а примерно через две.
При температуре воздуха 30 град. С температура диодного моста 50 град., стабилитрона 65 град., реле 40 град.
Все - переделка закончена.
Бла-бла-бла
Другой бы, менее уверенный в своих силах, обрадовался бы результату, закатил бы пир горой, устроил бы праздник с медведями и цыганами. Я же просто открыл бутылочку шампанского, заставил девок плясать хороводы во дворе и отменил субботнюю порку.
Осталось только оформить это все в корпус, уже было хотел, но что-то дома нет пластинки металлической, с помощью которой корпус будет крепиться к столу. Выглядеть будет все примерно так:
Мои выводы неоднозначны, оценки предвзяты, рекомендации сомнительны.
Все устал, еще эти коты все время в кадр лезли – замучился гонять. Планирую купить +21 Добавить в избранное Обзор понравился +92 +163
Пуск двигателя постоянного тока имеет ряд отличительных особенностей.
Объясняется это большим значением пускового тока, которое необходимо предварительно ограничить.
Если этого не сделать, то может повредиться внутренняя цепь обмотки якоря.
Существует несколько способов запуска: прямой, реостатный и метод плавного повышения питающего напряжения.
По мере нарастания токовой нагрузки на обмотке статора увеличивается крутящий момент электродвигателя, который через вал передается на его подвижную часть – ротор. Чем быстрее возрастает крутящий момент, тем сильнее разогревается обмотка статора.
Это явление может привести к:
- выходу из строя изоляции;
- возникновению вибраций;
- деформации механических частей двигателя;
- полному выходу из строя мотора.
Большой ток может вызвать бурное искрение под щетками, что приведет к выходу из строя коллектора.
Избежать поломки можно, понизив пусковой ток до номинальной частоты вращения сразу после старта электромотора. Добиться этого можно несколькими способами. Выбор оптимального варианта зависит от технических характеристик мотора и его назначения.
Прямой пуск
Данный метод основан на прямом подключении якорной обмотки к электрической сети при номинальном напряжении двигателя. Прямой пуск можно применять только в случае наличия стабильного питания мотора, жестко связанного с приводом.
Этот способ является одним из самых простых. Температура при прямом пуске повышается, по сравнению с прочими способами, незначительно.
Схема прямого пуска
Метод прямого пуска наиболее предпочтителен при отсутствии специальных ограничений на ток, поступающий от электросети.
Если электродвигатель работает в режиме частых запусков и отключений, его необходимо снабдить простейшим оборудованием. Его роль может выполнять расцепитель с ручным управлением. Напряжение в этом случае подается на клеммы электромотора.
Прямой пуск можно применять только на маломощных двигателях, поскольку пик нагрузки а крупных моделях может превышать номинальную нагрузку в 50 раз.
Реостатный пуск
Метод пригоден для запуска оборудования большой мощности. Процесс осуществляется следующим образом:
- Из провода, разделенного на секции и имеющего высокое удельное сопротивление, изготавливается реостат.
- Устанавливается ток возбуждения на уровне номинального значения.
- Во время запуска последовательно уменьшается сопротивление реостата, исключая таким образом скачки электрического тока.
Включение в схему реостата обеспечивает безопасность запуска двигателей самой высокой мощности.
Реостатный пуск
При реостатном пуске разгон двигателя происходит постепенно с постоянным ускорением. Количество ступеней реостата зависит от требований к плавности запуска мотора и разности
Значения их сопротивлений определяется расчетом. В среднем пусковые реостаты имеют 2-7 ступеней.
Главная задача проектировщика – обеспечить одинаковое значение максимального и минимального тока на всех ступенях при их переключении в заданных временных интервалах.
Процесс переключения пускового реостата практически не поддается автоматизации. Если это необходимо (например, в автоматизированных установках), применяются пусковые сопротивления, поочередно шунтируемые контактами контакторов, работающих автоматически.
Как только двигатель войдет в рабочий режим, сопротивление реостата необходимо полностью вывести, поскольку рассчитывается оно только на кратковременную работу. Если ток будет проходить через реостат длительное время, он просто выйдет из строя.
Уменьшается сопротивление тоже ступенчато.
Пуск путем плавного повышения питающего напряжения
В обмотках двигателей насосов, конвейеров, воздуходувок в момент запуска возникают повышенные токи, превышающие их номинальное значение в 6 раз. Это явление отрицательно сказывается на составных частях мотора, снижая их долговечность. Поэтому в электрооборудовании мощностью свыше 1 кВт используют плавный пуск.
Смысл данного способа заключается в следующем: питающее напряжение повышается постепенно до тех пор, пока двигатель не выйдет на рабочий режим. Регулировка производится при помощи тиристоров или симисторов. Они располагаются «спина к спине» и устанавливаются на каждой из питающих линий .
Устройство плавного пуска
Приводятся в действие тиристоры на начальном этапе, причем их включают последовательно с небольшой задержкой для каждого полупериода. Такая схема работы способствует эффективному наращиванию напряжения (среднего переменного) на электродвигателе вплоть до его выхода на номинальное напряжение электросети.
Как только мотор достигнет номинальной скорости вращения, его можно переключить напрямую по схеме байпас.
Осуществляется посредством установок плавного пуска или частотных преобразователей.
Но эти устройства с успехом заменяют:
- выключателями;
- разъединителями полного напряжения.
Последний подает полное напряжение на клеммы электродвигателя (принцип прямого пуска). Но такая схема возможна только на маломощных электроустановках.
Способ плавного пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
Существуют и другие мягкие пускатели, обеспечивающие плавную остановку двигателя. Они необходимы в устройствах, которые при резком снижении скорости вращения могут привести к их поломке или нарушениям разного характера. В качестве примера можно привести насос, быстрая остановка которого вызовет возникновение гидроудара в системе. Нежелательна резкая остановка конвейерных лент, в результате которой полотно может выйти из строя.
Особенности плавного пуска трехфазных двигателей
На электродвигателях данного типа применяется мягкий пуск «звезда-треугольник». Схема работает следующим образом:
- изначально обмотки мотора соединены звездой;
- при выходе двигателя на заданные параметры они переключаются в соединение треугольником.
Система управления трёхфазным двигателем (инвертор)
В схему устройства входят:
- контакторы на каждую фазу;
- таймера, задающего интервал времени;
- реле перегрузки.
Такой способ позволяет держать пусковой ток на уровне 30% от его значения при прямом пуске. Соответственно, и крутящий момент ниже – не более 25%.
Применять метод «звезда-треугольник» можно только при наличии нагрузки на двигателе в момент его пуска.
Но чрезмерно нагруженное электрооборудование разогнать до номинальной скорости не удастся из-за недостаточного крутящего момента.
Устройства плавного могут играть роль регулятора напряжения электродвигателя, если в схеме присутствует соответствующий контроллер. Его задача – отслеживать коэффициент мощности мотора. Зависит он от нагрузки: при ее небольшом значении контроллер понизит напряжение и ток электродвигателя.
Пуск при пониженном напряжении цепи якоря
Ограничить пусковой ток можно, задействовав управляемый выпрямитель или отдельный генератор .Обмотка возбуждения питается от другого источника с полным напряжением, обеспечивающим полный пусковой ток.
Такой способ используется для запуска мощных двигателей с регулируемой скоростью вращения.
Реверсирование (изменение направления вращения) выполняется путем изменения направления тока в обмотке возбуждения или якоре.
