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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA
Arrancador suave para motor asíncrono. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Los motores eléctricos El interés de los radioaficionados por el desarrollo de arrancadores suaves para motores eléctricos asíncronos no decae. Cada vez aparecen más diseños nuevos. Uno de ellos se ofrece a los lectores. Los arrancadores suaves basados en el microcircuito KR1182PM1, por ejemplo, los descritos en [1], se han vuelto bastante populares. Pero este microcircuito tiene características que no permiten lograr los resultados deseados sin obligar al circuito a volverse más complejo. El primero de ellos es el voltaje máximo de red de no más de 276 V. Para un motor eléctrico trifásico, esto claramente no es suficiente. Es necesario poner a cero el punto medio de la “estrella” de su estator para que la corriente no fluya entre las fases, sino entre cada fase y el neutro. Pero en este caso, es necesario regular la corriente de las tres fases; de lo contrario, una corriente muchas veces mayor que la nominal fluirá a través de uno de los devanados durante todo el tiempo de arranque. Y cuando los devanados se conectan en estrella con un punto medio aislado, basta con regular la corriente en sólo dos fases. La segunda característica es la necesidad de un circuito externo para la descarga forzada del condensador de sincronización, ya que su corriente de descarga a través del microcircuito KR1182PM1 es muy pequeña y el dispositivo estará listo para arrancar el motor solo después de bastante tiempo. Recientemente decidí desarrollar mi propio arrancador suave. Inmediatamente decidí no utilizar un microcontrolador, prescindir de una unidad para determinar el paso de la corriente por cero (por ejemplo, como en [2]) y hacerlo insensible al orden de alternancia de fases.
El diagrama del dispositivo propuesto se muestra en la Fig. 1. Consta de tres bloques funcionales. Dos de ellos son idénticos y son reguladores triac del valor de tensión efectiva en la carga, controlados mediante optoacopladores. El uso de dinistores simétricos VS3 y VS4 en ellos (más precisamente, análogos de dichos dinistores, microcircuitos KR1167KP1B) hizo posible simplificar significativamente los reguladores. El tercer bloque controla simultáneamente ambos reguladores, formando durante el proceso de arranque la ley necesaria para cambiar el valor efectivo del voltaje aplicado al motor. Para ello, modifica adecuadamente la corriente que fluye a través de los diodos emisores de los optoacopladores U1-U4, que controlan los reguladores. Los fotodiodos de estos optoacopladores funcionan en modo fotovoltaico; el voltaje que generan abre gradualmente los transistores VT1 y VT2. Al mismo tiempo, la resistencia de los transistores disminuye, por lo que, en cada medio ciclo de la tensión de red, los condensadores C7 y C8 logran cargarse hasta la tensión de apertura de los dinistores VS3 y VS4 en cada vez menos tiempo. En consecuencia, los triacs VS1 y VS2 se abren cada vez más temprano en cada semiciclo y se suministran partes cada vez mayores de los semiciclos a los devanados del motor eléctrico M1. Desafortunadamente, el voltaje máximo en los devanados del motor cuando se utilizan tales reguladores es 20...25 V menor que el voltaje de la red. Por lo tanto, se proporciona un relé K1, que se activa al final del proceso de arranque y conecta con sus contactos los electrodos 1 y 2 de los triacs VS1 y VS2. Esto también logra una reducción en la generación de calor del arrancador suave durante el modo de funcionamiento del motor. La unidad de control se alimenta desde una de las fases de una red trifásica a través de un condensador de extinción C1 y un rectificador en el puente de diodos VD2-VD5. Teniendo en cuenta que la tensión en la salida del puente es insignificante en comparación con la tensión de red, podemos considerar el rectificador como una fuente de corriente cuyo valor, aproximadamente 20 mA, está determinado por la reactancia del condensador C1 y es prácticamente independiente de la carga. La resistencia R5 limita el pulso de corriente de carga del condensador C1 cuando el dispositivo está conectado a la red. Recomiendo instalar esta resistencia a una altura de 5.7 mm por encima de la superficie de la placa de circuito, de modo que si se quema (por ejemplo, como resultado de una avería del condensador Cl), la placa no se dañe. La resistencia R6 es necesaria para descargar el condensador C1 después de desconectarse de la red. El condensador C5 suaviza las ondulaciones. Dos circuitos que constan de diodos optoacopladores emisores U1, U2 y U3, U4 conectados en serie están conectados al terminal positivo de este condensador a través de una resistencia constante R2 y un regulador R1. La corriente a través de los diodos emisores depende de la resistencia de estas resistencias y del valor del voltaje rectificado por el puente de diodos VD2-VD5, que, con una corriente rectificada constante, depende de la resistencia de carga del rectificador. La primera parte de esta carga es una cadena de diodos emisores. La segunda parte está formada por dos estabilizadores integrados en paralelo DA1 y DA2 conectados en serie. Cuanto más de los 20 mA disponibles fluyen a través de los reguladores integrados, menos queda para los diodos emisores. El estabilizador DA1 se enciende de tal manera que a medida que se carga el condensador C4, la resistencia de su sección cátodo-ánodo aumenta gradualmente y la corriente que lo atraviesa disminuye. Al mismo tiempo, el voltaje y la corriente rectificados a través de los diodos emisores de los optoacopladores aumentan gradualmente. El estabilizador DA2 establece el valor inicial de este voltaje (establecido ajustando la resistencia R9), que se logra muy rápidamente después de cerrar los contactos del interruptor SA1. Se produce un aumento adicional de voltaje suavemente a una velocidad determinada por la resistencia de la resistencia de ajuste R7 y la capacitancia del condensador C4. ¿Por qué es necesario configurar el voltaje inicial? El hecho es que si el voltaje en los devanados del motor eléctrico es demasiado bajo, la corriente ya fluye a través de sus devanados, pero el eje aún permanece inmóvil. Al mismo tiempo, el motor zumba y los devanados se calientan. Para evitar un modo tan indeseable, se establece el voltaje inicial, asegurando el inicio inmediato de la rotación del eje. El valor requerido de este voltaje depende en gran medida de la carga mecánica en el eje, por lo que su ajuste con la resistencia de ajuste R9 debe realizarse en condiciones reales de funcionamiento del motor. Una vez finalizado el proceso de arranque del motor, la tercera parte de la carga del rectificador comienza a funcionar en el puente de diodos VD2-VD5: el diodo zener VD1 y el diodo emisor del optoacoplador U5 conectados en serie. Cuando el voltaje en la salida del puente alcanza el voltaje de estabilización del diodo Zener (24 V), la resistencia de este último disminuye drásticamente. La corriente comienza a fluir a través de él y del diodo emisor del optoacoplador U5. El fotodinistor del optoacoplador se abre y se activa el relé K1, desviando los triacs VS1 y VS2 con sus contactos. A partir de este momento el motor M1 recibe plena tensión de red. Los optoacopladores 3OD101V se utilizaron como optoacopladores U1-U4 sólo porque los tenía en stock. Dado que el voltaje generado por el fotodiodo de un optoacoplador era insuficiente para encender el transistor, el número de optoacopladores se duplicó. Tanto los diodos emisores como los fotodiodos de cada par están conectados en serie. No se llevaron a cabo experimentos con otros optoacopladores de diodos. Es muy posible que también encajen. Hay optoacopladores de dos diodos (por ejemplo, AOD134AS), así como aquellos que contienen dos fotodiodos iluminados por un diodo emisor (por ejemplo, AOD176A). Quizás valga la pena probarlos también. Al seleccionar un reemplazo para los transistores 2SC4517, se debe prestar atención al voltaje máximo colector-emisor. No debe ser inferior a 600 V. Lo mismo se aplica al voltaje máximo en el estado apagado de los triacs VS1 y VS2. Los transistores 2SC4517 del dispositivo considerado se pueden utilizar sin disipadores de calor. La necesidad de eliminar el calor de los triacs depende de la potencia del motor eléctrico y de la frecuencia con la que se planea encenderlo. Relé K1 - RP-64 [3] con bobina para 220 V, 50 Hz. Se puede sustituir, por ejemplo, por un relé R20-3022-96-5230 [4] con dos grupos de contactos normalmente abiertos y una bobina de 230 V AC. Los condensadores C2 y C3 son condensadores de película. Los microcircuitos KR1167KP1B se pueden reemplazar con dinistores DB3 simétricos importados.
