Современные ручные электроинструменты зачастую приводятся в движение универсальными коллекторными двигателями, которые имеют компактные размеры и высокую мощность на единицу объема. Эти двигатели могут работать как на постоянном, так и на переменном токе, обеспечивая при этом значительный крутящий момент, который делает их идеальными для использования в ручных инструментах.
Обзор устройств плавного пуска – применение, принципы действия, разновидности, схемы включения
Одной из характерных черт работы асинхронного двигателя, которую, хотя и можно назвать недостатком, является значительный пусковой ток во время стартового процесса, который может превышать номинальный в восемь и более раз. Это связано с особенностями работы двигателя: при подаче на него номинального напряжения он стремится моментально достичь своей максимальной мощности. Такая ситуация особенно заметна, когда двигатель запускается через линейный контактор, что также известно как прямой пуск.
В некоторых механизмах критически важно, чтобы процесс запуска происходил плавно и без толчков. Это особенно актуально для технологического оборудования, которое обладает высоким моментом инерции при запуске. К этому типу оборудования можно отнести тяжелые маховики, конвейеры, мощные насосы и вентиляторы.
Таким образом, высокая величина пускового тока и значительный момент инерции механической нагрузки на валу двигателя являются взаимосвязанными факторами, от которых часто необходимо избавляться.
Следует отметить, что в ряде стран существует законодательное ограничение на прямой пуск электродвигателей большой мощности, так как это может привести к возникновению помех, скачкам напряжения и перегрузкам в электросетях, что, в свою очередь, может вызвать недовольство у других потребителей и даже привести к аварийным ситуациям.
Как обеспечить плавный пуск двигателя
На практике существует несколько способов уменьшения пускового тока, которые могут быть эффективно использованы.
1. Применение преобразователей частоты. Эти устройства позволяют контролировать разгон, обеспечивая возможность запуска за строго ограниченное время, а также минимизируя превышение номинального тока, например, оставляя его на уровне 110%. Это наиболее совершенный метод для организации плавного запуска, однако не всегда оправданный, так как преобразователь частоты является дорогостоящим электронным устройством с множеством функций, которые могут оказаться избыточными, если требуется лишь ограничение пускового тока.
2. Схема «Звезда – Треугольник». Эта схема требует, чтобы двигатель работал на номинальном напряжении питания 380 В в режиме треугольника. Запуск двигателя осуществляется в два этапа. На первом этапе обмотки включаются в режиме звезды, что позволяет подать на них пониженное напряжение, тем самым обеспечивая более плавный разгон. На втором этапе обмотки включаются в режиме треугольника, что позволяет двигателю достичь своей полной мощности. Стоит упомянуть, что такой метод может приводить к ступенчатому разгону и высоким пусковым токам.
3. Устройства плавного пуска (softstarter) представляют собой наиболее приемлемый вариант, если основная задача заключается лишь в минимизации пускового тока.
Далее мы рассмотрим более подробно принципы работы устройств плавного пуска (УПП) и схемы их подключения.
Плавный пуск – что это такое и зачем он нужен
При включении бытового 1-фазного электроприбора возникает неприятная особенность – скачок силы тока до семикратного значения. Важным моментом является то, что такой скачок может оказать неблагоприятное воздействие на устройство:
- Появляются искры на якоре, что может привести к выгоранию ламелей.
- Щетки быстро изнашиваются и прогорают.
- Роторные и статические обмотки могут разрушаться и терять свою функциональность.
- В общей электросети могут зафиксироваться скачки тока.
- Ускоряется износ шестеренок из-за резкой нагрузки.
- Существует риск вырывания инструмента из рук из-за резкого толчка при старте.
Чтобы исключить резкие скачки тока при запуске, можно предварительно подать на двигатель пониженное значение напряжения, а затем медленно увеличить его до рабочей величины. Это позволит уменьшить негативные последствия и продлить срок службы устройства. Однако стоит отметить, что большая часть бытового электроинструмента не оснащается заводскими устройствами плавного пуска, что вынуждает пользователей прибегать к самодельным решениям.
При наличии достаточного опыта устройство плавного пуска можно собрать своими руками.
Модуль постепенного запуска электропривода помогает решить несколько задач:
- Снижает пиковые токовые броски в электрической сети. Это важно как для самого инструмента, так и для проводки, а также для контролирующих устройств и генераторов электроэнергии.
- Устраняет негативные последствия резкого наращивания оборотов электродвигателя – это уменьшает износ щеток и предотвращает возникновение электродуги между контактами, что может вызвать выгорание якорных ламелей и замыкание в обмотках.
- Снижает опасность использования инструмента, особенно заметно это на торцевых пилах; чем больше диаметр диска, тем существеннее проблема. Она может проявляться в нарушении траектории распила и даже в вырыве работающего инструмента из рук.
- Предотвращает ударные нагрузки на механические узлы, что в конечном итоге продлевает срок службы оборудования.
Реле плавного пуска для 220-вольтового электродвигателя имеет компактные размеры и часто легко помещается в рукоятке инструмента. Однако, если необходимо сохранить гарантию или использовать устройство с несколькими приборами, целесообразнее установить внешний модуль.
Реле плавного запуска электроприборов обладает небольшими размерами и может быть установлено в розетке.
Варианты
Рассмотрим два подхода к решению проблемы скачков пускового тока:
Если у вас есть опыт радиомонтажных работ, вы можете самостоятельно собрать пусковой модуль, используя необходимые компоненты и следуя схеме.
При этом стоит учитывать несколько важных аспектов:
- Все детали должны соответствовать необходимым электротехническим характеристикам.
- Размеры компонентов должны быть минимальны для достижения компактности.
- Обеспечьте качественное соединение, так как схема работает под напряжением.
- Следуйте правилам безопасности при монтаже.
Обычно все эти условия доступны только опытным мастерам.
Если вы используете электроинструмент на любительском уровне и не понимаете, как выглядит схема подключения на симисторе или других электронных компонентах, разумнее будет приобрести готовый блок плавного пуска. Удобнее всего размещать его в розетке, переноске или удлинителе.
Наружный блок плавного старта домашних электроприборов.
При выборе заводских устройств обращайте внимание на следующие характеристики:
- Допустимая мощность прибора.
- Варианты рабочих режимов.
- Степень равенства предельных токов.
- Максимальное количество пусков в заданный временной промежуток.
Модули запуска различаются по своему назначению и не могут взаимозаменяться. Например, устройство и принцип работы схемы для плавного пуска коллекторного двигателя на 220 В для болгарки существенно отличаются от тех, что используются для асинхронных двигателей компрессоров, поэтому их нельзя подменять друг другом.
Разновидности
Наиболее важным параметром для отличия блоков плавного пуска является мощность, измеряемая в амперах. У большинства моделей она варьируется в пределах 10-50 А. При выборе модуля для частного использования необходимо учитывать характеристики подключаемого устройства. Например, для моторов с мощностью до 3 кВт подойдут устройства на 16 А, что вполне хватает для бытовых нужд.
Блоки плавного старта делятся на 3-х- и 2-х-контактные.
По методу подключения и устройству блоки делятся на два основных типа:
Устройства с двумя стандартными токопроводящими контактами дополнительно включают третий – управляющий. Подача энергии на основные проводники происходит после активации на управляющем контакте.
Модуль устанавливается внутри инструмента, при этом управляющий провод подводится к кнопке пуска. Это обеспечивает автоматическую активацию устройства плавного пуска в момент запуска.
В отличие от предыдущего варианта модуль с двумя проводами подключается по внешней схеме – в разрыв цепи питающего проводника. Достигается эффект плавного старта за счет кратковременного уменьшения напряжения.
Эти блоки легко устанавливаются в настенную розетку или удлинитель. Они часто применяются для бытовых электроприборов, тогда как 3-х-контактные модули лучше подходят для стационарных инструментов.
Переноска с плавным пуском на базе блока KRRQD12A
Один из вариантов переноски с блоком плавного пуска для подключения электроинструмента включает использование электронного блока KRRQD12A. Для модернизации вам понадобятся:
- Сам электронный блок.
- Удлинитель (заводской или самодельный).
- Паяльник с припоем.
- Розетка для наружного монтажа.
- Кусок провода ПВС 3 × 2,5.
- Нож.
- Изолента или термоусадочные трубки.
- Кусок фанеры или доски для монтажа.
Процесс модернизации удлинителя
Переноска с БПП с регулятором скорости вращения
Предлагаем ознакомиться с еще одним вариантом самодельной переноски с БПП и регулятором скорости вращения. Представленная ниже схема обеспечивает плавный запуск электроинструмента и выход на номинальную частоту вращения. Время разгона до заявленной скорости зависит от емкости применяемого конденсатора C3. Регулировка частоты вращения осуществляется с помощью переменного резистора R2 группы A.
Блок плавного пуска можно разместить внутри рукоятки электроинструмента, но данная модификация сложнее и может аннулировать гарантию. Наиболее оптимально собрать блок плавного пуска с регулятором частоты вращения в разветвительной коробке. В этом случае используется симистор TS122-25-5, однако можно применить любой аналогичный прибор с напряжением не ниже четвертого класса и током не менее 1,5–2 номиналов.
Как сделать плавный пуск для электроинструмента своими руками: способы
Обилие схем на тиристорах типа КУ202, симисторах типа КУ208Г и других подобных полупроводниковых ключах требует соответствующей квалификации, как минимум на уровне начинающего радиолюбителя. Набор радиоэлементов для создания устройства плавного пуска доступен, а принцип управления симметричным или обычным силовым тиристором является понятным — установка сдвига фазы и времени переходного процесса выполняется либо через резистор, либо через емкость конденсатора.
При наличии необходимого опыта и желания можно самостоятельно нарисовать и протравить печатную плату, затем аккуратно разместить на ней компоненты. Чтобы увеличить надежность, дорожки лучше залудить, а после сборки покрыть лаком. В случае невозможности изготовления печатной платы можно реализовать УПП на макетной плате.
Симистор или тиристор должны быть установлены на радиатор, который способен обеспечить качественное рассеяние тепла, возникающего в результате работы силового элемента.
Расчет довольно прост: чтобы рассчитать необходимую мощность радиатора, умножьте номинальный ток двигателя на падение напряжения на полупроводнике в открытом состоянии (около 2 вольт). Собранную плату можно оформить в пластиковый контейнер и подключить розетку для подключения электроинструмента. Обратите внимание, что кустарная конструкция не может быть безопасно размещена в корпусе устройства без установки УПП, так как в этом случае все детали будут находиться в близком контакте.
Простейшая схема
Наиболее легкая в реализации для людей, не обладающих глубокими знаниями в электротехнике, модернизация инструмента с использованием модулей плавного пуска. Номинальный ток таких модулей может колебаться от 10 до 50 А. Они различаются по конструкции и назначению: трехпроводные модули чаще всего используются для стационарных устройств, а двухпроводные – для ручного электроинструмента.
Поскольку модули плавного пуска применимы исключительно к коллекторным электродвигателям, важно учитывать их особенности при выборе устройства для модернизации.
Использование блока KRRQD-12A позволяет контролировать переходные процессы двигателя мощностью 2,5 кВт с максимальным током до 12 А. Более мощная электронная сборка KRRQD-20A может работать с навигируемой мощностью до 4,4 кВт и током не более 20 А.
Рис. 2. Электронные модули плавного запуска.
Габариты блоков невелики и электрические характеристики охватывают все основные модели ручных электроинструментов.
Плавный пуск подходит для всех категорий УШМ, электрокос и электропил, таких как KRRQD12A (12А).
При запуске мотора подается пониженное напряжение, и через определенное время он достигает рабочего состояния. Существенным преимуществом применения таких модулей является то, что с ними работают электронные регулировки скорости и торможения.
Модернизация по данной схеме доступна любому домашнему мастеру, которому достаточно уметь припаять и заизолировать два провода. Устройство плавного пуска можно разместить даже в корпусе инструмента, если данный инструмент не на гарантии и конструкция допускает подобное.
Как подключить плавный пуск
Самодельные устройства плавного пуска для электроинструментов, выполненные на дискретных элементах и микросхемах, после завершения монтажных работ и проверки должны быть помещены в изолированный корпус. Наличие на силовых элементах напряжения 220 В опасно для жизни.
Сечение проводов, связывающих УПП с сетью и электроинструментом, должно соответствовать предполагаемой нагрузке и обладать достаточной изоляцией. Устройство можно устанавливать стационарно рядом с розеткой, к которой будет подключен инструмент. Также допустимо доработать переноску с розеткой для УПП.
Применение модулей KRRQD-12A, KRRQD-20A и аналогичных устройств, помимо перечисленных возможностей подключения, открывает дополнительные функции.
Применение в болгарке
При запуске угловой шлифовальной машины (УШМ) существуют высокие динамические нагрузки, которые могут повредить элементы инструмента.
Дорогие модели обычно серьезно оснащены УПП, но многие бюджетные модели, такие как УШМ от компании Интерскол, этого не имеют. Инерционные рывки могут привести к вырыву болгарки из рук, что создает угрозу жизни и здоровью. К тому же, подъем тока при запуске может вызвать износ щеток и значительный перегрев статорных обмоток, ускоряет износ редуктора и может привести к поломке режущего диска, что представляет собой опасность. Чтобы обеспечить безопасность работы, рекомендуется модифицировать болгарку для установки регулировки оборотов и плавного пуска.
Самодельные варианты
Существует множество схем для модернизации электроинструмента с помощью УПП, среди которых широкое распространение получили устройства, работающие на симисторах. Симистор представляет собой полупроводниковый компонент, который позволяет плавно регулировать параметры питания. Существуют как простые, так и сложные схемы, отличающиеся вариациями исполнения и поддерживаемыми мощностями подключаемых электроприборов. Конструктивно блоки могут быть внутренними, т.е. встроенными в корпус инструмента, или внешними, которые представляют собой отдельные модули, обеспечивающие контроль за стартовым током и ограничивающие обороты при запуске УШМ.
Простейшая схема
УПП с регулировкой оборотов, использующее тиристор КУ202, являет собой наиболее простое решение для людей, не имеющих глубоких знаний в электричестве. Его подключение не требует специальных навыков, а комплектующие для сборки доступны для покупки. Эта модель состоит из диодного моста и переменного резистора (который выполняет роль регулятора тока), а также схемы управления тиристором, опирающейся на подачу управляющего напряжения 6,3 вольта от отечественного производителя.
Схема 1. Электросхема внутреннего блока с регулировкой оборотов и плавным пуском (схема электрическая принципиальная).
Из-за компактности и малого количества деталей такая схема может быть встроена непосредственно в корпус инструмента. Кроме того, есть возможность вывести ручку переменного резистора, и в дальнейшем доработать модуль, добавив кнопку перед диодным мостом.
Основной принцип функционирования заключается в том, что обороты электродвигателя инструмента регулируются посредством ограничения подачи мощности. Данная схема позволяет подключать электроинструмент до 1,5 кВт. Для увеличения этого порога необходимо заменить тиристор на более мощный (информацию об этом можно найти в интернете или справочниках). Необходимо понимать также, что схема управления тиристором будет отличаться от первоначальной. КУ202 хорошо зарекомендовал себя, однако его основным недочетом является сложность настройки (подборка нужных компонентов для схемы управления). Для автоматического плавного пуска стоит использовать схему два (УПП на микросхеме).
Плавный пуск на микросхеме
Оптимальный вариант для создания УПП – схема на основе одного симистора и микросхемы, которая управляет плавным открытием переходного процесса p-n типа. Устройство питается от сети 220 В и его довольно легко собрать самостоятельно. Эта простая и универсальная схема плавного пуска для электродвигателя также позволяет регулировать обороты (см. схему 2).
Схема 2. Схема плавного пуска электроинструмента.
