Pornire ușoară a unui motor de curent continuu folosind temporizatoare. Aplicarea microcircuitului KR1182PM1

La studierea caracteristicilor de pornire ale motoarelor electrice de pornire, a fost dezvăluit că atunci când se aplică tensiune motorului electric, apare un impuls de curent invers cu o tensiune mai mare de 2000 de volți. Izolarea înfășurărilor motorului electric poate eșua și poate duce la defecțiuni între tururi. Scânteia colectorului la curenți mari de pornire duce la arderea plăcilor colectoare. Puteți evita o defecțiune și o situație de urgență la pornirea unui motor electric folosind metoda de accelerare a vitezei în timp.

Curentul de pornire din acest circuit este redus la o valoare acceptabilă de la 220 de amperi la 20. Condițiile de pornire soft sunt create de un nivel de curent dublu - primul este creat de caracteristica de reglare a tranzistorului cu efect de câmp pentru un timp de 0-10 ms, al doilea - prin contactele releului de pornire de la 10 la 60 ms. Curentul în timpul modului de pornire crește aproape liniar, ceea ce nu duce la distrugerea părții electrice a motorului electric.

Circuitul din figură este un hibrid dintre un tranzistor puternic cu efect de câmp și un releu de pornire.

După apăsarea butonului „Start”, tranzistorul cu efect de câmp este deschis prin aplicarea tensiunii de la bateria GB1 la poartă prin rezistorul R1. Un circuit paralel cu poarta tranzistorului și minusul bateriei protejează tranzistorul și crește ușor timpul de pornire de la 0,02 la 1 ms, în funcție de valorile rezistențelor R1, R2 și condensatorului C1 - furnizează energie la motorul de pornire M1 cu tensiune în creștere. Motorul electric va accelera la viteza nominală, la sfârșitul acestui proces contactele puternice K1.1 ale releului K1 se vor închide, curentul prin tranzistorul cu efect de câmp se va opri, iar curentul de funcționare al motorului electric nu va crea scântei. a contactelor, deoarece modul de accelerare a fost finalizat.

Deschiderea circuitului „Start” va duce la deschiderea circuitului K1.1 și dezactivarea motorului electric, curentul scăzând exponențial.

O diodă zener este introdusă în circuitul de poartă al tranzistorului cu efect de câmp în circuit pentru a proteja împotriva depășirii tensiunii de prag în circuitul sursă al tranzistorului, în paralel cu motorul electric de pornire, un circuit este conectat pentru a suprima pulsul tensiune de polaritate inversă - dioda VD2 și condensator C2.

Înfășurarea releului K1 este protejată de impulsurile de polaritate inversă de un LED bipolar HL1 cu o rezistență de descărcare R4, limitează curentul de alimentare la circuitul de înfășurare și reduce încălzirea acestuia în timpul funcționării prelungite; Dioda VD3 elimină pătrunderea zgomotului de impuls în circuitul de putere.

Nu există componente radio rare în circuit: tranzistoarele cu efect de câmp sunt instalate pentru un curent total de funcționare de 212 amperi. Rezistoare tip MLT-0.25, R3 pentru un watt. Diode VD2, VD3 tip impuls. Releu auto - tip MG16566DX pentru un curent de contact de 30 de amperi și o tensiune de 12 volți, tensiunea de pornire a unui astfel de releu este de 7 volți, tensiunea de eliberare este de 3,5 volți. Vom înlocui LED-ul HL1 cu KIPD 45B-2 sau KIPD 23 A1-K, buton de pornire tip KM 1-1. Designul a folosit un motor de pornire de fabricație italiană, de asemenea, cercetările au fost efectuate pe alte tipuri de motoare electrice cu putere de la 10 la 300 de wați.

Structura este asamblată într-o carcasă care măsoară 110 * 35 * 55 și este fixată lângă demaror, butonul de pornire este instalat într-un loc convenabil pentru pornire și este conectat printr-un fir izolat cu mai multe fire cu o secțiune transversală de 0,5. mm. Tranzistoarele cu efect de câmp sunt fixate cu un șurub comun la radiator.

LED-ul poate fi folosit ca indicator de pornire sau lăsat pe placă.

Circuitele de alimentare cu energie electrică a motorului electric trebuie să fie realizate cu toroane cu secțiunea transversală de cel puțin 10 mm și cât mai scurtă în lungime pentru a reduce pierderile de tensiune.

