Jak funguje softstartér elektromotoru?

Elektromotory jsou široce používány ve všech oblastech lidské činnosti. Při spouštění elektromotoru však dochází k sedminásobnému odběru proudu způsobujícímu nejen přetížení napájecí sítě, ale také zahřívání statorových vinutí a také poruchu mechanických částí. K odstranění tohoto nežádoucího efektu doporučují radioamatéři používat pro elektromotor softstartéry.

Hladký start motoru

Stator elektromotoru je indukční cívka, proto jsou zde aktivní a reaktivní složky odporu (R). Hodnota jalové složky závisí na frekvenční charakteristice zdroje a při spouštění se pohybuje od 0 do vypočítané hodnoty (během provozu nástroje). Navíc se mění proud nazývaný startovací proud.

Startovací proud je 7násobek jmenovité hodnoty. Během tohoto procesu se zahřejí vinutí cívky statoru a pokud je vodič, který tvoří vinutí starý, je možný mezizávitový zkrat (s klesající hodnotou R proud dosáhne maximální hodnoty). Přehřátí vede ke snížení životnosti nástroje. Chcete-li tomuto problému předejít, existuje několik možností použití softstartérů.

Přepínáním vinutí se zařízení měkkého rozběhu motoru (USP) skládá z následujících hlavních součástí: 2 typy relé (zapnuto a řízení zátěže), tři stykače (obrázek 1).

Obrázek 1 – Obecné schéma zařízení pro měkký start pro asynchronní motory (soft start).

Obrázek 1 ukazuje asynchronní motor. Jeho vinutí jsou připojena pomocí typu zapojení do hvězdy. Startování se provádí se sepnutými stykači K1 a K3. Po určitém časovém intervalu (nastaveném pomocí časového relé) stykač K3 rozepne kontakt (dojde k vypnutí) a sepne kontakt K2. Schéma na obrázku 1 je také použitelné pro motorové softstartéry různých typů.

Hlavní nevýhodou je vznik zkratových proudů při současném zapnutí 2 jističů. Tento problém je vyřešen zavedením spínače do obvodu namísto stykačů. Vinutí statoru se však nadále zahřívá.

Při elektronickém řízení spouštěcí frekvence elektromotoru se využívá principu frekvenční změny napájecího napětí. Hlavním prvkem těchto převodníků je frekvenční měnič včetně:

1. Usměrňovač je namontován na výkonných polovodičových diodách (je možná i tyristorová verze). Převádí síťové napětí na pulzující stejnosměrný proud.
2. Meziobvod vyhlazuje rušení a zvlnění.
3. Pro převod signálu přijatého na výstupu meziobvodu na signál s proměnnou amplitudou a frekvenční charakteristikou je nutný invertor.
4. Elektronický řídicí obvod generuje signály pro všechny součásti převodníku.

Princip činnosti, typy a volba

Při 7násobném zvýšení točivého momentu rotoru a IP je pro prodloužení životnosti nutné použít softstartér, který splňuje následující požadavky:

1. Rovnoměrné a plynulé zvýšení všech ukazatelů.
2. Řízení elektrického brzdění a startování motoru v určitých časových intervalech.
3. Ochrana proti přepětí, ztrátě jakékoli fáze (u 3-fázového elektromotoru) a různým typům rušení.
4. Zvýšená odolnost proti opotřebení.

Princip činnosti triakového softstartéru: omezení hodnoty napětí změnou úhlu otevření triakových polovodičů (triaků) při připojení ke statorovým cívkám elektromotoru (obrázek 2).

Obrázek 2 – Schéma měkkého rozběhu elektromotoru pomocí triaků.

Díky použití triaků je možné snížit zapínací proudy 2 nebo vícekrát a přítomnost stykače umožňuje zabránit přehřátí triaků (na obrázku 2: Bypass). Hlavní nevýhody triakových softstartérů:

1. Použití jednoduchých obvodů je možné pouze při nízké zátěži nebo při startu naprázdno. V opačném případě bude schéma složitější.
2. Při delším spouštění dochází k přehřívání vinutí a polovodičových součástek.
3. Motor se někdy nespustí (což vede k výraznému přehřátí vinutí).
4. Při použití elektrické brzdy se vinutí může přehřát.

Široce se používají softstartéry s regulátory, ve kterých není zpětná vazba (1 nebo 3 fáze). U modelů tohoto typu je nutné bezprostředně před spuštěním nastavit čas rozběhu elektromotoru a napětí. Nevýhodou přístrojů je nemožnost regulace krouticího momentu pohyblivých mechanických částí podle zatížení. Chcete-li tento problém odstranit, musíte použít zařízení na snížení Ip, ochranu proti různým fázovým rozdílům (vzniká při fázové nesymetrii) a mechanickému přetížení.

Dražší modely softstartérů obsahují možnost sledovat provozní parametry elektromotoru v nepřetržitém režimu.

