Zastosowanie układu KR1182PM1. Łagodny rozruch silnika elektrycznego

Softstarty silnikowe

Ostatnio coraz częściej stosuje się łagodny rozruch silnika elektrycznego. Obszary jego zastosowania są różnorodne i liczne. To przemysł, transport elektryczny, usługi komunalne i rolnictwo. Zastosowanie takich urządzeń może znacznie zmniejszyć obciążenie rozruchowe silnika elektrycznego i siłowników, przedłużając w ten sposób ich żywotność.

Prądy rozruchowe

Prądy rozruchowe osiągają wartości 7 ... 10 razy wyższe niż w trybie roboczym. Prowadzi to do „osiadania” napięcia w sieci zasilającej, co negatywnie wpływa nie tylko na pracę innych odbiorców, ale także na sam silnik. Czas rozruchu jest opóźniony, co może prowadzić do przegrzania uzwojeń i stopniowego niszczenia ich izolacji. Przyczynia się to do przedwczesnej awarii silnika.

Softstartery mogą znacznie zmniejszyć obciążenie rozruchowe silnika elektrycznego i sieci, co jest szczególnie ważne na obszarach wiejskich lub gdy silnik jest napędzany przez autonomiczną elektrownię.

Przeciążenie siłownika

W momencie uruchomienia silnika moment na wale jest bardzo niestabilny i przekracza wartość nominalną ponad pięciokrotnie. Dlatego też obciążenia początkowe siłowników są również zwiększone w porównaniu z pracą w stanie ustalonym i mogą sięgać nawet 500 procent. Niestabilność momentu obrotowego podczas rozruchu prowadzi do obciążenia udarowego zębów koła zębatego, cięcia kołków, a czasem nawet skręcania wałów.

Miękkie rozruszniki silnika elektrycznego znacznie zmniejszają obciążenia rozruchowe mechanizmu: szczeliny między zębami przekładni są płynnie dobierane, co zapobiega ich uszkodzeniu. W napędach pasowych pasy napędowe są również płynnie naciągane, co zmniejsza zużycie mechanizmów.

Oprócz łagodnego rozruchu działanie mechanizmów jest korzystne dla płynnego hamowania. Jeśli silnik napędza pompę, wówczas płynne hamowanie pozwala uniknąć uderzenia wodnego, gdy urządzenie jest wyłączone.

Softstarty przemysłowe

Softstarty obecnie produkowany przez wiele firm, na przykład Siemens, Danfoss, Schneider Electric. Takie urządzenia mają wiele funkcji programowalnych przez użytkownika. Są to czas przyspieszania, czas hamowania, ochrona przed przeciążeniem i wiele innych dodatkowych funkcji.

Wszystkie zalety markowych urządzeń mają jedną wadę - dość wysoką cenę. Możesz jednak samodzielnie stworzyć podobne urządzenie. Jego koszt okaże się niewielki.

Softstart na układzie KR1182PM1

W pierwsza część artykułu mówił o specjalistyczny układ KR1182PM1reprezentujący regulator mocy fazowej. Rozważono typowe schematy włączenia, urządzenia do płynnego rozruchu lamp żarowych i po prostu regulatory mocy w obciążeniu. Na podstawie tego mikroukładu można stworzyć dość prosty trójfazowy softstart silnika. Schemat urządzenia pokazano na rysunku 1.

Ryc. 1. Schemat softstartu.

Łagodny rozruch odbywa się poprzez stopniowe zwiększanie napięcia na uzwojeniach silnika od zera do wartości nominalnej. Osiąga się to poprzez zwiększenie kąta otwarcia kluczy tyrystorowych w czasie zwanym czasem rozpoczęcia.

Opis obwodu

Konstrukcja wykorzystuje trójfazowy silnik elektryczny o częstotliwości 50 Hz, 380 V. Uzwojenia silnika połączone „gwiazdą” są podłączone do obwodów wyjściowych wskazanych na schemacie jako L1, L2, L3. Punkt środkowy „gwiazdy” jest podłączony do neutralnej sieci (N).

