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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK
Sanftstarter für Asynchronmotor. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Die Elektromotoren Das Interesse der Funkamateure an der Entwicklung von Sanftstartern für asynchrone Elektromotoren lässt nicht nach. Es gibt alles neue Designs. Einer davon wird den Lesern angeboten. Sanftstarter, die beispielsweise auf dem in [1182] beschriebenen KR1PM1-Chip basieren, erfreuen sich großer Beliebtheit. Diese Mikroschaltung weist jedoch Merkmale auf, die es nicht ermöglichen, die gewünschten Ergebnisse ohne erzwungene Komplikation der Schaltung zu erzielen. Die erste davon ist die maximale Netzspannung von nicht mehr als 276 V. Das reicht für einen dreiphasigen Elektromotor eindeutig nicht aus. Es ist notwendig, den Mittelpunkt des „Sterns“ seines Stators auf Null zu setzen, damit der Strom nicht zwischen den Phasen, sondern zwischen jeder Phase und dem Neutralleiter fließt. In diesem Fall ist es jedoch erforderlich, den Strom aller drei Phasen zu regeln, da sonst während der gesamten Anlaufzeit ein Strom durch eine der Wicklungen fließt, der den Nennstrom um ein Vielfaches übersteigt. Und beim Einschalten der „Stern“-Wicklungen mit isoliertem Mittelpunkt reicht es aus, den Strom in nur zwei Phasen zu regeln. Das zweite Merkmal ist die Notwendigkeit eines externen Schaltkreises, um die Entladung des Zeitkondensators zu erzwingen, da der Entladestrom durch den KR1182PM1-Chip selbst sehr gering ist und das Gerät erst nach ziemlich langer Zeit zum Neustarten des Motors bereit ist. Ich habe vor kurzem beschlossen, einen eigenen Softstarter zu entwickeln. Ich habe mich sofort entschieden, keinen Mikrocontroller darin zu verwenden, auf einen Knoten zur Bestimmung des Stromdurchgangs durch Null zu verzichten (z. B. wie in [2]) und ihn unempfindlich gegenüber der Phasenfolge zu machen.
Das Schema des vorgeschlagenen Geräts ist in Abb. dargestellt. 1. Es besteht aus drei Funktionsblöcken. Zwei davon sind gleich und Triac-Regler für den Effektivwert der Spannung an der Last, gesteuert durch Optokoppler. Die Verwendung der symmetrischen Dinistoren VS3 und VS4 (genauer gesagt Analoga solcher Dinistoren - KR1167KP1B-Mikroschaltungen) ermöglichte eine erhebliche Vereinfachung der Regler. Der dritte Block steuert gleichzeitig beide Regler und bildet das notwendige Gesetz zur Änderung des Effektivwerts der an den Motor angelegten Spannung während des Startvorgangs. Dazu ändert es den Strom, der durch die Sendedioden der Optokoppler U1-U4 fließt, die die Regler steuern, entsprechend. Die Fotodioden dieser Optokoppler arbeiten im Photovoltaikmodus, die von ihnen erzeugte Spannung öffnet nach und nach die Transistoren VT1 und VT2. Gleichzeitig nimmt der Widerstand der Transistoren ab, wodurch die Kondensatoren C7 und C8 in jeder Halbwelle der Netzspannung immer weniger Zeit haben, sich auf die Öffnungsspannung der Dinistoren VS3 und VS4 aufzuladen Zeit. Dementsprechend öffnen die Triacs VS1 und VS2 in jeder Halbwelle früher und immer mehr Halbwellen gelangen in die Wicklungen des Motors M1. Leider liegt die maximale Spannung an den Motorwicklungen bei Verwendung solcher Regler um 20 ... 25 V unter der Spannung im Netz. Daher ist das Relais K1 vorgesehen, das am Ende des Startvorgangs arbeitet und mit seinen Kontakten die Elektroden 1 und 2 der Triacs VS1 und VS2 verbindet. Dadurch wird auch eine Reduzierung der Wärmeentwicklung des Sanftstarters im Betriebsmodus des Motors erreicht. Die Steuereinheit wird von einer der Phasen eines dreiphasigen Netzwerks über einen Löschkondensator C1 und einen Gleichrichter an einer Diodenbrücke VD2-VD5 mit Strom versorgt. Da die Spannung am Brückenausgang im Vergleich zur Netzspannung vernachlässigbar ist, kann der Gleichrichter als Stromquelle betrachtet werden, deren Wert etwa 20 mA beträgt, durch die Reaktanz des Kondensators C1 eingestellt wird und praktisch unabhängig von der Last ist . Der Widerstand R5 begrenzt den Ladestromimpuls des Kondensators C1 in dem Moment, in dem das Gerät an das Netzwerk angeschlossen wird. Ich empfehle, diesen Widerstand in einer Höhe von 5.7 mm über der Oberfläche der Leiterplatte zu installieren, damit die Platine bei einem Durchbrennen (z. B. durch einen Ausfall des Cl-Kondensators) nicht