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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA
Dispositivo per l'avviamento graduale di un motore asincrono. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / motori elettrici L'interesse dei radioamatori per lo sviluppo di soft starter per motori elettrici asincroni non diminuisce. Stanno apparendo sempre più nuovi design. Uno di questi è offerto ai lettori. Gli avviatori statici basati sul microcircuito KR1182PM1, ad esempio quelli descritti in [1], sono diventati piuttosto popolari. Ma questo microcircuito ha caratteristiche che non consentono di ottenere i risultati desiderati senza costringere il circuito a diventare più complesso. Il primo di questi è la tensione di rete massima non superiore a 276 V. Per un motore elettrico trifase questo chiaramente non è sufficiente. È necessario azzerare il punto medio della "stella" del suo statore in modo che la corrente non scorra tra le fasi, ma tra ciascuna fase e il neutro. Ma in questo caso è necessario regolare la corrente di tutte e tre le fasi, altrimenti una corrente molte volte superiore a quella nominale scorrerà attraverso uno degli avvolgimenti durante l'intero tempo di avviamento. E quando gli avvolgimenti sono collegati a stella con un punto medio isolato, è sufficiente regolare la corrente solo in due fasi. La seconda caratteristica è la necessità di un circuito esterno per la scarica forzata del condensatore di temporizzazione, poiché la sua corrente di scarica attraverso il microcircuito KR1182PM1 stesso è molto piccola e il dispositivo sarà pronto per riavviare il motore solo dopo un tempo piuttosto lungo. Recentemente ho deciso di sviluppare il mio soft starter. Ho subito deciso di non utilizzare un microcontrollore al suo interno, di fare a meno di un'unità per determinare il passaggio della corrente attraverso lo zero (ad esempio, come in [2]) e di renderlo insensibile all'ordine di alternanza delle fasi.
Lo schema del dispositivo proposto è mostrato in Fig. 1. Si compone di tre blocchi funzionali. Due di essi sono identici e sono regolatori triac del valore di tensione effettiva sul carico, controllati tramite optoaccoppiatori. L'uso in essi di dinistori simmetrici VS3 e VS4 (più precisamente, analoghi di tali dinistori - microcircuiti KR1167KP1B) ha permesso di semplificare significativamente i regolatori. Il terzo blocco controlla contemporaneamente entrambi i regolatori, formando durante il processo di avviamento la legge necessaria per modificare il valore effettivo della tensione applicata al motore. Per fare ciò, modifica opportunamente la corrente che scorre attraverso i diodi emettitori dei fotoaccoppiatori U1-U4, che controllano i regolatori. I fotodiodi di questi optoaccoppiatori funzionano in modalità fotovoltaica; la tensione che generano apre gradualmente i transistor VT1 e VT2. Allo stesso tempo, la resistenza dei transistor diminuisce, grazie alla quale, in ogni semiciclo della tensione di rete, i condensatori C7 e C8 riescono a caricarsi alla tensione di apertura dei dinistori VS3 e VS4 in sempre meno tempo. Di conseguenza, i triac VS1 e VS2 si aprono sempre prima in ogni semiciclo e parti sempre più grandi dei semicicli vengono alimentate agli avvolgimenti del motore elettrico M1. Sfortunatamente, la tensione massima sugli avvolgimenti del motore quando si utilizzano tali regolatori è di 20...25 V inferiore alla tensione di rete. Pertanto è previsto un relè K1 che viene attivato al termine del processo di avviamento e si collega con i suoi contatti agli elettrodi 1 e 2 dei triac VS1 e VS2. In questo modo si ottiene anche una riduzione della generazione di calore dal soft starter durante il funzionamento del motore. L'unità di controllo è alimentata da una delle fasi di una rete trifase attraverso un condensatore di spegnimento C1 e un raddrizzatore sul ponte a diodi VD2-VD5. Considerando che la tensione all'uscita del ponte è insignificante rispetto alla tensione di rete, possiamo considerare il raddrizzatore una sorgente di corrente, il cui valore, circa 20 mA, è fissato dalla reattanza del condensatore C1 ed è praticamente indipendente dal carico. Il resistore R5 limita l'impulso della corrente di carica del condensatore C1 quando il dispositivo è collegato alla rete. Consiglio di installare questo resistore ad un'altezza di 5.7 mm sopra la superficie del circuito, in modo che se si brucia (ad esempio, a causa di una rottura del condensatore Cl), la scheda