Своими руками делаем плавный пуск электроинструмента. Плавный пуск электродвигателя Плавный пуск электродвигателя на микроконтроллерах своими руками

Плавный пуск получил широкое применение в безопасном запуске электродвигателей. Во время запуска двигателя происходит превышение номинального тока (Iн) в 7 раз. В результате этого процесса происходит уменьшение эксплуатационного периода мотора, а именно обмоток статора и значительная нагрузка на подшипники. Именно из-за этой причины и рекомендуется сделать плавный пуск для электроинструмента своими руками, где он не предусмотрен.

Общие сведения

Статор электродвигателя представляет собой катушку индуктивности, следовательно, существуют сопротивления с активной и реактивной составляющей.

При протекании электрического тока через радиоэлементы , имеющие сопротивление с активной составляющей, происходят потери, связанные с преобразованием части мощности в тепловой вид энергии. Например, резистор и обмотки статора электродвигателя обладают сопротивлением с активной составляющей. Вычислить активное сопротивление не составляет труда, так как происходит совпадение фаз тока (I) и напряжения (U). Используя закон Ома для участка цепи, можно рассчитать активное сопротивление: R = U/I. Оно зависит от материала, площади поперечного сечения, длины и его температуры.

Если ток проходит через реактивный тип элементов (с емкостными и индуктивными характеристиками), то, в этом случае, появляется реактивное R. Катушка индуктивности, не имеющая практически активного сопротивления (при расчетах не учитывается R ее обмоток). Этот вид R создается благодаря Электродвижущей силе (ЭДС) самоиндукции, которая прямо пропорционально зависит от индуктивности и частоты I, проходящего через ее витки: Xl = wL, где w — угловая частота переменного тока (w = 2*Пи*f, причем f — частота тока сети) и L — индуктивность (L = n * n / Rm, n — число витков и Rm - магнитное сопротивление).

При включении электродвигателя пусковой ток в 7 раз больше номинального (ток, потребляемый при работе инструмента) и происходит нагрев обмоток статора. Если статорная катушка является старой, то может произойти межвитковое КЗ, которое повлечет выход электроинструмента из строя. Для этого нужно применить устройство плавного пуска электроинструмента.

Одним из методов снижения пускового тока (Iп) является переключение обмоток. Для его осуществления необходимы 2 типа реле (времени и нагрузки) и наличие трех контакторов.

Пуск электромотора с обмотками, соединенными по типу «звезда» возможен только при 2-х не одновременно замкнутых контакторах. Через определенный интервал времени, который задает реле времени, один из контакторов отключается и включается еще один, не задействованный ранее. Благодаря такому чередованию включения обмоток и происходит снижение пускового тока. Этот способ обладает существенным недостатком, так как при одновременно замыкании двух контакторов возникает ток КЗ. Однако при использовании этого способа обмотки продолжают нагреваться.

Еще одним способом снижения пускового тока является частотное регулирование запуска электродвигателя. Принципом такого подхода является частотное изменение питающего U. Основной элемент этого вида устройств плавного пуска является частотный преобразователь, состоящий из следующих элементов:

Выпрямитель.
Промежуточная цепь.
Инвертор.
Электронная схема управления.

Выпрямитель изготавливается из мощных диодов или тиристоров , выполняющий роль преобразователя U питания сети в постоянный пульсирующий ток. Промежуточная цепь сглаживает пульсирующий постоянный ток на выходе выпрямителя, которая собирается на конденсаторах большой емкости. Инвертор необходим для непосредственного преобразования сигнала на выходе промежуточной цепи в сигнал амплитуды и частоты переменной составляющей. Электронная схема управления нужна для генерации сигналов, необходимых для управления выпрямителем, инвертором.

Принцип действия

Во время пуска электродвигателя коллекторного типа происходит значительное кратковременное увеличение тока потребления, которое и служит причиной преждевременного выхода из строя электроинструмента и сдачей его в ремонт. Происходит износ электрических частей (превышение тока в 7 раз) и механических (резкий запуск). Для организации «мягкого» пуска следует применять устройства плавного пуска (далее УПП). Эти устройства должны соответствовать основным требованиям:

Наиболее широкое распространение получили симисторные УПП, принципом действия которых является плавное регулирование U при помощи регулировки угла открытия перехода симистора. Симистор нужно подключить напрямую к обмоткам двигателя и это позволяет уменьшить пусковой ток от 2 до 5 раз (зависит от симистора и схемы управления). К основным недостаткам симисторных УПП являются следующие:

Сложные схемы.
Перегрев обмоток при длительном запуске.
Проблемы с запуском двигателя (приводит к значительному нагреву статорных обмоток).

Схемы усложняются при использовании мощных двигателей, однако, при небольших нагрузках и холостом ходе возможно использование простых схем.

