Sanftanlaufsystem für einen Elektromotor zum Selbermachen. Kostenlose Schaltpläne. Sanfter Start eines Stromkreises eines Kommutator-Elektromotors. Reibungsloser Motorstart

Elektromotoren sind die am weitesten verbreiteten elektrischen Maschinen der Welt. Kein einziges Industrieunternehmen, kein einziger technologischer Prozess kommt ohne sie aus. Rotation von Ventilatoren, Pumpen, Bewegung von Förderbändern, Bewegung von Kränen – das ist eine unvollständige, aber bereits bedeutende Liste von Aufgaben, die mit Hilfe von Motoren gelöst werden.

Allerdings gibt es bei der Funktionsweise ausnahmslos aller Elektromotoren eine Nuance: Im Moment des Starts verbrauchen sie kurzzeitig einen großen Strom, den sogenannten Anlaufstrom.

Wenn Spannung an die Statorwicklung angelegt wird, ist die Rotordrehzahl Null. Der Rotor muss bewegt und auf Nenndrehzahl gedreht werden. Dies erfordert deutlich mehr Energie als für den Nennbetriebsmodus erforderlich ist.

Unter Last sind die Einschaltströme höher als im Leerlauf. Der mechanische Widerstand gegen die Drehung des vom Motor angetriebenen Mechanismus addiert sich zum Gewicht des Rotors. In der Praxis versuchen sie, den Einfluss dieses Faktors zu minimieren. Beispielsweise schließen sich bei leistungsstarken Ventilatoren die Klappen in den Luftkanälen automatisch beim Start.

In dem Moment, in dem der Anlaufstrom aus dem Netz fließt, wird erhebliche Energie verbraucht, um den Elektromotor in seinen Nennbetriebsmodus zu bringen. Je stärker der Elektromotor ist, desto mehr Leistung benötigt er zum Beschleunigen. Nicht alle Stromnetze tolerieren dieses Regime folgenlos.

Eine Überlastung der Versorgungsleitungen führt zwangsläufig zu einem Abfall der Netzspannung. Dies erschwert nicht nur das Starten der Elektromotoren zusätzlich, sondern wirkt sich auch auf andere Verbraucher aus.

Und die Elektromotoren selbst erfahren bei Anlaufvorgängen erhöhte mechanische und elektrische Belastungen. Mechanische sind mit einer Erhöhung des Drehmoments auf der Welle verbunden. Elektrische, verbunden mit einem kurzfristigen Stromanstieg, beeinträchtigen die Isolierung der Stator- und Rotorwicklungen, Kontaktverbindungen und Startgeräte.

Methoden zur Reduzierung von Einschaltströmen

Elektromotoren mit geringer Leistung und kostengünstigen Vorschaltgeräten starten ohne den Einsatz jeglicher Hilfsmittel recht gut. Eine Reduzierung ihrer Anlaufströme oder eine Änderung der Drehzahl ist wirtschaftlich nicht sinnvoll.

Wenn jedoch der Einfluss auf den Betriebsmodus des Netzwerks während des Startvorgangs erheblich ist, müssen die Einschaltströme reduziert werden. Dies wird erreicht durch:

Einsatz von Elektromotoren mit gewickeltem Rotor;
Verwendung einer Schaltung zum Umschalten der Wicklungen von Stern auf Dreieck;
Einsatz von Softstartern;
Einsatz von Frequenzumrichtern.

Für jeden Mechanismus sind eine oder mehrere dieser Methoden geeignet.

Elektromotoren mit gewickeltem Rotor

Der Einsatz von Asynchron-Elektromotoren mit bewickeltem Rotor in Arbeitsbereichen mit schwierigen Arbeitsbedingungen ist die älteste Form der Reduzierung von Anlaufströmen. Ohne sie ist der Betrieb von elektrifizierten Kränen, Baggern sowie Brechern, Sieben und Mühlen, die selten starten, wenn sich kein Produkt im angetriebenen Mechanismus befindet, unmöglich.

Die Reduzierung des Anlaufstroms wird durch schrittweises Entfernen von Widerständen aus dem Rotorkreis erreicht. Im Moment des Anlegens der Spannung liegt zunächst der maximal mögliche Widerstand am Rotor an. Wenn das Zeitrelais beschleunigt, schalten sie nacheinander Schütze ein, die einzelne Widerstandsabschnitte umgehen. Am Ende der Beschleunigung ist der mit dem Rotorkreis verbundene zusätzliche Widerstand Null.

Kranmotoren verfügen nicht über eine automatische Stufenumschaltung mit Widerständen. Dies geschieht auf Wunsch des Kranführers durch Betätigung der Steuerhebel.

Umschalten des Anschlussdiagramms der Statorwicklung

Im Brünner (Wicklungsstartverteilerblock) jedes dreiphasigen Elektromotors befinden sich 6 Anschlüsse für die Wicklungen aller Phasen. Somit können sie entweder sternförmig oder dreieckig verbunden werden.

Dadurch wird eine gewisse Vielseitigkeit beim Einsatz von Asynchron-Elektromotoren erreicht. Die Sternschaltung ist für eine höhere Spannungsebene (z. B. 660 V) ausgelegt, die Dreieckschaltung für eine niedrigere Spannungsebene (in diesem Beispiel 380 V).

