Soft Starter (Inrush Current Limiter) για φορτία AC και DC: 10 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:33

Το ρεύμα εισβολής/το κύμα ενεργοποίησης είναι το μέγιστο στιγμιαίο ρεύμα εισόδου που αντλεί μια ηλεκτρική συσκευή κατά την πρώτη ενεργοποίηση. Το ρεύμα εισόδου είναι πολύ υψηλότερο από το ρεύμα σταθερής κατάστασης του φορτίου και αυτή είναι η πηγή πολλών προβλημάτων όπως η ανατίναξη της ασφάλειας, η αποτυχία φορτίου, η μείωση της διάρκειας ζωής του φορτίου, οι σπινθήρες στις επαφές του διακόπτη … κλπ. Το παρακάτω σχήμα δείχνει το φαινόμενο ρεύματος εισβολής που καταγράφεται το παλμογράφο Siglent SDS1104X-E. Η μακρά ακίδα είναι σαφής. Σε αυτό το άρθρο, προσπάθησα να αντιμετωπίσω αυτό το πρόβλημα με μια εύκολη, αλλά αποτελεσματική λύση. Έχω εισαγάγει δύο κυκλώματα για φορτία AC και DC.

Προμήθειες

Άρθρο:

[1] Φύλλο δεδομένων DB107:

[2] Φύλλο δεδομένων BD139:

[3] Σχηματικό σύμβολο DB107 και αποτύπωμα PCB:

[4] BD139 Σχηματικό σύμβολο και αποτύπωμα PCB:

[5] Προσθήκες CAD:

Βήμα 1: Τρέχουσα ακίδα εισόδου που καταγράφηκε στο SDS1104X-E DSO (λειτουργία μονής λήψης)

Το AC Soft StarterFigure-1 δείχνει το σχηματικό διάγραμμα της συσκευής. Το P1 χρησιμοποιείται για τη σύνδεση της εισόδου 220V-AC και του διακόπτη ON/OFF στο κύκλωμα. Το C1 χρησιμοποιείται για τη μείωση της τάσης AC. Η τιμή του C1 καθορίζει επίσης τον τρέχοντα ρυθμό χειρισμού για την παροχή χωρίς μετασχηματιστή που θα χρησιμοποιηθεί από το υπόλοιπο κύκλωμα. Σε αυτήν την εφαρμογή, το 470nF ήταν επαρκές. Το R1 εκφορτίζει το C1 για να αποφύγει τυχόν ανεπιθύμητο σοκ υψηλής τάσης όταν ο χρήστης αποσυνδέσει τη συσκευή από την πρίζα. Το R2 είναι μια αντίσταση 1W που έχει χρησιμοποιηθεί για τον περιορισμό του ρεύματος.

Βήμα 2: Εικόνα 1, Σχηματικό διάγραμμα του AC Soft Starter

Το BR1 είναι ένας ανορθωτής γέφυρας DB107-G [1] που έχει χρησιμοποιηθεί για τη μετατροπή της τάσης AC σε DC. Το C2 μειώνει τον κυματισμό και το R3 εκφορτίζει το C2 στο Switch-OFF. Επίσης, παρέχει ένα ελάχιστο φορτίο για τη διατήρηση της διορθωμένης τάσης σε λογικό επίπεδο. Το R4 μειώνει την τάση και περιορίζει το ρεύμα για το υπόλοιπο κύκλωμα. Το D1 είναι μια δίοδος Zener 15V και έχει χρησιμοποιηθεί για τον περιορισμό της τάσης κάτω των 15V. Τα C3, R5 και R6 δημιουργούν ένα δίκτυο χρονοδιακόπτη για το ρελέ. Αυτό σημαίνει ότι καθυστερεί την ενεργοποίηση του ρελέ. Η τιμή R6 είναι απαραίτητη, δεν πρέπει να είναι πολύ χαμηλή για να πέσει πολύ η τάση και δεν πρέπει να είναι πολύ υψηλή για να μειωθεί ο χρόνος απόκρισης του δικτύου. Το 1K παρείχε ικανοποιητικό ρυθμό εκφόρτισης για σχετικά υψηλή ταχύτητα ενεργοποίησης/απενεργοποίησης. Με τα πειράματά μου, αυτό το δίκτυο παρέχει αρκετό χρόνο καθυστέρησης και απόκρισης, φυσικά, είστε ελεύθεροι να τα τροποποιήσετε με βάση τις εφαρμογές σας.

