Плавно стартиране на DC двигателя на ръка. Направи си сам плавно стартиране на електродвигателя. Анализ на съществуващи импулсни преобразуватели

Стартирането на DC двигател има редица отличителни характеристики.

Това се обяснява с голямата стойност на началния ток, който трябва предварително да бъде ограничен.

Ако това не се направи, вътрешната верига на намотката на котвата може да се повреди.

Има няколко начина за стартиране: директен, реостатен и метод за плавно увеличаване на захранващото напрежение.

С увеличаването на текущото натоварване на намотката на статора се увеличава въртящият момент на електродвигателя, който се предава през вала към неговата подвижна част - ротора. Колкото по-бързо се увеличава въртящият момент, толкова повече се нагрява намотката на статора.

Това явление може да доведе до:

• повреда на изолацията;
• появата на вибрации;
• деформация на механичните части на двигателя;
• пълна повреда на двигателя.

Големият ток може да причини силно искри под четките, което ще доведе до повреда на колектора.

Повредата може да бъде избегната чрез понижаване на пусковия ток до номиналната скорост веднага след стартиране на електродвигателя. Това може да се постигне по няколко начина. Изборът на най-добрия вариант зависи от техническите характеристики на двигателя и неговото предназначение.

Директен старт

Този метод се основава на директно свързване на намотката на котвата към електрическата мрежа при номиналното напрежение на двигателя. Директен старт може да се използва само ако има стабилно захранване на двигателя, който е неподвижно свързан към задвижването.

Този метод е един от най-простите. Температурата по време на директен старт се повишава незначително в сравнение с други методи.

Верига за директен старт

Методът директен онлайн е най-предпочитан при липса на специални ограничения за тока, подаван от мрежата.

Ако електродвигателят работи в режим на чести стартирания и спирания, той трябва да бъде оборудван с най-простото оборудване. Неговата роля може да се играе от ръчно освобождаване. В този случай напрежението се подава към клемите на електродвигателя.

Директното стартиране може да се използва само при двигатели с ниска мощност, тъй като пиковото натоварване при големите модели може да надвиши номиналното натоварване с 50 пъти.

Стартиране на реостата

Методът е подходящ за стартиране на оборудване с висока мощност. Процесът се извършва по следния начин:

1. Реостатът е направен от тел, разделен на секции и имащ високо специфично съпротивление.
2. Токът на полето се задава на номиналната стойност.
3. По време на стартиране съпротивлението на реостата последователно се намалява, като по този начин се елиминират ударите на електрически ток.

Включването на реостат във веригата гарантира безопасността на стартиране на двигатели с най-висока мощност.

Стартиране на реостата

При стартиране на реостат двигателят се ускорява постепенно с постоянно ускорение. Броят на степените на реостата зависи от изискванията за плавно стартиране на двигателя и разликата

Стойностите на техните съпротивления се определят чрез изчисление. Средно стартовите реостати имат 2-7 стъпки.

Основната задача на проектанта е да осигури една и съща стойност на максималния и минималния ток на всички етапи, когато се превключват в определени интервали от време.

Процесът на превключване на стартовия реостат практически не се поддава на автоматизация. Ако е необходимо (например в автоматизирани инсталации), се използват пускови резистори, последователно заобикаляни от контактите на контакторите, които работят автоматично.

Веднага след като двигателят влезе в работен режим, съпротивлението на реостата трябва да бъде напълно изтеглено, тъй като се изчислява само за краткосрочна работа. Ако токът протича през реостата за дълго време, той просто ще се провали.

Съпротивлението също намалява на стъпки.

Започнете с плавно увеличаване на захранващото напрежение

В намотките на двигателите на помпи, конвейери, вентилатори в момента на стартиране се появяват увеличени токове, надвишаващи номиналната им стойност 6 пъти. Това явление има отрицателен ефект върху компонентите на двигателя, намалявайки тяхната издръжливост. Следователно в електрическо оборудване с мощност над 1 kW се използва мек старт.

Значението на този метод е следното: захранващото напрежение се повишава постепенно, докато двигателят достигне работния режим. Регулирането се извършва с помощта на тиристори или триаци. Те са разположени "гръб до гръб" и се монтират на всяка от захранващите линии.

