Как уменьшить пусковой ток вентилятора
Тут на днях вдруг в пробке начал греться двигатель, встал, закоротил датчик - вентилятор не включается, реле щёлкает. Снял разъем с реле, замкнул контакты подвернувшимся под руку штангельциркулем - крутится, но штангель аж горячий. Купил новое реле, пока работает, а у старого контакты выплавились. Вот и думаю заменить мощным полевиком и заодно сделать плавный пуск ШИМом. Сдвоенный рэйл2рэйл операционник, на одной половине релаксатор - генератор пилы, на другой - компаратор, и что-то вроде IRF8010 на выход. По-моему, самый дешёвый из мощных, 15мОм и 57А при 100 градусах, 80А при 25 градусах. Думаю, должно хватить. А какую элементную базу в аналогичных случаях народ применяет? Может я что-то более подходящее упустил? Кстати, заодно стоит предусмотреть и вход для управления вентилятором от маршрутника, да и для фар что-то подобное сделать.
Спасибо за инфу. А по поводу коробочки - никогда не применял чужие разработки там, где легко можно сваять что-то своё, под свои требования и в соответствии со своим видением проблемы. А вот какой силовой ключ применён в сих девайсах (или, как теперь модно говорить, гаджетах ;o) ), любопытно.
На выходе 2хIRF1404, или 2хIRF2404. Меньше нельзя, один IRF2407, как в Силыче, тоже - с Бошевским вентилятором работать будет ненадежно, кристалл выдерживает - корпус -нет.
ТОгда зачем вопросы задешь, раз все сам знаешь и умеешь?
[em]А вот какой силовой ключ применён в сих девайсах (или, как теперь модно говорить, гаджетах ;o) ), любопытно.[/em]
В Коробочке - два не очень мощных транзистора стоит, в Силыче - один, но из новых разработок (не уверен, что ты его сможешь найти в продаже - Леонид их получает непосредственно от изготовителя). Там проблема в том, что кристалл держит намного большие токи, нежели корпус (точнее, выводы). Сооветсвенно, разрушается не кристалл, а перегревется вывод и разрушается корпус транзистора.
Кроме того, 15 мОм - это очень дофига. Тот ключ, что пользует Леонид, стостит из трех кристаллов в одном корпусе, подклюяенных паралельно. Сопротивление каждого порядка 3.9мОм. В сумме, соотвественно, меньше 2мОм. И 5 силовых выводов паралельно используются. Плюс специальный драйвер, обеспечивающий свербыстрое переключение ключа и, соответсвенно, минимизирующие тепловыделение. Хочется еще раз повторить путь по граблям, уже пройденный другими разработчиками? Тогда паяльник в руки и в путь. В ФАКе есть вся необходимая информация.
P.S. Надежность и долговечность реле и ступенчатый запуск без бросков тока обеспечивает примитивнейшая схема из 2-х 70А реле (3110.3747) + допрезистор + снаберы на силовые контаткы реле. Городить для этого ШИМ схему совсем необязательно. А пропорциональное управление с помощью ШИМ - или посторять "коробочку", или повторять Силыч (первая на аналоге, второй на процессоре). Схема коробочки есть в ФАКе, схема Силыча еще проще (но там прошивка, которую никто не даст, а самому писать уйдет много времени т.к. есть там тонкости некотрые).
Насколько я понимаю (не спец в технологии) современные мощные транзисторы, особенно высокочастотные, давно уже состоят из множества параллельно включённых структур. На этом даже основан радиолюбительский способ "ремонта" пробитых полевиков - выжигается пробитый элемент и транзистор работает на оставшихся, с ухудшением параметров, естественно (S, Imax. ). В биполярах множество параллельных эмиттеров, а наши старые добрые сборки типа 286ЕП5 так вообще по сути микросхемы, хотя функционально - два ключевых транзистора. ХОТЯ OFF
Ну зачем же так сразу? Знаю, естественно, не всё Но конструкция такого уровня - это так называемая "конструкция выходного дня", т.е. на разработку и изготовление которой уходит минимум времени, буквально пару дней. Да, 15 мОм многовато, но терпимо. При 40А это 0.6В. Могло бы быть и поменьше. Для фар такого сопротивления хватит, для вентилятора можно поставить 2-3 транзистора впараллель. А можно действительно реле. Я и не знал, что на токи >30А выпускаются. 70А решит большинство проблем. Спасибо.