УПП с регуляторами без обратной связи (по 1 или 3 фазам) получили широкое распространение. В моделях этого типа появляется возможность предварительного выставления времени пуска и величины U перед пуском двигателя. Однако, в этом случае невозможно регулировать величину вращающего момента при нагрузке. С этой моделью применяется специальное устройство для снижения пускового тока, защиты от пропадания и перекоса фаз, а также от перегрузок. Заводские модели имеют функцию слежения за состоянием электромотора.

Простейшие схемы однофазного регулирования исполняются на одном симисторе и используются для инструмента с мощностью до 12 кВт. Существуют более сложные схемы, позволяющие производить регулировку параметров питания двигателя мощностью до 260 кВт. При выборе УПП заводского производства необходимо учесть такие параметры: мощность, возможные режимы работы, равенство допустимы токов и количество запусков в определенный промежуток времени.

Применение в болгарке

Во время запуска угловой шлифовальной машинки (УШМ) появляются высокие нагрузки динамического характера на детали инструмента.

Дорогие модели снабжены УПП, но не обыкновенные разновидности, например, УШМ фирмы «Интерскол». Инерционный рывок способен вырвать из рук УШМ, при этом происходит угроза жизни и здоровью. Кроме того, при пуске электродвигателя инструмента происходит перегрузка по току и в результате этого - износ щеток и значительный нагрев статорных обмоток, изнашивается редуктор и возможно разрушение режущего диска, который может треснуть в любой момент и причинить вред здоровью, а может даже и жизни. Инструмент нужно обезопасить и для этого следует сделать и плавным пуском своими руками.

Самодельные варианты

Существует множество схем модернизации электроинструмента при помощи УПП. Среди всех разновидностей широкое применение получили устройства на симисторах. Симистор - полупроводниковый элемент, позволяющий плавно регулировать параметры питания. Существуют простые и сложные схемы, которые отличаются между собой вариантами исполнения, а также поддерживаемой мощностью, подключаемого электроинструмента. В конструктивном исполнении бывают внутренние, позволяющие встраиваться внутрь корпуса, и внешние, изготавливаемые в виде отдельного модуля, выполняющего роль ограничителя оборотов и пускового тока при непосредственном пуске УШМ.

Простейшая схема

УПП с регулированием оборотов на тиристоре КУ 202 получил широкое применение благодаря очень простой схеме исполнения (схема 1). Его подключение не требует особых навыков. Радиоэлементы для него достать очень просто. Состоит эта модель регулятора из диодного моста, переменного резистора (выполняет роль регулятора U) и схемы настройки тиристора (подача U на управляющий выход номиналом 6,3 вольта) отечественного производителя.

Схема 1. Электросхема внутреннего блока с регулировкой оборотов и плавным пуском (схема электрическая принципиальная)

Благодаря размерам и количеству деталей регулятор этого типа можно встроить в корпус электроинструмента. Кроме того, следует вывести ручку переменного резистора и сам регулятор оборотов можно доработать, встроив кнопку перед диодным мостом.

Основной принцип работы заключается в регулировке оборотов электродвигателя инструмента благодаря ограничению мощности в ручном режиме. Эта схема позволяет использовать электроинструмент мощностью до 1,5 кВт. Для увеличения этого показателя необходимо заменить тиристор на более мощный (информацию об этом можно найти в интернете или справочнике). Кроме того, нужно учесть и тот факт, что схема управления тиристором будет отличаться от исходной. КУ 202 является отличным тиристором, но его существенный недостаток состоит в его настройке (подборка деталей для схемы управления). Для осуществления плавного пуска в автоматическом режиме применяется схема 2 (УПП на микросхеме).

Плавный пуск на микросхеме

Оптимальным вариантом для изготовления УПП является схема УПП на одном симисторе и микросхеме, которая управляет плавным открытием перехода p-n типа. Питается устройство от сети 220 В и ее несложно собрать самому. Очень простая и универсальная схема плавного пуска электродвигателя позволяет также и регулировать обороты (схема 2). Симистор возможно заменить аналогичным или с характеристиками, превышающими исходные, согласно справочнику радиоэлементов полупроводникового типа.

Схема 2. Схема плавного пуска электроинструмента

Устройство реализуется на основе микросхемы КР118ПМ1 и симисторе. Благодаря универсальности устройства его можно использовать для любого инструмента. Он не требует настройки и устанавливается в разрыв кабеля питания.

При пуске электродвигателя происходит подача U на КР118ПМ1 и плавный рост заряда конденсатора С2. Тиристор открывается постепенно с задержкой, зависящей от емкости управляющего конденсатора С2. При емкости С2 = 47 мкФ происходит задержка при запуске около 2 секунд. Она зависит прямо пропорционально от емкости конденсатора (при большей емкости время запуска увеличивается). При отключении УШМ конденсатор С2 разряжается при помощи резистора R2, сопротивление которого равно 68 к, а время разрядки составляет около 4 секунд.

Для регулирования оборотов нужно заменить R1 на резистор переменного типа. При изменении параметра переменного резистора происходит изменение мощности электромотора. R2 изменяет величину тока, протекающего через вход симистора. Симистор нуждается в охлаждении и, следовательно, в корпус модуля можно встроить вентилятор.

