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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA
Soft starter para motor assíncrono. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Motores elétricos O interesse dos radioamadores no desenvolvimento de soft starters para motores elétricos assíncronos não está diminuindo. Há todos os novos designs. Um deles é oferecido aos leitores. Soft starters baseados no chip KR1182PM1, por exemplo, descrito em [1], ganharam bastante popularidade. Mas este microcircuito possui características que não permitem alcançar os resultados desejados sem complicações forçadas do circuito. O primeiro deles é a tensão máxima da rede não superior a 276 V. Isso claramente não é suficiente para um motor elétrico trifásico. É necessário zerar o ponto médio da "estrela" de seu estator para que a corrente não flua entre as fases, mas entre cada fase e neutro. Mas, neste caso, é necessário regular a corrente das três fases, caso contrário, uma corrente que muitas vezes excede a corrente nominal passará por um dos enrolamentos durante todo o tempo de partida. E ao ligar os enrolamentos "estrela" com ponto médio isolado, basta regular a corrente em apenas duas fases. A segunda característica é a necessidade de um circuito externo para forçar a descarga do capacitor de temporização, pois a corrente de sua descarga pelo próprio chip KR1182PM1 é muito pequena e o aparelho estará pronto para dar partida no motor somente após um tempo bastante longo. Recentemente, decidi desenvolver meu próprio soft starter. Decidi imediatamente não usar um microcontrolador nele, prescindir de um nó para determinar a passagem da corrente pelo zero (por exemplo, como em [2]) e torná-lo insensível à sequência de fases.
O esquema do dispositivo proposto é mostrado na fig. 1. Consiste em três blocos funcionais. Dois deles são iguais e são reguladores triac do valor efetivo da tensão na carga, controlados por optoacopladores. O uso de dinistores simétricos VS3 e VS4 neles (mais precisamente, análogos de tais dinistores - microcircuitos KR1167KP1B) tornou possível simplificar significativamente os reguladores. O terceiro bloco controla simultaneamente os dois reguladores, formando a necessária lei de mudança no valor efetivo da tensão aplicada ao motor durante o processo de partida. Para fazer isso, ele altera adequadamente a corrente que flui pelos diodos emissores dos optoacopladores U1-U4 que controlam os reguladores. Os fotodiodos desses optoacopladores operam no modo fotovoltaico, a tensão que eles geram abre gradativamente os transistores VT1 e VT2. Ao mesmo tempo, a resistência dos transistores diminui, pelo que, a cada meio ciclo da tensão de rede, os condensadores C7 e C8 têm tempo para carregar até à tensão de abertura dos dinistores VS3 e VS4 em menos e menos tempo. Consequentemente, os triacs VS1 e VS2 em cada meio ciclo abrem mais cedo e mais e mais semiciclos entram nos enrolamentos do motor M1. Infelizmente, a tensão máxima nos enrolamentos do motor ao usar esses reguladores é 20 ... 25 V menor que a tensão na rede. Portanto, é fornecido o relé K1, que atua no final do processo de inicialização e conecta os eletrodos 1 e 2 dos triacs VS1 e VS2 com seus contatos. Isso também reduz a geração de calor do soft starter no modo de operação do motor. A unidade de controle é alimentada por uma das fases de uma rede trifásica através de um capacitor de extinção C1 e um retificador em uma ponte de diodos VD2-VD5. Dado que a tensão na saída da ponte é insignificante em comparação com a tensão da rede, o retificador pode ser considerado uma fonte de corrente, cujo valor é de cerca de 20 mA e é definido pela reatância do capacitor C1 e é praticamente independente da carga . O resistor R5 limita o pulso de corrente de carga do capacitor C1 no momento em que o dispositivo é conectado à rede. Recomendo instalar este resistor a uma altura de 5.7 mm acima da superfície da placa de circuito, para que se queimar (por exemplo, devido à quebra do capacitor Cl), a placa não seja danificada. O resistor R6 é necessário para descarregar o capacitor C1 após a desconexão da rede. O capacitor C5 suaviza a ondulação. Dois circuitos constituídos por diodos emissores em série dos optoacopladores U1, U2 e U3, U4 são conectados ao terminal positivo deste capacitor por meio de um resistor constante R2 e do trimmer R1. A corrente através dos diodos radiantes depende da resistência desses resistores e do valor da tensão retificada pela ponte de diodos VD2-VD5, que, com corrente retificada constante, depende da resistência de carga do retificador. A primeira parte desta carga é o circuito do diodo emissor. A segunda parte é formada por dois estabilizadores integrais paralelos conectados em série DA1 e DA2. Quanto mais dos 20 mA disponíveis fluem através dos reguladores integrados, menos resta para os diodos emissores. O estabilizador DA1 é incluído de tal forma que, à medida que o capacitor C4 carrega, a resistência de sua seção cátodo-ânodo aumenta suavemente e a corrente através dele diminui. Nesse caso, a tensão e a corrente retificadas através dos diodos emissores dos optoacopladores aumentam gradativamente. O estabilizador DA2 define o valor inicial dessa tensão (definido por um resistor trimmer R9), que é alcançado muito rapidamente após o fechamento dos contatos da chave SA1. Um aumento adicional na tensão ocorre suavemente a uma taxa definida pela resistência do resistor de ajuste R7 e pela capacitância do capacitor C4. Por que é necessário definir a tensão inicial? O fato é que, se a tensão nos enrolamentos do motor for muito baixa, a corrente fluirá por seus enrolamentos e o eixo ainda permanecerá imóvel. Nesse caso, o motor zumbe e os enrolamentos esquentam. Para evitar esse modo indesejável, é fornecido o ajuste de tensão inicial, o que garante o início imediato da rotação do eixo. O valor necessário dessa tensão é altamente dependente da carga mecânica no eixo, portanto, seu ajuste com um resistor de ajuste R9 deve ser realizado em condições reais de operação do motor. Após a conclusão do processo de partida do motor, a terceira parte da carga do retificador na ponte de diodos VD2-VD5 começa a operar - o diodo zener VD1 e o diodo radiante do optoacoplador U5 conectados em série. Quando a tensão na saída da ponte atinge a tensão de estabilização do diodo zener (24 V), a resistência deste último diminui drasticamente. Através dele e do diodo emissor do optoacoplador U5, a corrente começa a fluir. O fotodistor do optoacoplador abre e o relé K1 é ativado, desviando os triacs VS1 e VS2 com seus contatos. A partir de agora, o motor M1 recebe tensão de rede total. Os optoacopladores 3OD101V foram usados como optoacopladores U1-U4 apenas porque eu os tinha em estoque. Como a tensão gerada pelo fotodiodo de um optoacoplador era insuficiente para abrir o transistor, o número de optoacopladores foi duplicado. Tanto os diodos emissores quanto os fotodiodos de cada par são conectados em série. Experimentos com outros optoacopladores de diodo não foram realizados. É possível que eles se encaixem também. Existem optoacopladores de diodo duplo (por exemplo, AOD134AS), bem como aqueles que contêm dois fotodiodos iluminados por um diodo emissor (por exemplo, AOD176A). Pode valer a pena experimentá-los também. Ao selecionar uma substituição para os transistores 2SC4517, deve-se prestar atenção à tensão coletor-emissor máxima. Não deve ser inferior a 600 V. O mesmo se aplica à tensão máxima no estado desligado dos triacs VS1 e VS2. Os transistores 2SC4517 neste dispositivo podem ser usados sem dissipadores de calor. A necessidade de remover o calor dos triacs depende da potência do motor elétrico e da frequência com que é planejado ligá-lo. Relé K1 - RP-64 [3] com bobina para 220 V, 50 Hz. Pode ser substituído, por exemplo, por um relé R20-3022-96-5230 [4] com dois grupos de contatos normalmente abertos e uma bobina de 230 V CA. Os capacitores C2 e C3 são capacitores de filme. Os microcircuitos KR1167KP1B podem ser substituídos por dinistores simétricos DB3 importados.
O estabelecimento de um soft starter deve começar com o balanceamento dos dois reguladores. Para fazer isso, como mostrado na Fig. 2, aplique uma tensão monofásica de 220 V conectando duas lâmpadas incandescentes de 1 V 220 W em vez do motor elétrico M40.60. Os terminais do capacitor C4 devem ser fechados com um jumper. Depois de aplicar a tensão de alimentação, ajuste o resistor trimmer R9 para o brilho mínimo do brilho das lâmpadas e, com o resistor trimmer R1, obtenha a mesma intensidade de brilho. Após desligar a energia, retire o jumper do capacitor e ligue o aparelho novamente, monitorando a tensão no capacitor C5. Quando atingir 25.26 V, o relé K1 deve operar. Se tudo estiver em ordem com isso, você pode verificar a voltagem das lâmpadas. Antes que o relé K1 seja ativado, ele deve ser de pelo menos 190 V. Se a tensão nas lâmpadas for menor, você pode reduzir a resistência do resistor R2, mas apenas para que a corrente de controle máxima permitida dos optoacopladores U1-U4 seja não excedido. Agora você pode conectar um motor elétrico ao dispositivo e aplicar tensão trifásica. Na minha opinião, é melhor começar a seleção da duração de aceleração desejada a partir da taxa mínima de aumento de tensão no motor (o motor do resistor de compensação R7 na posição superior de acordo com o diagrama) e a tensão inicial mínima (o resistor de compensação R9 motor na posição inferior de acordo com o diagrama). Quero chamar a atenção para o fato de que é tecnicamente fácil abandonar o estabilizador DA2 simplesmente excluindo-o e os elementos relacionados a ele do circuito e conectando os fios que foram para o ânodo e o cátodo do estabilizador. Para ajustar a tensão de partida, neste caso, são instalados os resistores de ajuste R1' e R2', mostrados no diagrama da Fig. 1 com linhas tracejadas. Noah não recomendaria fazer isso. Em primeiro lugar, isso é inconveniente, pois você terá que operar com dois resistores de ajuste por vez, tentando não violar a igualdade dos valores de tensão nos enrolamentos do motor. Em segundo lugar, nem todos os resistores de ajuste são capazes de suportar uma tensão aplicada a eles de cerca de 400 V. Em terceiro lugar, no dispositivo em consideração, os resistores R1 'e R2 ', ao contrário de outros resistores de ajuste, estarão sob alta tensão em relação ao neutro da rede trifásica, que podem ser perigosas se tocadas acidentalmente. Em conclusão, quero dizer que um soft starter não pode substituir um controlador de velocidade de frequência e manter uma velocidade de eixo do motor reduzida por muito tempo. Com ele, você pode apenas aumentar o tempo de aceleração até a velocidade nominal e reduzir a corrente de partida. Ficar o motor em modo aceleração por mais tempo do que o necessário levará ao superaquecimento dos enrolamentos, pois a corrente que passa por eles nesse modo, embora bem menor que a corrente padrão de partida, ainda supera a corrente nominal. Neste modo, o motor é muito sensível à carga no eixo e pode parar quando ela é ligeiramente aumentada. Alguma analogia para um soft starter para um motor elétrico pode ser considerada um mecanismo de embreagem em um carro. A operação constante de um motor elétrico assíncrono no modo de aceleração é semelhante a dirigir um carro com a embreagem não totalmente acionada. Literatura
Autor: P. Galashevsky
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