Soft Starter (ogranicznik prądu rozruchowego) dla obciążeń AC i DC: 10 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:28

Prąd rozruchowy/przepięcie przy włączaniu to maksymalny chwilowy prąd wejściowy pobierany przez urządzenie elektryczne po pierwszym włączeniu. Prąd rozruchowy jest znacznie wyższy niż prąd w stanie ustalonym obciążenia i jest to źródłem wielu problemów, takich jak przepalenie bezpiecznika, awaria obciążenia, skrócenie żywotności obciążenia, iskrzenie na stykach przełącznika… itd. Poniższy rysunek przedstawia zjawisko prądu rozruchowego uchwycone na oscyloskop Siglent SDS1104X-E. Długi kolec jest wyraźny. W tym artykule próbowałem rozwiązać ten problem za pomocą prostego, ale skutecznego rozwiązania. Wprowadziłem dwa obwody dla obciążeń AC i DC.

Kieszonkowe dzieci

Artykuł:

[1] Arkusz danych DB107:

[2] Arkusz danych BD139:

[3] Symbol schematu DB107 i obrys PCB:

[4] Symbol schematu BD139 i ślad PCB:

[5] Wtyczki CAD:

Krok 1: Skok prądu rozruchowego uchwycony w DSO SDS1104X-E (tryb pojedynczego strzału)

AC Soft StarterRysunek-1 przedstawia schemat ideowy urządzenia. P1 służy do podłączenia wejścia 220V-AC i przełącznika ON/OFF do obwodu. C1 służy do zmniejszania napięcia AC. Wartość C1 określa również szybkość obsługi prądu dla zasilania beztransformatorowego, które ma być używane przez resztę obwodu. W tej aplikacji 470nF było wystarczające. R1 rozładowuje C1, aby uniknąć niepożądanego porażenia wysokim napięciem, gdy użytkownik odłącza urządzenie od sieci. R2 to rezystor 1W, który został użyty do ograniczenia prądu.

Krok 2: Rysunek 1, Schemat ideowy softstartu AC

BR1 to prostownik mostkowy DB107-G [1], który został użyty do konwersji napięcia AC na DC. C2 zmniejsza tętnienie, a R3 rozładowuje C2 przy WYŁĄCZENIU. Zapewnia również minimalne obciążenie, aby utrzymać wyprostowane napięcie na rozsądnym poziomie. R4 zmniejsza napięcie i ogranicza prąd w pozostałej części obwodu. D1 to 15V dioda Zenera i została wykorzystana do ograniczenia napięcia poniżej 15V. C3, R5 i R6 budują sieć czasową dla przekaźnika. Oznacza to opóźnienie aktywacji przekaźnika. Wartość R6 jest istotna, nie powinna być zbyt niska, aby zbytnio obniżyć napięcie i nie powinna być zbyt wysoka, aby skrócić czas odpowiedzi sieci. 1K zapewniał zadowalającą szybkość rozładowania przy stosunkowo wysokiej prędkości włączania/wyłączania. Dzięki moim eksperymentom ta sieć zapewnia wystarczające opóźnienie i czas odpowiedzi, oczywiście możesz je dowolnie modyfikować w oparciu o swoje aplikacje.

Q1 to tranzystor NPN BD139 [2] do aktywacji/dezaktywacji przekaźnika. D2 chroni Q1 przed prądami wstecznymi cewki przekaźnika. R7 to rezystor serii 5W, który ogranicza prąd rozruchowy przy włączaniu. Po krótkim opóźnieniu przekaźnik zwiera rezystor, a do obciążenia zostaje przyłożona pełna moc. Wartość R7 została ustawiona na 27R. Możesz go modyfikować w zależności od obciążenia lub aplikacji.

DC Soft StarterRysunek 2 przedstawia schemat ideowy softstartera DC. Jest to prostsza wersja softstartu AC z niewielkimi modyfikacjami.

Krok 3: Rysunek 2, Schemat ideowy softstartu DC

P1 służy do podłączenia zasilania 12V i przełącznika ON/OFF do płytki. R2, R3 i C2 tworzą sieć opóźniającą dla przekaźnika. R4 to rezystor ograniczający prąd. Podobnie jak w przypadku softstartu AC, możesz dowolnie modyfikować sieć opóźnienia i wartości R4 dla konkretnego obciążenia lub aplikacji.

Układ PCB Rysunek 3 przedstawia układ PCB softstartera AC. Wszystkie pakiety komponentów są DIP. Deska jest jednowarstwowa i dość łatwa do zbudowania.

Krok 4: Rysunek 3, Układ PCB softstartu AC

Rysunek 4 przedstawia układ PCB softstartera DC. Tak samo jak powyżej, wszystkie pakiety komponentów są DIP, a płytka jest jednowarstwowa.

Krok 5: Rysunek 4, Układ PCB softstartu DC

W obu projektach użyłem symboli schematów SamacSys i obrysów PCB. W szczególności dla DB107 [3] i BD139 [4]. Biblioteki te są bezpłatne i zgodne z przemysłowymi standardami IPC. Użyłem oprogramowania Altium Designer CAD, więc użyłem wtyczki SamacSys Altium [5] (Rysunek 5).

Krok 6: Rysunek 5, Wtyczka SamacSys Altium i używane biblioteki komponentów

Rysunek 6 przedstawia widok 3D softstartera AC, a rysunek 7 przedstawia widok 3D softstartera DC.

Krok 7: Rysunek 6, 7: Widoki 3D z softstartów AC i DC

Montaż Rysunek 8 przedstawia zmontowaną płytę softstartu AC, a rysunek 9 przedstawia zmontowany softstarter DC.

Krok 8: Rysunek 8, 9: Zmontowany (pierwszy prototyp) softstartu DC i AC

Schemat połączeń Rysunek 10 przedstawia schemat połączeń softstartu AC, a rysunek 11 schemat połączeń softstartu DC.

Krok 9: Rysunek 10, 11: Schematy połączeń softstartu AC i DC

Zestawienie materiałów

Możesz rozważyć zestawienie materiałów na poniższym obrazku