Circuitul a fost testat pe un banc cu motorul specificat de 250 de wați pentru fiabilitate, instalați două comutatoare de câmp în paralel, fixându-le pe ambele părți ale radiatorului, curentul de pornire poate ajunge apoi la 220 de amperi. Un curent de 130 de amperi este preluat din baterie de demarorul Zhiguli VAZ 2107.

Lista radioelementelor

Pornirea fără probleme a unui motor cu inducție este întotdeauna o sarcină dificilă, deoarece pornirea unui motor cu inducție necesită mult curent și cuplu, ceea ce poate arde înfășurarea motorului. Inginerii propun și implementează în mod constant soluții tehnice interesante pentru a depăși această problemă, de exemplu, folosind un circuit de comutare, un autotransformator etc.

În prezent, metode similare sunt utilizate în diverse instalații industriale pentru funcționarea neîntreruptă a motoarelor electrice.

Principiul de funcționare a unui motor electric cu inducție este cunoscut din fizică, a cărui întreagă esență este folosirea diferenței dintre frecvențele de rotație ale câmpurilor magnetice ale statorului și rotorului. Câmpul magnetic al rotorului, încercând să ajungă din urmă cu câmpul magnetic al statorului, contribuie la excitarea unui curent mare de pornire. Motorul funcționează la turație maximă, iar valoarea cuplului crește, de asemenea, odată cu curentul. Ca urmare, înfășurarea unității poate fi deteriorată din cauza supraîncălzirii.

Astfel, instalarea unui soft starter devine necesară. Demaroarele soft pentru motoarele asincrone trifazate vă permit să protejați unitățile de curentul și cuplul inițial ridicat care apar din cauza efectului de alunecare la funcționarea unui motor cu inducție.

Avantajele utilizării unui circuit cu un soft starter (SPD):

1. reducerea curentului de pornire;
2. reducerea costurilor cu energia;
3. creșterea eficienței;
4. cost relativ scăzut;
5. atingerea vitezei maxime fără a deteriora unitatea.

Cum să porniți fără probleme motorul?

Există cinci metode principale de pornire ușoară.

• Un cuplu ridicat poate fi creat prin adăugarea unei rezistențe externe la circuitul rotorului, așa cum se arată în figură.

• Prin includerea unui transformator automat în circuit, curentul de pornire și cuplul pot fi menținute prin reducerea tensiunii inițiale. Vezi poza de mai jos.

• Pornirea directă este cea mai simplă și mai ieftină metodă deoarece motorul cu inducție este conectat direct la sursa de alimentare.
• Conexiuni folosind o configurație specială de înfășurare - metoda este aplicabilă pentru motoarele destinate funcționării în condiții normale.

• Utilizarea SCP este cea mai avansată metodă dintre toate metodele enumerate. Aici, dispozitivele semiconductoare precum tiristoarele sau SCR-urile, care controlează viteza unui motor cu inducție, înlocuiesc cu succes componentele mecanice.

Controler de viteză a motorului comutatorului

Majoritatea circuitelor pentru aparate electrocasnice și unelte electrice se bazează pe un motor cu comutator de 220 V. Această cerere se explică prin versatilitatea sa. Unitățile pot fi alimentate de la tensiune continuă sau alternativă. Avantajul circuitului se datorează furnizării unui cuplu efectiv de pornire.

Pentru a obține o pornire mai lină și pentru a avea capacitatea de a regla viteza de rotație, se folosesc regulatoare de viteză.

Puteți porni un motor electric cu propriile mâini, de exemplu, în acest fel.

Pot fi utilizate trei metode pentru a porni motoarele de curent continuu:

1) pornire directă, în care înfășurarea armăturii este conectată direct la rețea;

2) pornire reostatică folosind un reostat de pornire conectat la circuitul armăturii pentru a limita curentul în timpul pornirii;

3) începând cu creșterea lină a tensiunii furnizate înfășurării armăturii.

