Трехфазные электродвигатели широко используются на многих объектах. В силу специфических условий эксплуатации, довольно часто возникает необходимость изменения направления вращения вала того или иного агрегата. Для этих целей лучше всего подходит стандартная схема реверса трехфазного двигателя, применяемая для открытия и закрытия гаражных ворот, обеспечения работы лифтов, погрузчиков, кран-балок и другого оборудования.
В промышленности и сельском хозяйстве нашли широкое применение различные типы трехфазных асинхронных электродвигателей. Они устанавливаются в электроприводах оборудования, служат составной частью автоматических устройств. Трехфазные агрегаты завоевали популярность, благодаря высокой надежности, простому обслуживанию и ремонту, возможности работы напрямую от сети переменного тока.
Специфика работы устройств, работающих с электродвигателями, предполагает необходимость изменения направления вращения вала, называемого реверсом. Для таких ситуаций разработаны специальные схемы, в состав которых включены дополнительные электрические приборы. Прежде всего, это вводный автомат, имеющий соответствующие параметры, контакторы (2 шт.), тепловое реле и элементы управления в виде трех кнопок, объединенных в общий кнопочный пост.
Для того чтобы вал начал вращаться в противоположную сторону, необходимо изменить расположение фаз подаваемого напряжения. Необходим постоянный контроль над значением напряжения, поступающего на электродвигатель и катушки контакторов. Непосредственное выполнение реверса в трехфазном двигателе осуществляется контакторами (КМ) № 1 и № 2. При срабатывании контактора № 1, фазы поступающего напряжения будут располагаться иначе, нежели при срабатывании контактора № 2.
Для управления катушками обоих контакторов предусмотрены три кнопки - ВПЕРЕД, НАЗАД и СТОП. Они обеспечивают питание катушек в зависимости от расположения фаз. Порядок включения контакторов влияет на замыкание электрической цепи таким образом, что вращение вала двигателя в каждом случае происходит строго в определенную сторону. Кнопку НАЗАД необходимо только нажать, но не удерживать, так как она сама оказывается в нужном положении под действием самоподхвата.
На всех трех кнопках установлена блокировка, предотвращающая их одновременное включение. Несоблюдение этого условия может привести к возникновению в электрической цепи короткого замыкания и выходу из строя оборудования. Для блокировки кнопок используется специальный блок-контакт, расположенный в соответствующем контакторе.
В каждой системе, обеспечивающей реверс трехфазного электродвигателя, имеются специфические кнопочные контакты, объединенные в общий кнопочный пост. Работа этой системы тесно связана с функционированием остальных элементов схемы.
Всем известно, что включение контактора осуществляется с помощью управляющего импульса, поступающего после нажатия на пусковую кнопку. Данная кнопка в первую очередь обеспечивает подачу напряжения на катушку управления.
Включенное состояние удерживается и сохраняется, благодаря принципу самоподхвата. Он заключается в параллельном подключении (шунтировании) к пусковой кнопке вспомогательного контакта, обеспечивающего подачу напряжения на катушку. В связи с этим уже нет необходимости удерживать кнопку ПУСК в нажатом состоянии. Таким образом, магнитный пускатель может отключиться только после разрыва цепи катушки управления, поэтому в схеме необходима кнопка с размыкающим контактом. В связи этим, кнопки управления, объединенные в кнопочный пост, оборудуются двумя парами контактов - нормально открытыми (NO) и нормально закрытыми (NC).
Все кнопки выполнены в универсальном варианте для того, чтобы обеспечить моментальный реверс двигателя, если в этом возникнет срочная необходимость. Отключающая кнопка, в соответствии с общепринятыми нормами, имеет название СТОП и маркируется красным цветом. Кнопка включения известна как стартовая или пусковая, поэтому она именуется по-разному с помощью слов ПУСК, ВПЕРЕД или НАЗАД.