Zařízení obsahující elektromotory jsou vybaveny softstartéry na bázi triaků. Liší se obvodem a způsobem regulace síťového napětí. Nejjednodušší obvody jsou obvody s jednofázovou regulací. Provádějí se na jednom triaku a umožňují zmírnit zatížení mechanické části a používají se pro elektromotory s výkonem menším než 12 kV. Podniky využívají 3fázovou regulaci napětí pro elektromotory do výkonu 260 kW. Při výběru typu softstartéru musíte se řídit následujícími parametry:

1. Napájení zařízení.
2. Pracovní režim.
3. Rovnost Ip motoru a softstartéru.
4. Počet startů za určitý čas.

K ochraně čerpadel jsou vhodné softstartéry, které chrání před nárazy od hydraulické součásti potrubí (Advanced Control). Softstartéry pro nástroje se vybírají na základě zatížení a vysokých otáček. U drahých modelů je tento typ ochrany ve formě softstartéru přítomen, ale u rozpočtových modelů si to musíte vyrobit sami. Používá se v chemických laboratořích k hladkému spuštění ventilátoru, který ochlazuje kapaliny.

Důvody použití mlýnku

Díky konstrukčním vlastnostem dochází při startování úhlové brusky k vysokému dynamickému zatížení částí nástroje. Během počáteční rotace disku, Na osu převodovky působí setrvačné síly:

1. Setrvačné trhnutí vám může vytrhnout mlýnek z rukou. Existuje ohrožení života a zdraví, protože tento nástroj je velmi nebezpečný a vyžaduje přísné dodržování bezpečnostních opatření.
2. Při spouštění dochází k nadproudu (Istart = 7*Inom). Dochází k předčasnému opotřebení kartáčů a přehřívání vinutí.
3. Převodovka se opotřebovává.
4. Zničení řezného kotouče.

Nenaladěný nástroj se stává velmi nebezpečným, protože existuje možnost poškození zdraví a života. Proto je nutné jej zabezpečit. Za tímto účelem montují softstartéry pro elektrické nářadí vlastníma rukama.

DIY tvorba

U levných modelů úhlových brusek a dalších nástrojů si musíte sestavit vlastní softstartér. Není to těžké, protože díky internetu najdete obrovské množství schémat. Nejjednodušší a zároveň efektivní je univerzální obvod softstartéru na bázi triaku a mikroobvodu.

Když zapnete úhlovou brusku nebo jiný nástroj, dojde v důsledku náhlého startu k poškození vinutí a převodovky nástroje. Radioamatéři našli východisko z této situace a navrhli jednoduchý měkký start pro elektrické nářadí pro kutily (schéma 1), sestavené v samostatném bloku (ve skříni je velmi málo místa).

Schéma 1 – Schéma pro pozvolný start elektrického nářadí.

Softstartér je implementován vlastními rukama na základě KR118PM1 (fázové řízení) a pohonné jednotky pomocí triaků. Hlavní předností zařízení je jeho všestrannost, protože jej lze připojit k jakémukoli elektrickému nářadí. Nejen, že se snadno instaluje, ale také nevyžaduje předběžnou konfiguraci. Připojení systému k přístroji v zásadě není složité a instaluje se do přerušení napájecího kabelu.

Vlastnosti modulu softstartéru

Když je bruska zapnutá, napětí je přivedeno na KR118PM1 a na řídicím kondenzátoru (C2) dochází k plynulému nárůstu napětí, jak se zvyšuje náboj. Tyristory umístěné v mikroobvodu se otevírají postupně s určitým zpožděním. Triak se otevře s pauzou rovnou zpoždění tyristorů. Pro každou následující napěťovou periodu se zpoždění postupně snižuje a nástroj se plynule spustí.

Doba získání otáček závisí na kapacitě C2 (při 47 mikronech je doba rozběhu 2 sekundy). Toto zpoždění je optimální, i když ho lze změnit zvýšením kapacity C2. Po vypnutí úhlové brusky se kondenzátor C2 vybije díky rezistoru R1 (doba vybití je cca 3 sekundy při 68k).

Tento obvod pro nastavení rychlosti elektromotoru lze upgradovat nahrazením R1 proměnným rezistorem. Když se změní hodnota odporu proměnného odporu, změní se výkon elektromotoru. Rezistor R2 plní funkci regulace velikosti proudu, který protéká vstupem triaku VS1 (vhodné je zajistit chlazení ventilátorem), který je řídicí. Kondenzátory C1 a C3 slouží k ochraně a řízení mikroobvodu.

Triak je vybrán s následujícími charakteristikami: maximální stejnosměrné napětí je do 400–500 V a minimální proud procházející přechody musí být alespoň 25 A. Při výrobě softstartéru podle tohoto schématu se rezerva výkonu může pohybovat od 2 kW do 5 kW.

Pro zvýšení životnosti nástrojů a motorů je tedy nutné jejich plynulé spouštění. To je způsobeno konstrukčními vlastnostmi elektromotorů asynchronních a komutátorových typů. Při spouštění dochází k rychlému odběru proudu, který způsobuje opotřebení elektrických a mechanických částí. Použití softstartéru vám umožní chránit vaše elektrické nářadí dodržováním bezpečnostních předpisů. Při upgradu nástroje je možné zakoupit hotové modely a také sestavit jednoduché a spolehlivé univerzální zařízení, které se nejen liší, ale dokonce předčí některé tovární softstartéry.