Pornire directă. De obicei, la motoarele de curent continuu, căderea de tensiune este eu nom ∑ rîn rezistența internă a circuitului de armătură este de 5–10% din U nom , prin urmare, cu pornire directă, curentul de armătură eu n = U nom /∑ r= (10 ÷ 20) eu nom, care creează pericolul de rupere a arborelui mașinii și provoacă scântei puternice sub perii. Din acest motiv, pornirea directă este utilizată în principal pentru motoarele de putere redusă (până la câteva sute de wați), în care rezistența ∑ r relativ mare și numai în unele cazuri pentru motoare cu excitație în serie cu o putere de câțiva kilowați. La pornirea directă a unor astfel de motoare eu n = (4 ÷ 6) eu nom.

Proces tranzitoriu de modificare a vitezei de rotație nși curentul de armătură eu aîn timpul procesului de pornire este determinată de sarcina motorului și constanta sa de timp electromecanică T m . Pentru a determina natura schimbării nŞi eu a La pornirea unui motor cu excitație paralelă, vom proceda de la ecuațiile:

Unde J– momentul de inerție al maselor rotative ale motorului electric și mecanismul de producție conectat la acesta; M n – cuplul de frânare creat de sarcină.

Din (2.82b) determinăm curentul de armătură

. (2.83)

Înlocuindu-și valoarea în (2.82a), obținem

(2.84a)

, (2.84b)

U unde este viteza de rotație la ralanti ideal;

reducerea vitezei de rotație în timpul tranziției

de la inactiv la sarcină; n n = n 0 – Δ n n – viteza de rotație în regim de echilibru la sarcina motorului; – constanta de timp electromecanica care determina viteza procesului tranzitoriu.

În același timp eu n = M n /(Cu m F)– curent de armătură constant după încheierea procesului de pornire, determinat de cuplul de sarcină M n .

Rezolvând ecuația (2.84b), obținem

. (2.85a)

Constanta integrării O găsim din condiţiile iniţiale: la t = 0; n= 0 și A = – n n . Ca rezultat avem

. (2.85b)

Orez. 2.65 – Proces tranzitoriu de modificare a vitezei de rotație și a curentului de armătură în timpul pornirii directe a unui motor de curent continuu

Dependența curentului de armătură de timpul la pornirea motorului este determinată din (2.83). Înlocuirea valorii în ea

, (2.85v)

obtinut din (2.846) si (2.856) si inlocuind n n = n 0 – Δ n, avem

. (2.86a)

Având în vedere valoarea Δ n n , n 0 , T m și M n/ Cu m F, primim

Unde euîncepe = U/∑r– curent de pornire inițial.

În fig. Figura 2.65 arată dependența modificării curentului de armătură și a vitezei de rotație (în unități relative) în timpul pornirii directe a unui motor cu excitație paralelă. Se presupune că timpul de proces tranzitoriu la pornire este (3–4) T m. În acest timp, viteza de rotație n ajunge (0,95 – 0,98) de la valoarea staționară n n , și curentul de armătură eu a se apropie de asemenea de valoarea staționară.

Pornire reostat. Această metodă este cea mai răspândită. În momentul inițial al pornirii la ora n= 0 curent eu n = U/(∑r + r p). Rezistență maximă la reostat de pornire r n este selectat astfel încât pentru mașinile de putere mare și medie curentul de armătură la pornire eu n = (1,4 ÷ 1,8) eu nom și pentru mașini de putere redusă eu n = (2 ÷ 2,5) eu nom. Să luăm în considerare procesul de pornire reostatică folosind exemplul unui motor cu excitație paralelă. În perioada inițială, pornirea se realizează în funcție de caracteristica reostatică 6 (Fig. 2.66, O), corespunzătoare valorii maxime de rezistență r p pornire reostat; în același timp motorul dezvoltă cuplul maxim de pornire M p.max.

Orez. 2.66 – Modificarea vitezei de rotație și a cuplului în timpul pornirii reostatice a motoarelor cu excitație în paralel și în serie

