Плавный пуск усилителя мощности

Плавное включение источника питания УМЗЧ, простейшие схемы

Схема плавного включения питания (софт-старт или ступенчатое включение) для усилителя мощности НЧ или другого устройства. Это простое приспособление позволяет повысить надежность вашей радиоаппаратуры и уменьшить помехи в сети в момент включения.

Устройство плавного пуска электродвигателя. Пример применения

Устройство плавного пуска ABB PSR-25-600 для плавного пуска электродвигателя

Всем привет! Сегодня будет статья, в которой показан реальный пример использования устройства плавного пуска (мягкого пускателя) на практике. Плавный пуск электродвигателя установлен мною на реальном устройстве, приводятся фото и схемы.

Что это за устройство, я ранее подробно рассказывал в статье про мягкий пускатель. Напоминаю, что мягкий пускатель и устройство плавного пуска суть одно и то же устройство. Названия эти берутся от английского Soft Starter. В статье я буду называть этот блок и так, и эдак, привыкайте). Информации по устройствам плавного пуска в интернете достаточно, рекомендую также почитать здесь.

Моё мнение по пуску асинхронных двигателей, подтвержденное многолетними наблюдениями и практикой. При мощности двигателя более 4 кВт стоит подумать, чтобы обеспечить плавный разгон двигателя. Это нужно при тяжелой, инерционной нагрузке, которая как раз и подключается на вал такого двигателя. Если двигатель используется с редуктором, то ситуация полегче.

Простейший и самый дешевый вариант плавного пуска – вариант с включением двигателя через схему “Звезда-Треугольник”. Более “плавные” и гибкие варианты – устройство плавного пуска и преобразователь частоты (в народе – “частотник”). Есть ещё древний способ, который уже почти не применяется – двухскоростные двигатели.

Кстати, верный признак того, что двигатель питается через частотник – хорошо слышимый писк с частотой около 8 кГц, особенно на низких оборотах.

Я уже использовал устройство плавного пуска от Schneider Electric, был такой положительный опыт в моей деятельности. Тогда нужно было плавно включать/выключать длинный круговой конвейер с заготовками (двигатель 2,2 кВт с редуктором). Жаль, что фотоаппарата тогда не было под рукой. Но в этот раз всё рассмотрим очень детально!

Предлагаю вашему вниманию разработку прототипа усилителя звука мощностью 600 Вт

В усилителе используется микросхема TPA3255 производства компании Texas Instruments. Это высокоэффективный, высококачественный четырехканальный усилитель класса D.

Модель платы усилителя

Модель платы усилителя

Принцип работы достаточно простой. На вход микросхемы подается аналоговый сигнал, он преобразуется в PWM и подается на выходные силовые каскады.

Нас интересует один из режимов работы микросхемы, PBTL параллельное мостовое включение выходных каскадов. Этот режим обеспечивает максимальную выходную мощность.

Конфигурирование режимов работы микросхемы осуществляется подключением входов управления в заданные состояния, что позволяет работать усилителю без управляющего микроконтроллера.

Кроме режима PBTL микросхема поддерживает другие режимы работы, основные из них:

SE – четыре отдельных канала с выходной мощностью до 148 Вт на канал в зависимости от выходной нагрузки и допустимых искажениях;

PBL – два канала с выходной мощностью до 315 Вт на канал в зависимости от выходной нагрузки и допустимых искажениях.

Кроме этого, внешние входы синхронизации позволяют включать несколько микросхем параллельно и суммировать выходную мощность для получения более 600 Вт.

Схема включения микросхемы TPA3255

Схема включения микросхемы TPA3255

Как сделать плавный пуск для электроинструмента своими руками

Плавный пуск для электроинструмента своими руками

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.

Soft-start на MOSFET и выключатель питания для УНЧ и других устройств

Привет, друзья!
Делал я как-то УНЧ с конденсаторами фильтра БП по 50.000 мкФ в плече. И задумал сделать плавный старт, т.к. предохранитель в 5 Ампер на входе трансформатора периодически сгорал при включении усилителя.
Протестировал разные варианты. Были разные наработки в этом направлении. Остановился на предлагаемой ниже схеме.