40А * 0.6В = 24ВА Куда рассеивать будешь? И потом - опыт показал, что если на транзисторе IRF написано, что он держит 50А, то это значит, что держит кристалл. Но не обязательно, что выдержит корпус. Гоша через это прошел уже - оплавлялись выводы, разрушался корпус. Отсюда и решение - ставить два в паралель. Леонид пошел немного другим путем - нашел новую разработку IRF и договорился с ними о поставках (вроде, его они даже в какую-то программу включили). Там и выделение тепла значительно меньше и нет проблем с большими токами.
А реле. 70А - реле стартера. Бывают на 50А. Я ставил на 70 (в ступенчатую схему включения + снаберы). Ездил года три. Потом ушло в резерв по причине установки Силыча. За три года ни одного отказа и ни одной замены реле.
А бывают еще контакторы типа КТ125 (см в магазинах для грузовиков). Те вообще рассчитаны на коммутацию сотни ампер. Только щелкают дюже громко. Но ему эти 40А рабочего (ампер 60-70 пускового) тока по барабану.
Но если хочется реально поизгалаться, то делай. Хотя плавный запуск может оказаться сложноватым в реализации (учти, что включать его нужно не с нуля а процентов с 30-40-ка номинального тока, плюс нужно еще правильно подобрать несущую частоту - при неправильном подборе получишь быстрый износ обмоток кулера, приводящий к межвиктковому замыканию плюс нестабильност в работе системы запуска - это я тебе выдаю пару граблей, которые пройдены другими разработчиками). По мне так куда проще сделать сначала включение через мощный токоограничитель (порядка полуома сопротивление) плюс временную задержку на секунду примерно, потом уже на полную мощь. Выльется это в два ключа + схема задержки - очень прмитивно.
Ну и диоды обратные не забывай ставить - транзисторы без них не живут совсем. Диоды Шоттки от того же IRF ампер на 45 (меньше не потянут на мощном кулере - тоже пройдено уже).
Обратные диоды и для реле не помеха. Может, потому реле и горят? У моего контакты как оспой изъедены. 24 Ватта в принципе не особая проблема - тем же вентилятором и будет обдуваться, да и не так уж много кулер работает, разве что в пробках. Но как вариант старт через резистор или полевик с ШИМ, а потом закоротить контактами реле, отключать в обратном порядке, чтобы исключить коммутационную перегрузку контактов, да плюс снабер - вот тогда реле на весь срок эксплуатации хватит.
Высокая нагрузка на бортовую сеть (генератор, аккумулятор, проводка).
4.
Высокая механическая нагрузка на подшипник при монтаже электровентилятора.
3.
Представляем тупо огромный предохранитель. Пусковой ток двигателя составляет 20,3 А на модели и иногда превышает 4,8 А на ходу.
Задача, которую я поставил, была: 1.
Используйте стандартную публикацию
2.
Не ставьте никаких дополнительных кнопок.
3.
В начале в этой модели машина — нет включите реле, чтобы включить вентилятор, чтобы его можно было заблокировать.
Устройство является генератором импульсов ШИМ. ШИМ запускается и начинает генерировать импульсы на выходе 3 с постоянной частотой и шириной импульса, которая изменяется со временем. Время задается емкостью конденсатора C3. Затем эти импульсы поступают на драйвер массивного полевого транзистора, который контролирует нагрузку на выходе устройства. Драйвер для IRF4905 собран на русском транзисторе KT315. Время открытия затвора IRF4905 напрямую зависит от емкости конденсатора и скорости его заряда. Выходной диод используется для сглаживания обратной эмиссии двигателя. В качестве диода я использовал диодное соединение Шоттки с общим катодом.