Klucze wyjściowe są wykonane na tyrystorach podłączonych przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. W projekcie zastosowano importowane tyrystory typu 40TPS12. Przy niskim koszcie mają wystarczająco duży prąd - do 35 A, a ich napięcie wsteczne wynosi 1200 V. Oprócz nich w klawiszach jest jeszcze kilka elementów. Ich cel jest następujący: obwody tłumiące RC połączone równolegle z tyrystorami zapobiegają fałszywemu przełączaniu tych ostatnich (R8C11, R9C12, R10C13 w obwodzie), a zakłócenia przełączania o amplitudzie przekraczającej 500 V są pochłaniane za pomocą warystorów RU1 ... RU3.

Jako węzły sterujące dla kluczy wyjściowych wykorzystywane są układy DA1 ... DA3 typu KR1182PM1. Te mikroukłady zostały rozważone wystarczająco szczegółowo w pierwsza część artykułu. Kondensatory C5 ... C10 wewnątrz mikroukładu tworzą napięcie piłokształtne, które jest synchronizowane przez sieć. Sygnały sterujące tyrystora w mikroukładzie powstają przez porównanie napięcia piłokształtnego z napięciem między zaciskami mikroukładu 3 i 6.

Aby zasilić przekaźnik K1 ... K3, urządzenie ma zasilacz, który składa się tylko z kilku elementów. To jest transformator T1, mostek prostowniczy VD1, kondensator wygładzający C4. Na wyjściu prostownika zainstalowany jest integralny stabilizator DA4 typu 7812, który zapewnia wyjście 12 V oraz ochronę przed zwarciami i przeciążeniami na wyjściu.

Opis działania silników softstartu

Napięcie sieciowe jest przykładane do obwodu, gdy wyłącznik Q1 zamyka się. Jednak silnik jeszcze się nie uruchomił. Wynika to z tego, że uzwojenia przekaźnika K1 ... K3 są nadal pozbawione napięcia, a ich normalnie zamknięte styki omijają styki 3 i 6 obwodów DA1 ... DA3 przez rezystory R1 ... R3. Ta okoliczność nie pozwala na ładowanie kondensatorów C1 ... C3, dlatego impulsy sterujące mikroukładu nie wytwarzają.

Uruchom urządzenie

Kiedy przełącznik SA1 jest zamknięty, napięcie 12 V włącza przekaźnik K1 ... K3. Ich normalnie zamknięte styki otwierają się, co umożliwia ładowanie kondensatorów C1 ... C3 z wewnętrznych generatorów prądu. Wraz ze wzrostem napięcia na tych kondensatorach wzrasta również kąt otwarcia tyrystorów. Zapewnia to płynny wzrost napięcia na uzwojeniach silnika. Gdy kondensatory są w pełni naładowane, kąt włączenia tyrystorów osiągnie wartość maksymalną, a prędkość silnika elektrycznego osiągnie wartość nominalną.

Wyłączenie silnika, płynne hamowanie

Aby wyłączyć silnik, otwórz przełącznik SA1. Spowoduje to wyzwolenie przekaźnika K1 ... K3. Ich normalnie zamknięte styki zostaną zamknięte, co doprowadzi do rozładowania kondensatorów C1 ... C3 przez rezystory R1 ... R3. Rozładowanie kondensatorów potrwa kilka sekund, podczas których silnik zatrzyma się.

Po uruchomieniu silnika w przewodzie neutralnym mogą płynąć znaczne prądy. Wynika to z faktu, że podczas płynnego przyspieszania prądy w uzwojeniach silnika nie są sinusoidalne, ale nie należy się tego szczególnie bać: proces rozruchu jest dość krótki. W stanie ustalonym prąd ten będzie znacznie mniejszy (nie więcej niż dziesięć procent prądu fazowego w trybie nominalnym), co wynika wyłącznie z technologicznego rozproszenia parametrów uzwojenia i nierównowagi fazowej. Już teraz nie można pozbyć się tych zjawisk.