Reostat de reglare r r. în acest caz, este scos astfel încât curentul de excitație euîn și debitul F au fost maxime. Pe măsură ce motorul accelerează, cuplul motorului scade, de exemplu, cu creșterea vitezei de rotație. d.s. E iar curentul de armătură scade I a =(U – E)/(∑r + r n ). La atingerea unei anumite valori M p.min o parte din rezistența reostatului de pornire este îndepărtată, drept urmare cuplul crește din nou la M p.max. În acest caz, motorul trece la funcționare în funcție de caracteristica reostatică 5 si accelereaza pana ajunge M p.min. Astfel, prin reducerea treptată a rezistenței reostatului de pornire, motorul este accelerat de-a lungul segmentelor separate ale caracteristicilor reostatice. 6,5,4,3 Şi 2 (vezi linii groase în Fig. 2.66, O) înainte de a ajunge la caracteristica naturală 1 . Cuplul mediu de pornire M n.sr = 0,5 ( M p.max + M p.min) = const, în urma căreia motorul accelerează cu o oarecare accelerație constantă. În același mod, se pornește un motor cu excitație secvențială (Fig. 2.66, b). Numărul de trepte ale reostatului de pornire depinde de rigiditatea caracteristicii naturale și de cerințele pentru pornire lină (diferența admisă M p.max – M p.min).

Reostatele de pornire sunt proiectate pentru funcționare pe termen scurt sub curent.

În fig. Figura 2.67 prezintă dependențele curentului de armătură eu a, moment electromagnetic M, moment de încărcare M n și viteza de rotație n cu pornire reostatică a motorului (diagrame simplificate).

Orez. 2.67 – Proces tranzitoriu de modificare a vitezei de rotație, a cuplului și a curentului de armătură în timpul pornirii reostatice a unui motor de curent continuu

La ieșirea treptelor individuale ale reostatului de pornire, curentul armăturii eu a atinge o anumită valoare maximă, iar apoi scade conform ecuației (2.85b) la o valoare minimă. În acest caz, constanta de timp electromecanică și curentul inițial vor avea valori diferite pentru fiecare etapă a reostatului de pornire:

;

În conformitate cu schimbarea curentului de armătură, cuplul electromagnetic se modifică și el M. Viteza de rotatie n variază în funcție de ecuație

Unde n inițial – viteza inițială de rotație când funcționează în treapta corespunzătoare a reostatului de pornire.

Umbrită în fig. Zona 2,67 corespunde valorilor cuplului dinamic M din = M – M n, asigurând accelerarea motorului până la o viteză de rotație constantă.

Începeți prin a crește ușor tensiunea de alimentare. Odată cu pornirea reostatului, în reostatul de pornire apar pierderi destul de semnificative de energie. Acest dezavantaj poate fi eliminat dacă motorul este pornit prin creșterea treptată a tensiunii furnizate înfășurării sale. Dar pentru aceasta trebuie să aveți o sursă DC separată cu tensiune reglabilă (generator sau redresor controlat). O astfel de sursă este folosită și pentru a regla turația motorului.

Pornire soft

motor DC periat

(DPT)

Poate fi necesar să porniți fără probleme un motor de comutator, de exemplu, pentru a preveni supratensiunile de curent în circuitele de putere. Sau prevenirea impacturilor puternice asupra transmisiei. Este o idee bună să setați farurile să se aprindă pentru a crește durata de viață a lămpilor.

În cazul meu, a fost necesar să se furnizeze putere maximă motorului electric în funcțiune al unui vehicul electric cu cheia de control electronică scoasă din modul de control PWM pentru a preveni supraîncălzirea acestuia la sarcină maximă.

În fig. 1 și fig. 2 prezintă două diagrame de implementare a unor astfel de dispozitive.

Design 1:

Un circuit simplu al unui circuit de pornire ușoară folosind un temporizator integrat KR1006VI1 (sau seria 555 importată)

Fig.1. Design 1

Când se aplică o tensiune de 12V, pornește temporizatorul cu elemente de reglare (PWM) și începe să genereze impulsuri la ieșirea IC 3 cu o frecvență constantă și o lățime a impulsului care variază în timp. Timpul este stabilit de capacitatea condensatorului C1. Apoi, aceste impulsuri sunt alimentate la poarta unui tranzistor puternic cu efect de câmp, care controlează sarcina la ieșirea dispozitivului. R3 este strict de 2 Mohm. Tensiunea de funcționare a condensatoarelor electrolitice este de 25 volți.
Notă: Acest dispozitiv este localizat cât mai aproape de ventilatorîn caz contrar, pot apărea interferențe care vor interfera cu funcționarea normală a mașinii (desigur, Zhiguli nu este un obstacol).

Design 2:

Un circuit la fel de simplu bazat pe același temporizator integrat.

