アングルグラインダーのスムーズなスタートのためのシンプルなスキーム。 アングルグラインダーのスムーズな始動
時々発生する手持ち式電動工具 (グラインダー、電気ドリル、ジグソー) の故障は、高い始動電流と、エンジンが突然始動したときに発生するギアボックス部品への重大な動的負荷に関連していることがよくあります。
で説明されている整流子電気モーターのソフトスタート デバイスは設計が複雑で、いくつかの高精度の抵抗器が含まれており、骨の折れるセットアップが必要です。 KR1182PM1 位相レギュレータ超小型回路を使用することにより、同様の目的でセットアップを必要としない、より単純なデバイスを作成することができました。 単相 220 V、50 Hz のネットワークで駆動される手持ち式電動工具を改造せずに接続できます。 エンジンは電動工具のスイッチによって始動および停止され、スイッチがオフになると、デバイスは電流を消費せず、無期限にネットワークに接続したままにすることができます。
提案装置の概略図を図に示します。 XP1 プラグは電源ソケットに差し込まれ、電動工具の電源プラグは XS1 ソケットに差し込まれます。 交互に動作するツール用に複数のソケットを並列に取り付けて接続できます。
電動工具のモーター回路がそれ自体のスイッチによって閉じられると、電圧が位相レギュレーター DA1 に供給されます。 コンデンサ C2 は充電を開始し、その両端の電圧は徐々に増加します。 その結果、主電源電圧のその後の半サイクルごとに、レギュレータの内部サイリスタとそれに伴って VSI トライアックがオンになる遅延が減少し、モータを流れる電流がスムーズに増加します。その結果、速度が向上します。 図に示されているコンデンサC2の静電容量を使用すると、電気モーターが最高速度まで加速するのに2...2.5秒かかります。これにより、実際には動作に遅れが生じませんが、ツール機構の熱衝撃や動的衝撃が完全に排除されます。
エンジンが停止した後、コンデンサ C2 は抵抗 R1 を通じて放電されます。 そして2～3秒後。 すべてを再び始める準備ができています。 定抵抗R1を可変抵抗に置き換えることで、負荷に供給する電力をスムーズに調整できます。 抵抗が減少すると減少します。
抵抗器 R2 はトライアックの制御電極の電流を制限し、コンデンサ C1 と SZ は位相レギュレータ DA1 をオンにするための一般的な回路の要素です。
すべての抵抗とコンデンサは、DA1 チップの端子に直接はんだ付けされています。 これらと一緒に蛍光灯スターターからアルミケースに入れてエポキシコンパウンドを充填します。 ワイヤーは2本だけ出ていて、トライアックの端子に接続されています。 注ぐ前に、本体の下部に穴を開け、そこに外ねじの M3 ネジを挿入します。 このネジは、100 cm の面積で VS1 トライアックのヒートシンクにユニットを固定します。」 この設計は、高湿度や塵埃の多い条件で使用した場合に非常に信頼性が高いことが証明されています。
デバイスにはセットアップは必要ありません。 電圧クラス 4 以上 (つまり、最大動作電圧が 400 V 以上)、最大電流 25 ～ 50 A のトライアックを使用できます。エンジンのスムーズな始動のおかげで、始動電流は定格を超えないこと。 予備は工具が詰まった場合にのみ必要です。
このデバイスは、最大 2.2 kW の電動工具でテストされています。 DA1 レギュレータは、半サイクルのアクティブ部分全体にわたってトライアック VS1 の制御電極回路に電流が流れることを保証するため、最小負荷電力に制限はありません。 著者は、ハリコフの電気かみそりを製造されたデバイスに接続しました。
K. モロズ、ナディム、ヤマル ネネツ自治管区
文学
1. Biyukov S. 整流子電気モーターの自動ソフトスタート - Radio 1997、N* 8. p. 40 42
2. Nemich A. マイクロサーキット KR1182PM1 - 位相電力レギュレータ - Radio 1999、N "7、p. 44-46。
誘導モーターの始動には大量の電流とトルクが必要であり、モーターの巻線が焼損する可能性があるため、誘導モーターをスムーズに始動することは常に困難な作業です。 エンジニアは、スイッチング回路や単巻変圧器などを使用して、この問題を克服するための興味深い技術的解決策を常に提案し、実装しています。