« — Семен Семёныч, я ж тебе говорил: без фанатизма!
Усилок на TDA2030. Заказчик в однокомнатной хрущёвке живет.
А ты всё фильтр да фильтр…»

Особенности, схема и сборка плавного пуска для трансформатора

Схема устройства плавного пуска сетевого трансформатора

Вопрос-ответ

В момент подключения питания к первичной обмотке мощного трансформатора в ней возникает бросок тока, амплитуда которого значительно превышает его номинальное значение. Для того чтобы избежать вызываемого им срабатывания защиты существует 2 способа. Увеличить ток срабатывания защиты или использовать устройство плавного пуска трансформатора. Уменьшение чувствительности защиты ведет к росту вероятности выхода из строя трансформатора при случайном замыкании выводов вторичной обмотки, следовательно, второй способ предпочтительнее.

Принципиальная схема

Любой блок питания радиоаппаратуры содержит выпрямительные диоды и конденсаторы большой емкости. В начальный момент включения сетевого питания происходит импульсный скачок тока — пока идет заряд емкостей фильтра.

Амплитуда импульса тока зависит от величины емкости и напряжения на выходе выпрямителя. Так, при напряжении 45 В и емкости 10000 мкФ ток зарядки такого конденсатора может составить 12 А. При этом трансформатор и выпрямительные диоды кратковременно работают в режиме короткого замыкания.

Для устранения опасности выхода этих элементов из строя путем уменьшения броска тока в момент первоначального включения и служит приведенная на рисунке 1 схема. Она также позволяет облегчить режимы и других элементов в усилителе на время переходных процессов.

Принципиальная схема плавного включения источника питания с применением реле

Рис. 1. Принципиальная схема плавного включения источника питания с применением реле.

В начальный момент, когда подано питание, конденсаторы С2 и С3 будут заряжаться через резисторы R2 и R3 — они ограничивают ток до безопасного для деталей выпрямителя значения.

Через 1. 2 секунды, после того как зарядится конденсатор С1 и напряжение на реле К1 возрастет до величины, при которой оно сработает и своими контактами К1.1 и К1.2 зашунтирует ограничительные резисторы R2, R3.

В устройстве можно использовать любое реле с напряжением срабатывания меньшим, чем действует на выходе выпрямителя, а резистор R1 подбирается таким, чтобы на нем падало “лишнее” напряжение. Контакты реле должны быть рассчитаны на действующий в цепях питания усилителя максимальный ток.

В схеме применено реле РЭС47 РФ4.500.407-00 (РФ4.500.407-07 или др.) с номинальным рабочим напряжением 27 В (сопротивление обмотки 650 Ом; ток, коммутируемый контактами, может быть до 3 А). Фактически реле срабатывает уже при 16. 17 В, а резистор R1 выбран величиной 1 кОм, при этом напряжение на реле будет 19. 20 В.

Конденсатор С1 – 2200мкФ, типа К50-29-25В или К50-35-25В.

Резисторы R1 типа МЛТ-2, R2 и R3 типа С5-35В-10 (ПЭВ-10) или аналогичные. Величина номиналов резисторов R2, R3 зависит от тока нагрузки, и их сопротивление может быть значительно уменьшено.

Примечание: емкость конденсатора С1 подбирается в пределах 1000-2200мкФ, он должен быть рассчитан на большее напряжение чем то, которое получится на реле после подбора резистора R1 – с запасом на 25В, 50В или 63В. Это понадобится если вы решите использовать другое реле, с рабочим напряжением больше чем 25В.

Зачем понадобился плавный пуск двигателя

Итак, проблема — на котельной есть насосы подпитки котла водой. Всего два насоса, и включаются они по команде от системы слежения за уровнем воды в котле. Одновременно может работать только один насос, выбор насоса осуществляет оператор котельной путем переключения водяных кранов и электрических переключателей.

Насосы приводятся в действие обычными асинхронными двигателями. Асинхронные двигатели 7,5 кВт включаются через обычные контакторы (магнитными пускателями). А поскольку мощность большая, то пуск очень жесткий. Каждый раз при пуске возникает ощутимый гидроудар. Портятся и сами двигатели, и насосы, и гидросистема. Иногда такое ощущение, что трубы и краны сейчас разлетятся вдребезги.

Кроме того, когда котёл остывший, и в него резко подается горячая вода (более 95 °С), то происходят неприятные явления, напоминающие взрывообразное бурление. Бывает и наоборот, воду с температурой 100 °С можно назвать холодной – когда в котле находится сухой пар с температурой почти 200 °С. В этом случае тоже происходят вредные гидроудары.

Всего на котельной два идентичных котла, но во втором установлены частотники на насосы. Котлы (точнее, парогенераторы) вырабатывают пар с температурой более 115 °С и давлением до 14 кгс/см2.

Жаль, что конструкцией котла в электросхеме не предусмотрено было плавное включение двигателей насоса. Хотя котлы итальянские, на этом было решено сэкономить…

Повторюсь, что для плавного включения асинхронных двигателей мы имеем на выбор такие варианты:

В данном случае необходимо было выбрать тот вариант, при котором бы было минимальное вмешательство в рабочую схему управления котлом.

Дело в том, что любые изменения в работе котла должны быть обязательно согласованы с производителем котла (либо сертифицированной организацией) и с надзорной организацией. Поэтому изменения должны быть внесены незаметно и без лишнего шума. Хотя, в систему безопасности я не вмешиваюсь, поэтому тут не так строго.

Мои постоянные читатели знают, что теперь, после сдачи экзаменов в Ростехнадзоре, я имею полное право выполнять работы по КИПиА в котельной.

Содержание / Contents

Сначала рассмотрим варианты исполнения силовой части, чтобы был понятен принцип. Затем перейдём к полной схеме устройства. Есть две схемы — с мостом и с двумя MOSFET-ами. Обе имеют преимущества и недостатки.

Выбор устройства плавного пуска

Для начала посмотрим на шильдик двигателя:

Двигатель насоса, который подключается к схеме плавного пуска

Двигатель насоса, который подключается к схеме плавного пуска

Мощность двигателя – 7,5 кВт, обмотки соединены в схему “треугольник”, номинальный потребляемый при этом ток – 14,7А.

Вот как выглядела система пуска (“жёсткая”):

Система прямого пуска двигателей нососов

Система прямого пуска двигателей насосов

Напоминаю, что у нас два двигателя, и запускаются они контакторами 07КМ1 и 07КМ2. Контакторы снабжены блоками дополнительных контактов – для индикации и контроля включения.

В качестве альтернативы было выбрано устройство плавного пуска ABB PSR-25-600. Его максимальный ток – 25 Ампер, так что запас у нас хороший. Особенно, если учесть, что работать придётся в тяжелых условиях – количество пусков/стопов, высокая температура. Фото – в начале статьи.

Вот наклейка на софтстартере с параметрами:

ABB PSR-25-600 - параметры

Soft Starter ABB PSR-25-600 – параметры

  • FLA – Full Load Amps – значение силы тока при полной нагрузке – почти 25А,
  • Uc – рабочее напряжение,
  • Us – напряжение цепи управления.

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:

Плавный пуск электродвигателя своими руками

  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.

Болгарка с регулировкой оборотов и плавным пуском

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.

Установка УПП

Примерил для начала:

Пробная установка блока плавного пуска

Пробная установка блока плавного пуска

По высоте подходит один в один, по ширине тоже, только длина чуть больше, но место есть.

Теперь вопрос по цепям управления. Контакторы в исходной схеме включались напряжением 24 VAC, а наши АББ управляются напряжением минимум 100 VAC. Налицо необходимость промежуточного реле либо изменения напряжения питания цепи управления.

Однако, на официальном сайте ABB я нашёл схему, где показано, что это устройство способно работать и при 24 VAC. Попытал счастья – не получилось, не запускается…

Что же, ставим промежуточное реле, которое приводит напряжение к нужному уровню:

Пример монтажа системы плавного пуска электродвигателей

Пример монтажа системы плавного пуска электродвигателей

Вот с другого ракурса:

Пример монтажа системы плавного пуска электродвигателей

Пример монтажа системы плавного пуска электродвигателей

Вот и всё. Промежуточные реле обозвал 07КМ11 и 07КМ21. Кстати, они также нужны и для дополнительных цепей. Через них включаются индикаторы, и сухие контакты для внешнего устройства (пока не используются, в старой схеме – оранжевые провода).

Когда хотел управление использовать напрямую, без реле (24 VAC), планировал индикаторы включения пустить через контакты Com – Run, которые теперь остались неиспользованные.

Применение в болгарке

Плавный пуск болгарки своими руками

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.

Доработка удлинителя

Существует множество вариантов доработки удлинителя. Если нам нужна максимальная нагрузка, то БПП можно выполнить в отдельном корпусе, в качестве которого можно взять ту же розетку, вытряхнув из нее начинку. Если инструмент бытовой и радиатор не нужен, то вполне реально разместить такой модуль прямо в розетке удлинителя.