La configuración de un arrancador suave debe comenzar equilibrando dos reguladores. Para hacer esto necesita, como se muestra en la Fig. 2, aplíquele una tensión monofásica de 220 V, conectando en lugar del motor eléctrico M1 dos lámparas incandescentes de 220 V con una potencia de 40.60 W. Los terminales del condensador C4 deben conectarse con un puente. Después de aplicar la tensión de alimentación, utilice la resistencia de recorte R9 para establecer el brillo mínimo de las lámparas y utilice la resistencia de recorte R1 para lograr la misma intensidad de su brillo. Con la energía apagada, retire el puente del capacitor y vuelva a encender el dispositivo mientras monitorea el voltaje en el capacitor C5. Cuando alcance los 25.26 V, el relé K1 debería funcionar. Si todo está bien, puedes comprobar el voltaje de las lámparas. Antes de que funcione el relé K1, debe ser de al menos 190 V. Si el voltaje en las lámparas es menor, se puede reducir la resistencia de la resistencia R2, pero sólo para que no se exceda la corriente de control máxima permitida de los optoacopladores U1-U4. Ahora puede conectar un motor eléctrico al dispositivo y suministrar voltaje trifásico. En mi opinión, es mejor comenzar a seleccionar la duración de aceleración deseada con la velocidad mínima de aumento de voltaje en el motor (el control deslizante de la resistencia de ajuste R7 está en la posición superior según el diagrama) y el voltaje mínimo de arranque (el control deslizante (de la resistencia de trimado R9 está en la posición inferior según el diagrama). Me gustaría llamar su atención sobre el hecho de que técnicamente no es difícil abandonar el estabilizador DA2 simplemente excluyéndolo del circuito y los elementos relacionados con él y conectando los cables que iban al ánodo y al cátodo del estabilizador. Para ajustar el voltaje de arranque en este caso, instale las resistencias de ajuste R1' y R2', como se muestra en el diagrama de la Fig. 1 por líneas discontinuas. Noya no recomendaría hacer esto. En primer lugar, esto es un inconveniente, ya que tendrás que operar con dos resistencias de recorte a la vez, procurando no violar la igualdad de los valores de voltaje en los devanados del motor. En segundo lugar, no todas las resistencias de recorte son capaces de soportar un voltaje que se les aplica de aproximadamente 400 V. En tercer lugar, en el dispositivo considerado, las resistencias R1' y R2', a diferencia de otras resistencias de recorte, estarán a un alto voltaje en relación con el neutro de una red trifásica, que puede suponer un peligro si se toca accidentalmente. En conclusión, quiero decir que un arrancador suave no puede reemplazar un controlador de velocidad de frecuencia y mantener una velocidad reducida del eje del motor eléctrico durante mucho tiempo. Con su ayuda, solo es posible aumentar el tiempo de aceleración a la velocidad nominal y reducir la corriente de arranque. Mantener el motor eléctrico en el modo de aceleración más tiempo del necesario provocará un sobrecalentamiento de los devanados, porque la corriente que fluye a través de ellos en este modo, aunque es significativamente menor que la corriente de arranque estándar, aún excede la nominal. En este modo, el motor es muy sensible a la carga sobre el eje y puede detenerse si aumenta ligeramente. El mecanismo de embrague de un automóvil puede considerarse una analogía con un dispositivo de arranque suave de un motor eléctrico. El funcionamiento constante de un motor eléctrico asíncrono en modo de aceleración es similar a conducir un automóvil con el embrague no completamente acoplado. Literatura
Autor: P. Galashevsky
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