現在、電気モーターを中断なく動作させるために、同様の方法がさまざまな産業設備で使用されています。
誘導電動機の動作原理は物理学で知られており、その本質は固定子と回転子の磁場の回転周波数の差を利用することです。 ロータの磁界はステータの磁界に追いつこうとして、大きな始動電流の励起に寄与します。 モーターはフルスピードで回転し、電流とともにトルク値も増加します。 その結果、過熱によりユニットの巻線が損傷する可能性があります。
したがって、ソフトスターターを取り付ける必要があります。 三相非同期モーター用のソフトスターターを使用すると、誘導モーターの動作時に滑り効果によって発生する初期の高電流とトルクからユニットを保護できます。
ソフトスターター (SPD) を備えた回路を使用する利点:
- 始動電流の減少。
- エネルギーコストの削減。
- 効率の向上。
- 比較的低コスト。
- ユニットを損傷することなく最大速度を達成します。
エンジンをスムーズに始動するにはどうすればよいですか？
ソフトスタートには主に 5 つの方法があります。
- 図のようにロータ回路に外部抵抗を追加することで高トルクを発生させることができます。
- 回路内に自動トランスを入れることにより、初期電圧を下げて始動電流とトルクを維持することができます。 下の写真をご覧ください。
- 直接始動は、誘導モーターが電源に直接接続されるため、最も簡単で安価な方法です。
- 特別な巻線構成を使用した接続 - この方法は、通常の条件での動作を目的としたモーターに適用できます。
- SCP の使用は、リストされているすべての方法の中で最も高度な方法です。 ここでは、誘導モーターの速度を制御するサイリスタや SCR などの半導体デバイスが機械部品の置き換えに成功しています。
整流子モーター速度制御装置
家庭用電化製品や電動工具のほとんどの回路は 220 V 整流子モーターをベースにしており、この需要はその多用途性によって説明されます。 ユニットは直流または交流電圧から電力を供給できます。 この回路の利点は、効果的な始動トルクが提供されることによるものです。
スムーズな始動と回転速度の調整を実現するために、スピードコントローラーが使用されます。
たとえば、この方法で自分の手で電気モーターを始動できます。
高い動的負荷に関連します。 作動ディスクの質量により、回転の開始時に慣性力がギアボックスの軸に作用します。 これにはいくつかのマイナス面が伴います。
- 急発進時に車軸にかかる負荷により慣性ジャークが発生し、ディスクの直径と質量が大きいため、電動工具が手から引き裂かれる可能性があります。
- モーターに動作電圧が急激に印加されると過電流が発生しますが、定格回転数に達すると過負荷は解消されます。
- 速度の急激な増加を伴う高トルクにより、アングル グラインダー ギアボックスのギアが早期に摩耗します。
- 作動ディスクに過負荷がかかると、エンジンの始動時にディスクが破壊される可能性があります。
重要！ グラインダーを始動するときは、必ずツールを両手で持ち、準備を整えてください。 怪我をする恐れがあります。 この警告は、重いダイヤモンドまたは鋼のブレードに特に関係します。
その結果、ブラシが摩耗し、電気モーターの両方の巻線が過熱します。 電動工具のオンとオフを頻繁に切り替えると、過熱により巻線の絶縁が溶けて短絡が発生し、高額な修理が必要になる可能性があります。
場合によっては、歯が折れたり、ギアボックスが動かなくなったりする可能性があります。
したがって、保護ケースの存在が必須です。
重要！ アングルグラインダーを始動するときは、ケーシングのオープンセクターをオペレーターと反対の方向に向ける必要があります。
作業の仕組みをよりよく理解するには、図面でアングル グラインダーの構造を検討してください。 突然の始動時に過負荷がかかるすべての要素がはっきりと表示されます。
アングルグラインダーの作業体と制御システムの位置の概略図
突然の始動による悪影響を軽減するために、メーカーは速度制御とソフトスタートを備えたアングルグラインダーを製造しています。
速度制御はツールハンドルにあります