Bei einer Nenn-Versorgungsspannung, die einer Dreieckschaltung entspricht, kann man den Elektromotor aber auch mit einer Sternschaltung vorbeschleunigen. In diesem Fall arbeitet die Wicklung mit einer reduzierten Versorgungsspannung (380 V statt 660 V) und der Einschaltstrom wird reduziert.

Zur Steuerung des Schaltvorgangs benötigen Sie ein zusätzliches Kabel im Elektromotor, da alle 6 Wicklungsklemmen genutzt werden. Zur Steuerung ihres Betriebs sind zusätzliche Starter und Zeitrelais installiert.

Frequenzumrichter

Die ersten beiden Methoden sind nicht überall anwendbar. Aber die nachfolgenden, die erst vor relativ kurzer Zeit auf den Markt kamen, ermöglichen den reibungslosen Start jedes asynchronen Elektromotors.

Ein Frequenzumrichter ist ein komplexes Halbleiterbauelement, das Leistungselektronik und Elemente der Mikroprozessortechnik vereint. Der Leistungsteil richtet die Netzspannung gleich, glättet sie und wandelt sie in eine konstante Spannung um. Der Ausgangsteil dieser Spannung bildet eine Sinusspannung mit einer variablen Frequenz von Null bis zum Nennwert - 50 Hz.

Dadurch werden Energieeinsparungen erzielt: Die rotierenden Einheiten arbeiten nicht mit übermäßiger Produktivität, da sie sich in einem unbedingt erforderlichen Modus befinden. Darüber hinaus bietet der technologische Prozess die Möglichkeit, fein abgestimmt zu werden.

Im Spektrum des betrachteten Problems ist es jedoch wichtig: Frequenzumrichter ermöglichen einen sanften Start des Elektromotors, ohne Stöße und Rucke. Es gibt überhaupt keinen Anlaufstrom.

Softstarter

Ein Sanftanlasser für einen Elektromotor ist derselbe Frequenzumrichter, jedoch mit eingeschränkter Funktionalität. Es funktioniert nur, wenn der Elektromotor beschleunigt und seine Drehzahl sanft vom minimalen angegebenen Wert auf den Nennwert ändert.

Um einen unbrauchbaren Betrieb des Geräts nach Abschluss der Beschleunigung des Elektromotors zu verhindern, ist in der Nähe ein Bypass-Schütz installiert. Es verbindet den Elektromotor nach Abschluss des Starts direkt mit dem Netzwerk.

Bei der Durchführung von Ausrüstungs-Upgrades ist dies die einfachste Methode. Es kann oft mit eigenen Händen umgesetzt werden, ohne dass hochspezialisierte Spezialisten hinzugezogen werden müssen. Das Gerät wird anstelle des Magnetstarters installiert, der den Start des Elektromotors steuert. Eventuell muss das Kabel durch ein abgeschirmtes ersetzt werden. Anschließend werden die Parameter des Elektromotors in den Speicher des Geräts eingegeben und es ist betriebsbereit.

Doch nicht jeder kommt alleine mit vollwertigen Frequenzumrichtern zurecht. Daher ist ihre Verwendung in Einzelexemplaren meist sinnlos. Der Einbau von Frequenzumrichtern ist nur bei einer allgemeinen Modernisierung der elektrischen Ausrüstung des Unternehmens gerechtfertigt.

Das reibungslose Starten eines Induktionsmotors ist immer eine schwierige Aufgabe, da das Starten eines Induktionsmotors viel Strom und Drehmoment erfordert, wodurch die Motorwicklung durchbrennen kann. Ingenieure schlagen ständig interessante technische Lösungen zur Überwindung dieses Problems vor und implementieren sie, beispielsweise durch den Einsatz eines Schaltkreises, eines Spartransformators usw.

Derzeit werden ähnliche Methoden in verschiedenen Industrieanlagen für den unterbrechungsfreien Betrieb von Elektromotoren eingesetzt.

Das Funktionsprinzip eines Induktionselektromotors ist aus der Physik bekannt, dessen Kern darin besteht, die Differenz zwischen den Rotationsfrequenzen der Magnetfelder von Stator und Rotor zu nutzen. Das Magnetfeld des Rotors, das versucht, das Magnetfeld des Stators einzuholen, trägt zur Erregung eines großen Anlaufstroms bei. Der Motor läuft mit voller Drehzahl und mit dem Strom steigt auch der Drehmomentwert. Dadurch kann die Wicklung des Gerätes durch Überhitzung beschädigt werden.

Daher ist die Installation eines Softstarters erforderlich. Mit Sanftstartern für Drehstrom-Asynchronmotoren können Sie die Geräte vor den anfänglich hohen Strömen und Drehmomenten schützen, die durch den Gleiteffekt beim Betrieb eines Induktionsmotors entstehen.

Vorteile der Verwendung einer Schaltung mit Softstarter (SPD):

Reduzierung des Anlaufstroms;
Reduzierung der Energiekosten;
Steigerung der Effizienz;
relativ niedrige Kosten;
Erreichen der Höchstgeschwindigkeit, ohne das Gerät zu beschädigen.

Wie startet man den Motor reibungslos?

Es gibt fünf Hauptmethoden für den Sanftanlauf.

Ein hohes Drehmoment kann durch Hinzufügen eines externen Widerstands zum Rotorkreis erzeugt werden, wie in der Abbildung gezeigt.

Durch die Einbeziehung eines automatischen Transformators in den Stromkreis können der Anlaufstrom und das Anlaufdrehmoment durch Reduzierung der Anfangsspannung aufrechterhalten werden. Siehe das Bild unten.