Το Q1 είναι το τρανζίστορ NPN BD139 [2] για ενεργοποίηση/απενεργοποίηση του ρελέ. Το D2 προστατεύει το Q1 από τα αντίστροφα ρεύματα του επαγωγέα του ρελέ. Το R7 είναι μια αντίσταση σειράς 5W που περιορίζει το ρεύμα εισβολής ενεργοποίησης. Μετά από μια μικρή καθυστέρηση, το ρελέ κάνει βραχυκύκλωμα της αντίστασης και η πλήρης ισχύς ισχύει για το φορτίο. Η τιμή του R7 έχει οριστεί σε 27R. Μπορείτε να το τροποποιήσετε ανάλογα με τη φόρτωση ή την εφαρμογή σας.

DC Soft StarterΗ εικόνα 2 δείχνει το σχηματικό διάγραμμα του μαλακού εκκινητή DC. Είναι μια απλούστερη έκδοση του μαλακού εκκινητή AC με μερικές μικρές τροποποιήσεις.

Βήμα 3: Εικόνα 2, Σχηματικό διάγραμμα του DC Soft Starter

Το P1 χρησιμοποιείται για τη σύνδεση της παροχής 12V και του διακόπτη ON/OFF στην πλακέτα. Τα R2, R3 και C2 δημιουργούν το δίκτυο καθυστέρησης για το ρελέ. Το R4 είναι η τρέχουσα περιοριστική αντίσταση. Το ίδιο με τη μαλακή εκκίνηση AC, είστε ελεύθεροι να τροποποιήσετε τις τιμές του δικτύου καθυστέρησης και του R4 για το συγκεκριμένο φορτίο ή την εφαρμογή σας.

Διάταξη PCB Το σχήμα 3 δείχνει τη διάταξη PCB του μαλακού εκκινητή AC. Όλα τα πακέτα συστατικών είναι DIP. Ο πίνακας είναι μονής στρώσης και αρκετά εύκολος στην κατασκευή.

Βήμα 4: Εικόνα 3, Διάταξη PCB του AC Soft Starter

Το σχήμα 4 δείχνει τη διάταξη PCB του μαλακού εκκινητή DC. Όπως και παραπάνω, όλα τα πακέτα εξαρτημάτων είναι DIP και ο πίνακας είναι μονής στρώσης.

Βήμα 5: Εικόνα 4, Διάταξη PCB του DC Soft Starter

Και για τα δύο σχέδια, χρησιμοποίησα τα σχηματικά σύμβολα SamacSys και ίχνη PCB. Συγκεκριμένα, για τα DB107 [3] και BD139 [4]. Αυτές οι βιβλιοθήκες είναι δωρεάν και ακολουθούν βιομηχανικά πρότυπα IPC. Χρησιμοποίησα λογισμικό Altium Designer CAD, οπότε χρησιμοποίησα το πρόσθετο SamacSys Altium [5] (Εικόνα 5).

Βήμα 6: Εικόνα 5, Πρόσθετο SamacSys Altium και Βιβλιοθήκες μεταχειρισμένων στοιχείων

Το σχήμα 6 δείχνει μια τρισδιάστατη όψη του μαλακού εκκινητή AC και το σχήμα 7 δείχνει μια τρισδιάστατη όψη του μαλακού εκκινητή DC.

Βήμα 7: Εικόνα 6, 7: Προβολές 3D από τους μαλακούς εκκινητές AC και DC

Σχήμα 8 δείχνει τη συναρμολογημένη πλακέτα μαλακής μίζας AC και το σχήμα 9 δείχνει τη συναρμολογημένη μαλακή μίζα DC.

Βήμα 8: Εικόνα 8, 9: Συναρμολογημένο (πρώτο πρωτότυπο) του DC και AC Soft Starter

Σχήμα 10 δείχνει το διάγραμμα καλωδίωσης του μαλακού εκκινητή AC και το σχήμα 11 δείχνει το διάγραμμα καλωδίωσης του μαλακού εκκινητή DC.

Βήμα 9: Εικόνα 10, 11: Διαγράμματα καλωδίωσης του μαλακού εκκινητή AC και DC

Λογαριασμός Υλικών

Μπορείτε να λάβετε υπόψη τον λογαριασμό των υλικών στην παρακάτω εικόνα