Плавный пуск электродвигателя 12в своими руками

Перед тем, как приступить к работе, мы ставили перед собой главную задачу – доработать пуск мотор редуктора детского электромобиля (12 v или 6v), чтобы он имел плавное набирание скорости, т.е. были комфортными его старт и торможение.

Видео: Как доработать редуктор детского электромобиля

РЕКОМЕНДУЕМ ПОДПИСАТЬСЯ НА КАНАЛ:

Все чудесно в электромобильчиках для малышни: и фары включаются, и музыка с мр3, при желании, будет кричать на всю улицу, вот только с плавностью хода очень часто встречается огромная недоработка! Думаю, многих раздражает эта нелепость бюджетных тачек. Ну не нормально это, что ребенка так сильно дергает при старте и остановке! Давайте же поскорее решим эту оказию (будем стараться сделать это с наименьшими денежными тратами, т.к. задорого любой сможет).
Дело в том, что в момент торможения происходит простое замыкание обоих моторов (от чего, по сути, он и клюет носом). Проверить это достаточно легко: отключив микросхему редуктора детского электромобиля, тогда мы сможем катать ребенка – усилия на колеса от электродвигателя отсутствуют (и это даже при не подключенной батарее). Делаем естественный вывод, что вся загвоздка в плате.

Для решения чтобы изменить редуктор для детского электромобиля можно попробовать пару вариантов:

• На каждый двигатель подключить по одной автомобильной лампочке

(только подключать нужно параллельно). Каждая по 10-30 Ватт, (нужно будет найти необходимую). Вся затея в том, чтобы при запуске электромотора подавался не весь ток, а определенное его количество брала на себя каждая из лампочек. А в момент полного накала – сопротивление снизится, и электромобиль 6v или 12 v будет ехать в привычном режиме.

• Все тот же фокус с лампочкой можем проделать и на тормозе: в цепи вместо прямое закорачивания изменим на параллельное. В этом же случае, лампочка должна быть чуть менее 60 ватт.

Что можно сделать:

• Дабы электромобиль 6v или 12 v приобрел свойство плавно стартовать и останавливаться паяем ШИМ на 555 микросхеме
• Создаем силовой блок
• Устраненяем высокочастотные помехи, и усиливаем аккумулятор при помощи конденсаторного блока

Главной задачей, как уже говорилось, является использование существующих деталей и покупка минимального количества новых.
Демонтируем заранее с других игрушек полевые транзисторы 2SK3918 и припаиваем к основе изготовленной из меди. Очень важный факт: на каждый транзистор должно приходиться не менее чем 19 квадратов или более.
На представленной схеме стоит достаточно сильный диод 15ОЕВU, сам по себе он не из дешевых, но задачи ставящиеся перед ним стоят этих денег. Суть второго примера решения сделать так, чтобы детский электромобиль плавный пуск (старт) и тормозил, а мотор редуктор с пластиковыми поршнями имел более долгий срок службы.

Видео: Плавное торможение и пуск детского электромобиля

Третий, но не самый худший вариант:
Просто сконнектить с электромотором параллельно резистор сопротивлением до 5 Ом.

Дорогие друзья! Каждый из предложенных вариантов нуждается в тщательной проверке и консультации с опытным специалистом, ввиду того что детские электромобили, хоть и кажутся однотипными, часто имеют свои важные технологические особенности. Редуктор мотора для детского электромобиля 6v или 12 v в начальной своей конструкции чаще всего не способен осуществить плавное торможение и разгон, для чего и были предложены эти варианты решения.

Плавный пуск получил широкое применение в безопасном запуске электродвигателей. Во время запуска двигателя происходит превышение номинального тока (Iн) в 7 раз. В результате этого процесса происходит уменьшение эксплуатационного периода мотора, а именно обмоток статора и значительная нагрузка на подшипники. Именно из-за этой причины и рекомендуется сделать плавный пуск для электроинструмента своими руками, где он не предусмотрен.

Общие сведения

Статор электродвигателя представляет собой катушку индуктивности, следовательно, существуют сопротивления с активной и реактивной составляющей.

При протекании электрического тока через радиоэлементы, имеющие сопротивление с активной составляющей, происходят потери, связанные с преобразованием части мощности в тепловой вид энергии. Например, резистор и обмотки статора электродвигателя обладают сопротивлением с активной составляющей. Вычислить активное сопротивление не составляет труда, так как происходит совпадение фаз тока (I) и напряжения (U). Используя закон Ома для участка цепи, можно рассчитать активное сопротивление: R = U/I. Оно зависит от материала, площади поперечного сечения, длины и его температуры.

Если ток проходит через реактивный тип элементов (с емкостными и индуктивными характеристиками), то, в этом случае, появляется реактивное R. Катушка индуктивности, не имеющая практически активного сопротивления (при расчетах не учитывается R ее обмоток). Этот вид R создается благодаря Электродвижущей силе (ЭДС) самоиндукции, которая прямо пропорционально зависит от индуктивности и частоты I, проходящего через ее витки: Xl = wL, где w — угловая частота переменного тока (w = 2*Пи*f, причем f — частота тока сети) и L — индуктивность (L = n * n / Rm, n — число витков и Rm — магнитное сопротивление).

При включении электродвигателя пусковой ток в 7 раз больше номинального (ток, потребляемый при работе инструмента) и происходит нагрев обмоток статора. Если статорная катушка является старой, то может произойти межвитковое КЗ, которое повлечет выход электроинструмента из строя. Для этого нужно применить устройство плавного пуска электроинструмента.

Одним из методов снижения пускового тока (Iп) является переключение обмоток. Для его осуществления необходимы 2 типа реле (времени и нагрузки) и наличие трех контакторов.

Пуск электромотора с обмотками, соединенными по типу «звезда» возможен только при 2-х не одновременно замкнутых контакторах. Через определенный интервал времени, который задает реле времени, один из контакторов отключается и включается еще один, не задействованный ранее. Благодаря такому чередованию включения обмоток и происходит снижение пускового тока. Этот способ обладает существенным недостатком, так как при одновременно замыкании двух контакторов возникает ток КЗ. Однако при использовании этого способа обмотки продолжают нагреваться.

Еще одним способом снижения пускового тока является частотное регулирование запуска электродвигателя. Принципом такого подхода является частотное изменение питающего U. Основной элемент этого вида устройств плавного пуска является частотный преобразователь, состоящий из следующих элементов:

1. Выпрямитель.
2. Промежуточная цепь.
3. Инвертор.
4. Электронная схема управления.

Выпрямитель изготавливается из мощных диодов или тиристоров, выполняющий роль преобразователя U питания сети в постоянный пульсирующий ток. Промежуточная цепь сглаживает пульсирующий постоянный ток на выходе выпрямителя, которая собирается на конденсаторах большой емкости. Инвертор необходим для непосредственного преобразования сигнала на выходе промежуточной цепи в сигнал амплитуды и частоты переменной составляющей. Электронная схема управления нужна для генерации сигналов, необходимых для управления выпрямителем, инвертором.

Принцип действия

Во время пуска электродвигателя коллекторного типа происходит значительное кратковременное увеличение тока потребления, которое и служит причиной преждевременного выхода из строя электроинструмента и сдачей его в ремонт. Происходит износ электрических частей (превышение тока в 7 раз) и механических (резкий запуск). Для организации «мягкого» пуска следует применять устройства плавного пуска (далее УПП). Эти устройства должны соответствовать основным требованиям:

1. Плавное увеличение нагрузки.
2. Возможность запуска двигателя через определенные интервалы времени.
3. Обеспечение защиты от линейных скачков U, пропадания фазы (для 3-фазного электродвигателя) и различных помех электрической составляющей.
4. Значительно повышение срока эксплуатации.

Наиболее широкое распространение получили симисторные УПП, принципом действия которых является плавное регулирование U при помощи регулировки угла открытия перехода симистора. Симистор нужно подключить напрямую к обмоткам двигателя и это позволяет уменьшить пусковой ток от 2 до 5 раз (зависит от симистора и схемы управления). К основным недостаткам симисторных УПП являются следующие:

1. Сложные схемы.
2. Перегрев обмоток при длительном запуске.
3. Проблемы с запуском двигателя (приводит к значительному нагреву статорных обмоток).

Схемы усложняются при использовании мощных двигателей, однако, при небольших нагрузках и холостом ходе возможно использование простых схем.

УПП с регуляторами без обратной связи (по 1 или 3 фазам) получили широкое распространение. В моделях этого типа появляется возможность предварительного выставления времени пуска и величины U перед пуском двигателя. Однако, в этом случае невозможно регулировать величину вращающего момента при нагрузке. С этой моделью применяется специальное устройство для снижения пускового тока, защиты от пропадания и перекоса фаз, а также от перегрузок. Заводские модели имеют функцию слежения за состоянием электромотора.

Простейшие схемы однофазного регулирования исполняются на одном симисторе и используются для инструмента с мощностью до 12 кВт. Существуют более сложные схемы, позволяющие производить регулировку параметров питания двигателя мощностью до 260 кВт. При выборе УПП заводского производства необходимо учесть такие параметры: мощность, возможные режимы работы, равенство допустимы токов и количество запусков в определенный промежуток времени.

Применение в болгарке

Во время запуска угловой шлифовальной машинки (УШМ) появляются высокие нагрузки динамического характера на детали инструмента.

Дорогие модели снабжены УПП, но не обыкновенные разновидности, например, УШМ фирмы «Интерскол». Инерционный рывок способен вырвать из рук УШМ, при этом происходит угроза жизни и здоровью. Кроме того, при пуске электродвигателя инструмента происходит перегрузка по току и в результате этого — износ щеток и значительный нагрев статорных обмоток, изнашивается редуктор и возможно разрушение режущего диска, который может треснуть в любой момент и причинить вред здоровью, а может даже и жизни. Инструмент нужно обезопасить и для этого следует сделать болгарку с регулировкой оборотов и плавным пуском своими руками.

Самодельные варианты

Существует множество схем модернизации электроинструмента при помощи УПП. Среди всех разновидностей широкое применение получили устройства на симисторах. Симистор — полупроводниковый элемент, позволяющий плавно регулировать параметры питания. Существуют простые и сложные схемы, которые отличаются между собой вариантами исполнения, а также поддерживаемой мощностью, подключаемого электроинструмента. В конструктивном исполнении бывают внутренние, позволяющие встраиваться внутрь корпуса, и внешние, изготавливаемые в виде отдельного модуля, выполняющего роль ограничителя оборотов и пускового тока при непосредственном пуске УШМ.

Простейшая схема

УПП с регулированием оборотов на тиристоре КУ 202 получил широкое применение благодаря очень простой схеме исполнения (схема 1). Его подключение не требует особых навыков. Радиоэлементы для него достать очень просто. Состоит эта модель регулятора из диодного моста, переменного резистора (выполняет роль регулятора U) и схемы настройки тиристора (подача U на управляющий выход номиналом 6,3 вольта) отечественного производителя.

Схема 1. Электросхема внутреннего блока с регулировкой оборотов и плавным пуском (схема электрическая принципиальная)

Благодаря размерам и количеству деталей регулятор этого типа можно встроить в корпус электроинструмента. Кроме того, следует вывести ручку переменного резистора и сам регулятор оборотов можно доработать, встроив кнопку перед диодным мостом.

Основной принцип работы заключается в регулировке оборотов электродвигателя инструмента благодаря ограничению мощности в ручном режиме. Эта схема позволяет использовать электроинструмент мощностью до 1,5 кВт. Для увеличения этого показателя необходимо заменить тиристор на более мощный (информацию об этом можно найти в интернете или справочнике). Кроме того, нужно учесть и тот факт, что схема управления тиристором будет отличаться от исходной. КУ 202 является отличным тиристором, но его существенный недостаток состоит в его настройке (подборка деталей для схемы управления). Для осуществления плавного пуска в автоматическом режиме применяется схема 2 (УПП на микросхеме).

Плавный пуск на микросхеме

Оптимальным вариантом для изготовления УПП является схема УПП на одном симисторе и микросхеме, которая управляет плавным открытием перехода p-n типа. Питается устройство от сети 220 В и ее несложно собрать самому. Очень простая и универсальная схема плавного пуска электродвигателя позволяет также и регулировать обороты (схема 2). Симистор возможно заменить аналогичным или с характеристиками, превышающими исходные, согласно справочнику радиоэлементов полупроводникового типа.

Схема 2. Схема плавного пуска электроинструмента

Устройство реализуется на основе микросхемы КР118ПМ1 и симисторе. Благодаря универсальности устройства его можно использовать для любого инструмента. Он не требует настройки и устанавливается в разрыв кабеля питания.

При пуске электродвигателя происходит подача U на КР118ПМ1 и плавный рост заряда конденсатора С2. Тиристор открывается постепенно с задержкой, зависящей от емкости управляющего конденсатора С2. При емкости С2 = 47 мкФ происходит задержка при запуске около 2 секунд. Она зависит прямо пропорционально от емкости конденсатора (при большей емкости время запуска увеличивается). При отключении УШМ конденсатор С2 разряжается при помощи резистора R2, сопротивление которого равно 68 к, а время разрядки составляет около 4 секунд.

Для регулирования оборотов нужно заменить R1 на резистор переменного типа. При изменении параметра переменного резистора происходит изменение мощности электромотора. R2 изменяет величину тока, протекающего через вход симистора. Симистор нуждается в охлаждении и, следовательно, в корпус модуля можно встроить вентилятор.

Основной функцией конденсаторов C1 и C3 является защита и управление микросхемой. Симистор следует подбирать, руководствуясь следующими характеристиками: прямое U должно составлять 400..500 В и прямой ток должен быть не менее 25 А. При таких номиналах радиоэлементов к УПП возможно подключать инструмент с мощностью от 2 кВт до 5 кВт.

Таким образом, для запуска электродвигателей различного инструмента необходимо использовать УПП заводского изготовления или самодельные. УПП применяются для увеличения срока эксплуатации инструмента. При запуске двигателя происходит резкое увеличение тока потребления в 7 раз. Из-за этого возможно подгорание статорных обмоток и износ механической части. УПП позволяют значительно снизить пусковой ток. При изготовлении УПП самостоятельно нужно соблюдать правила безопасности при работе с электричеством.

Почему быстрый старт вентилятора охлаждения неприемлем для автомобиля? Тут несколько ответов:

1. На бортовую сеть идет большая нагрузка (это проводка, аккумулятор, генератор);
2. Помимо предыдущего идет и большая физическая нагрузка на крепления вентилятора и его подшипник;
3. Приходится использовать необоснованно большой предохранитель, так как пусковой ток может составлять до 30А.

Теперь определимся с задачами, которые мы поставим перед собой:

1. Главная наша задача – создать, так сказать, соф-старт.
2. Для этого использовать только штатную проводку.
3. Ограничится уже имеющимися кнопками.
4. Изначально автомобиль не обладал реле включения вентилятора, поэтому исправим это.

Как устроено представленное устройство? На самом деле, это ШИМ генератор импульсов, который запускается и начинает генерацию импульсов постоянной частоты на третий выход с изменяющейся по времени шириной следования импульса.

Время ширины задается емкостью конденсатора С3. Эти импульсы следуют до драйвера полевого транзистора, под управлением которого находится мощность нагрузки выхода устройства. Диод, который установлен на выходе, служит для того, чтобы погасить обратные неприемлемые выбросы электродвигателя.

Для диода была использована диодная сборка Шотки с общим катодом. Полевик использован Р-канальный, по причине того, что он должен регулировать положительное напряжение. Если бы использовался N-канальный, то потребовалась бы переработка всей проводки, которая связана с охлаждением двигателя, а в наши задачи это не входит.

В представленном устройстве часть элементов выполнена навесными, а другая – прикреплена на печатную плату.

Рисовка карты производилась в ЛУТе, а травка – хлорным железом.

Приступаем к созданию устройства. Сначала нужно достать реле, разобрать его и извлечь все внутренности, оставив только клеммы.

Получается что-то вроде этого.

Отрезав все ненужное, приступим к навесному монтажу.

Навесной у нас будет вся правая часть схемы, то есть все, что выходит с 3 ножки NE555. Если паять это все на плате, то размеров платы вообще не хватит.

Навесную часть почти закончили.

Можно приступать и к самой плате. У меня самого вышла такая ситуация, что пришлось немного обрезать плату, чтобы транзистор и диоды корректно располагались за пределами платы. В конце статьи плата показана полной, так как ее модификацию под нужные размеры я оставил на потом.

Следующий шаг – впаиваем обрезанную плату в реле.

Напоследок осталось впаять перемычки и прикрепить радиатор.

Вот и все. Устройство уже готово. Теперь его нужно покрыть лаком или попробовать залить канифолью. Собранное устройство не требует никаких настроек и оно подойдет к любому электродвигателю, так как ее максимальный ток составляет 74А. Использованный контролер IRF4905 дешевый, его легко найти в любом магазине электротоваров.

Вот вам вид готового к работе устройства.