non verrà danneggiata. Il resistore R6 è necessario per scaricare il condensatore C1 dopo la disconnessione dalla rete. Il condensatore C5 attenua le increspature. Due circuiti costituiti da emettitori diodi optoaccoppiatori U1, U2 e U3, U4 collegati in serie sono collegati al terminale positivo di questo condensatore attraverso un resistore costante R2 e un trimmer R1. La corrente attraverso i diodi emettitori dipende dalla resistenza di questi resistori e dal valore della tensione raddrizzata dal ponte a diodi VD2-VD5, che, con una corrente raddrizzata costante, dipende dalla resistenza di carico del raddrizzatore. La prima parte di questo carico è una catena di diodi emettitori. La seconda parte è formata da due stabilizzatori integrati paralleli DA1 e DA2 collegati in serie. Più dei 20 mA disponibili fluiscono attraverso i regolatori integrati, meno ne rimane per i diodi emettitori. Lo stabilizzatore DA1 è acceso in modo tale che man mano che il condensatore C4 si carica, la resistenza della sua sezione catodo-anodo aumenta gradualmente e la corrente che lo attraversa diminuisce. Allo stesso tempo, la tensione e la corrente raddrizzate attraverso i diodi emettitori degli accoppiatori ottici aumentano gradualmente. Lo stabilizzatore DA2 imposta il valore iniziale di questa tensione (impostato dal resistore di regolazione R9), che viene raggiunto molto rapidamente dopo aver chiuso i contatti dell'interruttore SA1. Un ulteriore aumento di tensione avviene in modo graduale alla velocità impostata dalla resistenza del resistore di regolazione R7 e dalla capacità del condensatore C4. Perché è necessario impostare la tensione iniziale? Il fatto è che se la tensione sugli avvolgimenti del motore elettrico è troppo bassa, la corrente scorre già attraverso i suoi avvolgimenti, ma l'albero rimane comunque immobile. Allo stesso tempo, il motore ronza e gli avvolgimenti si surriscaldano. Per evitare una modalità così indesiderata, viene impostata la tensione iniziale, garantendo l'avvio immediato della rotazione dell'albero. Il valore richiesto di questa tensione dipende fortemente dal carico meccanico sull'albero, quindi la sua regolazione con la resistenza di regolazione R9 dovrebbe essere effettuata nelle condizioni operative reali del motore. Al completamento del processo di avviamento del motore, la terza parte del carico del raddrizzatore inizia a funzionare sul ponte a diodi VD2-VD5: il diodo zener VD1 e il diodo emettitore dell'accoppiatore ottico U5 collegati in serie. Quando la tensione all'uscita del ponte raggiunge la tensione di stabilizzazione del diodo zener (24 V), la resistenza di quest'ultimo diminuisce bruscamente. La corrente inizia a fluire attraverso di esso e il diodo emettitore del fotoaccoppiatore U5. Il fotodinistore dell'accoppiatore ottico si apre e il relè K1 viene attivato, deviando i triac VS1 e VS2 con i suoi contatti. Da questo momento in poi il motore M1 riceve la piena tensione di rete. Gli accoppiatori ottici 3OD101V sono stati utilizzati come accoppiatori ottici U1-U4 solo perché li avevo in magazzino. Poiché la tensione generata dal fotodiodo di un fotoaccoppiatore non era sufficiente per accendere il transistor, il numero di fotoaccoppiatori è stato raddoppiato. Sia i diodi emettitori che i fotodiodi di ciascuna coppia sono collegati in serie. Non sono stati effettuati esperimenti con altri optoaccoppiatori a diodi. È del tutto possibile che si adattino anche loro. Esistono fotoaccoppiatori a doppio diodo (ad esempio AOD134AS), nonché quelli che contengono due fotodiodi illuminati da un diodo emettitore (ad esempio AOD176A). Potrebbe valere la pena provarli anche loro. Quando si sceglie un sostituto per i transistor 2SC4517, è necessario prestare attenzione alla tensione massima del collettore-emettitore. Non deve essere inferiore a 600 V. Lo stesso vale per la tensione massima in stato spento dei triac VS1 e VS2. I transistor 2SC4517 nel dispositivo in esame possono essere utilizzati senza dissipatori di calore. La necessità di rimuovere il calore dai triac dipende dalla potenza del motore elettrico e dalla frequenza con cui si prevede di accenderlo. Relè K1 - RP-64 [3] con una bobina per 220 V, 50 Hz. Può essere sostituito, ad esempio, con un relè R20-3022-96-5230 [4] con due gruppi di contatti normalmente aperti e una bobina da 230 V AC. I condensatori C2 e C3 sono condensatori a film. I microcircuiti KR1167KP1B possono essere sostituiti con dinistori DB3 simmetrici importati.