Der Direktstart ist die einfachste und kostengünstigste Methode, da der Induktionsmotor direkt an die Stromquelle angeschlossen ist.
Verbindungen mit einer speziellen Wicklungskonfiguration – die Methode ist für Motoren anwendbar, die für den Betrieb unter normalen Bedingungen vorgesehen sind.

Die Verwendung von SCP ist die fortschrittlichste aller aufgeführten Methoden. Hier ersetzen Halbleiterbauelemente wie Thyristoren oder SCRs, die die Drehzahl eines Induktionsmotors steuern, erfolgreich mechanische Komponenten.

Drehzahlregler für Kommutatormotoren

Die meisten Schaltungen für Haushaltsgeräte und Elektrowerkzeuge basieren auf einem 220-V-Kollektormotor. Dieser Bedarf erklärt sich aus seiner Vielseitigkeit. Die Geräte können mit Gleich- oder Wechselspannung betrieben werden. Der Vorteil der Schaltung liegt in der Bereitstellung eines effektiven Anlaufdrehmoments.

Um einen sanfteren Start zu erreichen und die Drehzahl anpassen zu können, werden Drehzahlregler verwendet.

Auf diese Weise können Sie beispielsweise einen Elektromotor mit Ihren eigenen Händen starten.

Sanftanlauf wird häufig zum sicheren Starten von Elektromotoren eingesetzt. Beim Starten des Motors wird der Nennstrom (In) um das 7-fache überschritten. Durch diesen Vorgang kommt es zu einer Verkürzung der Betriebsdauer des Motors, nämlich der Statorwicklungen und einer erheblichen Belastung der Lager. Aus diesem Grund wird empfohlen, einen Sanftanlauf für ein Elektrowerkzeug mit eigenen Händen durchzuführen, wo dies nicht vorgesehen ist.

allgemeine Informationen

Der Stator eines Elektromotors ist eine Induktionsspule, daher gibt es Widerstände mit Wirk- und Blindanteil.

Wenn elektrischer Strom durch Radioelemente fließt Bei einem Widerstand mit einer aktiven Komponente entstehen Verluste durch die Umwandlung eines Teils der Leistung in Wärmeenergie. Beispielsweise verfügen ein Widerstand und die Statorwicklungen eines Elektromotors über einen Widerstand mit aktivem Bauteil. Die Berechnung des Wirkwiderstands ist nicht schwierig, da die Phasen von Strom (I) und Spannung (U) zusammenfallen. Mithilfe des Ohmschen Gesetzes für einen Abschnitt eines Stromkreises können Sie den aktiven Widerstand berechnen: R = U/I. Sie hängt vom Material, der Querschnittsfläche, der Länge und seiner Temperatur ab.

Wenn der Strom durch ein reaktives Element (mit kapazitiven und induktiven Eigenschaften) fließt, entsteht in diesem Fall ein reaktives R. Ein Induktor, der praktisch keinen aktiven Widerstand hat (die Berechnungen berücksichtigen nicht den R seiner Wicklungen). ). Diese Art von R entsteht aufgrund der elektromotorischen Kraft (EMF) der Selbstinduktion, die direkt proportional zur Induktivität und Frequenz I ist, die durch ihre Windungen fließt: Xl = wL, wobei w die Kreisfrequenz des Wechselstroms (w) ist = 2*Pi*f und f – Netzstromfrequenz) und L – Induktivität (L = n * n / Rm, n – Anzahl der Windungen und Rm – magnetischer Widerstand).

Beim Einschalten des Elektromotors ist der Anlaufstrom siebenmal größer als der Nennstrom (der beim Betrieb des Werkzeugs verbrauchte Strom) und die Statorwicklungen erwärmen sich. Wenn die Statorspule alt ist, kann es zu einem Kurzschluss zwischen den Windungen kommen, der zum Ausfall des Elektrowerkzeugs führt. Dazu müssen Sie einen Softstarter für ein Elektrowerkzeug verwenden.

Eine der Methoden zur Reduzierung des Einschaltstroms (Ip) besteht darin, Wicklungen zu schalten. Zur Umsetzung sind zwei Arten von Relais (Zeit und Last) und das Vorhandensein von drei Schützen erforderlich.

Das Starten eines Elektromotors mit sternförmig geschalteten Wicklungen ist nur möglich, wenn 2 Schütze nicht gleichzeitig geschlossen sind. Nach einer bestimmten Zeitspanne, die durch ein Zeitrelais eingestellt wird, wird einer der Schütze ausgeschaltet und ein anderer, zuvor nicht verwendeter, eingeschaltet. Dank dieses Wechsels des Einschaltens der Wicklungen verringert sich der Einschaltstrom. Diese Methode hat einen erheblichen Nachteil, da beim gleichzeitigen Schließen zweier Schütze ein Kurzschlussstrom auftritt. Allerdings kommt es bei dieser Methode zu einer weiteren Erwärmung der Wicklungen.

Eine andere Möglichkeit, den Anlaufstrom zu reduzieren, besteht darin, die Anlauffrequenz des Elektromotors zu steuern. Das Prinzip dieses Ansatzes ist die Frequenzänderung der Versorgung U. Das Hauptelement dieses Softstartertyps ist ein Frequenzumrichter. bestehend aus folgenden Elementen:

Gleichrichter.
Zwischenkette.
Wandler.
Elektronischer Steuerkreis.