В некоторых случаях кнопочный пост может использоваться в нереверсивной схеме работы электродвигателя, когда его вал вращается лишь в одном направлении. Запуск производится кнопкой пуск, а остановка произойдет через определенный промежуток времени после нажатия кнопки СТОП, когда вал преодолеет инерцию. Подключение такой схемы может быть выполнено в двух вариантах, с помощью катушек управления на 220 и 380 вольт.
Во всех случаях перед подключением кнопочного поста составляется схема его монтажа. В первую очередь выполняется подключение контактора, при отсутствии напряжения на входном кабеле. Для непосредственного управления напряжение может сниматься с любой фазы, какая будет наиболее удобна для использования. Проводник, соединяемый с кнопкой СТОП, подключается совместно с проводом фазы к соответствующей клемме контактора. Во избежание путаницы, нормально разомкнутые контакты маркируются цифрами 1 и 2, а нормально замкнутые - цифрами 3 и 4.
По завершении монтажа в кнопочном посте устанавливается перемычка, затем подключается провод, соединяющий клемму 1 кнопки ПУСК и вывод катушки управления контактора.
Довольно часто трехфазные электродвигатели используются в бытовых условиях и включаются в однофазную сеть. Для таких случаев предусмотрена реверсивная схема подключения электродвигателя в однофазной сети. Принцип действия такой схемы очень простой: для выполнения реверса используются конденсаторы, питание которых переключается между полюсами питающего напряжения. Управление схемой осуществляется кнопкой.
Поскольку питающее напряжение составляет 220 В, соединение обмоток двигателя будет выполнено звездой, а на клеммник подведено три вывода. На кнопке управления между клеммами устанавливается перемычка, после чего к одной из них подключается вывод конденсатора. Второй вывод конденсатора подключается к обмотке электродвигателя, не соединенной с сетью.
Затем переключатель соединяется с двигателем, затем подводится питающее напряжение. Готовую систему нужно включить и проверить работу реверса.
Эта схема довольно часто используется для подключения трехфазного электродвигателя там, где необходимо оперативное управление направлением вращения вала двигателя - например, в гаражных воротах, насосах, различных погрузчиках, кран-балках и т. д.
Реверсирование двигателя реализуется изменением фазировки его питающего напряжения. Например, если порядок подключения фаз к клеммам трехфазного электродвигателя условно взять как L1, L2 ,L3, то направление вращения вала будет определенным, противоположным, чем при подключении, скажем, с фазировкой L3, L2, L1.
Особенностью реверсивной схемы подключения является использование в ней двух магнитных пускателей. Причем, их главные силовые контакты соединены между собой таким образом, что при срабатывании катушки одного из пускателей, фазировка питающего напряжения двигателя будет отличаться от фазировки при срабатывании катушки другого.
В схеме используется два магнитных пускателя. При срабатывании первого пускателя KM1, его силовые контакты притягиваются (обведены зеленым пунктиром) и на обмотки электродвигателя поступает напряжение с фазировкой L1, L2, L3. При срабатывании второго пускателя - КМ2, напряжение на двигатель пойдет через его силовые контакты КМ2 (обведены красным пунктиром) уже будет иметь фазировку L3, L2, L1.
Как видите, здесь магнитные пускатели подключены по стандартной схеме. Разве, что, в цепь каждой катушки последовательно включен нормально закрытый блок-контакт другого пускателя. Эта мера предотвратит замыкание в случае ошибочного одновременного нажатия обеих кнопок «Пуск».
Направление движения вращающегося магнитного поля асинхронных электродвигателей зависит от порядка подачи фаз, независимо от того как соединены его статорные обмотки – звездой или треугольником. Например, если фазы A, B, C подать на входные клеммы 1, 2 и 3 соответственно, то вращение пойдет (предположим) по часовой стрелке, а если на клеммы 2, 1, и 3, то против нее. Схема подключения через магнитный пускатель избавит вас от необходимости откручивать гайки в клеммной коробке и производить физическую перестановку проводов.