beschädigt wird. Der Widerstand R6 wird benötigt, um den Kondensator C1 nach der Trennung vom Netz zu entladen. Der Kondensator C5 glättet die Welligkeit. Zwei Schaltkreise bestehend aus in Reihe geschalteten Emissionsdioden der Optokoppler U1, U2 und U3, U4 sind über einen Konstantwiderstand R2 und einen Trimmer R1 mit dem Pluspol dieses Kondensators verbunden. Der Strom durch die Strahlungsdioden hängt vom Widerstand dieser Widerstände und dem Wert der von der Diodenbrücke VD2-VD5 gleichgerichteten Spannung ab, die bei konstantem gleichgerichtetem Strom vom Lastwiderstand des Gleichrichters abhängt. Der erste Teil dieser Last ist der Sendediodenkreis. Den zweiten Teil bilden zwei in Reihe geschaltete parallele Integralstabilisatoren DA1 und DA2. Je mehr von den zur Verfügung stehenden 20 mA durch die integrierten Regler fließt, desto weniger bleibt für die Sendedioden übrig. Der Stabilisator DA1 ist so eingebaut, dass beim Laden des Kondensators C4 der Widerstand seines Kathoden-Anoden-Abschnitts gleichmäßig ansteigt und der Strom durch ihn abnimmt. In diesem Fall steigen die gleichgerichtete Spannung und der gleichgerichtete Strom durch die Sendedioden der Optokoppler allmählich an. Der Stabilisator DA2 stellt den Anfangswert dieser Spannung ein (eingestellt durch einen Trimmerwiderstand R9), der sehr schnell nach dem Schließen der Kontakte des Schalters SA1 erreicht wird. Ein weiterer Spannungsanstieg erfolgt sanft mit einer Geschwindigkeit, die durch den Widerstandswert des Abstimmwiderstands R7 und die Kapazität des Kondensators C4 festgelegt wird. Warum muss die Anfangsspannung eingestellt werden? Tatsache ist, dass bei zu niedriger Spannung an den Motorwicklungen der Strom bereits durch seine Wicklungen fließt und die Welle immer noch bewegungslos bleibt. In diesem Fall brummt der Motor und die Wicklungen erhitzen sich. Um einen solchen unerwünschten Modus zu verhindern, ist eine Anfangsspannungseinstellung vorgesehen, die den sofortigen Beginn der Wellendrehung gewährleistet. Der erforderliche Wert dieser Spannung hängt stark von der mechanischen Belastung der Welle ab, daher sollte die Einstellung mit einem Abstimmwiderstand R9 unter realen Motorbetriebsbedingungen erfolgen. Nach Abschluss des Motorstartvorgangs beginnt der dritte Teil der Gleichrichterlast an der Diodenbrücke VD2-VD5 zu arbeiten – die Zenerdiode VD1 und die Strahlungsdiode des Optokopplers U5 in Reihe geschaltet. Wenn die Spannung am Ausgang der Brücke die Stabilisierungsspannung der Zenerdiode (24 V) erreicht, nimmt deren Widerstand stark ab. Durch ihn und die Sendediode des Optokopplers U5 beginnt Strom zu fließen. Der Fotodistor des Optokopplers öffnet und das Relais K1 wird aktiviert, das mit seinen Kontakten die Triacs VS1 und VS2 überbrückt. Von nun an erhält Motor M1 die volle Netzspannung. 3OD101V-Optokoppler wurden nur deshalb als U1-U4-Optokoppler verwendet, weil ich sie auf Lager hatte. Da die von der Fotodiode eines Optokopplers erzeugte Spannung nicht ausreichte, um den Transistor zu öffnen, wurde die Anzahl der Optokoppler verdoppelt. Sowohl die Sendedioden als auch die Fotodioden jedes Paares sind in Reihe geschaltet. Versuche mit anderen Dioden-Optokopplern wurden nicht durchgeführt. Es ist möglich, dass sie auch passen. Es gibt Optokoppler mit zwei Dioden (zum Beispiel AOD134AS) und solche, die zwei Fotodioden enthalten, die von einer emittierenden Diode beleuchtet werden (zum Beispiel AOD176A). Es könnte sich auch lohnen, sie auszuprobieren. Bei der Auswahl eines Ersatzes für die 2SC4517-Transistoren sollte auf die maximale Kollektor-Emitter-Spannung geachtet werden. Sie sollte 600 V nicht unterschreiten. Gleiches gilt für die maximale Spannung im ausgeschalteten Zustand der Triacs VS1 und VS2. Die Transistoren 2SC4517 in diesem Gerät können ohne Kühlkörper verwendet werden. Ob eine Wärmeabfuhr von Triacs erforderlich ist, hängt von der Leistung des Elektromotors und davon ab, wie oft dieser eingeschaltet werden soll. Relais K1 - RP-64 [3] mit einer Spule für 220 V, 50 Hz. Es kann beispielsweise durch ein Relais R20-3022-96-5230 [4] mit zwei Gruppen von Schließerkontakten und einer 230-V-AC-Spule ersetzt werden. Die Kondensatoren C2 und C3 sind Folienkondensatoren. KR1167KP1B-Mikroschaltungen können durch importierte symmetrische DB3-Dinistoren ersetzt werden.