Der Gleichrichter besteht aus leistungsstarken Dioden oder Thyristoren, der als Wandler U der Netzstromversorgung in einen pulsierenden Gleichstrom wirkt. Der Zwischenkreis glättet den pulsierenden Gleichstrom am Ausgang des Gleichrichters, der auf großen Kondensatoren gesammelt wird. Um das Signal am Ausgang des Zwischenkreises direkt in ein Signal der Amplitude und Frequenz des variablen Anteils umzuwandeln, ist ein Wechselrichter erforderlich. Zur Erzeugung der zur Steuerung des Gleich- oder Wechselrichters notwendigen Signale ist eine elektronische Steuerschaltung erforderlich.

Funktionsprinzip

Beim Anlaufen eines Kommutator-Elektromotors kommt es kurzfristig zu einem erheblichen Anstieg der Stromaufnahme, der zu einem vorzeitigen Ausfall des Elektrowerkzeugs führt und eine Reparatur erforderlich macht. Elektrische Teile verschleißen (Strom übersteigt das 7-fache) und mechanische Teile (abrupter Start). Um einen „sanften“ Start zu organisieren, sollten Sanftanlaufgeräte (im Folgenden Sanftstarter genannt) verwendet werden. Diese Geräte müssen die Grundvoraussetzungen erfüllen:

Am weitesten verbreitet sind Triac-Softstarter, deren Funktionsprinzip in der sanften Regelung von U durch Einstellung des Öffnungswinkels der Triac-Verbindung besteht. Der Triac muss direkt an die Motorwicklungen angeschlossen werden. Dadurch können Sie den Anlaufstrom um das 2- bis 5-fache reduzieren (je nach Triac und Steuerkreis). Die Hauptnachteile von Triac-Softstartern sind folgende:

Komplexe Schemata.
Überhitzung der Wicklungen bei längerem Anlauf.
Probleme beim Starten des Motors (führt zu einer erheblichen Erwärmung der Statorwicklungen).

Bei leistungsstarken Motoren werden die Schaltungen komplizierter, bei geringer Last und Leerlaufdrehzahl können jedoch einfache Schaltungen eingesetzt werden.

Weit verbreitet sind Sanftstarter mit Reglern ohne Rückführung (1 oder 3 Phasen). Bei Modellen dieses Typs besteht die Möglichkeit, die Startzeit und den U-Wert vor dem Starten des Motors voreinzustellen. Allerdings ist es in diesem Fall nicht möglich, das Drehmoment unter Last zu regulieren. Bei diesem Modell kommt eine spezielle Vorrichtung zur Reduzierung des Anlaufstroms, zum Schutz vor Phasenausfall und Unsymmetrie sowie vor Überlastungen zum Einsatz. Werksmodelle verfügen über eine Funktion zur Überwachung des Zustands des Elektromotors.

Die einfachsten einphasigen Steuerkreise werden auf einem einzelnen Triac ausgeführt und für Geräte mit einer Leistung von bis zu 12 kW verwendet. Es gibt komplexere Schaltungen, mit denen Sie die Leistungsparameter eines Motors mit einer Leistung von bis zu 260 kW anpassen können. Bei der Auswahl eines werkseitig hergestellten Sanftstarters müssen folgende Parameter berücksichtigt werden: Leistung, mögliche Betriebsarten, Gleichheit der zulässigen Ströme und Anzahl der Starts in einem bestimmten Zeitraum.

Anwendung im Winkelschleifer

Beim Starten eines Winkelschleifers (Winkelschleifer) treten hohe dynamische Belastungen auf die Werkzeugteile auf.

Teure Modelle sind mit einem Sanftanlasser ausgestattet, gewöhnliche Modelle jedoch nicht, beispielsweise Winkelschleifer der Firma Interskol. Ein Winkelschleifer kann durch einen Trägheitsstoß aus den Händen gerissen werden, was eine Gefahr für Leben und Gesundheit darstellt. Darüber hinaus kommt es beim Starten des Elektromotors des Werkzeugs zu einem Überstrom und damit zu einem Verschleiß der Bürsten und einer starken Erwärmung der Statorwicklungen, einem Verschleiß des Getriebes und einer möglichen Zerstörung der Schneidscheibe, die reißen kann jederzeit schaden und der Gesundheit und möglicherweise sogar dem Leben schaden. Das Werkzeug muss gesichert werden und dafür sollten Sie einen sanften Start mit Ihren eigenen Händen durchführen.

Hausgemachte Optionen

Es gibt viele Pläne zur Modernisierung von Elektrowerkzeugen mit Softstartern. Unter allen Varianten sind Geräte auf Basis von Triacs weit verbreitet. Ein Triac ist ein Halbleiterelement, mit dem Sie Leistungsparameter stufenlos regulieren können. Es gibt einfache und komplexe Schaltungen, die sich sowohl in den Gestaltungsmöglichkeiten als auch in der unterstützten Leistung des angeschlossenen Elektrowerkzeugs unterscheiden. Das Design umfasst interne Module, die den Einbau in das Gehäuse ermöglichen, und externe Module, die in Form eines separaten Moduls hergestellt werden und beim direkten Starten des Winkelschleifers als Geschwindigkeitsbegrenzer und Anlaufstrom fungieren.

