Как сделать пусковое для электродвигателя своими руками

Устройство и схема плавного пуска асинхронного электродвигателя

Плавный пуск асинхронного электродвигателя необходим для продления его срока эксплуатации и минимизации работ, связанных с устранением возможных поломок.

Необходимость плавного запуска

Для того чтобы обеспечить необходимую пусковую мощность, следует увеличить номинальную мощность питающей сети. По этой причине оборудование может значительно подорожать. Причем очевиден и перерасход электроэнергии.

Одним из недостатков асинхронного электродвигателя является большой ток пуска. Он превышает номинальный в 5 — 10 раз. Ток с большими бросками может также возникнуть при торможении двигателя или при его реверсе. Это ведет к нагреву обмоток статора, а также слишком больших электродинамических усилий в частях статора и ротора.

Если вследствие возникшей аварийной ситуации двигатель перегрелся и вышел из строя всегда рассматривается возможность его ремонта. Но после перегрева параметры трансформаторной стали изменяются. Отремонтированный электродвигатель обладает номинальной мощностью на 30% меньшей, чем у него была ранее.

Для того чтобы ток ограничить используют пусковые реакторы, автотрансформаторы, резисторы и устройства плавного пуска двигателей — софт-стартеры.

Прямой запуск

В электросхеме прямого пуска машина непосредственно подключена к сетевому напряжению питания.

На схеме выше показана характеристика пускового тока при прямом старте. При таком подключении повышение температуры в обмотках машины минимальное.

Подключение осуществляется с помощью контактора (пускателя). В схеме применяется реле перегрузки для защиты электродвигателя. Однако такой метод применим, когда нет ограничений по току.

Во время старта машины пусковой момент ограничивают, чтобы сгладить резкий рывок, вследствие которого могут выйти из строя механические части привода и подсоединенные механизмы.

По этой причине производители крупных электродвигателей запрещают их прямой пуск.

Подключение «звезда-треугольник»

Одним из основных способов запуска машины является электросхема «звезда-треугольник». Такой старт возможен, для двигателей, у которых все начала и концы обмоток выведены.

Управление стартом по этой схеме состоит из трех контакторов, реле перегрузки и реле времени, управляющим контакторами.

Первоначально коммутация с сетью происходит по схеме «звезда». Контакторы К1 и К3 замкнуты. Затем, через определенное время, обмотки переключаются автоматически на схему «треугольник». Контакты К3 размыкаются, а контакты К2, наоборот, замыкаются. Реле времени в электросхеме служит для управления их переключением. На нем выставляется время разгона двигателя. При этом пусковые токи существенно снижаются.

Такой способ эффективен, но применяется он не всегда.

Старт через автотрансформатор

Этот способ применяется с использованием в электросхеме автотрансформатора, который соединен с машиной последовательно. Он служит для того, чтобы запуск произошел при пониженном на 50 — 80% от номинального напряжении. Вследствие этого пусковой ток и вращающий пусковой момент уменьшатся. Временной интервал переключения от пониженного напряжения к полному корректируется.

Однако здесь есть и недостаток. В процессе работы машина переключается на сетевое напряжение, что приводит к резкому скачку тока.

Устройства плавного пуска

В условиях плавного старта асинхронной машины с использованием в электросхеме силового блока тиристоров подается ток несинусоидальной формы. Ускорение и торможение происходят за короткий промежуток времени. Многие собирают устройство плавного пуска своими руками. Это намного снижает его цену.

В этой схеме тиристоры подключены в цепи параллельно по встречному принципу. К общему электроду поступает управляющее напряжение. Такое устройство принято называть симистором. В случае трехфазной системы он присутствует в каждом проводе.

Для того чтобы отвести тепло, выделяемое при нагревании полупроводников, применяются радиаторы. Габариты, вес и цена устройств при этом возрастает.

Существует и другой вариант для решения проблемы нагрева. В схему подключают шунтирующий контакт. После старта контакты замыкаются. В этом случае возникает параллельная цепь, сопротивление которой меньше сопротивления полупроводников. А ток, как известно, выбирает путь наименьшего сопротивления. Пока происходит этот процесс, симисторы остывают. Пример такого подключения приведен ниже на рисунке.

Типы устройств плавного старта

Их можно разделить на четыре категории.

• Регулирующие пусковой момент. Принцип действия их таков, что они осуществляют контроль одной фазы. Но при контроле плавного старта не снижают пусковые токи. Поэтому спектр применения их ограничен.
• Регулирующие напряжение с отсутствием сигнала обратной связи. Работают они по заданной программе и являются одними из самых распространенных в использовании.
• Регулирующие напряжение с сигналом обратной связи. Их принцип действия — способность менять напряжение и регулировать величину тока в заданном диапазоне.
• Регулирующие ток с наличием сигнала обратной связи. Являются самыми современными из всех устройств подобного типа. Обеспечивают наибольшую точность управления.

Софт-стартеры

Современные устройства плавного пуска выполнены, на микропроцессорах. И это существенно увеличивает их функциональные возможности по сравнению с аналоговыми. Эти устройства называют софт-стартерами. Они увеличивают срок службы исполнительных механизмов и самих электродвигателей.

С ними старт электродвигателя происходит с постепенным увеличением напряжения. Кроме этого, регулируется время разгона и время его торможения. Для того чтобы пониженное начальное напряжение не могло в электросхеме значительно снизить пусковой момент, его устанавливают в диапазоне 30 — 60% от номинального.

Плавная регулировка напряжения дает возможность плавного ускорения двигателя до номинальной скорости.

Необходимо отметить, что с применением софт-стартеров уменьшилось количество реле и контакторов в электрической цепи. Само по себе устройство софт-стартеров не является сложным. Они просты в монтаже и эксплуатации. Электросхема подключения показана на рисунке справа.

Однако существует ряд особенностей, которые обязательно следует учитывать при их выборе.

• Первое — это обязательный учет тока асинхронной машины. Поэтому выбор софт-стартера необходимо осуществлять учитывая полный ток нагрузки, не превышающий тока предельной нагрузки самого устройства,
• Второе — максимальное число стартов в час. Как правило, оно ограничено софт-стартером. Число запусков в час самой машины не должно превышать этот параметр,
• Третье — это напряжение самой электрической сети. Оно должно соответствовать паспортному значению устройства. Несоответствие может привести к его поломке.

Источник

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 звезда-треугольник, автотрансформатора и т. д.

В настоящее время подобные способы применяются в различных промышленных установках для бесперебойного функционирования электродвигателей.

Зачем нужны УПП?

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):

1. снижение стартового тока;
2. уменьшение затрат на электроэнергию;
3. повышение эффективности;
4. сравнительно низкая стоимость;
5. 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.

Заключение

УПП разработаны и созданы, чтобы ограничить увеличение пусковых технических показателей двигателя. В противном случае нежелательные явления могут привести к повреждению агрегата, сжиганию обмоток или перегреву рабочих цепей. Для длительной же службы, важно чтобы трехфазный мотор работал без скачков напряжения, в режиме плавного пуска.

Как только индукционный мотор наберёт нужные обороты, посылается сигнал к размыканию реле цепи. Агрегат становится готов к работе на полной скорости без перегрева и сбоев системы. Представленные способы могут быть полезными в решении промышленных и бытовых задач.

Источник

Портативное пусковое устройство для легкового автомобиля своими руками

Одна из особенностей аккумулятора в том, что он не выходит из строя мгновенно: угасание АКБ происходит постепенно, и какое-то время ей ещё можно пользоваться. Но зимой начинается головная боль: батарея отказывается выдавать нужный ток, и старт двигателя становится невозможным. В такой ситуации достаточно завести машину, а в дальнейшем её генератор подзарядит АКБ, и он вновь станет работоспособным. Выручает пускозарядное устройство (ПЗУ). Его предназначение как раз и заключается в выдаче тока нужной силы при питании от обычной сети 220 В. Однако подобные вещи стоят дорого. О том, как сделать пусковое устройство для автомобиля своими руками, речь пойдёт ниже.

Расчёт параметров пускового устройства

Перед началом сборки необходимо просчитать технические характеристики, чтобы обеспечить нормальное функционирование ПЗУ. Для успешного старта мотору требуется ток от 100 ампер, а напряжение – не менее 14 вольт. В результате на выходе получается 1,4 кВт. Но даже и такое изделие не гарантирует успешный пуск силового агрегата. Изначально стартеру нужен ток в 200 ампер (может, и больше, всё зависит от марки автомобиля). Определённая доля мощности достаётся аккумулятору, который с ней справляется, даже если находится в разряженном состоянии.

Выбор схемы пускового устройства

Существует несколько типов ПЗУ, отличающихся удобством применения, сложностью сборки и массой конструкции:

• трансформаторные (обычные и тиристорные);
• импульсные;
• аккумуляторные;
• конденсаторные.

Пусковое устройство на основе трансформатора своими руками

Самодельное пусковое устройство для автомобиля обязательно включает в себя трансформатор – основополагающую часть схемы. Сечение его сердечника – от 36 кв. см. Для обмотки I применяется медный провод сечением от 2-х мм. При самостоятельном наматывании используйте провод c лаковой изоляцией. Витки (от 260 до 290) нужно располагать в три слоя, между которыми прокладывается изоляционный материал (например, бумага). После того как первичная обмотка будет готова, проконтролируйте холостой ход: требуемый ток – 200–380 мА (при этом трансформатор не должен греться). Наилучший вариант – использование заводского трансформатора. Но в этом случае вторичную обмотку всё равно придётся убрать. Её нужно намотать самостоятельно (сечение – 10 кв. мм, если используется провод с несколькими жилами – 6 кв. мм), напряжение – 13,8–13,9 В. Для его измерения используйте нагрузочный резистор на 5–10 Ом. Чтобы этого добиться, подойдёт метод «тыка»:

1. Намотайте 10 витков, включите трансформатор в сеть и измерьте напряжение. Полученное число разделите на 10 и в итоге поймёте, сколько вольт содержится в одном витке.
2. Домотайте необходимые витки, чтобы напряжение соответствовало 13,8–13,9В.

Суть работы пускозарядного устройства описываемого типа несложна: трансформатор понижает напряжение, которое диоды выпрямляют, преобразуя переменный ток в постоянный. Далее его пульсации сглаживаются фильтрующим конденсатором. В некоторых более сложных схемах дополнительно применяются тиристоры, транзисторы. Эти элементы, включаемые после диодного моста, окончательно выпрямляют ток. Ниже – схема пускового устройства для автомобиля своими руками:

Используемые здесь диоды обязаны пропускать большой обратный ток (от 250 А) и напряжение не менее 50 В. Как вариант можно использовать электронный компонент Д161-250 с индексом в конце обозначения от 3-х до 18-ти.

У трансформаторного ПЗУ всего лишь один недостаток – большая масса устройства. Однако этот минус вполне компенсируется множеством плюсов:

• высокая надёжность и мощность;
• возможность использования на машине, у которой АКБ совсем умерла;
• простота конструкции, позволяющая собрать её самостоятельно;
• возможность регулировки напряжения и силы тока.

Особенность схем на тиристорах – работа в автоматическом режиме. Когда двигатель заглушен, а ПЗУ подключено к выводам аккумулятора, на него напряжение не поступает. В момент старта, когда на клеммах АКБ менее 10 В, устройство вступает в работу и подпитывает батарею, обеспечивая проворачивание коленчатого вала. Как только напряжение перевалит за 10 В, ПЗУ, благодаря запиранию тиристоров, перестанет помогать АКБ. Основной плюс этой схемы: отсутствие вреда, наносимого аккумулятору. Предлагаемое портативное пусковое устройство для автомобиля своими руками можно сделать, применяя одну из двух схем.

Это двухполупериодный вариант. Здесь используемые тиристоры пропускают I = 80 А. Например, это могут быть ТС80, Т15-100, Т161-125 и т. п.

Далее – пусковое устройство для автомобиля своими руками (схема – мостовая).

В этом случае понадобятся более мощные электронные изделия, пропускающие ток от 160 А. Т15-160, Т200, Т16-250 и т. п. Диоды рассчитаны на ток от 100 А. Это 2Д151-125, В200, Д141-100 и иные. Стабилитрон – с напряжением 8 В (2С181, Д808 и т. д.). Диод КД105 взаимозаменяемый с КД202, Д226: здесь главное, чтобы максимальный пропускаемый ток был не менее 0,3 А. Транзисторы: КТ361, КТ3107, КТ814, КТ816. Резисторы, используемые для управления тиристорами, рассчитаны на мощность от 1 Вт. Для других данный параметр не важен.

Если предполагается применять автономное пусковое устройство, сделанное своими руками, для пуска силовой установки автомобиля со штатным напряжением в 24 вольта, придётся изменить число витков трансформатора в обмотке II так, чтобы на выходе получилось 28–32 В. Вместо единичного стабилитрона Д814А поставьте пару последовательно соединённых Д810.

Самодельное импульсное пусковое устройство для автомобиля

Это совсем не простые электронные системы, собираемые на контроллерах, микропроцессорах. Основная особенность таких ПЗУ – постоянный контроль за состоянием аккумулятора в ходе его зарядки. Большой мощностью импульсные устройства не обладают, поэтому запустить с их помощью двигателя в зимний период при серьёзно разряженной батарее вряд ли получится. Зато они мало весят, имеют компактные размеры.

Как работает подобное устройство? Частота воздействует на электрический ток, в итоге напряжение увеличивается, потом уменьшается и на последнем этапе трансформируется. Импульсная схема генерирует токи до 100 А (при условии использования более мощной элементной базы это значение может быть и больше). Ниже – импульсное пусковое устройство для автомобиля (схема):

Здесь ПЗУ – источник питания, сделанный на базе микросхемы IR2153. Также применяются ключи-транзисторы 20N60, обеспечивающие напряжение 600 В и выдающие ток в 90 А. При включении ПЗУ в сеть 220 В сначала через диодный мост VD1-VD4 заряжаются конденсаторы. Когда напряжение на выводах IR2153 достигнет 12–13 В, устройство начинается вырабатывать импульсы, управляющие транзисторами. Далее на вторичной обмотке трансформатора 1.1 формируется напряжение, подающееся на контакты реле, срабатывающее и запускающее в работу стартер. Использование в схеме маломощного тиристора и резисторов обусловлено необходимостью защиты от короткого замыкания. Если оно присутствует, загорается светодиод. После решения проблемы он гаснет.

Собрать импульсное пусковое устройство для автомобиля своими руками нельзя без трансформатора мощностью меньше 4000 Вт. Она обеспечивает частоту вращения коленвала:

• до 55 об./мин для инжекторных или карбюраторных двигателей;
• до 135 об./мин для силовых агрегатов, работающих на солярке.

Чтобы сделать самому трансформатор, лучше всего взять тороидальный сердечник. Он встречается в отслужившем своё электродвигателе высокой мощности. Площадь сердечника – не менее 2700 кв. мм. Обмотка I, рассчитанная на напряжение 220 В, формируется проводом диаметром 2,21 мм, количество витков – 244. Обмотка II состоит из алюминиевой шины поперечной площадью 36 кв. мм: всего 18 витков. Холостой ход трансформатора составляет не менее 3,2 А. Если значение больше, с первичной обмотки уберите или добавьте некоторое количество витков, подбираемое опытным путём. При этом вторичная обмотка остаётся такой, какая есть, иначе упадёт КПД трансформатора. При монтаже старайтесь использовать медные провода с несколькими жилами и минимальной длиной, чтобы не было потерь напряжения (до 2–3-х вольт).

Собранную электронную схему, а также мощные элементы – диоды, тиристоры, лучше всего размещать на текстолитовом листе. Сначала закрепите наиболее громоздкую деталь – трансформатор. Выпрямительные диоды и силовые тиристоры устанавливаются на алюминиевых охлаждающих радиаторах. Бывает и так, что их способностей понижать температуру недостаточно. Тогда стоит предусмотреть установку вентилятора – например, от старого компьютера. От него же можно использовать и корпус, доработав его по размерам.

При работе ПЗУ включается на время не более 10 сек. Если на авто установлен стартер мощностью более 2000 Вт, понадобится трёхфазная сеть. То есть в таком случае придётся переделывать ПЗУ.

Другие виды пусковых устройств

Это аккумуляторные (бустеры) и конденсаторные системы. Первая из них представляет собой отдельную переносную батарею, которая при необходимости просто дополняет севший аккумулятор. При этом можно выбирать внутреннюю АКБ, которая может быть как обычной, необслуживаемой кислотной, так и более современной – литий-полимерной (PowerBank). При выборе такого пускового устройства важно, чтобы его ёмкость, а также пусковой ток соответствовали таким же параметрам вашей батареи. Бытовые бустеры рассчитаны на ёмкость не менее 18 А/ч. Но есть и профессиональные устройства, у которых эта характеристика доходит до 200 А/ч.

Конденсаторные пусковые устройства функционируют благодаря разрядке таких элементов. Это достаточно мобильные устройства, но стоят дорого и поэтому используются редко. К тому же конденсаторы выдают нерегулируемые токи, которые могут повредить аккумулятор или уменьшить его эксплуатационный ресурс.

Предпусковые системы

Ещё один вариант устройств, помогающих завести мотор при сильно подсевшем аккумуляторе. Обеспечить полноценный старт без АКБ они не смогут. Их особенность заключается в возможности подачи более высокого тока зарядки по сравнению с обычными ЗУ. Например, в штатном режиме для восстановления работоспособности батареи ёмкостью 60 А/ч понадобится не менее 6 часов и изначальный зарядный ток в 6 А. Применение зарядно-предпускового устройства позволяет сократить сроки зарядки (менее одного часа) путём увеличения тока на выходе примерно до 20 А. В итоге вы относительно быстро разгоните аккумулятор и заведёте мотор. Но стоит отметить: постоянное использование подобных устройств ведёт к более быстрому сокращению эксплуатационного ресурса самого аккумулятора.

Подбор сечения выводных проводов и клемм

При самостоятельном изготовлении ПЗУ любого типа рекомендуется для подключения устройства к контактам аккумулятора использовать сварочные провода с соответствующими зажимами типа «крокодил». Они как раз рассчитаны на большой ток и поэтому как нельзя лучше подходят для пускозарядной системы. Особое внимание обратите на плотность крепления проводов к клеммам ПЗУ: используйте болты (шпильки) диаметром не менее 6 мм с соответствующими гайками. Не рекомендуется закреплять кабель, идущий к аккумулятору, намертво. Лучше сделать провода быстросъёмными. Также не забудьте пометить «плюс» и «минус». Сделать это можно посредством разноцветной изоленты.

Из всего вышесказанного стоит сделать вывод. Запуск двигателя автомобиля можно осуществить с помощью любого из перечисленных устройств. Однако на практике наиболее надёжным и недорогим оказалось трансформаторное пускозарядное устройство, в том числе и то, что собрано самостоятельно. Его главный плюс – возможность многократных попыток старта двигателя, но что не способны более компактные, но дорогие бустеры и конденсаторные пусковые устройства.

Источник