Die Einrichtung eines Softstarters sollte mit dem Abgleich der beiden Regler beginnen. Gehen Sie dazu wie in Abb. 2. Legen Sie eine einphasige Spannung von 220 V an, indem Sie anstelle des M1-Elektromotors zwei 220-V-40.60-W-Glühlampen anschließen. Die Anschlüsse des Kondensators C4 müssen mit einer Brücke verschlossen werden. Stellen Sie nach dem Anlegen der Versorgungsspannung den Trimmerwiderstand R9 auf die minimale Helligkeit des Leuchtens der Lampen ein und erzielen Sie mit dem Trimmerwiderstand R1 die gleiche Intensität ihres Leuchtens. Entfernen Sie nach dem Ausschalten die Brücke vom Kondensator und schalten Sie das Gerät wieder ein. Achten Sie dabei auf die Spannung am Kondensator C5. Bei Erreichen von 25.26 V sollte Relais K1 anziehen. Wenn damit alles in Ordnung ist, können Sie die Spannung an den Lampen überprüfen. Bevor das Relais K1 aktiviert wird, muss es mindestens 190 V betragen. Wenn die Spannung an den Lampen geringer ist, können Sie den Widerstand des Widerstands R2 verringern, jedoch nur so, dass der maximal zulässige Steuerstrom der Optokoppler U1-U4 beträgt nicht überschritten. Jetzt können Sie einen Elektromotor an das Gerät anschließen und dreiphasige Spannung anlegen. Meiner Meinung nach ist es besser, die Auswahl der gewünschten Beschleunigungsdauer von der minimalen Spannungsanstiegsgeschwindigkeit am Motor (der R7-Trimmwiderstandsmotor in der oberen Position gemäß Diagramm) und der minimalen Startspannung (dem R9-Trimmwiderstand) auszugehen Motor in der unteren Position gemäß Diagramm). Ich möchte Ihre Aufmerksamkeit auf die Tatsache lenken, dass es technisch einfach ist, auf den DA2-Stabilisator zu verzichten, indem man ihn und die damit verbundenen Elemente einfach aus dem Stromkreis ausschließt und die Drähte, die zur Anode und Kathode des Stabilisators führen, miteinander verbindet. Um die Startspannung anzupassen, werden in diesem Fall Trimmwiderstände R1' und R2' installiert, wie im Diagramm in Abb. dargestellt. 1 mit gestrichelten Linien. Noah würde das nicht empfehlen. Dies ist erstens unpraktisch, da Sie nacheinander mit zwei Abstimmwiderständen arbeiten müssen, um die Gleichheit der Spannungswerte an den Motorwicklungen nicht zu verletzen. Zweitens halten nicht alle Abstimmwiderstände einer an sie angelegten Spannung von etwa 400 V stand. Drittens stehen im betrachteten Gerät die Widerstände R1 'und R2' im Gegensatz zu anderen Abstimmwiderständen unter hoher Spannung relativ zum Neutralleiter des Drehstromnetzes, die bei versehentlicher Berührung gefährlich sein können. Abschließend möchte ich sagen, dass ein Softstarter einen Frequenzumrichter nicht ersetzen und eine reduzierte Motorwellendrehzahl über einen langen Zeitraum aufrechterhalten kann. Damit können Sie lediglich die Beschleunigungszeit auf Nenndrehzahl erhöhen und den Anlaufstrom reduzieren. Wenn der Motor länger als nötig im Beschleunigungsmodus bleibt, führt dies zu einer Überhitzung der Wicklungen, da der in diesem Modus durch sie fließende Strom zwar viel geringer ist als der Standardanlaufstrom, aber dennoch den Nennstrom übersteigt. In diesem Modus reagiert der Motor sehr empfindlich auf die Belastung der Welle und kann stoppen, wenn diese leicht erhöht wird. Eine Analogie für einen Sanftanlasser für einen Elektromotor kann als Kupplungsmechanismus in einem Auto betrachtet werden. Der ständige Betrieb eines Asynchron-Elektromotors im Beschleunigungsmodus ähnelt dem Fahren eines Autos mit nicht vollständig eingerückter Kupplung. Literatur
Autor: P. Galashevsky
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