Основной функцией конденсаторов C1 и C3 является защита и управление микросхемой. Симистор следует подбирать, руководствуясь следующими характеристиками: прямое U должно составлять 400..500 В и прямой ток должен быть не менее 25 А. При таких номиналах радиоэлементов к УПП возможно подключать инструмент с мощностью от 2 кВт до 5 кВт.

Таким образом, для запуска электродвигателей различного инструмента необходимо использовать УПП заводского изготовления или самодельные. УПП применяются для увеличения срока эксплуатации инструмента. При запуске двигателя происходит резкое увеличение тока потребления в 7 раз. Из-за этого возможно подгорание статорных обмоток и износ механической части. УПП позволяют значительно снизить пусковой ток. При изготовлении УПП самостоятельно нужно соблюдать правила безопасности при работе с электричеством.

асинхронные,
коллекторные;
синхронные.

Любой из перечисленных движков является частью электропривода, который предназначен для его связи с полезной нагрузкой. В зависимости от того, какая это нагрузка, электродвигатель отключается и затем снова запускается. Далее более подробно расскажем о том, что происходит при пуске электродвигателя и как оптимизировать этот процесс.

Что происходит при пуске асинхронного двигателя

Для понимания того, какое устройство применить для плавного пуска электродвигателя, надо знать принцип его работы. Самые распространенные двигатели – асинхронные с короткозамкнутым ротором. Их простая конструкция и соответствующая надежность и обусловили популярность этих электрических машин. Хотя ротор вращается, и его форма оптимизирована под этот процесс, он – не что иное, как вторичная обмотка трансформатора.

А, как известно, если в первичной обмотке течет ток, то в ее сердечнике появляется электромагнитное поле. Перечисленные функции в асинхронном движке выполняет статор. Его магнитное поле, которое, в отличие от трансформатора, вращается вокруг ротора, индуцирует в нем токи, связанные с этим вращением. И чем больше разница скоростей поля и ротора, тем больше ток в последнем. Ведь ротор – это обмотка, замкнутая накоротко. А раз существует трансформаторная связь, значит, токи в обмотках зависимы прямо пропорционально.

Теперь перечислим условия, которые существуют при пуске асинхронного двигателя, питающегося от промышленной сети. Сначала рассмотрим трехфазный вариант:

неизменное напряжение;
неизменная частота;
ротор в состоянии покоя.

Присоединение асинхронного движка к электросети мгновенно создает вращающееся магнитное поле. При этом разница скоростей его и ротора (так называемое скольжение, выражаемое в процентах от скорости вращения электромагнитного поля статора) получается максимальной. И, как следствие этого, – как бы режим короткого замыкания трансформатора. Если мощность движка велика, пусковые токи получаются на уровне тех, что для трансформаторов аналогичной электрической мощности считаются аварийными.

Какое устройство применить для их ограничения, вполне понятно. Оно должно:

либо уменьшить величину напряжения на обмотках статора на время разгона ротора;
либо раскрутить ротор до присоединения статора к электросети.
Также можно внести конструктивные изменения в асинхронный двигатель.

Переключение схемы обмоток

Привести в движение ротор можно лишь в определенных электроприводах. По этой причине такой способ не является типичным. Остаются два, первый из которых наиболее широко используется. Но получить падение напряжения без потерь не так просто. В трехфазной цепи это можно сделать переключением с треугольника на звезду и обратно. Линейное напряжение, приложенное к обмоткам статора движка, обеспечивает в рабочем режиме его более высокую эффективность. Но и пусковой ток в схеме треугольника получается больше.

Поэтому переключение на схему звезда позволяет заметно снизить пусковой ток асинхронного двигателя. Это самый простой способ относительно плавного пуска. В нем применено минимальное число дополнительных элементов, поскольку падение напряжения создается возможностями самой трехфазной электросети. Этими элементами являются коммутаторы, а сама схема показана далее. Но такая простая схема применима лишь в трехфазной сети. В однофазном варианте нет действующего напряжения более низкого, чем фазное.

Использование резисторов

Чтобы получить максимально плавный разгон движка, необходимо использовать элементы, которые обеспечивают соответствующее падение напряжения. С этой целью применяются:

резисторы;
дроссели (реакторы);
автотрансформаторы;
магнитные усилители.

Эти способы годятся как для трехфазной, так и для однофазной сети. В любом случае придется задействовать коммутаторы, поскольку в определенный момент потребуется присоединить движок к сети напрямую. Схема с резисторами получается наиболее компактной. Однако по мере увеличения мощности движка соответственно увеличивается и мощность пусковых резисторов. Учитывая обстоятельство их нагревания, время пуска должно быть в пределах их допустимого температурного диапазона. Иначе от перегрева резисторы придут в негодность. Схема плавного пуска на резисторах показана далее.