ただし、このようなデバイスが搭載されているのは中価格帯と高価格帯のモデルのみです。 多くの家庭職人は、レギュレーターなしで始動速度を遅くするアングルグラインダーを購入します。 これは、カッティングディスク直径が 200 mm を超える強力な試験片に特に当てはまります。 このようなアングル グラインダーは、始動時に手に持つのが難しいだけでなく、機械部品や電気部品の摩耗がはるかに早くなります。
唯一の解決策は、アングルグラインダーのソフトスタートを自分で取り付けることです。 始動時のスピードコントローラーとエンジン始動遅延を備えた既製の工場装置があります。
ソフトスタート調整用既製デバイス
空きスペースがある場合、このようなブロックはケース内に取り付けられます。 しかし、ほとんどのアングル グラインダー ユーザーは、アングル グラインダーをスムーズに起動するための回路を自分で作成し、それを電源ケーブルの切れ目に接続することを好みます。
自分の手でアングルグラインダーのソフトスタート回路を作成する方法
人気の回路はKR118PM1位相制御制御マイクロ回路に基づいて実装されており、電源部分はトライアックで作られています。 このようなデバイスは取り付けが非常に簡単で、組み立て後に追加の設定を必要としないため、専門的な教育を受けていなくても、はんだごてを手に持つことができるマスターによって作成することができます。
アングルグラインダーのソフトスタート調整用電気回路
提案されたユニットは、220 ボルトの交流電圧用に設計されたあらゆる電動工具に接続できます。 別個のリモート電源ボタンは必要ありません。改造された電動工具は標準キーでオンになります。 回路はアングルグラインダー本体の内部、または別のケース内の電源ケーブルの切れ目に取り付けることができます。
最も実用的なのは、電動工具に電力が供給されるソケットにソフトスターターを接続することです。 入力 (XP1 コネクタ) には 220 ボルトのネットワークから電力が供給されます。 消耗品ソケットは出力 (コネクタ XS1) に接続されており、そこにアングル グラインダー プラグが差し込まれます。
アングルグラインダーのスタートボタンを閉じると、共通の電源回路を介してDA1チップに電圧が供給されます。 制御コンデンサの両端の電圧は滑らかに増加します。 充電すると、動作値に達します。 このため、超小型回路内のサイリスタはすぐには開きませんが、遅れて開きます。その時間はコンデンサの充電によって決まります。 サイリスタによって制御されるトライアック VS1 も同じ一時停止で開きます。
その方法と使用するスキームについて詳しく説明したビデオをご覧ください。
交流電圧の半サイクルごとに遅延は等差級数的に減少し、その結果、電動工具の入力電圧が徐々に増加します。 この効果により、アングルグラインダーエンジンのスムーズな始動が決まります。 その結果、ディスク速度は徐々に増加し、ギアボックスのシャフトは慣性衝撃を受けません。
速度が動作値に達するまでの時間はコンデンサ C2 の静電容量によって決まります。 47 uF の値により、2 秒以内にスムーズな起動が保証されます。 この程度の遅れであれば、作業を開始する際に特に違和感はなく、同時に電動工具自体に突然の起動による過度の負荷がかかることもない。
アングルグラインダの電源をオフにした後、コンデンサ C2 は抵抗 R1 によって放電されます。 公称 68 kΩ では、放電時間は 3 秒です。 その後、ソフトスターターはアングルグラインダーの新しい始動サイクルの準備が整います。
少し変更するだけで、回路をエンジン速度コントローラーにアップグレードできます。 これを行うには、抵抗器 R1 を可変抵抗器に置き換えます。 抵抗を調整することで、速度を変化させてエンジン出力を制御します。
したがって、１つのハウジング内にエンジン速度コントローラと電動工具用のソフトスタート装置を作ることが可能である。
回路の残りの詳細は次のように機能します。
- 抵抗 R2 は、トライアック VS1 の制御入力を流れる電流量を制御します。
- コンデンサ C1 および C2 は、KR118PM1 マイクロ回路の制御コンポーネントであり、一般的なスイッチング回路で使用されます。