Р-канал Полевик, потому что он должен регулировать положительное напряжение. Вы можете использовать N-канал, но тогда вам придется переделать всю проводку, связанную с охлаждающей электроникой. Что еще нужно сделать нашему клиенту, так это сделать выводы из релейных выходов. Схема проста и выполнена в SMD, так что вы можете разместить ее на печатной плате размером с автореле. Часть схемы смонтирована, плотно установлена, а другая на небольшой плате.
Выбор устройства плавного пуска
При включении асинхронного двигателя в его роторе на короткое время возникает ток короткого замыкания, сила которого после набора оборотов снижается до номинального значения, соответствующего потребляемой электрической машиной мощности. Это явление усугубляется тем, что в момент разгона скачкообразно растет и крутящий момент на валу. В результате может произойти срабатывание защитных автоматических выключателей, а если они не установлены, то и выход из строя других электротехнических устройств, подключенных к той же линии. И в любом случае, даже если аварии не произошло, при пуске электромоторов отмечается повышенный расход электроэнергии. Для компенсации или полного устранения этого явления используются устройства плавного пуска (УПП).
Как реализуется плавный пуск
Чтобы плавно запустить электродвигатель и не допустить броска тока, используются два способа:
а) автотрансформатора или реостата;
б) ключевыми схемами на базе тиристоров или симисторов.
Именно ключевые схемы и являются основой построения электротехнических приборов, которые принято назвать устройствами плавного пуска или софтстартерами. Обратите внимание, что частотные преобразователи так же позволяют плавно запустить электродвигатель, но они лишь компенсируют резкое возрастание крутящего момента, не ограничивая при этом пускового тока.
Принцип работы ключевой схемы основывается на том, что тиристоры отпираются на определенное время в момент прохождения синусоидой ноля. Обычно в той части фазы, когда напряжение растет. Реже – при его падении. В результате на выходе УПП регистрируется пульсирующее напряжение, форма которого лишь приблизительно похожа на синусоиду. Амплитуда этой кривой растет по мере того, как увеличивается временной интервал, когда тиристор отперт.
Критерии выбора софтстартера
По степени снижения степени важности критерии выбора устройства располагаются в следующей последовательности:
- Мощность.
- Количество управляемых фаз.
- Обратная связь.
- Функциональность.
- Способ управления.
- Дополнительные возможности.
Тяжесть пуска влияет и на время его завершения. Он может длиться от десяти до сорока секунд. За это время тиристоры сильно нагреваются, поскольку рассеивают часть электрической мощности. Для повторения им надо остыть, а на это уходит столько же, сколько на рабочий цикл. Поэтому если технологический процесс требует частого включения-выключения, то выбирайте софтстартер как для тяжелого пуска. Даже если ваше устройство не нагружено и легко набирает обороты.
Количество фаз
Можно управлять одной, двумя или тремя фазами. В первом случае устройство в большей степени смягчает рост пускового момента, чем тока. Чаще всего используются двухфазные пускатели. А для случаев тяжелого и особо тяжелого пуска – трехфазные.
Обратная связь
может работать по заданной программе – увеличить напряжение до номинала за указанное время. Это наиболее простое и распространенное решение. Наличие обратной связи делает процесс управления более гибким. Параметрами для нее служат сравнение напряжения и вращающего момента или фазный сдвиг между токами ротора и статора.
Функциональность
Возможность работать на разгон или торможение. Наличие дополнительного контактора, который шунтирует ключевую схему и позволяет ей остыть, а также ликвидирует несимметричность фаз из-за нарушения формы синусоиды, которое приводит к перегреву обмоток.
Способ управления
Бывает аналоговым, посредством вращения потенциометров на панели, и цифровым, с применением цифрового микроконтроллера.
Дополнительные функции
Все виды защиты, режим экономии электроэнергии, возможность пуска с рывка, работы на пониженной скорости (псевдочастотное регулирование).
Правильно подобранный УПП увеличивает вдвое рабочий ресурс электродвигателей, экономит
до 30 процентов
электроэнергии.
Зачем нужно устройство плавного пуска (софтстартера)
Все чаще при запуске электроприводов насосов, вентиляторов применяются устройство плавного пуска (софтстартер). С чем это связано? В нашей статье мы постараемся осветить этот вопрос.