Использование индуктивностей

Если клонировать схему, можно получить плавный пуск, используя несколько групп резисторов, соединенных параллельно, что облегчит их температурную нагрузку. Но увеличение времени плавного пуска будет сопровождаться увеличением потерь энергии в этих резисторах. По этой причине вместо резисторов применяются индуктивные элементы. В простейшем случае это дроссели. Это более громоздкое и дорогостоящее решение, но ради снижения потерь энергии из-за частых повторных пусков движков приходится его применять. Внешний вид реактора для мощного асинхронного движка представлен ниже.

Если индуктивность, используемую при запуске, выполнить в виде автотрансформатора с подвижным контактом, перемещающимся по виткам обмотки, можно либо оптимально отлаживать процесс пуска, либо управлять им, перемещая подвижный контакт. Недостатком этого варианта будет неизбежное искрение в механическом контакте. По этой причине он применим лишь при сравнительно малых мощностях движков. Схемы устройств плавного пуска с реакторами и автотрансформаторами показаны далее.

Схемы плавного пуска:

а) с реакторами;

б) с автотрансформаторами.

1, 2 и 3 – коммутаторы, управляющие переключением

Для плавного пуска без недостатков, присущих автотрансформаторам с их подвижным контактом, используются магнитные усилители. В них применено подмагничивание, которое позволяет изменять величину индуктивного сопротивления. Конструкция магнитных усилителей довольно-таки разнообразна. Но их главное преимущество – это малый ток и, соответственно, мощность, используемая для управления. В них нет регулировочных контактов, по которым текут большие токи. Одна из схем показана далее.

Двигатель с фазным ротором

Все рассмотренные устройства плавного пуска асинхронного электродвигателя задействованы на стороне его статора. Но когда постоянные повторные включения являются для движка нормальным рабочим процессом, его конструкцию изменяют, делая ротор фазным. Такое конструктивное решение дает возможность более эффективно регулировать токи, возникающие при разгоне двигателя. Конструкция и рекомендации по эксплуатации устройства плавного пуска движка с фазным ротором показаны ниже:

Применение полупроводниковых ключей

Все перечисленные устройства плавного пуска применяются уже много лет. У них имеется важное свойство, которое ставит их как бы вне конкуренции. У этих устройств нет электрических параметров, превышение которых приводит к исчезновению сопротивления (пробою). Следовательно, они наиболее надежны, хотя и морально устарели. Современные устройства плавного пуска используют управляемые полупроводниковые ключи (тиристоры и транзисторы). Это так называемое широтно-импульсное регулирование.

Ключ отсекает часть синусоидального напряжения по времени. В результате среднее значение напряжения можно изменить от нуля и до действующего 220 В. Следовательно, полупроводниковый ключ обеспечивает наиболее эффективный вариант для создания устройства плавного пуска электродвигателя. Но при этом ключ подвержен как тепловому пробою, так и аналогичному воздействию из-за превышения амплитуд напряжения и тока. Поэтому ключ должен эффективно охлаждаться и выбираться соответственно условиям эксплуатации движка.

Устройства с широтно-импульсным регулированием применимы в любой сети, независимо от числа фаз. Одна из таких схем показана ниже. Контакты после разгона ротора замыкаются и предохраняют ключи от повреждения скачками тока и напряжения.

Плавный пуск коллекторных электродвигателей

Несмотря на принципиальные отличия конструкции в сравнении с асинхронными, пуск коллекторных движков также сопровождается большим током якоря, который является ротором. По сути, это сборка из дросселей с последовательной коммутацией каждого из них. Чем дольше экспозиция напряжения на ламелях коллектора, что и получается сразу после включения и подачи напряжения, тем сильнее намагничивание сердечника и больше величина, которой ток успевает достичь.

При исполнении статора в виде постоянного магнита источник питания необходим лишь якорю. Но в таком случае его напряжение может быть только постоянным. Устройство плавного пуска, питаемое этим источником, делается только на элементах, способных создать падение постоянного напряжения.

Этими элементами являются:

резисторы,
транзисторы,
запираемые тиристоры.

Если статор выполнен как электромагнит, значит, возможна работа движка на переменном напряжении. При упомянутом для коллекторных движков подходят те же проверенные временем устройства плавного пуска, которые применимы для однофазных асинхронных двигателей:

резисторы (реостаты);
дроссели (реакторы);
автотрансформаторы;
магнитные усилители.

А также современные технические решения, основанные на полупроводниковых ключах. Их изображения аналогичны уже показанным выше.

При наличии электромагнитного возбуждения обмотка может соединяться с якорем либо последовательно, либо параллельно. Последовательное соединение безопасно, поскольку в электрической цепи течет общий электрический ток. Ее разрыв или присоединение к источнику питания вызывает одновременное изменение тока в обмотках движка. Но при параллельном соединении возможны варианты развития событий.