Трехфазные асинхронные машины на 380 вольт принято подключать магнитным пускателем, в котором три контакта находятся на одной раме и замыкаются одновременно, подчиняясь действию так называемой втягивающей катушки – магнитного соленоида, работающего как от 380, так и от 220 вольт. Это избавляет оператора от близкого контакта с токоведущими частями, что при токах свыше 20 ампер может быть небезопасно.
Для реверсивного пуска используется пара пускателей. Клеммы питающего напряжения на входе соединяются по прямой схеме: 1–1, 2–2, 3–3. А на выходе встречно: 4–5, 5–4, 6–6. Чтобы избежать короткого замыкания при случайном одновременном нажатии двух кнопок «Пуск» на пульте управления, напряжение на втягивающие катушки подается через дополнительные контакты противоположных пускателей. Так, чтобы при замкнутой основной группе контактов линия, которая идет на соленоид соседнего прибора, была разомкнута.
На пульте управления устанавливается трехкнопочный пост с однопозиционными – одно действие за одно нажатие – кнопками: одна «Стоп» и две «Пуск». Разводка проводов в нем следующая:
Подробнее о схемах подключения магнитных пускателей для трехфазных электродвигателей читайте .
Для запуска этим моторам необходима вторая обмотка на статоре, в цепь которой включен фазосдвигающий элемент, обычно бумажный конденсатор. Реверсировать можно только те, у которых обе статорных обмотки равнозначны – по диаметру провода, числу витков, а также при условии, что одна из них не отключается после набора оборотов.
Суть схемы реверсирования в том, что фазосдвигающий конденсатор будет подключаться то к одной из обмоток, то к другой. Для примера рассмотрим асинхронный однофазный двигатель АИРЕ 80С2 мощностью 2,2 кВт.
В его клеммной коробке шесть резьбовых выводов, обозначенных литерами с цифрами W2 и W1, U1 и U2, V1 и V2. Чтобы двигатель вращался по часовой стрелке, коммутация производится следующим образом:
Чтобы вращение происходило против часовой стрелки, изменяют положение перемычек, они ставятся по схеме W2–U2 и U1– W1. Схема автоматического реверса строится так же на двух магнитных пускателях и трех кнопках – двух нормально разомкнутых «Пуск» и одной нормально замкнутой «Стоп».
Схема включения его обмоток аналогична той, что используется в двигателях постоянного тока с последовательным возбуждением. Одна токоснимающая щетка коллектора подключается к обмотке статора, а питающее напряжение подается на другую щетку и второй вывод статорной обмотки.
При изменении положения штепсельной вилки в розетке происходит одновременная переполюсовка магнитов ротора и статора. Поэтому направление вращения не изменяется. Так же, как это происходит в двигателе постоянного тока при одновременном изменении полярности питающего напряжения на обмотке возбуждения и якоря. Изменить порядок следования фаза – ноль надо только в одном элементе электрической машины – коллекторе, который обеспечивает не только пространственное, но электрическое разделение проводников – обмотки якоря изолированы друг от друга. На практике это выполняется двумя способами:
Не забудьте, что все работы по перестановке перемычек в клеммной коробке или подключению схемы реверсирования должны проводиться при полностью снятом напряжении.
Все электрические принципиальные схемы станков, установок и машин содержат определенный набор типовых блоков и узлов, которые комбинируются между собой определенным образом. В релейно-контакторных схемах главными элементами управления двигателями являются электромагнитные пускатели и реле.
Наиболее часто в качестве привода в станках и установках применяются . Эти двигатели просты в устройстве, обслуживании и ремонте. Они удовлетворяют большинству требований к электроприводу станков. Главными недостатками асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором являются большие пусковые токи (в 5-7 раз больше номинального) и невозможность простыми методами плавно изменять скорость вращения двигателей.
С появлением и активным внедрением в схемы электроустановок такие двигатели начали активно вытеснять другие типы двигателей (асинхронные с фазным ротором и двигатели постоянного тока) из электроприводов, где требовалось ограничивать пусковые токи и плавно регулировать скорость вращения в процессе работы.