Części i konstrukcja

Do złożenia urządzenia wymagane są następujące części:

Transformator o mocy nie większej niż 15 W, o napięciu uzwojenia wyjściowego 15 ... 17 V.

Dowolny przekaźnik o napięciu 12 V z cewką normalnie zamkniętą lub przełączającą, na przykład TRU-12VDC-SB-SL, może być używany jako przekaźnik K1 ... K3.

Kondensatory C11 ... C13 typu K73-17 dla napięcia roboczego co najmniej 600 V.

Urządzenie wykonane jest na płytce drukowanej. Zmontowane urządzenie należy umieścić w plastikowej skrzynce o odpowiednich rozmiarach, na której panelu przednim znajduje się przełącznik SA1 oraz diody LED HL1 i HL2.

Połączenie silnika

Połączenie przełącznika Q1 i silnika odbywa się za pomocą przewodów, których przekrój odpowiada mocy tego ostatniego.Przewód neutralny jest taki sam jak drut fazowy. Przy wartościach znamionowych części wskazanych na schemacie można podłączyć silniki o mocy do czterech kilowatów.

Jeśli zamierzasz używać silnika o mocy nie większej niż półtora kilowata, a częstotliwość początkowa nie przekroczy 10 ... 15 na godzinę, to moc rozproszona na klawiszach tyrystora jest nieznaczna, dlatego grzejniki można pominąć.

Jeśli ma on korzystać z mocniejszego silnika lub rozruchy będą częstsze, wymagana będzie instalacja tyrystorów na grzejnikach wykonanych z paska aluminiowego. Jeśli grzejnik ma być powszechnie stosowany, tyrystory należy od niego odizolować za pomocą uszczelek mikowych. Aby poprawić warunki chłodzenia, możesz użyć pasty termoprzewodzącej KPT-8.

Sprawdź i skonfiguruj urządzenie

Przed włączeniem sprawdź przede wszystkim zgodność instalacji ze schematem połączeń. Jest to podstawowa zasada i nie można z niej odstąpić. W końcu zaniedbanie tego testu może prowadzić do sterty zwęglonych części i przez długi czas zniechęcać do „eksperymentów z elektrycznością”. Znalezione błędy należy wyeliminować, ponieważ mimo to obwód ten jest zasilany przez sieć, a żarty są z nim złe. I nawet po tym teście jest za wcześnie, aby podłączyć silnik.

Najpierw zamiast silnika podłącz trzy identyczne żarówki o mocy 60 ... 100 watów. Podczas testowania należy upewnić się, że lampy „zapalają się” równomiernie.

Nierównomierność czasu włączenia wynika ze zmian pojemności kondensatorów C1 ... C3, które mają znaczną tolerancję pojemności. Dlatego lepiej jest natychmiast wybrać je za pomocą urządzenia przed instalacją, co najmniej z dokładnością do dziesięciu procent.

Czas wyłączenia wynika również z rezystancji rezystorów R1 ... R3. Za ich pomocą możesz wyrównać czas wolny. Ustawień tych należy dokonać, jeśli rozpiętość czasu włączenia / wyłączenia w różnych fazach przekracza 30 procent.

Silnik można podłączyć dopiero wtedy, gdy powyższe kontrole przebiegną normalnie, nie mówiąc nawet idealnie.

Co jeszcze można dodać do projektu

Jak już wspomniano powyżej, takie urządzenia są obecnie produkowane przez różne firmy. Oczywiście nie jest możliwe powtórzenie wszystkich funkcji markowych urządzeń w tak prowizorycznym trybie, ale jedno nadal prawdopodobnie będzie możliwe skopiowanie.

Chodzi o tak zwane stycznik obejściowy. Jego cel jest następujący: po osiągnięciu przez silnik prędkości znamionowej stycznik po prostu łączy klucze tyrystorowe ze stykami. Przepływa przez nie prąd, omijając tyrystory. Ten projekt jest często nazywany bypass (z angielskiego bypass - bypass). Aby uzyskać takie ulepszenie, do jednostki sterującej należy dodać dodatkowe elementy.

Boris Aladyshkin