Плавный пуск электроинструмента в переноске

Полезно! Эту доработанную розетку удобно разместить на одной площадке вместе с розетками, включенными напрямую в сеть. Это делает удлинитель универсальным. Одна розетка с плавным пуском, остальные обычные на 220 В. Ту, которая с плавным, просто запитываем от обычных.

Плавный пуск электроинструмента в переноске

Удлинитель с регулировкой напряжения

Если для работы с угловой шлифмашиной оптимальны максимальные обороты, то некоторые другие электроинструменты удобнее использовать в разных режимах. Если такие инструменты не оснащены собственным регулятором или последний вышел из строя, то можно воспользоваться удлинителем с регулировкой напряжения. Для этого достаточно собрать несложную схему:

Плавный пуск электроинструмента в переноске

Здесь в качестве управляющего элемента используется симистор BTA16, рассчитанный на ток 16 А. Если его установить на радиатор, то регулятор можно использовать с электроинструментом мощностью до 3 кВт. Если радиатора нет, то мощность нагрузки не должна превышать 600 Вт.

Вместо симметричного динистора DB3 можно использовать HT-32, STB120NF10T4, STB80NF10T4, BAT54. Регулировка оборотов производится при помощи переменного резистора сопротивлением 500 кОм желательно с линейной характеристикой.

Такой блок с радиатором и переменным резистором, конечно, в розетку не поместится, поэтому для него понадобится свой корпус. На фото ниже изображен один из вариантов – схема размещена в корпусе вышедшего из строя настенного накладного диммера.

Плавный пуск электроинструмента в переноске

Как мы убедились, оснастить удлинитель схемой плавного пуска совсем несложно – с этим справится каждый, кто знаком с основами электротехники. Да, придется с полчаса повозиться, но зато теперь и инструмент будет жив, и руки целы.

Схемы плавного пуска

Вот исходная схема.

Схема жесткого пуска двигателей, через контакторы (исходная)

А вот как нехитро я изменил схему:

Схема с плавным пуском двигателей на софтстартерах

По настройкам – коротко. Тут три регулировки – время разгона, время замедления, и начальное напряжение.

Можно было бы использовать одно устройство плавного пуска, и контакторы выбора двигателя (переключать одно устройство на два двигателя). Но это усложнит и сильно изменит схему, и понизит надежность. Что для такого стратегического объекта, как котельная, очень важно.

↑ Итоговая схема мягкого старта с CMOS-таймером 555

Для управления применяется слаботочная кнопка без фиксации. Я использовал обычную тактовую кнопку. При нажатии на кнопку таймер включается и останется включенным, пока кнопка не будет нажата ещё раз.

Кстати, это свойство позволяет применять устройство в качестве проходного выключателя в больших помещениях или длинных галереях, коридорах, на лестничных маршах. Параллельно установливаем несколько кнопок, каждой из которых независимо можно включать и выключать свет. При этом устройство ещё и защищает лампы накаливания, ограничивая бросок тока.
При применении в освещении допустимы не только лампы накаливания, но и всякие энергосберегайки, светодиоды с ИБП и пр. Устройство работает с любыми лампами. Для энергосберегаек и светодиодов я ставлю времязадающий конденсатор меньше раз в десять, ведь им нет необходимости так медленно стартовать, как лампам накаливания.

При времязадающем конденсаторе (лучше керамика, плёнка, но можно и электролит) C5 = 20 мкФ напряжение нелинейно нарастает ок.1,5 сек. V1 нужен для быстрой разрядки времязадающего конденсатора и, соответственно, быстрого отключения нагрузки.

Между общим проводом и 4-м выводом (Reset по низкому уровню) таймера можно подключить оптопару, которой будет управлять какой-нибудь модуль защиты. Тогда по сигналу аварии таймер сбросится и нагрузка (например, УМЗЧ) будет обесточена.

Вместо чипа 555 можно использовать другое управляющее устройство.

Проверка работы

После сборки перед установкой устройства в корпус следует проверить правильность монтажа и провести пробное включение. Время срабатывания реле следует установить, в интервале 1–5 сек. Отключение питания автоматами защиты будет признаком слишком быстрого срабатывания реле. Для увеличения времени его включения стартер следует запитать через дополнительный резистор. Момент срабатывания реле можно контролировать по вспышкам стартера, а с лампочкой вместо резистора – по ее свечению.

Осциллограммы напряжения

Орешек знанья твёрд, но всё же
мы не привыкли отступать!
Нам расколоть его поможет
киножурнал «Хочу всё знать!»

Собрать схему отверткой всякий может. А для тех, кто хочет увидеть напряжение и понять, какие реальные процессы происходят, без осциллографа не обойтись. Публикую осциллограммы на выходе 2Т1 устройства плавного пуска.

Двигатель выключен. Чистый синус.

Двигатель выключен. Чистый синус.

Не правда ли, логическая нестыковка – двигатель выключен, а напряжение на нём есть?! Это особенность некоторых устройств мягкого пуска. Неприятная и опасная. Да, на двигателе есть напряжение 220В, даже когда он стоит.

Дело в том, что управление происходит только по двум фазам, а третья (L3 – T3) подключена к двигателю напрямую. А так как тока нет, то на всех выходах устройства действует напряжение фазы L3, которое проходит через обмотки двигателя. Та же ерунда бывает и в трехфазных твердотельных реле, вот моя статья.

Будьте осторожны! При обслуживании двигателя, подключенного к устройству мягкого пуска, отключайте вводные автоматы, и проверяйте отсутствие напряжения!

Запуск. Тиристоры режут фазу нещадно.

Запуск. Тиристоры режут фазу нещадно.

Поскольку нагрузка индуктивная, то синусоида не только режется на куски, но и сильно искажается.

Помеха прёт, и это надо учитывать – возможны сбои в работе контроллеров и другой слаботочки. Чтобы это влияние уменьшить, надо разносить и экранировать цепи, устанавливать дроссели на входе, и др.

Двигатель почти включен. Около 90% от энергии синуса.

Двигатель почти включен. Около 90% от энергии синуса.

Фото сделано да пару секунд до того, как включился внутренний контактор (байпас), который подал полное напряжение на двигатель.

↑ Применённые детали

Резисторы я использовал SMD1206, конечно можно ставить выводные 0.25 Вт. Цепочка R8-R9-R11 установлена из соображений допустимого напряжения резисторов и замеять её одним резистором подходящего сопротивления не рекомендуется.
Конденсаторы — керамика или электролиты, на рабочее напряжение 16, а лучше 25 Вольт.
Мосты выпрямительные любые, на необходимый ток и напряжение, например KBU810, KBPC306, BR310 и многие другие.
Стабилитрон на 12 Вольт, любой, например, BZX55C12.
Транзистор T1 IRF840 (8A, 500V, 0.850 Ом) достаточен при нагрузке до 100 Ватт. Если планируется большая нагрузка, то лучше поставить транзистор помощнее. Я ставил транзисторы IXFH40N30 (40 A, 300 V, 0,085 Ом). Хотя они рассчитаны на напряжение 300 В (запас маловат), за 5 лет ни один не сгорел.
Микросхема U1 – обязательно в СМОS-исполнении (не TTL): 7555, ICM7555, LMC555 и т.п.

К сожалению, чертёж ПП утрачен. Но устройство настолько простое, что желающим не составит труда развести печатку под свои детали. Желащие поделится своим чертежом с миром — сигнальте в комментах.

Схема работает у меня около 5 лет, неоднократно повторена в вариациях, и хорошо зарекомендовала себя.

Стоит ли усложнять схему тиристором

Коммутирующие устройства мягкого пуска с тиристорными ключами, называемые «софтстартеры» значительно сложнее и дороже электромеханических устройств. Но их возможности управлением амплитудой и фазами тока или изменением схемы включения обмоток целесообразно использовать для плавного пуска мощных электродвигателей или сварочных трансформаторов. Так как они наряду с плавным пуском двигателя могут быть использованы для регулировки частоты его вращения и корректировки момента нагрузки.

А для электрооборудования малой и средней мощности вполне достаточно кратковременного включения в цепь питания резистора, ограничивающего пусковой ток. Тогда как для плавного пуска мощных потребителей подобное оборудования будет иметь большие размеры и невысокую надежность.

Как показывает практика, устройство включающее питание при нулевом мгновенном значении переменного напряжения не оправдывает возлагаемых на него надежд. Это объясняется тем, что после подключения питания таким способом его напряжение не остается равным 0, а изменяется обычным образом. Поэтому и электроток через обмотку течет не иначе, чем при включении трансформатора в другой момент времени.

Видео про работу и настройку УПП ABB

Оцените статью
Рейтинг автора
4,8
Материал подготовил
Егор Новиков
Наш эксперт
Написано статей
127
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий