Переносной стенд для демонстрации плавного пуска однофазных электродвигателей переменного и постоянного тока, регулятор мощности активной нагрузки

Узакова Э.У.
ГАОУ СПО «Нижнекамский технологический колледж»
ПЕРЕНОСНОЙ СТЕНД ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ ПЛАВНОГО ПУСКА ОДНОФАЗНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ПЕРЕМЕННОГО
И ПОСТОЯННОГО ТОКА, РЕГУЛЯТОР МОЩНОСТИ АКТИВНОЙ НАГРУЗКИИзвестно, что прямой пуск электродвигателей сопровождается потреблением из сети тока в 6-10 раз превышающего значение номинального тока. Это вызывает перегрев обмоток двигателя. Кроме того, большие пусковые токи приводят к падению напряжения питающей сети, следовательно, вызывает отключение контактов и сбоев в цепях управления. Прямой пуск двигателя насоса сопровождается резким увеличением давления в трубопроводе, называемым гидравлическим ударом. Особо надо отметить проблему пуска электродвигателей вентиляторов, которые характеризуются большими значениями момента инерции, приводящим к длительным пускам. При прямом пуске двигатели длительное время подвергаются воздействию ударных токов, а на вал двигателя передаются большие механические усилия. Тяжелый пуск характерен дробилкам, мельницам, мешалкам, поршневым компрессорам, транспортерам, конвейерам, а также механизмам с редукторами.
Решить проблемы, связанные с тяжелым пуском, призваны устройства плавного пуска (УПП). Устройство УПП представляет собой электронный регулятор напряжения, выполненный на тиристорах. Основное назначение устройства плавного пуска - плавный разгон асинхронного двигателя до номинальной скорости, путем бесступенчатого управляемого повышения напряжения на статоре двигателя. Регулирование напряжения осуществляется системой импульсно-фазового управления. Плавный останов двигателя - это еще одна полезная функция, которую можно реализовать с использованием УПП.
В УПП используется принцип фазовой регулировки напряжения с помощью тиристорного регулятора. На выходе тиристорного регулятора формируется напряжение постоянной частоты и регулируемым среднеквадратичным значением. Критический момент при таком регулировании будет снижаться пропорционально напряжению.
Регулирование с помощью преобразователя частоты требует предварительно изучения, как преобразователя, так и двигателя, на предмет возможности совместной работы. Этот способ оптимален в реверсивных и там, где нужно изменять скорость двигателя.
В этом проекте регулирование напряжения на нагрузке (паяльник, ТЭН, вентилятор, лампа накаливания, двигатель, трансформатор), осуществляется одной кнопкой.
Условный уровень выходного напряжения отображается одним индикатором в 16-ричном формате (1,2,3,....D,E,F) или графическим дисплеем с изображением графика разгон/работа/торможение.
Стенд выполнен в переносном варианте в стальном кейсе. В основе стенда лежит регулятор напряжения, для наглядности принципов и процессов, управление регулятором - ручное.
Функционально регулятор состоит из нескольких узлов: узла графического дисплея, силовой части с индикатором нагрузки, цифрового дисплея, кнопки управления с индикатором, блок-схема стенда (Рис.1), электронного блока регулятора со своими источниками питания (Рис.2).

Рис. 1. Блок-схема стенда плавного пуска электродвигателей

Рис. 2. Электронный блок регулятора со своими источниками питанияСхему можно разделить на два самостоятельных функциональных узла: непосредственно сам регулятор, изменяющий напряжение на нагрузке от 0 до почти 100% и схема индикации, отображающая относительный уровень выходного напряжения в формате 0, 1, 2,...F. К выходу регулятора можно подключить паяльник, лампу накаливания, электродвигатель однофазный переменного или постоянного тока. Управление осуществляется одной кнопкой по алгоритму: первое нажатие и удержание - автоматическое увеличение выходного напряжения, второе нажатие и удержание - автоматическое снижение, и т.д.
Источник питания устройства выполнен по классической схеме на трансформаторе Т1, диодах в мостовом включении VD1-VD4, фильтрующих пульсации конденсаторах С5, С6 и С7, микросхеме-стабилизаторе DA1. Диод VD10 исключает влияние конденсатора С5 на работу формирователя пилообразного напряжения.
«Графический дисплей» выполнен в виде графика между осями: напряжение (вертикальная ось) и время (горизонтальная ось). Он отображает изменение напряжения на двигателе во времени. Этот дисплей работает только в режиме «двигатель переменного тока». На дисплее отображаются ветви разгона и торможения, наклонные участки зеленые дорожки. Красная дорожка горизонтальный участок - двигатель вышел на рабочий режим.
Силовая часть стенда включает в себя: тумблер включения питания стенда; защитные предохранители «выхода» и трансформаторов питания электроники. Узел имеет выходные клеммы для подключения нагрузки «барашек» и розетка. Клеммы «нагрузка» коммутируются переключателем с нейтральным положением. Этот тумблер может подключать выходные клеммы либо прямо к сети 220В, либо к выходу регулятора. Также тумблер имеет нейтральное положение.
ЛИТЕРАТУРА
АкимоваН.А. Монтаж, техническая эксплуатация и ремонт электрического и электромеханического оборудования. – М., Издательский центр «Академия», 2004
СибикинМ.Ю. Справочник по эксплуатации электроустановок промышленных предприятий. – М., «Высшая школа», 2002
Сибикин М.Ю. Электробезопасность при эксплуатации электроустановок промышленных предприятий. – М., Издательский центр «Академия», 2004
Ермаков М. Плавный пуск. От теории к практике/ Ермаков М.//Компоненты и технологии. – 2006. №2