La configurazione di un soft starter dovrebbe iniziare bilanciando due regolatori. Per fare ciò è necessario, come mostrato in Fig. 2, applicare ad esso una tensione monofase di 220 V, collegando al posto del motore elettrico M1 due lampade ad incandescenza da 220 V con potenza di 40.60 W. I terminali del condensatore C4 devono essere collegati con un ponticello. Dopo aver applicato la tensione di alimentazione, utilizzare il resistore di regolazione R9 per impostare la luminosità minima delle lampade e utilizzare il resistore di regolazione R1 per ottenere la stessa intensità del loro bagliore. Con l'alimentazione spenta, rimuovere il ponticello dal condensatore e riaccendere il dispositivo monitorando la tensione sul condensatore C5. Quando raggiunge 25.26 V, il relè K1 dovrebbe funzionare. Se tutto va bene, puoi controllare la tensione sulle lampade. Prima che il relè K1 funzioni, deve essere almeno 190 V. Se la tensione sulle lampade è inferiore, è possibile ridurre la resistenza del resistore R2, ma solo in modo che la corrente di controllo massima consentita dei fotoaccoppiatori U1-U4 non venga superata. Ora puoi collegare un motore elettrico al dispositivo e fornire tensione trifase. A mio avviso, è meglio iniziare a selezionare la durata dell'accelerazione desiderata con la velocità minima di aumento della tensione sul motore (il cursore del resistore di regolazione R7 è nella posizione superiore secondo il diagramma) e la tensione minima di avviamento (il cursore della resistenza di regolazione R9 è nella posizione inferiore secondo lo schema). Vorrei attirare la vostra attenzione sul fatto che tecnicamente non è difficile abbandonare lo stabilizzatore DA2 semplicemente escludendolo e gli elementi ad esso correlati dal circuito e collegando insieme i fili che andavano all'anodo e al catodo dello stabilizzatore. Per regolare la tensione di avvio in questo caso, installare i resistori di regolazione R1' e R2', mostrati nello schema di Fig. 1 con linee tratteggiate. Noya non consiglierebbe di farlo. Innanzitutto, questo è scomodo, poiché dovrai operare a turno con due resistori di trimming, cercando di non violare l'uguaglianza dei valori di tensione sugli avvolgimenti del motore. In secondo luogo, non tutti i resistori di regolazione sono in grado di sopportare una tensione applicata di circa 400 V. In terzo luogo, nel dispositivo in esame, i resistori R1' e R2', a differenza di altri resistori di regolazione, saranno ad alta tensione rispetto al neutro di una rete trifase, che può costituire pericolo se toccata accidentalmente. In conclusione, voglio dire che un soft starter non può sostituire un regolatore di velocità e mantenere a lungo una velocità ridotta dell'albero del motore elettrico. Con il suo aiuto è possibile solo aumentare il tempo di accelerazione alla velocità nominale e ridurre la corrente di avviamento. Mantenere il motore elettrico in modalità di accelerazione più a lungo del necessario porterà al surriscaldamento degli avvolgimenti, poiché la corrente che li attraversa in questa modalità, sebbene significativamente inferiore alla corrente di avviamento standard, supera comunque quella nominale. In questa modalità il motore è molto sensibile al carico sull'albero e può fermarsi se aumenta leggermente. Qualche analogia con un dispositivo di avviamento graduale per un motore elettrico può essere considerata il meccanismo della frizione in un'auto. Il funzionamento costante di un motore elettrico asincrono in modalità di accelerazione è simile alla guida di un'auto con la frizione non completamente innestata. Letteratura
Autore: P. Galashevsky
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