Асинхронные двигатели используются уже более ста лет, и за это время относительно мало изменилось их функционирование. Запуск этих устройств и связанные с ним проблемы хорошо известны их владельцам. Пусковые токи приводят к просадкам напряжения и перегрузкам проводки, вследствие чего:
- некоторая электротехника может самопроизвольно отключаться;
- возможен сбой оборудования и т. д.
Своевременно установленный приобретенный и подключенный софтстартер позволяет избежать лишних трат денег и головной боли.
Что такое пусковой ток
В основе принципа действия асинхронных двигателей лежит явление электромагнитной индукции. Наращивание обратной электродвижущей силы (э. д. с), которая создается путем применения изменяющегося магнитного поля во время запуска двигателя, приводит к переходным процессам в электрической системе. Этот переходной режим может повлиять на систему электропитания и другое оборудование, подключенное к нему.
Во время запуска электродвигатель разгоняется до полной скорости. Продолжительность начальных переходных процессов зависит от конструкции агрегата и характеристик нагрузки. Пусковой момент должен быть наибольшим, а пусковые токи – наименьшими. Последние влекут за собой пагубные последствия для самого агрегата, системы электроснабжения и оборудования, подключенного к нему.
В течение начального периода пусковой ток может достигать пяти-восьмикратного тока полной нагрузки. Во время пуска электродвигателя кабели вынуждены пропускать больше тока, чем во время периода стабильного состояния. Падение напряжения в системе также будет намного больше при пуске, чем во время стабильной работы – это становится особенно очевидным при запуске мощного агрегата или большого числа электродвигателей одновременно.
Способы защиты электродвигателя
Поскольку использование электродвигателей стало широко распространенным, преодоление проблем с их запуском стало проблемой. На протяжении многих лет для решения этих задач были разработано несколько методов, каждый из которых имеет свои преимущества и ограничения.
В последнее время были достигнуты значительные успехи в использовании электроники в регулировании электроэнергии для двигателей. Все чаще при запуске электроприводов насосов, вентиляторов применяются устройство плавного пуска. Всё дело в том, что прибор имеет ряд особенностей.
Особенностью устройства пуска является то, что он плавно подаёт на обмотки двигателя напряжение от нуля до номинального значения, позволяя двигателю плавно разгоняться до максимальной скорости. Развиваемый электродвигателем механический момент пропорционален квадрату приложенного к нему напряжения.
В процессе пуска УПП постепенно увеличивает подаваемое напряжение, и электромотор разгоняется до номинальной скорости вращения без большого момента и пиковых скачков тока.
Виды устройств плавного пуска
На сегодняшний день для плавного запуска техники используются три типа УПП: с одной, двумя и со всеми управляемыми фазами.
Первый тип применяется для однофазного двигателя для обеспечения надежной защиты от перегрузки, перегрева и снижения влияния электромагнитных помех.
Как правило, схема второго типа помимо полупроводниковой платы управления включает в себя байпасный контактор. После того как двигатель раскрутится до номинальной скорости, байпасный контактор срабатывает и обеспечивает прямую подачу напряжения на электродвигатель.
Трехфазный тип является самым оптимальным и технически совершенным решением. Он обеспечивает ограничение тока и силы магнитного поля без перекосов по фазам.
Зачем же нужно устройство плавного пуска?
Благодаря относительно невысокой цене популярность софтстартеров набирает обороты на современном рынке промышленной и бытовой техники. УПП для асинхронного электродвигателя необходимо для продления его срока службы. Большим преимуществом софтстартера является то, что пуск осуществляется с плавным ускорением, без рывков.
Есть отличная альтернатива устройству плавного пуска. Стоимость отличается, но и функциональные возможности расширенные.
Преобразователь частоты
– это решение задачи, когда требуется регулирование скорости электродвигателя и автоматизация работы технологичного оборудования через обратную связь посредством датчика. При помощи преобразователя Вы сможете решить более сложные и разносторонние вопросы по автоматизации электропривода.