Одной из преимуществ использования асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором является простота их включения в сеть. Достаточно подать на статор двигателя трехфазное напряжение и двигатель сразу запускается. В самом простом варианте для включения можно использовать трехфазный рубильник или пакетный выключатель. Но эти аппараты при своей простоте и надежности являются аппаратами ручного управления.
В схемах же станков и установок часто должна быть предусмотрена работа того или иного двигателя в автоматическом цикле, обеспечиваться очередность включения нескольких двигателей, автоматическое изменение направления вращения ротора двигателя (реверс) и т.д.
Обеспечить все эти функции с аппаратами ручного управления невозможно, хотя в ряде старых металлорежущих станков тот же реверс и переключение числа пар полюсов для изменения скорости вращения ротора двигателя очень часто выполняется с помощью пакетных переключателей. Рубильники и пакетные выключатели в схемах часто используются как вводные устройства, подающие напряжение на схему станка. Все же операции управления двигателями выполняются .
Включение двигателя через электромагнитный пускатель обеспечивает кроме всех удобств при управлении еще и нулевую защиту. Что это такое будет рассказано ниже.
Наиболее часто в станках, установках и машинах применяются три электрические схемы:
схема управления нереверсивным двигателем с использованием одного электромагнитного пускателя и двух кнопок "пуск" и "стоп",
схема управления реверсивным двигателем с использованием двух пускателей (или одного реверсивного пускателя) и трех кнопок.
схема управления реверсивным двигателем с использованием двух пускателей (или одного реверсивного пускателя) и трех кнопок, в двух из которых используются спаренные контакты.
Разберем принцип работы всех этих схем.
Схема показана на рисунке.
При нажатии на SB2 "Пуск" на катушка пускателя попадает под напряжение 220 В, т.к. она оказывается включенной между фазой С и нулем (N) . Подвижная часть пускателя притягивается к неподвижной, замыкая при этом свои контакты. Силовые контакты пускателя подают напряжение на двигатель, а блокировочный замыкается параллельно кнопке "Пуск". Благодаря этому при отпускании кнопки катушка пускателя не теряет питание, т.к. ток в этом случае идет через блокировочный контакт.
Если бы блокировочный контакт не был бы подключен параллельно кнопки (по какой-либо причине отсутствовал), то при отпускании кнопки "Пуск" катушка теряет питание и силовые контакты пускателя размыкаются в цепи двигателя, после чего он отключается. Такой режим работы называют "толчковым". Применяется он в некоторых установках, например в схемах кран-балок.
Остановка работающего двигателя после запуска в схеме с блокировочным контактом выполняется с помощью кнопки SB1 "Стоп". При этом, кнопка создает разрыв в цепи, магнитный пускатель теряет питание и своими силовыми контактами отключает двигатель от питающей сети.
В случае исчезновения напряжения по какой-либо причине магнитный пускатель также отключается, т.к. это равносильно нажатию на кнопку "Стоп" и созданию разрыва цепи. Двигатель останавливается и повторный запуск его при наличии напряжения возможен только при нажатии на кнопку SB2
"Пуск". Таким образом, магнитный пускатель обеспечивает т.н. "нулевую защиту". Если бы он в цепи отсутствовал и двигатель управлялся рубильником или пакетным выключателем, то при возврате напряжения двигатель запускался бы автоматически, что несет серьезную опасность для обслуживающего персонала. Подробнее смотрите здесь - .
Анимация процессов, протекающих в схеме показана ниже.
Схема работает аналогично предыдущей. Изменение направления вращения (реверс) ротор двигателя меняет при изменении порядка чередования фаз на его статоре. При включении пускателя КМ1 на двигатель приходят фазы - A , B , С, а при включении пускателя KM2 - порядок фаз меняется на С, B , A.
Схема показана на рис. 2.
Включение двигателя на вращение в одну сторону осуществляется кнопкой SB2 и электромагнитным пускателем KM1 . При необходимости смены направления вращения необходимо нажать на кнопку SB1 "Стоп", двигатель остановится и после этого при нажатии на кнопку SB 3 двигатель начинает вращаться в другую сторону. В этой схеме для смены направления вращения ротора необходимо промежуточное нажатие на кнопку "Стоп".
Кроме этого, в схеме обязательно использование в цепях каждого из пускателей нормально-закрытых (размыкающих) контактов для обеспечения защиты от одновременного нажатия двух кнопок "Пуск" SB2 - SB 3, что приведет к короткому замыканию в цепях питания двигателя. Дополнительные контакты в цепях пускателей не дают пускателям включится одновременно, т.к. какой-либо из пускателей при нажатии на обе кнопки "Пуск" включиться на секунду раньше и разомкнет свой контакт в цепи другого пускателя.
Необходимость в создании такой блокировки требует использования пускателей с большим количеством контактов или пускателей с контактными приставками, что удорожает и усложняет электрическую схему.
Анимация процессов, протекающих в схеме с двумя пускателями показана ниже.
3. Схема управления реверсивным двигателем с помощью двух магнитных пускателей и трех кнопок (две из которых имеют контакты с механической связью)
Схема показана на рисунке.
Отличие этой схемы от предыдущей в том, что в цепи каждого пускателя кроме общей кнопки SB1 "Стоп"включены по 2 контакта кнопок SB2 и SB 3, причем в цепи КМ1 кнопка SB2 имеет нормально-открытый контакт (замыкающий), а SB 3 - нормально-закрытый (размыкающий) контакт, в цепи КМ3 - кнопка SB2 имеет нормально-закрытый контакт (размыкающий), а SB 3 - нормально-открытый. При нажатии каждой из кнопок цепь одного из пускателей замыкается, а цепь другого одновременно при этом размыкается.
Такое использование кнопок позволяет отказаться от использования дополнительных контактов для защиты от одновременного включения двух пускателей (такой режим при этой схеме невозможен) и дает возможность выполнять реверс без промежуточного нажатия на кнопку "Стоп", что очень удобно. Кнопка "Стоп" нужна для окончательной остановки двигателя.
Приведенные в статье схемы являются упрощенными. В них отсутствуют аппараты защиты (автоматические выключатели, тепловые реле), элементы сигнализации. Такие схемы также часто дополняются различными контактами реле, выключателей, переключателей и датчиков. Также возможно питание катушки электромагнитного пускателя напряжение 380 В. В этом случае он подключается от двух любых фаз, например, от А и B . Возможно использование понижающего трансформатора для понижения напряжения в схеме управления. В этом случае используются электромагнитные пускатели с катушками на напряжение 110, 48, 36 или 24 В.
Практически любой электродвигатель можно заставить вращаться как в одну, так и в другую сторону. Это часто необходимо, особенно при конструировании различных механизмов, например, систем закрывания и открывания ворот. Обычно на корпусе двигателя указывается заводское направление движения вала, которое считается прямым. Кручение в другую сторону в этом случае будет реверсивным.
Проще говоря, реверс - это изменение направления движения какого-либо механизма в противоположную сторону от выбранного основного. Схему реверса можно получить несколькими способами:
В первом случае при помощи переключения шестеренчатых связей, соединяющих ведущий вал с ведомым, добиваются вращения последнего в обратную сторону. По такому принципу работают все коробки передач.
Электрический способ подразумевает непосредственное воздействие на сам двигатель, где в изменении движения ротора принимают участие электромагнитные силы. Этот метод выигрывает тем, что не требует применения сложных механических преобразований.
Для того, чтобы получить реверс электродвигателя, необходимо собрать специальную электрическую схему, которая так и называется - схема реверса двигателя. Она будет отличаться для разных типов электрических машин и питающего напряжения.
Легче перечислить случаи, когда реверс не используется. Практически вся механика построена на передаче крутящего момента по часовой стрелке и наоборот. Сюда можно отнести:
Ситуация, с которой чаще всего сталкивается обычный человек на практике, это необходимость собрать схему подключения реверса электродвигателя асинхронного переменного тока либо коллекторного мотора постоянного тока.