Das einfachste Schema

Ein Softstarter mit Drehzahlregelung auf einem Thyristor KU 202 ist aufgrund seines sehr einfachen Aufbaus weit verbreitet (Abbildung 1). Für den Anschluss sind keine besonderen Fähigkeiten erforderlich. Funkelemente dafür sind sehr leicht zu beschaffen. Dieses Reglermodell besteht aus einer Diodenbrücke, einem variablen Widerstand (wirkt als U-Regler) und einem Thyristor-Abstimmkreis (der U mit einem Nennwert von 6,3 Volt an den Steuerausgang liefert) eines inländischen Herstellers.

Schema 1. Elektrischer Schaltplan des Innengeräts mit Drehzahlregelung und Sanftanlauf (elektrischer Schaltplan)

Aufgrund der Größe und Anzahl der Teile kann dieser Reglertyp in das Gehäuse eines Elektrowerkzeugs eingebaut werden. Darüber hinaus sollte der variable Widerstandsknopf entfernt werden und der Geschwindigkeitsregler selbst kann durch die Integration eines Knopfes vor der Diodenbrücke modifiziert werden.

Das Grundprinzip des Betriebs besteht darin, die Drehzahl des Elektromotors des Werkzeugs durch Begrenzung der Leistung im manuellen Modus zu regulieren. Mit dieser Schaltung können Sie Elektrowerkzeuge mit einer Leistung von bis zu 1,5 kW verwenden. Um diesen Indikator zu erhöhen, ist es notwendig, den Thyristor durch einen leistungsstärkeren zu ersetzen (Informationen hierzu finden Sie im Internet oder in einem Nachschlagewerk). Darüber hinaus müssen Sie berücksichtigen, dass sich der Thyristor-Steuerkreis vom Original unterscheidet. KU 202 ist ein ausgezeichneter Thyristor, sein wesentlicher Nachteil ist jedoch seine Konfiguration (Auswahl der Teile für den Steuerkreis). Um einen Sanftanlauf im Automatikmodus zu realisieren, wird Schema 2 verwendet (Sanftstarter auf einer Mikroschaltung).

Sanftanlauf auf einem Chip

Die beste Option zur Herstellung eines Softstarters ist eine Softstarterschaltung mit einem Triac und einer Mikroschaltung, die das sanfte Öffnen eines pn-Übergangs steuert. Das Gerät wird über ein 220-V-Netz mit Strom versorgt und lässt sich einfach selbst zusammenbauen. Eine sehr einfache und universelle Sanftanlaufschaltung für einen Elektromotor ermöglicht auch die Drehzahlregulierung (Schema 2). Laut dem Nachschlagewerk für Halbleiter-Radioelemente kann der Triac durch den gleichen oder durch Eigenschaften ersetzt werden, die über die ursprünglichen hinausgehen.

Schema 2. Schema für den Sanftanlauf eines Elektrowerkzeugs

Das Gerät ist auf Basis der Mikroschaltung KR118PM1 und eines Triacs implementiert. Aufgrund der Vielseitigkeit des Geräts kann es für jedes Werkzeug verwendet werden. Es erfordert keine Konfiguration und wird in das Stromkabel eingebaut.

Wenn der Elektromotor startet, wird U an KR118PM1 angelegt und die Ladung des Kondensators C2 nimmt allmählich zu. Abhängig von der Kapazität des Steuerkondensators C2 öffnet der Thyristor allmählich und verzögert. Bei einer Kapazität von C2 = 47 μF ergibt sich beim Start eine Verzögerung von ca. 2 Sekunden. Sie hängt direkt proportional von der Kapazität des Kondensators ab (bei größerer Kapazität erhöht sich die Anlaufzeit). Beim Ausschalten des Winkelschleifers wird der Kondensator C2 über den Widerstand R2, dessen Widerstandswert 68 kOhm beträgt, entladen, die Entladezeit beträgt etwa 4 Sekunden.

Um die Geschwindigkeit zu regulieren, müssen Sie R1 durch einen variablen Widerstand ersetzen. Wenn der Parameter des variablen Widerstands geändert wird, ändert sich die Leistung des Elektromotors. R2 ändert die Strommenge, die durch den Triac-Eingang fließt. Da der Triac gekühlt werden muss, kann ein Lüfter in das Modulgehäuse eingebaut werden.

Die Hauptfunktion der Kondensatoren C1 und C3 besteht darin, den Chip zu schützen und zu steuern. Der Triac sollte anhand der folgenden Eigenschaften ausgewählt werden: Direkt U sollte 400..500 V betragen und Gleichstrom sollte mindestens 25 A betragen. Bei solchen Nennwerten von Funkelementen ist es möglich, ein Werkzeug mit einer Leistung von 2 kW anzuschließen bis 5 kW an den Sanftanlasser.

Um Elektromotoren verschiedener Werkzeuge zu starten, müssen daher werkseitig oder selbstgebaute Sanftanlasser verwendet werden. Um die Lebensdauer des Werkzeugs zu erhöhen, werden Sanftstarter eingesetzt. Beim Starten des Motors steigt der Stromverbrauch stark um das Siebenfache an. Dadurch kann es zum Durchbrennen der Statorwicklungen und zum Verschleiß des mechanischen Teils kommen. Sanftstarter können den Anlaufstrom deutlich reduzieren. Wenn Sie selbst einen Softstarter herstellen, müssen Sie beim Arbeiten mit Elektrizität die Sicherheitsregeln beachten.

Manchmal auftretende Ausfälle von handgeführten Elektrowerkzeugen – Schleifmaschinen, Bohrmaschinen und Stichsägen – sind oft mit deren hohem Anlaufstrom und erheblichen dynamischen Belastungen der Getriebeteile verbunden, die beim abrupten Starten des Motors auftreten.
Die in beschriebene Sanftanlaufvorrichtung für einen Kommutator-Elektromotor ist komplex aufgebaut, enthält mehrere Präzisionswiderstände und erfordert eine sorgfältige Einrichtung. Durch die Verwendung der Phasenregler-Mikroschaltung KR1182PM1 war es möglich, ein viel einfacheres Gerät für einen ähnlichen Zweck herzustellen, das keine Einrichtung erfordert. Sie können daran ohne jegliche Modifikation jedes handgeführte Elektrowerkzeug anschließen, das über ein einphasiges 220-V-50-Hz-Netz betrieben wird. Der Motor wird über den Schalter des Elektrowerkzeugs gestartet und gestoppt. Wenn er ausgeschaltet ist, verbraucht das Gerät keinen Strom und kann unbegrenzt mit dem Netzwerk verbunden bleiben.

Das Diagramm des vorgeschlagenen Geräts ist in der Abbildung dargestellt. Der XP1-Stecker wird in die Steckdose gesteckt, der Netzstecker des Elektrowerkzeugs in die XS1-Buchse. Sie können mehrere Steckdosen für wechselwirkende Werkzeuge installieren und parallel schalten.
Wenn der Stromkreis des Elektrowerkzeugmotors durch seinen eigenen Schalter geschlossen ist, wird Spannung an den Phasenregler DA1 angelegt. Der Kondensator C2 beginnt sich aufzuladen und die Spannung an ihm steigt allmählich an. Dadurch nimmt die Verzögerung beim Einschalten der internen Thyristoren des Reglers und damit des VSI-Triacs in jeder weiteren Halbwelle der Netzspannung ab, was zu einem sanften Anstieg des durch den Motor fließenden Stroms führt und, dadurch eine Erhöhung seiner Geschwindigkeit. Bei der im Diagramm angegebenen Kapazität des Kondensators C2 dauert die Beschleunigung des Elektromotors auf maximale Drehzahl 2...2,5 s, was praktisch keine Betriebsverzögerung verursacht, aber thermische und dynamische Stöße im Werkzeugmechanismus vollständig eliminiert.
Nach dem Abstellen des Motors wird der Kondensator C2 über den Widerstand R1 entladen. und nach 2...3 Sekunden. Alles ist bereit, wieder von vorne zu beginnen. Durch Ersetzen des Konstantwiderstands R1 durch einen variablen Widerstand können Sie die der Last zugeführte Leistung stufenlos regulieren. Sie nimmt mit abnehmendem Widerstand ab.
Der Widerstand R2 begrenzt den Strom der Steuerelektrode des Triacs und die Kondensatoren C1 und SZ sind Elemente einer typischen Schaltung zum Einschalten des Phasenreglers DA1.
Alle Widerstände und Kondensatoren sind direkt an die Anschlüsse des DA1-Chips angelötet. Zusammen mit ihnen wird es in ein Aluminiumgehäuse eines Leuchtstofflampenstarters gelegt und mit Epoxidharz gefüllt. Es werden nur zwei Drähte herausgeführt und an die Triac-Klemmen angeschlossen. Vor dem Gießen wurde im unteren Teil des Körpers ein Loch gebohrt, in das eine M3-Schraube mit Außengewinde eingeführt wurde. Diese Schraube befestigt das Gerät mit einer Fläche von 100 cm am Kühlkörper des VS1-Triacs. Diese Konstruktion hat sich beim Einsatz unter Bedingungen hoher Luftfeuchtigkeit und Staub als recht zuverlässig erwiesen.
Das Gerät erfordert keine Einrichtung. Es kann jeder Triac verwendet werden, Spannungsklasse von mindestens 4 (also mit einer maximalen Betriebsspannung von mindestens 400 V) und mit einem maximalen Strom von 25-50 A. Durch den sanften Start des Motors wird der Anlaufstrom erhöht den Nennwert nicht überschreitet. Die Reserve wird nur für den Fall benötigt, dass das Werkzeug blockiert.
Das Gerät wurde mit Elektrowerkzeugen bis 2,2 nkW getestet. Da der DA1-Regler den Stromfluss im Steuerelektrodenkreis des Triac VS1 während des gesamten aktiven Teils der Halbwelle sicherstellt, gibt es keine Einschränkung der minimalen Lastleistung. Der Autor schloss sogar einen Charkower Elektrorasierer an das hergestellte Gerät an.

K. Moroz, Nadym, Autonomer Kreis der Jamal-Nenzen

LITERATUR
1. Biryukov S. Automatischer Sanftanlauf von Kommutator-Elektromotoren – Radio 1997, N* 8. S. 40 42
2. Nemich A. Mikroschaltung KR1182PM1 – Phasenleistungsregler – Radio 1999, N „7, S. 44-46.

Asynchrone Elektromotoren haben neben den offensichtlichen Vorteilen zwei wesentliche Nachteile – einen großen Anlaufstrom (bis zum Siebenfachen des Nennstroms) und einen Ruck beim Anlauf. Diese Mängel wirken sich negativ auf den Zustand elektrischer Netze aus, erfordern den Einsatz von Leistungsschaltern mit geeigneter Zeit-Strom-Kennlinie und führen zu kritischen dynamischen Belastungen der Geräte.