Современные тенденции снижения массы и габаритов приборов привели к тому, что практически в каждом устройстве применяют импульсные источники питания, ведь они превосходят трансформаторные не только по вышеперечисленным характеристикам, но также и в качестве получаемого постоянного напряжения, имеют широкие возможности регулировки выходного напряжения и тока, а также традиционно оснащены защитой от перегрузки по выходному току, но во всем есть и обратная сторона.
Давайте постараемся разобраться, где тут подводные камни.
Что же делать в такой ситуации? Многие приходят к следующим вариантам решения данной проблемы:
Давайте разберем отрицательные стороны таких методов.
- Поочередное включение. Как это осуществить? Первый способ: щелкать автоматами по 1 (опять же если их не выбивает), второй способ: включать по 1 усилителю (модулю экрана, кабинету активного массива, световому прибору). И вроде да, все хорошо, запустились, но что, если свет отключат в момент концерта? Повторный запуск займет достаточно много времени.
Попробуем разобраться как более профессионально бороться с данной проблемой. Для начала разберемся откуда берутся эти пусковые токи. Рассмотрим схему простейшего импульсного блока питания.
До включения блока питания конденсатор C1 полностью разряжен и напряжение на нем равно нулю, в то время как в рабочем режиме оно достигает амплитудного значения напряжения сети, равного, при входном напряжении 220 В, около 310 В. Поскольку напряжение на конденсаторе измениться мгновенно не может, то в момент включения схемы обязательно должен произойти бросок тока из-за необходимости заряда конденсатора фильтра и этот ток надо куда-то рассеять, часть конечно потеряется в проводниках и рассеется в тепло, но большую часть придется поглотить блокам питания, а некоторые, к сожалению, на это неспособны, соответственно это чревато выходом из строя не только автоматических выключателей, но и самих блоков питания.
Максимальное значение пускового тока зависит не только от электрических характеристик элементов схемы, но и от момента включения ее в сеть. Наихудшим случаем считается подключение к сети в моменты, когда ее напряжение равно амплитудным значениям (пик синуса). В такой ситуации пусковой ток может превышать номинальный в 600 раз! Соответственно если блок питания всего 6 ампер, то в неудачное время включения Вы можете получить ток в проводниках в 3600А, хотя и время будет совсем небольшим (1мс), но такой импульсный ток способен хорошо нагреть контакты в вилках, розетках, автоматических выключателях, реле и т.д. Если в цепи присутствуют прослабленные контакты, то возможно образование дуги, которая просто-напросто выжжет данное соединение.
Для предотвращения появления большого пусковой тока чаще всего устанавливают термистор с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления. В момент включения, когда сопротивление термистора велико, пусковой ток мал. После запуска источника питания ток, протекающий через термистор, разогревает его, что приводит к снижению его сопротивления и, как следствие, к уменьшению влияния на работу схемы
Еще одна проблема, это параллельное подключение большого количества блоков питания.
Пусковые токи – формула
Из формулы видно, что, подключая большое количество блоков питания, мы понижаем защитное сопротивление цепи.
Из всего вышесказанного очевидно, что проблему пусковых токов необходимо как-то решать. Давайте рассмотрим некоторые способы:
- Использование выключателей нагрузки вместо автоматических выключателей.
Выключатель нагрузки – аппарат коммутационный, в котором конструктивно отсутствует расцепители максимального тока и “перегрузки”, но он может коммутировать цепи под нагрузкой. Т.е. мы приходим практически к тому же, что поставить больший номинал, только меньше подгораний контактов.
- Использовать реле с дугогасящей камерой и специальными контактами, понижающими риск образования дуги.
У таких реле, как правило, в инструкции прописаны токи включения активной и индуктивной нагрузки. Камера содержит дугогасительное устройство, выдувающее устройство, которое выдувает электрическую дугу в дугогасительное устройство, и множество выполненных в форме ламелей элементов гашения электрической дуги, между которыми образованы проточные каналы. Проточные каналы соответственно имеют участок рассеивания. Участки рассеивания соседних проточных каналов выполнены с различными наклонами, так что выдуваемый воздух отклоняется проточными каналами в различных направлениях. Т.е. камера просто рассеивает дугу от контактов.