Схема подключения асинхронника в прямом направлении имеет определенную последовательность подачи фаз A, B, C на контакты двигателя. Ее возможно доработать, например, добавив переключатель, который бы менял местами любые две фазы. Таким способом можно получить схему реверса электродвигателя. В практических схемах такими фазами принято считать B и A.
Дополнительное оборудование:
Схема работает следующим образом:
Добиться реверса движения вала двигателя в этом случае возможно, если есть доступ к выводам его пусковой и рабочей обмоток. Эти моторы имеют 4 вывода: два на пусковую обмотку, подключенную с конденсатором, два на рабочую.
Если нет информации о назначении обмоток, ее можно получить методом прозвонки. Сопротивление пусковой обмотки всегда будет больше, чем рабочей за счет меньшего сечения провода, которым она намотана.
В упрощенном варианте схемы подключения мотора 220 В подают на рабочую обмотку, один конец пусковой обмотки на фазу или ноль сети (без разницы). Двигатель начнет вращаться в определенную сторону. Чтобы получить схему реверса, нужно отсоединить конец пусковой обмотки от контакта и туда подключить другой конец той же обмотки.
Чтобы получить полную рабочую схему включения, необходимо оборудование:
Схема реверса и прямого хода в этом случае очень похожа на схему подключения трехфазного мотора, но коммутация здесь происходит не фаз, а пусковой обмотки в одном либо другом направлении.
Так как трехфазному асинхронному двигателю будет недоставать двух фаз, их нужно компенсировать конденсаторами - пусковым и рабочим, на которые коммутируют обе обмотки. От того, куда присоединить третью, зависит кручение вала в ту или иную сторону.
На схеме ниже видно, что обмотка под номером 3 через рабочий конденсатор подсоединяется к трехпозиционному тумблеру, который и отвечает за режимы работы двигателя вперед/назад. Два других его контакта объединены с обмотками 2 и 1.
При включении двигателя нужно придерживаться следующего алгоритма действий:
Моторы, работающие от постоянного тока, несколько сложнее подключить, нежели электрические машины переменной сети. Затруднение состоит в том, что конструкции таких устройств могут быть разными, а точнее разным является способ возбуждения обмотки. По этому признаку различают двигатели:
Касаемо первого типа устройств, то здесь якорь не связан с обмоткой статора, они питаются каждый от своего источника. Этим добиваются огромных мощностей двигателей, используемых на производстве.
В станочном оборудовании и вентиляторах применяют моторы параллельного возбуждения, где энергия источника одна для всех обмоток. Электрические транспортные средства построены на основе последовательного возбуждения обмоток. Реже встречается смешанное возбуждение.
Во всех описанных типах конструкций двигателей возможно запустить ротор в противоположном направлении от основного хода, то есть реверсом:
При прямом запуске мощных трехфазных электродвигателей, применяя схему управления реверсом, происходят просадки напряжения в сети. Это связано с большими пусковыми токами, протекающими в этот момент. Чтобы снизить значение тока, применяют постепенный запуск мотора по схеме звезда-треугольник.
Суть заключается в том, что начало и конец каждой обмотки статора выводят в коробку с клеммами. Управляется схема тремя контакторами. Они поэтапно включают обмотки в звезду, а далее при разгоне двигателя выводят систему на рабочее состояние при подключении треугольником.
Более сложное устройство. На самом деле, он состоит из двух обычных прямых пускателей, последние объединены в одном корпусе. Внутренняя схемотехника реверсивного устройства характерна тем, что невозможно запустить одновременно два режима - прямой и реверс. За этот процесс отвечает схема блокировки, которая может быть электрической или механической.
Необходимо помнить, что подключать двигатели трехфазного напряжения к сети на 380В дозволено только квалифицированным специалистам, имеющим допуск к работе с высоковольтным оборудованием. Кустарные электрические схемы могут быть причиной возникновения электрических травм!