設置の簡素化とコンパクト化のため、抵抗器とコンデンサーは超小型回路の脚に直接はんだ付けされます。
VS1 トライアックには、最大電圧 400 ボルト、最小スループット電流 25 アンペアという特性を持つものであれば何でも使用できます。 電流量はアングルグラインダーのパワーに依存します。
アングルグラインダーはスムーズに始動するため、電流は選択した電動工具の定格動作値を超えることはありません。 アングル グラインダー ディスクの詰まりなどの緊急事態に備えて、電流予備が必要です。 したがって、アンペア単位の公称値は 2 倍にする必要があります。
提案された電気回路で使用される無線コンポーネントの定格は、出力 2 kW のアングル グラインダーでテストされました。 最大5 kWのパワーリザーブがあります。これはKR118PM1マイクロ回路の動作の特殊性によるものです。
この計画はうまく機能しており、家の職人によって何度も実行されました。
すでに完全に機能しているデバイスやメカニズムの再装備に、労力とお金と時間を費やしたい人がいるでしょうか? 実践が示すように、多くの人がそうしています。 人生の誰もが強力な電気モーターを備えた産業機器に遭遇するわけではありませんが、日常生活では、それほど貪欲で強力ではないにしても、常に電気モーターに遭遇します。 まあ、誰もがエレベーターを使ったでしょう。
電気モーターと負荷 - 問題はありますか?
実際には、事実上すべての電気モーターは、ローターの始動時または停止時に膨大な負荷を受けます。 エンジンとそれが駆動する機器が強力であればあるほど、始動コストも高くなります。
おそらく、始動時にエンジンにかかる最も重大な負荷は、たとえ短期間であっても、ユニットの定格動作電流を何倍も超えることです。 わずか数秒の動作後、電気モーターが通常の速度に達すると、モーターが消費する電流も通常のレベルに戻ります。 必要な電力供給を確保するため 電気機器と導電線の電力を増やす必要がある、それが価格の上昇につながります。
強力な電気モーターを始動すると、消費量が多いため供給電圧が「低下」し、同じラインから電力が供給されている機器の故障や故障につながる可能性があります。 また、電源装置の寿命も短くなります。
エンジンの焼損や深刻なオーバーヒートを引き起こすような緊急事態が発生した場合、 変圧器鋼の特性が変化する可能性がありますそのため、修理後はエンジンの出力が最大 30% 失われることになります。 このような状況では、それ以上の使用には適さなくなり、交換が必要になりますが、その費用も安くはありません。
なぜソフトスタートが必要なのでしょうか?
すべてが正しいようであり、機器はそのために設計されています。 しかし、必ず「でも」があります。 私たちの場合、それらはいくつかあります。
- 電気モーターを始動する瞬間、供給電流は定格の 4.5 ～ 5 倍を超える可能性があり、これにより巻線が大幅に加熱され、これはあまり良いことではありません。
- 直接スイッチングによってエンジンを始動すると、ジャークが発生し、主に同じ巻線の密度に影響を及ぼし、動作中の導体の摩擦が増大し、絶縁破壊が加速され、時間が経つと巻線間短絡が発生する可能性があります。
- 前述のジャークや振動は被駆動部全体に伝わります。 これはすでに完全に不健康です。 可動部分に損傷を与える可能性があります: ギア システム、ドライブ ベルト、コンベア ベルト、あるいは、ぎくしゃくと揺れるエレベーターに乗っているところを想像してみてください。 ポンプやファンの場合、タービンやブレードの変形や破損の危険性があります。
- 生産ラインにある可能性のある製品のことも忘れてはなりません。 このような衝撃により、落下したり、崩れたり、壊れたりする可能性があります。
- さて、おそらく注目に値する最後の点は、そのような機器の運用コストです。 私たちは、頻繁に発生する重要な負荷に伴う高価な修理だけでなく、非効率的に消費される大量の電力についても話しています。
上記の操作上の困難はすべて、強力で大型の産業用機器にのみ固有のものであるように思われますが、そうではありません。 これらすべては、普通の人にとって頭の痛い問題になる可能性があります。 これは主に電動工具に当てはまります。
ジグソー、ドリル、グラインダーなどのユニットの特定の使用には、比較的短期間に複数回の開始と停止のサイクルが必要です。 この動作モードは、産業用と同程度に耐久性とエネルギー消費に影響を与えます。 これらすべてを踏まえた上で、ソフトスタートシステムが重要であることを忘れないでください。 エンジン回転数を調整できないまたは方向を逆にします。 また、起動トルクを大きくしたり、モータロータの回転開始に必要な電流以下に下げることもできません。
ビデオ: 整流子のソフトスタート、調整および保護。 エンジン
電気モーター用ソフトスタートシステムのオプション
スターデルタシステム
産業用非同期モーターで最も広く使用されている始動システムの 1 つ。 その主な利点はシンプルさです。 スターシステムの巻線が切り替わるとエンジンが始動し、その後通常の速度に達すると自動的にデルタスイッチングに切り替わります。 これが開始オプションです ほぼ 3 分の 1 低い電流を実現できます電気モーターを直接始動する場合よりも優れています。
ただし、この方法は回転慣性が小さい機構には適していません。 たとえば、タービンのサイズと重量が小さいため、ファンや小型ポンプがこれに含まれます。 「星形」から「三角形」構成に移行する瞬間に、速度が急激に低下するか、完全に停止します。 その結果、スイッチング後、電気モーターは基本的に再び始動します。 つまり、最終的にはエンジン寿命の節約が達成できないだけでなく、おそらく過剰なエネルギー消費に終わることになります。
ビデオ: 三相非同期電気モーターを星形または三角形に接続する
電子モーターソフトスタートシステム
制御回路に接続されたトライアックによりスムーズなエンジン始動が可能です。 このような接続には、単相、二相、三相の 3 つの方式があります。 それぞれの機能と最終的なコストが異なります。
このようなスキームでは通常、 始動電流を低減することが可能公称最大 2 つまたは 3 つまで。 さらに、前述のスターデルタ システムに固有の大幅な発熱を軽減することができ、電動モーターの寿命を延ばすのに役立ちます。 電圧を下げることでエンジン始動を制御するため、他のサーキットのようにローターは急激に加速せずスムーズに加速します。
一般に、エンジン ソフト スタート システムには、いくつかの重要なタスクが割り当てられます。
- 主な方法は、始動電流を定格電流の 3 ～ 4 に減らすことです。
- 適切な電力と配線が利用可能な場合は、モーターの供給電圧を下げる。
- 始動および制動パラメータの改善。
- 電流過負荷に対する緊急ネットワーク保護。
単相始動回路
この回路は、11 キロワット以下の電力で電気モーターを始動するように設計されています。 このオプションは始動時のショックを和らげる必要がある場合に使用されますが、ブレーキ、ソフトスタート、始動電流の低減は問題ありません。 主に、後者をそのようなスキームで組織化することが不可能であるためです。 しかし、トライアックを含む半導体の製造が安価になったため、それらは製造中止され、めったに見られなくなりました。
二相始動回路
この回路は、最大 250 ワットの電力でモーターを調整および始動するように設計されています。 このようなソフトスタートシステム バイパス接触器が装備されていることもありますデバイスのコストを削減するためですが、これでは過熱につながる可能性のある位相供給の非対称性の問題は解決されません。
三相始動回路
この回路は、電気モーター用の最も信頼性が高く汎用的なソフトスタート システムです。 このようなデバイスによって制御されるモーターの最大出力は、使用されるトライアックの最大温度と電気的耐久性によってのみ制限されます。 彼の 汎用性があるため、多くの機能を実装できますダイナミック ブレーキ、フライバック ピックアップ、磁界と電流制限のバランスなど。
前述の回路の最後の重要な要素は、前述したバイパス コンタクタです。 彼 電気モーターのソフトスタート システムの正しい熱状態を確保できます。、エンジンが通常の動作速度に達した後、過熱を防ぎます。
現在存在する電気モーター用のソフト スタート デバイスは、上記の特性に加えて、さまざまなコントローラーや自動化システムと連携して動作するように設計されています。 これらは、オペレーターまたはグローバル制御システムからのコマンドによって起動する機能を備えています。 このような状況では、負荷がオンになると、オートメーションの誤動作につながる可能性のある干渉が現れる可能性があるため、保護システムに注意を払う価値があります。 ソフトスタート回路を使用すると、その影響を大幅に軽減できます。
自分でできるソフトスタート
上記に挙げた制度のほとんどは、実際には国内の状況では適用できません。 主な理由は、家庭では三相非同期モーターを使用することが非常にまれであるためです。 しかし、整流子の単相モーターは十分にあります。
エンジンをスムーズに始動させるための仕組みは数多くあります。 特定のものの選択は完全にあなた次第ですが、原則として、無線工学に関する一定の知識、熟練した手、そして意欲があれば、それは非常に簡単です。 まともな自家製スターターを組み立てることができます電動工具や家電製品の寿命を何年も延ばします。
小型で安価なアングルグラインダーの欠点は、ソフトスタートと速度制御ができないことです。 強力な電化製品を接続したことがある人なら誰でも、その瞬間にネットワーク照明の明るさがどのように低下するかに気づいたでしょう。 これは、強力な電化製品が起動時に膨大な電流を消費し、それに応じてネットワーク内の電圧が低下するためです。 特に信頼性の低い巻き線を備えた中国製のものでは、工具自体が故障する可能性があります。
ソフトスタート システムはネットワークとツールの両方を保護します。 スイッチを入れた瞬間の強いキックバック（衝撃）もありません。 また、速度調整器を使用すると、ツールに過負荷をかけることなく長時間作業することができます。
提示された回路は工業デザインからコピーされ、高価なデバイスにインストールされています。 アングルグラインダーだけでなく、整流子モーターを備えたドリルやフライス盤などにも使用できます。 この回路は非同期モーターには適していないため、周波数コンバータが必要です。
まず、速度調整用のコンポーネントを除いた、ソフトスタート システム用のプリント基板を描きました。 これは意図的に行われたものなので... いずれの場合も、レギュレータを配線する必要があります。 図があれば、どこに何を接続すればよいか誰もが理解できます。
この回路では、調整要素はデュアル オペアンプ LM358 であり、トランジスタ VD1 を通じてパワー トライアック BTA20-600 を制御します。 店から入手せず、BTA28（より強力）をインストールしました。 最大 1 kW のツールの場合、電圧が 600 V 以上、電流が 10 ～ 12 A のトライアックが適しています。 なぜなら 回路にはソフトスタートがあるため、始動電流によってトライアックが焼損することはありません。 動作中、トライアックは発熱するため、ラジエーター上に取り付ける必要があります。
自己誘導現象は、誘導性負荷を備えた回路が開いたときに観察されることが知られています。 私たちの回路では、回路 R1-C1 がグラインダーの電源がオフになったときの自己誘導を抑制し、トライアックを故障から保護します。 R1 は 47 ～ 68 オーム、電力は 1 ～ 2 W。 フィルムコンデンサー400V。
抵抗 R2 は、制御回路の低電圧部分に電流制限を提供します。 この部分自体が負荷であり、ある程度は安定化リンクでもあります。 このおかげで、抵抗の後は電源を安定化させることができません。 ただし、同じ回路にツェナー ダイオードを追加した変形例もあります。 インストールしなかったので… マイクロ回路の供給電圧は通常の制限内にあります。
低電力トランジスタの可能な代替品を図の下に示します。
レギュレータはマルチターン抵抗 R14 を使用して調整され、主な調整は抵抗 R5 を使用して行われます。 この回路では出力を 0 から調整することはできず、30 ～ 100% までしか調整できません。 よりシンプルで強力なレギュレーターが 0 から必要な場合は、長年にわたって実証されているバージョンを組み立てることができます。 確かに、アングルグラインダーの場合、最小限のパワーを得ても意味がありません。
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