Мек стартер

Тиристорите се активират в началния етап и се включват последователно с малко закъснение за всеки полупериод. Такава схема на работа допринася за ефективно натрупване на напрежението (средно променливо) на електродвигателя до достигането му на номиналното напрежение на мрежата.

След като двигателят достигне номиналната си скорост, той може да бъде превключен директно чрез байпас.

Извършва се с помощта на софтстартери или честотни преобразуватели.

Но тези устройства успешно заменят:

• ключове;
• разединители за пълно напрежение.

Последният доставя пълно напрежение към клемите на двигателя (принцип на директно включване). Но такава схема е възможна само на електрически инсталации с ниска мощност.

Метод за мек старт на асинхронен двигател с ротор с катерица

Налични са и други меки стартери, които осигуряват меко спиране на двигателя. Те са необходими в устройства, които при рязко намаляване на скоростта на въртене могат да доведат до тяхната повреда или нарушения от различно естество. Пример е помпа, бързото й спиране ще доведе до воден чук в системата. Нежелателно е рязкото спиране на конвейерните ленти, в резултат на което лентата може да се повреди.

Характеристики на мек старт на трифазни двигатели

При електрически двигатели от този тип се използва мек старт "звезда-триъгълник". Веригата работи по следния начин:

• първоначално намотките на двигателя са свързани със звезда;
• когато двигателят достигне зададените параметри, те преминават към триъгълна връзка.

Трифазна система за управление на двигателя (инвертор)

Схемата на устройството включва:

• контактори за всяка фаза;
• таймер, който задава интервала от време;
• реле за претоварване.

Този метод ви позволява да поддържате стартовия ток на ниво от 30% от стойността му с директен старт. Съответно въртящият момент е по-нисък - не повече от 25%.

Методът "звезда-триъгълник" може да се използва само ако има натоварване на двигателя в момента на неговото стартиране.

Но прекомерно натовареното електрическо оборудване не може да бъде ускорено до номиналната скорост поради недостатъчен въртящ момент.

Гладките устройства могат да играят ролята на регулатор на напрежението на електродвигателя, ако във веригата присъства подходящ контролер. Неговата задача е да следи фактора на мощността на двигателя. Зависи от натоварването: с малка стойност контролерът ще намали напрежението и тока на електродвигателя.

Стартиране от ниско напрежение на веригата на котвата

Стартовият ток може да бъде ограничен чрез използване на управляван токоизправител или отделен генератор.

Намотката се захранва от друг източник на пълно напрежение, осигуряващ пълен пусков ток.

Този метод се използва за стартиране на мощни двигатели с променлива скорост.

Реверсирането (промяната на посоката на въртене) се извършва чрез промяна на посоката на тока в намотката или котвата.

Плавно начало

четкан DC мотор

(DPT)

Има нужда от плавно включване на колекторния двигател, например, за да се предотвратят пренапрежения в захранващите вериги. Или предотвратяване на внезапни удари върху трансмисията на задвижването. Не е излишно да поставите фаровете, за да увеличите живота на лампата.

В моя случай беше необходимо да се подаде максимална мощност на задвижващия двигател на електрическия автомобил с изхода на електронния ключ за управление от режима на управление PWM, за да се предотврати прегряване при максимално натоварване.

На фиг. 1 и фиг. 2 са показани две схеми за изпълнение на такива устройства.

Конструкция 1:

Проста електрическа схема на мек старт на вграден таймер KR1006VI1 (или внесена серия 555)

Фиг. 1. Конструкция 1

Когато се приложи напрежение от 12V, таймер с свързващи елементи (PWM) стартира и започва да генерира импулси на изход 3 на IC с постоянна честота и варираща във времето ширина на повторение на импулса. Времето се задава от капацитета на кондензатора C1. Освен това тези импулси се подават към портата на мощен полеви транзистор, който контролира натоварването на изхода на устройството. R3 е строго 2 Mohm. Работното напрежение на електролитните кондензатори е 25 волта.
Забележка: Това устройство се намира възможно най-близо до вентилаторав противен случай може да се образуват смущения, които ще попречат на нормалната работа на автомобила (разбира се, Жигули не е пречка).

Конструкция 2:

Еднакво проста схема, базирана на същия интегриран таймер.

Фиг. 2 Конструкция 2

Конструкция 3:

Веригата, използвана в електрическо превозно средство. Устройството се стартира с бутона "Старт".

Фиг. 2 Конструкция 3

Стойността на резистора R2 трябва да бъде най-малко 2,2 ома, в противен случай няма да има пълно (100%) отваряне на транзисторите.
Захранването на веригата е ограничено на ниво 7,5V с помощта на ценеров диод KS175Zh, за да се ограничи управляващото напрежение, подавано към портата на транзисторите. В противен случай базите на транзисторите се насищат.
Устройството се включва чрез натискане на бутона "On" чрез подаване на захранване, като едновременно с това се отключват силовите транзистори. Когато устройството е изключено, линейният режим се предотвратява, когато захранването на управляващите вериги е намалено, транзисторите се затварят моментално.

Плавното стартиране на асинхронен двигател винаги е трудна задача, защото са необходими много ток и въртящ момент за стартиране на асинхронен двигател, който може да изгори намотката на електродвигателя. Инженерите непрекъснато предлагат и внедряват интересни технически решения за преодоляване на този проблем, например с помощта на превключваща верига, автотрансформатор и др.

Понастоящем такива методи се използват в различни промишлени инсталации за непрекъсната работа на електрически двигатели.

Принципът на работа на асинхронния електродвигател е известен от физиката, чиято същност е да се използва разликата между честотите на въртене на магнитните полета на статора и ротора. Магнитното поле на ротора, опитвайки се да настигне магнитното поле на статора, насърчава възбуждането на голям стартов ток. Двигателят работи на пълна скорост и стойността на въртящия момент също се увеличава след тока. В резултат на това намотката на модула може да се повреди поради прегряване.

По този начин се налага инсталирането на софтстартер. Софтстартери за трифазни асинхронни двигатели предпазват агрегатите от първоначалния висок ток и въртящ момент, произтичащи от ефекта на приплъзване по време на работа на асинхронния двигател.

Предимствата на използването на верига с мек стартер (SCP):

1. намаляване на началния ток;
2. намаляване на разходите за енергия;
3. повишена ефективност;
4. сравнително ниска цена;
5. достигане на максимална скорост, без да се засяга уредът.

Как да стартирате двигателя плавно?

Има пет основни метода за мек старт.

• Висок въртящ момент може да бъде създаден чрез добавяне на външно съпротивление към веригата на ротора, както е показано.

• Чрез включване на автоматичен трансформатор във веригата е възможно да се поддържа стартовият ток и въртящ момент чрез намаляване на първоначалното напрежение. Вижте снимката по-долу.

• Директният старт е най-лесният и евтин метод, тъй като асинхронният двигател е свързан директно към източника на захранване.
• Връзки по специална конфигурация на намотките - методът е приложим за двигатели, предназначени за работа при нормални условия.

• Използването на SCP е най-напредналият от всички изброени методи. Тук полупроводникови устройства като тиристори или SCR, които контролират скоростта на асинхронен двигател, успешно заменят механичните компоненти.

Регулатор на оборотите на колекторния двигател

Повечето от схемите на домакински уреди и електрически инструменти са създадени на базата на колекторен електродвигател 220 V. Такова търсене се обяснява с неговата гъвкавост. Уредите могат да се захранват от DC или AC напрежение. Предимството на веригата се дължи на осигуряването на ефективен стартов въртящ момент.

За постигане на по-плавен старт и възможност за регулиране на скоростта се използват регулатори на скоростта.

Направи си сам стартирането на електродвигател може да се извърши например по този начин.

При изследване на пусковите характеристики на стартерните електродвигатели беше установено, че при подаване на напрежение към електрическия мотор възниква импулс на обратен ток с напрежение над 2000 волта. Изолацията на намотките на електродвигателите може да не издържи и да получи повреда от завой до завой. Дъгата на колектора при високи пускови токове води до изгаряне на колекторните пластини. Възможно е да се избегне повреда и аварийна ситуация при стартиране на електродвигателя, като се използва методът за ускоряване на скоростта във времето.

Началният ток в тази верига се намалява до приемлива стойност от 220 ампера до 20. Условията за мек старт се създават от двойно ниво на тока - първото се създава от контролната характеристика на полевия транзистор за време от 0-10 ms, вторият - от контактите на стартовото реле от 10 до 60 ms. Токът по време на стартовия режим нараства почти линейно, което не води до разрушаване на електрическата част на електродвигателя.

Веригата на фигурата е хибрид от мощен полеви транзистор и стартово реле.

Полевият транзистор след натискане на бутона "Старт" се отваря чрез подаване на напрежение от батерията GB1 към портата през резистора R1. Верига, успоредна на портата на транзистора и минуса на батерията, защитава транзистора и леко увеличава времето за включване от 0,02 до 1 ms, в зависимост от стойностите на резисторите R1, R2 и кондензатора C1 - това захранва пусковия двигател M1 с нарастващо напрежение. Електродвигателят ще се ускори до номинална скорост, в края на този процес мощните контакти K1.1 на релето K1 ще се затворят, токът през полевия транзистор ще спре и работният ток на електродвигателя няма да създават дъга на контактите, тъй като режимът на ускорение е завършен.

Отварянето на веригата "Старт" ще отвори веригата K1.1 и ще деактивира електрическия двигател с експоненциално намаляване на тока.

Ценеров диод се въвежда във веригата на затвора на полевия транзистор във веригата, за да се предпази от превишаване на праговото напрежение, в изходната верига на транзистора, успоредно на стартовия двигател, е свързана верига за потискане на импулсното напрежение на обратна полярност - диод VD2 и кондензатор C2.

Бобината на релето K1 е защитена от импулси с обратна полярност от биполярен светодиод HL1 с разряден резистор R4, резистор R3 ограничава захранващия ток на веригата на намотката, намалява нагряването му при продължително включване. Диодът VD3 елиминира проникването на импулсен шум в захранващата верига.

Във веригата няма оскъдни радиокомпоненти: полеви транзистори са настроени за общ работен ток от 212 ампера. Резистори MLT-0,25, R3 на ват. Диоди VD2, VD3 от импулсен тип. Автомобилно реле - тип MG16566DX за контактен ток от 30 ампера и напрежение 12 волта, напрежението на превключване на такова реле е 7 волта, освобождаването е 3,5 волта. Сменяме светодиода HL1 с KIPD 45B -2 или KIPD 23 A1-K, тип бутон за стартиране KM 1-1. При проектирането е използван италиански стартерен електродвигател; бяха проведени изследвания върху други видове електродвигатели с капацитет от 10 до 300 вата.

Конструкцията е сглобена в корпус с размери 110 * 35 * 55 и е фиксирана до стартера, бутонът за стартиране е инсталиран на удобно място за включване и свързан с многожилен изолиран проводник с напречно сечение 0,5 mm. Полевите транзистори са фиксирани с общ болт към радиатора.

Светодиодът може да се използва като стартов индикатор или да се остави на таблото.

Захранващите вериги на електродвигателя трябва да бъдат изпълнени с многожилен проводник с напречно сечение най-малко 10 mm и възможно най-къса дължина, за да се намалят загубите на напрежение.

Веригата е тествана на стойка с посочения 250-ватов двигател, за надеждност инсталирайте паралелно двама работници на полето, като фиксирате радиатора от двете страни, след това началният ток може да достигне 220 ампера. Токът от 130 ампера се взема от батерията от стартера на автомобила Zhiguli VAZ 2107.

Списък на радиоелементите

Обозначаване	Тип	Деноминация	количество	Забележка	Резултат	Моят тефтер
VT1	MOSFET транзистор	IRL2505L	1			В бележника
VD1	Ценеров диод	KS818E	1			В бележника
VD2, VD3	Изправителен диод	1N4003	2			В бележника
HL1	Светодиод	L-57EGW	1			В бележника
C1	кондензатор	0,1 uF	1			В бележника
C2	Електролитен кондензатор	100 uF	1			В бележника
R1	Резистор	120 kΩ	1			В бележника
R2	Резистор	75 kΩ	1			В бележника
R3	Резистор	1 ома	1			В бележника
R4	Резистор	3,3 k Ohm	1