Fig.2 Proiectare 2

Design 3:

Circuit aplicat unei mașini electrice. Dispozitivul este pornit folosind butonul „Start”.

Fig.2 Proiectare 3

Valoarea rezistorului R2 trebuie să fie de cel puțin 2,2 mOhm, altfel nu va exista o deschidere completă (100%) a tranzistorilor.
Alimentarea circuitului este limitată la 7,5V folosind o diodă zener KS175Zh pentru a limita tensiunea de control furnizată la poarta tranzistoarelor. În caz contrar, bazele tranzistorului intră în saturație.
Dispozitivul este pornit folosind butonul „Pornit” prin aplicarea puterii, în timp ce se deblochează simultan tranzistoarele de putere. Când dispozitivul este oprit, modul liniar este împiedicat atunci când sursa de alimentare a circuitelor de control scade instantaneu;

Complicat de valorile mari ale curenților de pornire și ale cuplurilor care apar în timpul pornirii. Dar, spre deosebire de motoarele asincrone, în DFC curenții de pornire depășesc curenții nominali de 10-40 de ori. Un astfel de exces uriaș poate duce la defecțiunea motorului, deteriorarea mecanismelor legate de motor și scăderi mari de tensiune în rețea, care pot afecta alți consumatori. Prin urmare, încearcă să limiteze curenții de pornire la valori (1,5...2) In.

Pentru motoarele de putere redusă (până la 1 kW), cu condiția să nu existe sarcină pe arbore, se poate folosi pornirea directă, adică direct din rețea. Acest lucru se datorează faptului că masa pieselor mobile ale motorului nu este mare, iar rezistența înfășurării este relativ mare. La pornirea directă a unor astfel de motoare, curenții de pornire nu depășesc valorile (3...5) In, ceea ce nu este critic pentru astfel de motoare.

Când motorul funcționează cu tensiune constantă și rezistența înfășurării armăturii, curentul armăturii poate fi găsit folosind formula

În această formulă, U este tensiunea de alimentare, Epr este EMF din spate, ∑r este rezistența înfășurărilor armăturii. Back EMF Epr apare atunci când armătura se rotește în câmpul magnetic al statorului, în timp ce în motor este îndreptată împotriva armăturii. Dar când armătura nu se mișcă, Epr nu apare, ceea ce înseamnă că expresia pentru curent va lua următoarea formă

Aceasta este expresia pentru determinarea curentului de pornire.

Privind formula, putem ajunge la concluzia că reducerea curentului de pornire este posibilă fie prin reducerea tensiunii, fie prin creșterea rezistenței înfășurării armăturii.

Pornirea motorului prin reducerea tensiunii este utilizată dacă motorul este alimentat de la o sursă de energie independentă care poate fi reglată. În practică, o astfel de pornire este utilizată pentru motoarele de putere medie și mare.

Vom analiza mai detaliat metoda de pornire a unui motor de curent continuu prin introducerea unei rezistențe suplimentare în circuitul armăturii. În acest caz, curentul de pornire va fi egal cu

Astfel, este posibil să se obțină o valoare a curentului de pornire în domeniul dorit, care să fie sigură pentru motor. Rezistența suplimentară poate fi fie sub forma unui reostat, fie sub forma mai multor rezistențe. Acest lucru este necesar pentru a schimba rezistența în circuitul armăturii în timpul pornirii motorului.

Trebuie să știți că, cu rezistență suplimentară în înfășurarea armăturii, motorul nu funcționează pe o caracteristică naturală, ci pe o caracteristică artificială mai moale, care nu este potrivită pentru funcționarea normală a motorului.

Motorul este pornit în mai multe etape. După o anumită accelerare a motorului, Epr va limita curentul și, prin urmare, cuplul de pornire, pentru a-l menține la același nivel, trebuie să reduceți rezistența, adică să comutați reostatul sau să derivați rezistența.

Să presupunem că avem patru etape, apoi caracteristicile mecanice vor arăta astfel

În prima etapă, când rezistența suplimentară este maximă și egală cu R1+R2+R3, motorul începe să accelereze. După atingerea unui anumit punct, care se obține cu ajutorul datelor calculate, rezistența R3 este ocolită. În același timp, motorul trece la o nouă caracteristică și accelerează până în același punct. Astfel, motorul își atinge caracteristica naturală fără a fi afectat de curenți și cupluri mari de pornire.