Если при подаче напряжения на движок обмотка возбуждения окажется обесточенной, а якорь запитан, появятся условия для явления, именуемого разносом двигателя. При этом ротор, стремясь притянуться к железу статора, поворачивается и разгоняется все быстрее и быстрее. Если к валу не приложен нагрузочный момент, по величине больший, чем создаваемый ротором, разгон может продолжаться до разрушения ротора. Для защиты от разноса необходимо, чтобы:

двигатель оставался хотя бы частично нагруженным;
имел специальные конструктивные элементы;
устройство плавного пуска гарантированно предотвращало этот процесс.

Плавный пуск синхронного двигателя

Синхронные движки, работающие от электросети с любым числом фаз, разгоняются как асинхронные, с использованием скольжения. Затем, превращая ротор в магнит, независимый от статора, происходит выравнивание скоростей вращения поля статора и ротора. По этой причине устройства плавного пуска, применяемые для синхронных двигателей, те же самые, что и для асинхронных. Некоторые отличительные детали, зависящие от питания ротора, можно видеть далее на изображении:

Выводы

В общем устройства плавного пуска всех типов электрических движков аналогичны и основаны на одних и тех же схемах и элементах. Выбор надо делать для конкретных условий, исходя в первую очередь из мощности двигателя. Но современные полупроводниковые ключи позволяют обеспечить в широком диапазоне мощностей наилучшие параметры плавного пуска. Поэтому имеет смысл остановить выбор в первую очередь на них.

При запуске электрического двигателя возникает пусковой момент, просаживающий напряжение из-за возникновения пусковых токов. Они в 9 раз превышают рабочие токи. Это плохо влияет на стабильную работу электроприборов, уменьшает срок службы двигателя. Все потому что пуск двигателя начинает затягиваться и перегреваются его обмотки. Специалисты советуют в сеть мотора добавлять аппараты, способные сделать его пуск плавным. Домашние мастера тоже научились делать приборы для плавного пуска электрического двигателя своими руками.

Перегрузки при пуске электродвигателей

Момент пуска представляет собой начало движения вала двигателя, соединенного с передаточными устройствами. В этот момент движение ротора довольно нестабильное. Передаточные механизмы заставляют вращаться вал под большой нагрузкой. Подобная нестабильность обязательно приведет к ударным нагрузкам, а это плохо влияет на передаточные устройства. Очень сильно это сказывается на шпонке вала двигателя и на редукторе.

Прибор плавного запуска сглаживает нагрузки при запуске. Движение вала начинается с очень маленьких оборотов, а скорость постепенно повышается. Это значит, что отсутствуют удары и нагрузки на передаточные механизмы. В этом и заключается принцип работы плавного запуска электрического двигателя.

Стоит заметить, что приборы плавного запуска, которые изготавливаются на заводах, являются универсальными устройствами . Их можно применять для различных задач. Прежде всего, это плавный запуск электромотора, его постепенное торможение, защита электрической сети и приборов от опасных перегрузок. Любой человек сможет найти для определенных задач подходящее изделие. У таких аппаратов существует большой недостаток, который заключается в высокой стоимости . Но можно изготовить устройство плавного пуска электродвигателя своими руками, потратив на это минимальное количество денежных средств и времени.

Прибор плавного запуска своими руками

Стоит рассмотреть вид прибора плавного запуска асинхронного электродвигателя с использованием микросхемы КР1182П. Он необходим для трехфазного электрического двигателя напряжением 380 вольт.

В ней существуют некоторые полезные особенности, которые стоит описать:

Обмотки в электрическом двигателе соединены звездой.
Выходными ключами являются мощные тиристоры, соединенные по параллельно-встречной схеме.
Демпфирующие цепочки включены в схему параллельно тиристорам. Тут они применяются целенаправленно. Их основной задачей является предотвращение ложного включения тиристоров.
Варисторы необходимы для поглощения возникающих в цепи коммутационных помех.

Присутствует в цепи и блок питания , который состоит из выпрямителя, конденсатора и трансформатора. Подобный блок необходим для обеспечения питания переключающих реле. После выпрямительного моста на выходе стоит стабилизатор интегрального вида . Он обеспечивает на выходе стабильное напряжение в 12 вольт. Дополнительно он способен обеспечить защиту от короткого замыкания и различных перегрузок.

Как сделать устройство плавного пуска электроинструмента самостоятельно

Краткое описание устройства

Самая распространенная схема изготавливается при помощи управляющей микросхемы регулировки фаз КР118ПМ1 , а ее силовая цепь реализуется на симисторах . Подобный прибор довольно легко собирается и не требует долгих настроек после монтажа. Следовательно, сделать ее способен человек без специальных навыков. Необходимо только уметь пользоваться электрическим паяльником .

Такой прибор можно подсоединить ко всем видам электроинструментов, которые питаются от сети переменного тока . Дополнительный вынос тумблера питания тут не нужен, так как модернизированный электрический инструмент будет включаться от заводской кнопки. Это устройство можно поставить внутрь болгарки или в разрыв шнура питания в самодельном футляре. Самым популярным принято считать подсоединение устройства плавного пуска напрямую к розетке, питающей электрический инструмент. На входной разъем приходит питание от сети напряжением 220 вольт, а к выходному разъему подсоединяется розетка, которая будет питать болгарку.

Когда будет замыкаться кнопка запуска болгарки, то по схеме питания будет подаваться ток на управляющую микросхему. Управляющий конденсатор постепенно станет накапливать напряжение и по мере зарядки оно достигнет необходимого рабочего значения. После этого тиристоры под управлением микросхемы откроются не сразу, а с небольшой задержкой, величина которой зависит от заряда конденсатора. Управляемый тиристорами симистор откроется через такое же количество времени.

При каждом полупериоде переменного напряжения, время задержки снижается по закону арифметической прогрессии. В результате этого значение напряжения, подаваемого на болгарку, постепенно увеличивается. Подобный эффект и осуществляет плавный пуск мотора электроинструмента. Таким образом, его обороты увеличиваются плавно, и вал редуктора не подвергается инерционным нагрузкам.

Количество времени для набора оборотов до необходимого значения зависит от емкости входного конденсатора . Емкость в 46 микрофарад способна обеспечить плавный запуск за 3 секунды. При подобной задержке не ощущается сильный дискомфорт в начале работы с болгаркой, и сама она не будет подвержена сильным нагрузкам от внезапного старта.

При выключении электроинструмента, входной конденсатор начинает разряжаться при помощи специального резистора. Применяя номинал сопротивления в 67 килоом, количество времени до полного разряда составляет не более 4 секунд . Потом прибор плавного запуска снова готов для нового запуска электроинструмента.

Если немного поработать, то подобную схему можно усовершенствовать до качественного регулятора оборотов электродвигателя. Нужно разрядный резистор поменять на переменное сопротивление. Регулируя его, можно контролировать максимальную мощность мотора, изменяя тем самым обороты. Другими словами, в едином корпусе появляется возможность изготовить прибор плавного запуска болгарки и регулятор оборотов мотора.

Главные элементы подобного прибора работают так:

Резистор способен контролировать значение силы тока, который протекает через управляющий вывод симистора.
Два конденсатора помогают в управлении микросхемой, которые применяются в заводской схеме подсоединения.
Чтобы компактно и легко сделать монтаж, необходимо конденсаторы и резисторы припаять напрямую к ножкам микросхемы.
Симистор можно устанавливать совершенно любой, но с определенными техническими характеристиками. Допустимое напряжение должно быть до 380 вольт, а самый маленький пропускной ток необходим не ниже 24 ампер. Значение силы тока напрямую зависит от максимальной мощности болгарки.

Из-за плавного запуска электроинструмента, значение тока не будет выше номинального для определенной модели инструмента. При экстренных ситуациях, к примеру, заклинивании режущего диска болгарки просто необходим определенный запас по значению тока. Именно поэтому номинальную силу тока необходимо повысить минимум вдвое.

Особенности конструкции некоторых инструментов, например, угловой шлифовальной машины, влекут к высокому воздействию на двигатель устройства динамических нагрузок. Для устранения неравномерных нагрузок на электроприбор и его составные части рекомендуется приобретать или сделать своими руками устройство плавного пуска (УПП).

Общая информация

В электроинструментах, в которых рабочая часть представлена диском, что вращается с высокой скоростью, в начале их работы на ось редуктора воздействуют силы инерции. Это воздействие влечет за собой нижеследующие негативные моменты:

Инерционный рывок, созданный в результате нагрузки на ось при резком старте, может вырвать агрегат из рук, тем более, если используются большие в диаметре и массе диски;

Важно! Из-за таких инерционных рывков при работе со стальными и алмазными дисками необходимо держать инструмент двумя руками и быть готовым к его удержанию, так как в противном случае можно травмироваться при срыве агрегата.

Резкое поступление рабочего электронапряжения на двигатель создает большую перегрузку по току, которая происходит после того, как агрегат набрал минимальное значение оборотов. Это влечет к перегреву обмоток мотора и быстрому износу щеток. Частое включение и выключение инструмента может привести к короткому замыканию, так как существует высокая вероятность оплавления изоляционного слоя обмоток;
Резкий набор оборотов УШМ или дисковой пилы из-за большого крутящегося момента приводит к быстрому изнашиванию шестерни редуктора. Иногда возможно заклинивание редуктора или даже отламывание его зубьев;
Перегрузки, что воспринимает на себе при резком запуске рабочий диск, могут привести к его разрушению. Присутствие защитного кожуха на подобных электроинструментах обязательно.

Важно! При запуске болгарки открытый участок кожуха должен находиться в противоположной стороне от человека, чтобы защитить его от летящих осколков при возможном разрушении рабочего диска.

Для сокращения пагубных воздействий резкого и динамического пуска на электроинструмент производители выпускают модели со встроенным плавным пуском и регулировкой оборотов.

Для информации. Подобные приспособления встраиваются в агрегаты из средней и высокой ценовой категории.

Устройство плавного пуска и регулятор оборотов отсутствуют во многих экземплярах электроинструмента, который имеется в большинстве домашних хозяйств. Если приобрести мощную технику (диаметр рабочего диска более 20 см) без УПП, резкий пуск двигателя повлечет к скорому износу механики и электрочасти, также такой агрегат сложно удержать в руках при включении. Установка УПП – это единственный выход.

На рынке комплектующих к электроинструменту представлено много моделей уже готовых блоков плавного пуска и оборотных регуляторов.

Готовое устройство плавного пуска для электроинструмента можно монтировать как внутрь корпуса при наличии свободного места, так и подключать в разрыв кабеля питания. Однако можно не приобретать готовое изделие, а изготовить его своими руками, так как схема этого приспособления достаточна проста.

Самостоятельное изготовление УПП

Для изготовления самого популярного устройства плавного пуска для электроинструмента на основе платы КР1182ПМ1Р понадобятся нижеследующие инструменты и материалы:

паяльник с припоем;
микросхема фазовой регулировки КР1182ПМ1Р;
резисторы;
конденсаторы;
симисторы;
прочие вспомогательные элементы.

В устройстве, которое получено по схеме выше, управление происходит посредством платы КР1182ПМ1Р, а симисторы выступают в качестве силовой части.

Преимуществами данной сборки УПП являются следующие признаки:

простота изготовления;
отсутствие необходимости в дополнительных настройках после сборки УПП;
устройство плавного пуска монтировать можно в любой тип и модель электроинструмента, что рассчитан на переменное электронапряжение в 220 В;
отсутствие требований к выносу отдельной питающей кнопки – доработанный агрегат приводится в действие штатной клавишей;
возможность установки такого блока внутрь оборудования либо в разрыв кабеля питания с собственным корпусом;
изготовить подобное приспособления может любой домашний мастер, который обладает основами пайки и чтения микросхем.

Рекомендация. Самым практичным вариантом подключения УПП является подсоединения его к розетке, которая служит источником питания для электроинструмента. Для этого потребуется на выход устройства (гнездо XS1 на схеме) подключить питающую розетку, а на вход (гнездо ХР1 на схеме) подать питание напряжением 220В.

Принцип работы УПП

Принцип работы такого блока плавного пуска, установленного в болгарку, состоит из следующих процессов:

После нажатия клавиши запуска на болгарке напряжение подается на микросхему;
На управляющем конденсаторе (С2) происходит процесс плавного нарастания электронапряжения: по мере заряда этого элемента оно достигает рабочих показателей;
Тиристоры, находящиеся в составе управляющей платы, открываются с задержкой, которая зависит от времени полного заряда конденсатора;
Симистор (VS1) находится под управлением тиристорами и открывается с той же задержкой;
В каждой половине периода переменного электронапряжения такая пауза уменьшается, что ведет к его плавной подаче на вход рабочего агрегата;
После выключения болгарки конденсаторный элемент разряжается сопротивлением резистора.

Именно вышеописанные процессы определяют плавный пуск болгарки, что позволяет исключить инерциальный шок для редуктора за счет постепенного возрастания оборотов диска.

Время, за которое электроинструмент наберет рабочее количество оборотов, определяется только емкостью управляющего конденсатора. Если, к примеру, конденсаторный элемент будет иметь емкость в 47 мкФ, то плавный пуск будет обеспечиваться за 2-3 секунды. Такого времени достаточно для того, чтобы начало использования инструмента происходило комфортно, а он сам не подвергался шоковым нагрузкам.

Если резистор имеет сопротивление, равное 68 кОм, то время разряда конденсатора будет составлять примерно 3 секунды. При прошествии этого временного промежутка устройство плавного пуска полностью готово к очередному циклу запуска электроинструмента.

На заметку. Данная схема может быть подвергнута небольшой доработке, которая добавит к устройству плавного пуска еще функцию регулятора оборотов. Для этого необходимо поменять обычный резистор (R1) на переменный вариант. Контролируя сопротивление, можно регулировать мощность электродвигателя, меняя количество его оборотов.

Иные элементы схемы предназначены для нижеследующего:

резистор (R2) отвечает за контроль величины силы электротока, что протекает через вход симистора;
конденсатор (С1) – один из дополнительных компонентов системы управления платой КР1182ПМ1Р, использующийся в типовом варианте схемы включения.

Советы по сборке конструкции и выбору материалов:

Простоту монтажа и компактность будущего изделия можно обеспечить припаиванием конденсирующих элементов и резисторов напрямую к ножкам управляющей платы;
Симистор необходимо выбирать с минимальным пропускным электротоком 25 А и электронапряжением не более 400 В. Величина электротока будет полностью зависеть от показателя мощности двигателя электроинструмента;
Из-за плавного пуска агрегата ток не будет больше номинальных показателей, которые установлены производителем. В некоторых случаях, например, заклинивание рабочего диска болгарки, может потребоваться дополнительный запас электротока, соответственно, лучше выбрать симистор с рабочим током, который равен удвоенному значению номинального показателя инструмента;
Мощность УШМ или иного вида инструмента при работе с устройством плавного пуска по схеме КР1182ПМ1Р не должна превышать 5 000 Вт. Такое условие обусловлено особенностями работы платы.

Также существуют и другие схемы плавного пуска для электроинструментов и разнообразных двигателей, которые разительно отличаются друг от друга по всем параметрам: от способа монтажа и внешнего вида до метода подключения и составных компонентов.

К сведению. Вышеописанная схема является самой простой и применяется повсеместно, так как она доказала свою работоспособность и надежность.

Устройство плавного пуска для электроинструмента – экономия средств на ремонте и полная защита основных компонентов прибора. Перед каждым стоит выбор: покупать УПП или сделать самостоятельно. Если есть некие познания в электротехнике и пайке радиодеталей, то рекомендуется выполнить самостоятельную сборку, так как она надежна и проста. В противном случае следует приобрести в любом специализированном магазине либо на радиорынке готовое приспособление плавного пуска электроинструмента.

Видео

Случающиеся иногда отказы ручного электроинструмента - шлифовальных машин, электрических дрелей и лобзиков зачастую бывают связаны с их большим пусковым током и значительными динамическими нагрузками на детали редукторов, возникающими при резком пуске двигателя.
Устройство плавного пуска коллекторного электродвигателя, описанное в , сложно по схеме, в нем имеется несколько прецизионных резисторов и оно требует кропотливого налаживания. Применив микросхему фазового регулятора КР1182ПМ1 , удалось изготовить значительно более простое устройство аналогичного назначения, не требующее налаживания. К нему можно без всякой доработки подключать любой ручной электроинструмент, питающийся от однофазной сети 220 В, 50 Гц. Пуск и остановка двигателя производятся выключателем электроинструмента, причем в его выключенном состоянии устройство ток не потребляет и может неограниченное время оставаться подключенным к сети.

Схема предлагаемого устройства изображена на рисунке. Вилку ХР1 включают в сетевую розетку, а в розетку XS1 вставляют сетевую вилку электроинструмента. Можно установить и соединить параллельно несколько розеток для инструментов, работающих поочередно.
При замыкании цепи двигателя электроинструмента его собственным выключателем на фазовый регулятор DA1 поступает напряжение. Начинается зарядка конденсатора С2, напряжение на нем постепенно увеличивается. В результате задержка включения внутренних тиристоров регулятора, а с ними и симистора VSI в каждом последующем полупериоде сетевого напряжения уменьшается, что приводит к плавному нарастанию протекающего через двигатель тока и, как следствие, увеличению его оборотов. При указанной на схеме емкости конденсатора С2 разгон электродвигателя до максимальных оборотов занимает 2...2,5 с, что практически не создает задержки в работе, но полностью исключает тепловые и динамические удары в механизме инструмента.
После выключения двигателя конденсатор С2 разряжается через резистор R1. и через 2...З сек. все готово к повторному запуску. Заменив постоянный резистор R1 переменным, можно плавно регулировать отдаваемую в нагрузку мощность. Она снижается с уменьшением сопротивления.
Резистор R2 ограничивает ток управляющего электрода симистора, а конденсаторы С1 и СЗ - элементы типовой схемы включения фазового регулятора DA1.
Все резисторы и конденсаторы припаяны непосредственно к выводам микросхемы DA1. Вместе с ними она помещена в алюминиевый корпус от стартера люминесцентной лампы и залита эпоксидным компаундом. Наружу выведены лишь два провода, подключаемые к выводам симистора. Перед заливкой в нижней части корпуса просверлено отверстие, в которое вставлен резьбой наружу винт МЗ. Этим винтом узел закреплен на теплоотводе симистора VS1 площадью 100 см". Такая конструкция показала себя достаточно надежной при эксплуатации в условиях повышенной влажности и запыленности.
Какого-либо налаживания устройство не требует. Симистор можно использовать любой, класса по напряжению не менее 4 (то есть с максимальным рабочим напряжением не менее 400 В) и с максимальным током 25 50 А. Благодаря плавному старту двигателя пусковой ток не превышает номинального. Запас необходим лишь на случай заклинивания инструмента.
Устройство испытано с электроинструментами мощностью до 2,2 nкВт. Так как регулятор DA1 обеспечивает протекание тока в цепи управляющего электрода симистора VS1 в течение всей активной части полупериода, нет ограничения на минимальную мощность нагрузки. Автор подключал к изготовленному устройству даже электробритву "Харьков".

К. Мороз, г. Надым, ЯНАО

ЛИТЕРАТУРА
1. Бирюков С. Автомат плавного пуска коллекторных электродвигателей - Радио 1997, N* 8. с 40 42
2. Немич А. Микросхема КР1182ПМ1 - фазовый регулятор мощности - Радио 1999, N» 7, с. 44-46.