Jeder kennt den Effekt, wenn man einen leistungsstarken Asynchronmotor startet: „Die Spannung sackt ab und alles um den Elektromotor herum wackelt. Um negative Auswirkungen zu reduzieren, wurden daher Methoden und Schemata entwickelt, um den Ruck abzumildern und den Start eines Asynchronmotors mit Käfigläufer sanfter zu gestalten.

Methoden zum sanften Anlauf von Asynchronmotoren

Neben den negativen Auswirkungen auf den Stromkreis und die Umwelt wirkt sich der Anlaufimpuls eines Elektromotors auch schädlich auf dessen Statorwicklungen aus, da das Moment der erhöhten Kraft beim Anlauf auf die Wicklungen wirkt. Das heißt, die ruckartige Kraft des Rotors übt starken Druck auf die Wicklungsdrähte aus und beschleunigt dadurch den Verschleiß ihrer Isolierung, dessen Durchschlag als Kurzschluss zwischen den Windungen bezeichnet wird.

Darstellung des Funktionsprinzips eines asynchronen Elektromotors

Da es baulich unmöglich ist, den Anlaufstrom zu reduzieren, wurden Methoden, Schaltungen und Geräte erfunden, die dies ermöglichen sanfter Start Asynchronmotor. In Branchen mit leistungsstarken Stromleitungen und im Alltag ist diese Option in den meisten Fällen nicht zwingend erforderlich, da Spannungsschwankungen und Anlaufvibrationen keinen nennenswerten Einfluss auf den Produktionsprozess haben.

Diagramme der Stromveränderungen beim Direktstart und beim Einsatz von Sanftstartern

Es gibt jedoch Technologien, die stabile, nicht über die Standardparameter hinausgehende Stromversorgung und dynamische Lasten erfordern. Dabei kann es sich beispielsweise um Präzisionsgeräte handeln, die im selben Netz mit spannungsempfindlichen Stromverbrauchern betrieben werden. Um dabei die technologischen Standards für den Sanftanlauf des Elektromotors einzuhalten, kommen verschiedene Methoden zum Einsatz:

Stern-Dreieck-Schaltung;
Beginnen Sie mit der Verwendung eines Spartransformators;
Asynchronmotor-Sanftanlaufgeräte (USM).

Das folgende Video listet die Hauptprobleme auf, die beim Starten eines Elektromotors auftreten, und beschreibt außerdem die Vor- und Nachteile verschiedener Sanftanlasser für asynchrone Käfigläufermotoren.

Auf andere Weise werden UPPs auch Softstarter genannt, vom englischen „soft“ – soft. Im Folgenden beschreiben wir kurz die Typen und Optionen der weit verbreiteten Softstarter. Sie können sich auch mit zusätzlichen Materialien zu Sanftstartern vertraut machen

Industrielle Sanftanlasser für Elektromotoren unterschiedlicher Leistung

Einführung in das Sanftanlaufprinzip

Um einen asynchronen Elektromotor möglichst effizient und mit minimalen Kosten durch den Kauf vorgefertigter Sanftanlasser reibungslos starten zu können, müssen Sie sich zunächst mit der Funktionsweise solcher Geräte und Schaltungen vertraut machen. Wenn Sie das Zusammenspiel physikalischer Parameter verstehen, können Sie den optimalen Softstarter auswählen.

Mit Sanftstartern ist es möglich, den Anlaufstrom auf den dreifachen Nennwert zu reduzieren (anstelle einer siebenfachen Überlastung).

Für einen reibungslosen Start eines asynchronen Elektromotors ist dies erforderlich Anlaufstrom reduzieren, was sich sowohl auf die Belastung des Stromnetzes als auch auf die dynamischen Überlastungen der Motorwicklungen und Antriebsmechanismen positiv auswirkt. Sie erreichen eine Reduzierung des Anlaufstroms durch Reduzierung der Versorgungsspannung des Elektromotors. Bei allen drei oben vorgeschlagenen Methoden wird eine reduzierte Startspannung verwendet. Beispielsweise senkt der Benutzer bei einem Spartransformator die Spannung beim Start selbstständig durch Drehen des Schiebereglers.

Durch das Absenken der Spannung beim Start können Sie einen sanften Start des Elektromotors erreichen

Bei der Stern-Dreieck-Schaltung ändert sich die Netzspannung an den Motorwicklungen. Die Umschaltung erfolgt über Schütze und ein Zeitrelais, das für die Anlaufzeit des Elektromotors ausgelegt ist. Eine detaillierte Beschreibung des Sanftanlaufs eines asynchronen Elektromotors mit Hilfe finden Sie auf dieser Ressource unter dem angegebenen Link.

Stern-Dreieck-Schaltkreis mit Schützen und Zeitrelais

Theorie des Sanftanlaufs

Um das Prinzip eines sanften Starts zu verstehen, ist es notwendig, den Energieerhaltungssatz zu verstehen, der zum Drehen der Rotorwelle eines Elektromotors erforderlich ist. Vereinfacht können wir davon ausgehen, dass die Beschleunigungsenergie proportional zu Leistung und Zeit ist, E = P*t, wobei P die Leistung gleich dem Strom multipliziert mit der Spannung ist (P = U*I). Dementsprechend ist E = U*I *t. Da es zur Reduzierung des Anlaufdrehmoments und zur Entlastung des Netzes notwendig ist, den Anlaufstrom I zu reduzieren, muss unter Beibehaltung des Energieaufwands die Beschleunigungszeit erhöht werden.

Eine Erhöhung der Beschleunigungszeit durch Reduzierung des Anlaufstroms ist nur bei geringer Belastung der Welle möglich. Dies ist der Hauptnachteil aller UPPs

Daher werden bei Geräten mit schwierigen Startbedingungen (große Belastung der Welle beim Anlauf) spezielle Elektromotoren mit gewickeltem Rotor eingesetzt. Sie können mehr über die Eigenschaften dieser Motoren im entsprechenden Abschnitt dieser Ressource erfahren, indem Sie dem Link folgen.

Motor mit Phasenrotor, erforderlich für Hochleistungsgeräte

Es ist auch zu berücksichtigen, dass es beim Sanftanlauf zu einer erhöhten Erwärmung der Wicklungen und elektronischen Leistungsschalter des Startgeräts kommt. Zur Kühlung von Halbleiterschaltern ist der Einsatz massiver Strahler erforderlich, was die Kosten des Geräts erhöht. Daher bietet es sich an, einen Sanftanlasser zur kurzzeitigen Beschleunigung des Motors unter weiterer Überbrückung der Schalter mit direkter Netzspannung einzusetzen. Ähnlicher Modus ( Bypass-Schaltung) macht das elektronische Sanftanlaufgerät für Asynchronmotoren kompakter und kostengünstiger, begrenzt aber aufgrund der benötigten Zeit zum Abkühlen der Tasten die Anzahl der Starts in einem bestimmten Intervall.

Blockschaltbild der Überbrückung von Leistungshalbleiterschaltern (Bypass)

Hauptparameter und Eigenschaften des Softstarters

Unten im Text finden Sie Diagramme von Sanftanlaufgeräten zum Studium und zur Eigenfertigung. Für diejenigen, die nicht bereit sind, einen asynchronen Elektromotor mit eigenen Händen sanft zu starten und sich dabei auf ein fertiges Produkt zu verlassen, sind Informationen über die vorhandenen Arten von Sanftanlassern hilfreich.

Beispiel eines analogen und digitalen Sanftanlassers in modularer Bauweise (Montage auf einer DIN-Schiene)

Einer der Hauptparameter bei der Auswahl eines Sanftanlassers ist die Leistung des zu wartenden Elektromotors, ausgedrückt in Kilowatt. Ebenso wichtig ist die Beschleunigungszeit und die Möglichkeit, das Startintervall anzupassen. Alle vorhandenen Softstarter verfügen über diese Eigenschaften. Fortgeschrittenere Softstarter sind universell einsetzbar und ermöglichen die Konfiguration von Softstartparametern in einem breiten Wertebereich in Bezug auf Motoreigenschaften und Prozessanforderungen.

Ein Beispiel für einen universellen Softstarter

Abhängig von der Art des Softstarters können sie verschiedene Optionen enthalten, die die Funktionalität des Geräts erhöhen und es Ihnen ermöglichen, den Betrieb des Elektromotors zu steuern. Mit Hilfe einiger Sanftstarter ist es beispielsweise möglich, einen Elektromotor nicht nur sanft zu starten, sondern auch abzubremsen. Fortgeschrittenere Softstarter führen aus Motorschutz vor Überlastungen und ermöglichen zudem die Anpassung des Rotordrehmoments beim Anfahren, Stoppen und Betrieb.

Ein Beispiel für Unterschiede in den technischen Eigenschaften verschiedener Softstarter desselben Herstellers

Arten von Softstartern

Je nach Anschlussart werden Sanftstarter in drei Typen unterteilt:

SCP zum Selbermachen

Für die Eigenproduktion eines Sanftanlassers hängt die Sanftanlaufschaltung für einen Asynchronmotor zum Selbermachen von den Fähigkeiten und Fertigkeiten des Handwerkers ab. Die unabhängige Abschwächung von Anlaufüberlastungen mithilfe eines Spartransformators steht fast jedem Benutzer ohne besondere Kenntnisse zur Verfügung, diese Methode ist jedoch umständlich, da der Anlauf des Elektromotors manuell angepasst werden muss. Im Angebot finden Sie preiswerte Sanftanlaufgeräte, die Sie ohne fundierte Kenntnisse in der Funktechnik selbst an das Elektrowerkzeug anschließen müssen. Ein Beispiel für die Arbeit vor und nach dem Sanftstarter sowie dessen Anschluss zeigt das folgende Video:

Für Handwerker mit allgemeinen Kenntnissen der Elektrotechnik und praktischen Fähigkeiten in der Elektroinstallation eignet sich eine Stern-Dreieck-Schaltung, um einen sanften Start mit eigenen Händen durchzuführen. Diese Systeme sind trotz ihres fortgeschrittenen Alters weit verbreitet und werden aufgrund ihrer Einfachheit und Zuverlässigkeit bis heute erfolgreich eingesetzt. Je nach Qualifikation des Meisters finden Sie im Internet SCP-Diagramme zum Wiederholen mit eigenen Händen.

Eine Beispielschaltung eines relativ einfachen zweiphasigen Sanftanlassers

Moderne Softstarter verfügen im Inneren über eine komplexe elektronische Füllung, die aus vielen elektronischen Teilen besteht, die von einem Mikroprozessor gesteuert werden. Daher wird ein ähnlicher Sanftanlasser hergestellt mit seinen eigenen Händen Nach den im Internet verfügbaren Schemata sind nicht nur die Fähigkeiten eines Funkamateurs erforderlich, sondern auch die Fähigkeiten zur Programmierung von Mikrocontrollern.