на главную
Карта сайта
English version
Вы читаете:

Устройство плавного пуска асинхронного двигателя

Разное
8 лет назад

Устройство плавного пуска асинхронного двигателя

22

Интерес радиолюбителей к разработке устройств плавного пуска асинхронных электродвигателей не ослабевает. Появляются всё новые конструкции. Одна из них предлагается читателям.

Довольно большую популярность получили устройства плавного пуска на микросхеме КР1182ПМ1, например, описанное в [1]. Но этой микросхеме присущи особенности, не позволяющие достичь желаемых результатов без вынужденного усложнения схемы. Первая из них - максимальное напряжение сети не более 276 В. Для трёхфазного электродвигателя этого явно мало. Приходится занулять среднюю точку "звезды" его статора, чтобы ток протекал не между фазами, а между каждой фазой и нейтралью. Но в этом случае требуется регулировать ток всех трёх фаз, иначе через одну из обмоток в течение всего времени пуска будет протекать ток, многократно превышающий номинальный. А при включении обмоток "звездой" с изолированной средней точкой достаточно регулировать ток только в двух фазах.

Вторая особенность - необходимость внешней цепи для принудительной разрядки времязадающего конденсатора, так как ток его разрядки через саму микросхему КР1182ПМ1 весьма мал и устройство будет готово к повторному пуску двигателя только через довольно продолжительное время.
 

Недавно я решил разработать своё устройство плавного пуска. Сразу же решил не использовать в нём микроконтроллер, обойтись без узла определения прохождения тока через ноль (например, такого, как в [2]) и сделать его нечувствительным к порядку чередования фаз.

Рис. 1



Схема предлагаемого устройства показана на рис. 1. Оно состоит из трёх функциональных блоков. Два из них одинаковы и представляют собой симисторные регуляторы действующего значения напряжения на нагрузке, управляемые с помощью оптронов. Применение в них симметричных дини-сторов VS3 и VS4 (точнее, аналогов таких динисторов - микросхем КР1167КП1Б) позволило значительно упростить регуляторы.

Третий блок управляет одновременно обоими регуляторами, формируя в процессе пуска необходимый закон изменения эффективного значения приложенного к двигателю напряжения. Для этого он соответствующим образом изменяет ток, протекающий через излучающие диоды оптронов U1-U4, управляющих регуляторами.

Фотодиоды этих оптронов работают в фотовольтаическом режиме, генерируемое ими напряжение постепенно открывает транзисторы VT1 и VT2. При этом сопротивление транзисторов уменьшается, благодаря чему в каждом полупериоде сетевого напряжения конденсаторы C7 и C8 успевают заряжаться до напряжения открывания динисторов VS3 и VS4 за всё меньшее время. Соответственно симисторы VS1 и VS2 в каждом полупериоде открываются всё раньше и всё большие части полупериодов поступают на обмотки электродвигателя M1.

К сожалению, максимальное напряжение на обмотках электродвигателя при использовании таких регуляторов получается на 20...25 В меньше напряжения в сети. Поэтому предусмотрено реле K1, срабатывающее по окончании процесса пуска и соединяющее своими контактами электроды 1 и 2 симисторов VS1 и VS2. Этим достигается и уменьшение тепловыделения устройства плавного пуска в рабочем режиме двигателя.

Управляющий блок питается от одной из фаз трёхфазной сети через гасящий конденсатор C1 и выпрямитель на диодном мосте VD2-VD5. Учитывая, что напряжение на выходе моста незначительно по сравнению с сетевым напряжением, можно считать выпрямитель источником тока, значение которого около 20 мА задано реактивным сопротивлением конденсатора C1 и практически не зависит от нагрузки.

Резистор R5 ограничивает импульс тока зарядки конденсатора C1 в момент подключения устройства к сети. Рекомендую устанавливать этот резистор на высоте 5.7 мм над поверхностью монтажной платы, чтобы в случае его сгорания (например, в результате пробоя конденсатора Cl) плата не была повреждена. Резистор R6 необходим для разрядки конденсатора C1 после отключения от сети. Конденсатор C5 сглаживает пульсации.
 

Две цепи, состоящие из включённых последовательно излучающих диодов оптронов U1, U2 и U3, U4, соединены с плюсовым выводом этого конденсатора через постоянный резистор R2 и подстроечный R1. Ток через излучающие диоды зависит от сопротивления этих резисторов и значения выпрямленного диодным мостом VD2-VD5 напряжения, которое при неизменном выпрямленном токе зависит от сопротивления нагрузки выпрямителя. Первая часть этой нагрузки - цепь излучающих диодов. Вторая часть образована двумя включёнными последовательно параллельными интегральными стабилизаторами DA1 и DA2. Чем большая часть имеющихся 20 мА протекает через интегральные стабилизаторы, тем меньше остаётся на долю излучающих диодов.

Стабилизатор DA1 включён таким образом, что по мере зарядки конденсатора C4 сопротивление его участка катод-анод плавно увеличивается и ток через него уменьшается. При этом плавно увеличиваются выпрямленное напряжение и ток через излучающие диоды оптронов.

Стабилизатор DA2 задаёт начальное значение этого напряжения (устанавливают подстроечным резистором R9), которое достигается очень быстро после замыкания контактов выключателя SA1. Дальнейшее увеличение напряжения происходит плавно со скоростью, задаваемой сопротивлением подстроечного резистора R7 и ёмкостью конденсатора C4.

Для чего необходимо задавать начальное напряжение? Дело в том, что при слишком маленьком напряжении на обмотках электродвигателя ток через его обмотки уже течёт, а вал всё ещё остаётся неподвижным. При этом двигатель гудит, а обмотки нагреваются. Для предотвращения такого нежелательного режима и предусмотрена установка начального напряжения, обеспечивающего немедленное начало вращения вала. Необходимое значение этого напряжения сильно зависит от механической нагрузки на валу, поэтому его регулировку подстроечным резистором R9 следует производить в реальных условиях эксплуатации двигателя.

По завершении процесса пуска двигателя начинает действовать третья часть нагрузки выпрямителя на диодном мосте VD2-VD5 - соединённые последовательно стабилитрон VD1 и излучающий диод оптрона U5. Когда напряжение на выходе моста достигает напряжения стабилизации стабилитрона (24 В), сопротивление последнего резко уменьшается. Через него и излучающий диод оптрона U5 начинает течь ток. Фотодинистор оптрона открывается, и реле K1 срабатывает, шунтируя своими контактами симисторы VS1 и VS2. С этого момента на электродвигатель M1 поступает полное сетевое напряжение.

Оптроны 3ОД101В применены в качестве оптронов U1-U4 только потому, что они были у меня в наличии. Поскольку напряжение, создаваемое фотодиодом одного оптрона, оказалось недостаточным для открывания транзистора, число оптронов было удвоено. Как излучающие диоды, так и фотодиоды каждой их пары соединены последовательно. С другими диодными оптронами эксперименты не проводились. Вполне возможно, что они тоже подойдут. Существуют сдвоенные диодные оптроны (например, АОД134АС), а также такие, что содержат два фотодиода, освещаемых одним излучающим диодом (например, АОД176А). Возможно, стоит попробовать и их.

При подборе замены транзисторам 2SC4517 следует обратить внимание на максимальное напряжение коллектор- эмиттер. Оно не должно быть меньше 600 В. Это же касается и максимального напряжения в выключенном состоянии симисторов VS1 и VS2.
 

Транзисторы 2SC4517 в рассматриваемом устройстве можно применять без теплоотводов. Нужно ли отводить тепло от симисторов, зависит от мощности электродвигателя и от того, как часто планируется его включать.

Реле K1 - РП-64 [3] с катушкой на 220 В, 50 Гц. Его можно заменить, например, на реле R20-3022-96-5230 [4] c двумя группами нормально разомкнутых контактов и катушкой на 230 В переменного тока. Конденсаторы C2 и C3 - плёночные. Микросхемы КР1167КП1Б можно заменить импортными симметричными динисторами DB3.

Рис. 2



Налаживание устройства плавного пуска следует начать с балансировки двух регуляторов. Для этого нужно, как показано на рис. 2, подать на него однофазное напряжение 220 В, подключив вместо электродвигателя M1 две лампы накаливания на 220 В мощностью 40.60 Вт. Выводы конденсатора C4 необходимо замкнуть перемычкой.

Подав питающее напряжение, установите подстроечным резистором R9 минимальную яркость свечения ламп, а подстроечным резистором R1 добейтесь одинаковой интенсивности их свечения. Отключив питание, удалите перемычку с конденсатора и снова включите устройство, контролируя напряжение на конденсаторе C5. Когда оно достигнет 25.26 В, должно сработать реле K1. Если с этим всё в порядке, можно проверить напряжение на лампах. Перед срабатыванием реле K1 оно должно быть не менее 190 В. Если напряжение на лампах меньше, можно уменьшить сопротивление резистора R2, но только так, чтобы не был превышен максимально допустимый ток управления оптронов U1-U4.

Теперь к устройству можно подключить электродвигатель и подать трёхфазное напряжение. На мой взгляд, подборку желательной продолжительности разгона лучше начинать с минимальной скорости нарастания напряжения на двигателе (движок подстроечно-го резистора R7 в верхнем по схеме положении) и минимального стартового напряжения (движок подстроечного резистора R9 в нижнем по схеме положении).

Хочу обратить внимание, что технически несложно отказаться от стабилизатора DA2, просто исключив его и относящиеся к нему элементы из схемы и соединив вместе провода, шедшие к аноду и катоду стабилизатора. Для регулировки стартового напряжения в этом случае устанавливают подстроеч-ные резисторы R1' и R2', показанные на схеме рис. 1 штриховыми линиями. Ноя бы не советовал так делать. Во-первых, это неудобно, поскольку оперировать придётся двумя подстроечными резисторами по очереди, стремясь не нарушать равенства значений напряжения на обмотках двигателя. Во-вторых, далеко не все подстроечные резисторы способны выдержать приложенное к ним напряжение около 400 В. В-третьих, в рассматриваемом устройстве резисторы R1' и R2', в отличие от других подстроечных резисторов, будут находиться под высоким напряжением относительно нейтрали трёхфазной сети, что может представлять опасность при случайном прикосновении к ним.

В заключение хочу сказать, что устройство плавного пуска не может заменить частотный регулятор скорости и продолжительное время поддерживать пониженную частоту вращения вала электродвигателя. С его помощью можно лишь увеличить время разгона до номинальных оборотов и снизить пусковой ток. Пребывание электродвигателя в режиме разгона дольше необходимого приведёт к перегреванию обмоток, потому что текущий через них в этом режиме ток хотя и значительно меньше стандартного пускового тока, но всё-таки превышает номинальный. В таком режиме двигатель очень чувствителен к нагрузке на валу и может остановиться при её незначительном повышении.

Некоторой аналогией устройства плавного пуска электродвигателя можно считать механизм сцепления в автомобиле. Постоянная работа асинхронного электродвигателя в режиме разгона подобна движению автомобиля с не полностью включённым сцеплением.

Литература

1.    Аладышкин Б. Применение микросхемы КР1182ПМ1. Плавный пуск электродвигателя. - http://electrik.info/main/praktika/278-primenenie-mikrosxemy-kr1182pm1-plavnyj-pusk.html.

2.    Плавный пуск трёхфазного асинхронни-ка. - http://kazus.ru/forums/showthread. php?t=12618.

3.    Промежуточное реле РП-64. - http://www.rele.ru/d/d7323c0e96dc68ab5ffed6ea85cd1801.pdf.

4.    R20 промышленные малогабаритные реле. - <www.relpol.pl/ru/Predlagat/My-predlagaem/Rele/promyshlennye-rele/Pele-R20

Автор: П. Галашевский, г. Херсон, Украина

Мнения читателей
  • Александр Шестаков/19.07.2020 - 12:56

    Здравствуйте. Кто-то пробовал изменить схему, для использования тиристоров? Какие импортные аналоги примененых оптронов?

  • Павел/25.04.2020 - 15:26

    Напряжение на С7 и С8 не поднимается выше напряжения открывания динисторов. Т.е. явно меньше 50 вольт.Конденсаторы на 100 вольт можно ставить смело.

  • Pavel/25.04.2020 - 10:47

    Добрый день. Павел подскажите конденсаторы С7 и С8 на какое напряжение лучше поставить. 100в хватит?

  • Павел/22.04.2020 - 12:37

    В связи с неравномерным старением оптронов 3ОД101, существует некоторый разброс их параметров, в зависимости от партии. Рекомендую увеличить емкость конденсатора С1 до 0,47мкф.

  • Павел/21.02.2019 - 17:02

    Моя новая почта: pavel0071234@gmail.com

  • Рустем/04.12.2018 - 04:57

    Здравствуйте, Павел. Пытался отправить Вам письмо на электронку. Почта ругнулась на некорректный адрес.

  • Pavel/29.11.2017 - 17:37

    Меня несколько раз об этом спрашивали в письмах. Я на таких двигателях не экспериментировал, а те кто меня об этом спрашивали или не решились, или не отписались о результатах. К сожалению. Теоретически должно работать, а практически могут оказаться какие-нибудь тонкости, которые осложнят жизнь. Решайте сами. Если решитесь и возникнут сложности, готов помочь советом.

  • Александр/23.09.2017 - 12:20

    Здравствуйте Павел! Есть ли опыт применения вашего УПП наасинхронных электродвигателях на холстом ходу мощностью 35-45 кВат.

  • Вячеслав/05.09.2017 - 20:36

    Года четыре назад делал по этой схеме плавный пуск. Паше отдельное спасибо, сразу все не заработало, Паша помог проконсультировал и всё заработало. Почему пишу))). Так вот позвонил клиент которому делали, очень доволен все работает по сей день, и хочет что бы ему ещё сделали на двух кранах плавный пуск. Кстати два двигателя по 10квт работают одновременно.

  • Pavel/28.04.2017 - 14:30

    Здравствуйте.Рисунок печатной, разработанный журналом "Радио", можно найти здесь: ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/01/64.pdfС транзисторными оптопарами опытов не проводил. Будут ли они работать - не знаю.

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному выше материалу:

Поля, обязательные для заполнения

Изготовление печатных плат