Именно такие реле мы применяем в наших стандартных секвенсорах и DMX свитчерах.
Минус данной системы в том, что активной нагрузки данное реле выдерживает 8000ВА, а индуктивной всего 1450ВА. Т.е. потребуется достаточно большое количество каналов для организации питания большого экрана.
- использование контакторов или магнитных пускателей.
Они имеют хорошо подпружиненные контакты и применяются как раз в схемах с большими пусковыми токами. Из минусов – большие габариты и масса устройств.
Принцип действия устройства заключается в том, что подача напряжения происходит в два этапа:
- Производится открытие полупроводникового ключа с последовательно подключенным резистором при переходе тока через ноль, тем самым уменьшая электромагнитные помехи и предотвращая высокие броски тока.
- Затем включается силовое реле минимум через 3 периода при частоте сети 50Гц, и отключатся полупроводниковый ключ. Т.к. изначально ток течет через полупроводниковый ключ и токоограничивающий резистор, при подключении силового реле отсутствует искрообразование на силовых контактах, тем самым значительно продлевается срок службы реле. Реле служит для коммутации большой нагрузки без нагрева полупроводникового ключа и токоограничивающего резистора и обеспечивает непосредственное подключение потребителя к сети.
Выключение происходит в обратной последовательности, т.е. включается полупроводниковый ключ с последовательно подключенным резистором, выключается силовое реле, затем выключается полупроводниковый ключ.
Данная система позволяет значительно повысить срок службы импульсных блоков питания, а соответственно и всего оборудования и позволяет нагрузить 16А автоматический выключатель полностью, согласно его номиналу.
Проблема пусковых токов выпрямительных устройств не нова. В свою очередь мы, компания EDS, потратили значительное количество времени, чтобы постараться устранить данную проблему для сферы проката и инсталляции профессионального оборудования, проанализировав создав устройства, не имеющие аналогов на отечественном и зарубежном рынке. Надеемся, что наши устройства будут полезны для Вас и будут надежно оберегать Ваше оборудование.
В большинстве случаев создаваемый вентилятором процессорного кулера воздушный поток избыточен, особенно учитывая, что он циркулирует в замкнутом пространстве корпуса. Воздух, продуваемый через ребра радиатора, просто не успевает нагреваться. Гораздо большее значение имеет площадь поверхности и материал радиатора, плотность прилегания к кристаллу, а также температура внутри корпуса (вернее, разность температуры радиатора и воздуха); обороты же вентилятора зачастую можно снизить вдвое, при этом температура процессора возрастет лишь на вполне безопасные 3–5 градусов.
Теперь перейдем к способам снижения оборотов вентиляторов.
Более грамотное решение — снижение тока с помощью резистора, включенного в разрыв провода питания вентилятора. Номинал зависит от мощности вентилятора и степени снижения оборотов; для типовых кулеров применимы резисторы от 10 до 75 Ом мощностью 0,25 Вт. Подобный способ применяется не только на любительском уровне: промышленно выпускаются переходники (на фото); обычно там используется резистор 10 Ом, который снижает обороты незначительно. Недостаток такого решения — сильное ограничение пускового тока вентилятора. В один прекрасный момент забившийся пылью подшипник может не позволить ротору сдвинуться с места.
Самое же корректное, на мой взгляд, решение — включение в разрыв цепи питания вентилятора стабилитрона с напряжением стабилизации 3–6 В. Подбором типа стабилитрона можно выбрать нужные обороты, при этом сохраняется и большой пусковой ток, и работоспособность схемы контроля оборотов.
Используя подобные решения, не забывайте о программах мониторинга, контролирующих вентиляторы. Если монитор системной платы плохо совместим с низкооборотным вентилятором, обновите BIOS: большинство производителей добавили в последнее время поддержку низкооборотных кулеров.
Напоследок расскажу одну историю. Месяц назад, покупая самый дешевый привод CD-RW, я спросил продавца: что взять при равной цене — NEC или Mitsumi? И без всяких наводящих вопросов получил ответ: конечно же, Mitsumi — он тише, а скорость… да что тебе скорость?
Читайте также: