Схемы пуска и торможения двигателя

В настоящее время наиболее распространены трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Пуск и остановка таких двигателей при включении на полное напряжение сети осуществляются дистанционно при помощи магнитных пускателей.

Наиболее часто используется схема с одним пускателем и кнопками управления «Пуск» и «Стоп». Для того, чтобы обеспечить вращение вала двигателя в обе стороны используется схема с двумя пускателями (или с реверсивным пускателем) и тремя кнопками. Такая схема позволяет менять направление вращения вала двигателя «на ходу» без его предварительной остановки.

Схемы пуска двигателя

Электрический двигатель М питается от трехфазной сети переменного напряжения. Трехфазный автоматический выключатель QF предназначен для отключения схемы при коротком замыкании. Однофазный автоматический выключатель SF защищает цепи управления.

Основным элементом магнитного пускателя является контактор (мощное реле для коммутации больших токов) КМ. Его силовые контакты коммутируют три фазы, подходящие к электродвигателю. Кнопка SB1 («Пуск») предназначена для пуска двигателя, а кнопка SB2 («Стоп») — для остановки. Тепловые биметаллические реле KK1 и КК2 осуществляют отключение схемы при превышении тока, потребляемого электродвигателем.

Рис. 1. Схема пуска трехфазного асинхронного двигателя с помощью магнитного пускателя

При нажатии кнопки SB1 контактор КМ срабатывает и контактами KM.1, КМ.2, КМ.3 подключает электродвигатель к сети, а контактом КМ.4 блокирует кнопку (самоблокировка).

Для остановки электродвигателя достаточно нажать кнопку SB2, при этом контактор КМ отпускает и отключает электродвигатель.

Важным свойством магнитного пускателя является то, что при случайном пропадании напряжения в сети двигатель отключается, но восстановление напряжения в сети не приводит к самопроизвольному запуску двигателя, так как при отключении напряжения отпускает контактор КМ, и для повторного включения необходимо нажать кнопку SB1.

При неисправности установки, например, при заклинивании и остановке ротора двигателя, ток, потребляемый двигателем, возрастает в несколько раз, что приводит к срабатыванию тепловых реле, размыканию контактов KK1, КК2 и отключению установки. Возврат контактов КК в замкнутое состояние производится вручную после устранения неисправности.

Реверсивный магнитный пускатель позволяет не только запускать и останавливать электрический двигатель, но изменять направление вращения ротора. Для этого схема пускателя (рис. 2) содержит два комплекта контакторов и кнопок пуска.

Рис. 2. Схема пуска двигателя с помощью реверсивного магнитного пускателя

Контактор КМ1 и кнопка SB1 с самоблокировкой предназначены для включения двигателя в режиме «вперед», а контактор КМ2 и кнопка SB2 включают режим «назад». Для изменения направления вращения ротора трехфазного двигателя достаточно поменять местами любые две из трех фаз питающего напряжения, что и обеспечивается основными контактами контакторов.

Кнопка SB3 предназначена для остановки двигателя, контакты КМ 1.5 и КМ2.5 осуществляют взаимоблокировку, а тепловые реле КК1 и КК2 — защиту при превышении тока.

Включение двигателя на полное напряжение сети сопровождается большими пусковыми токами, что может быть недопустимо для сети ограниченной мощности.

Схема пуска электродвигателя с ограничением пускового тока (рис. 3) содержит резисторы R1, R2, R3, включенные последовательно с обмотками электродвигателя. Эти резисторы ограничивают ток в момент пуска при срабатывании контактора КМ после нажатия кнопки SB1. Одновременно с КМ при замыкании контакта КМ.5 срабатывает реле времени КТ.

Выдержка, осуществляемая реле времени, должна быть достаточной для разгона электродвигателя. По окончании времени выдержки замыкается контакт КТ, срабатывает реле К и своими контактами K.1, К.2, К.3 шунтирует пусковые резисторы. Процесс пуска завершен, на двигатель подается полное напряжение.

Рис. 3. Схема пуска двигателя с ограничением пускового тока

Далее будут рассмотрены две наиболее популярных схемы торможения трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором: схема динамического торможения и схема торможения противовключением.

Схемы торможения двигателя

После снятия напряжения с двигателя его ротор какое-то время продолжает вращаться за счет инерции. В ряде устройств, например, в подъемно-транспортных механизмах, требуется осуществлять принудительное торможение для уменьшения величины выбега. Динамическое торможение заключается в том, что после снятия переменного напряжения через обмотки электродвигателя пропускается постоянный ток.

Схема динамического торможения показана на рис. 4.

Рис. 4. Схема динамического торможения двигателя

В схеме, помимо основного контактора КМ, присутствует реле К, включающее режим торможения. Поскольку реле и контактор не могут быть включены одновременно, применена схема взаимоблокировки (контакты КМ.5 и К.3).

При нажатии кнопки SB1 срабатывает контактор КМ, подает питание на двигатель (контакты КМ.1 КМ.2, КМ.3), блокирует кнопку (КМ.4) и блокирует реле К (КМ.5). Замыкание КМ.6 вызывает срабатывание реле времени КТ и замыкание контакта КТ без выдержки времени. Таким образом осуществляется пуск двигателя.

Для остановки двигателя следует нажать кнопку SB2. Контактор КМ отпускает, размыкаются контакты KM.1 — KM.3, отключая двигатель, замыкает контакт КМ.5, что вызывает срабатывание реле К. Контакты K.1 и К.2 замыкаются, подавая постоянный ток в обмотки. Происходит быстрое торможение.

При размыкании контакта КМ.6 реле времени КТ отпускает, начинается выдержка времени. Величина выдержки должна быть достаточна для полной остановки электродвигателя. По окончании выдержки времени контакт КТ размыкается, реле К отпускает и снимает постоянное напряжение с обмоток электродвигателя.

Наиболее эффективным способом торможения является реверсирование двигателя, когда сразу после снятия питания на электродвигатель подается напряжение, вызывающее появление встречного вращающего момента. Схема торможения противовключением приведена на рис. 5.

Рис. 5. Схема торможения двигателя противовключением

Частота вращения ротора двигателя контролируется с помощью реле частоты вращения с контактом SR. Если частота вращения больше некоторого значения, контакт SR замкнут. При остановке двигателя контакт SR размыкается. Кроме контактора прямого включения KM1 схема содержит контактор для реверсирования КМ2.

При пуске двигателя срабатывает контактор KM1 и контактом КМ 1.5 разрывает цепь катушки КМ2. С достижением определенной частоты вращения замыкается контакт SR подготавливая цепь для включения реверса.

При останове двигателя контактор KM1 отпускает и замыкает контакт КМ1.5. В результате этого контактор КМ2 срабатывает и подает на электродвигатель реверсирующее напряжение для торможения. Снижение частоты вращения ротора вызывает размыкание SR, контактор КМ2 отпускает, торможение прекращается.

Схема управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором

Управлять асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором можно посредством контакторов. При использовании маломощных электродвигателей, для которых нет необходимости ограничивать пусковой ток, запуск производится при действующем напряжении.

Нереверсивная схема управления асинхронного двигателя.

Рисунок 1 — Простейшая схема асинхронного двигателя

Для подачи напряжения на управляющую и силовую цепь используется автоматический выключатель QF. Пуск асинхронного двигателя осуществляется кнопкой SB1 «Пуск”, которая замыкает свои контакты в цепи катушки магнитного пускателя КМ. Который срабатывая замыкает основные контакты силовой цепи статора. Вследствие чего электродвигатель М подсоединяется к питанию. В то же время в управляющей сети происходит замыкание блокирующего контакта КМ который шунтирует кнопку SB1.

Чтобы отключить асинхронный двигатель с кз ротором, необходимо нажать клавишу SB2 «Стоп». При этом питающая сеть контактора КМ размыкается и подача напряжения на статор прекращается. После этого нужно выключают автомат QF.
Схема управления АД с кз предусматривает несколько защит:

• от КЗ — посредством автоматического выключателя QF и плавкими предохранителями FU;
• от перегрузок — посредством теплореле КК (при перегреве данные устройства отсоединяют контактор КМ, прекращая работу движка);
• нулевая защита — посредством магнитного пускателя КМ (при низком напряжении или его полном отсутствии контактор КМ оказывается незапитанным, размыкается и электродвигатель выключается).

Для подключения электродвигателя после срабатывания защитного механизма требуется снова надавить клавишу SB1.

Реостатный пуск асинхронного двигателя с кз ротором.

Если невозможно запустить АД с кз ротором в стандартном режиме, используют запуск при сниженном напряжении. С этой целью в цепь статора добавляют сопротивление, реостат или используют автотрансформатор. Автоматический выключатель QF срабатывает и на управляющую и силовую цепь поступает напряжение. После нажатия кнопки SB1 пускатель КМ1 приходит в действие, подавая электроток в цепь статора с включенным сопротивлением. В то же время питание поступает и на реле времени КТ.

Рисунок 2 — Схема асинхронного двигателя с симметричными сопротивлениями (реостатный пуск)

Через определенный временной интервал, задаваемый реле КТ, происходит замыкание контакта КТ. В итоге пускатель КМ2 шунтирует (закорачивает) сопротивление статора. Процедура запуска электродвигателя завершается. Для его выключения необходимо нажать клавишу SB2 и выключить автомат QF.

Реверсивный пуск асинхронного двигателя

Рисунок 3. Схема реверсивный пуск асинхронного двигателя с кз ротором.

Данная схема дает возможность производить запуск электродвигателя и изменять направленность его вращения. Для запуска необходимо включить автомат QF и нажать SB1 «Пуск», в результате чего ток поступает на магнитный пускатель КМ1, который запитывает статор. АД реверсируется последовательным нажатием кнопок «Стоп» SB3 (КМ1 выключается и двигатель останавливается) и «Реверс» SB2 (срабатывает КМ2 и асинхронный двигатель запускается в реверсивном направлении).

В данной схеме нажатием кнопки реверса меняется чередование фаз питающего напряжения на статоре двигателя, что будет вызывать смену направленности его вращения (реверсом). При помощи нормально замкнутых контактов КМ1 и КМ2 выполнена защита от ошибочного включения сразу двух магнитных пускателей КМ1 и КМ2. Также действуют защиты, аналогичные описанным ранее. Отключить электродвигатель можно кнопкой SB3 и автоматом QF.

Схема пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с помощью реверсивного магнитного пускателя (контактора).

Практическое задание

Цель работы – рассмотреть основные понятия и обозначения, изучить схему подключения асинхронного двигателя, изучить компоненты схемы и их принцип работы.

Асинхро́нный электродвигатель — электрический двигатель переменного тока, частота вращения ротора которой не равна частоте вращения магнитного поля, создаваемого током обмотки статора.

Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором, как и любой электродвигатель, состоит из двух основных частей — статора и ротора. Статор — неподвижная часть, это корпус двигателя с обмоткой, ротор — вращающаяся часть с обмоткой замкнутой с торцов и напоминающих «беличью клетку». Ротор размещается внутри статора. Между ротором и статором имеется небольшое расстояние, называемое воздушным зазором, обычно 0,5-2 мм.

Короткозамкнутый ротор «беличья клетка»

Контактор магнитный (КМ) – устройство, состоящиее из катушки с встроенным в неё сердечником, контактными площадками и дугогасящими элементами (катушками). Принцип действия такого устройства: под действием электромагнитного поля сердечник втягивается увлекая за собой контакты и замыкая их. При отключении питания от управляющей цепи контактора возвратная пружина поднимает сердечник и силовая часть контактора (контактная площадка) размыкаются.

Реверсивный магнитный пускатель – устройство, состоящее из 2-х контакторов соединенных между собой механическим приводом (блокировкой двойного включения). При включении одного контактора тут же отключается другой, это сделано для того, чтобы при включении на двигателе реверса не произошло межфазного короткого замыкания.

1) 2

1) Контактор магнитный (КМ) 2) Реверсивный контактор (с

мех.блокировкой 2-го вкл)

Схема пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с помощью реверсивного магнитного пускателя (контактора).

QF— Выключатель автоматический с теплозащитой (тепловым расцепителем).

КМ 1 и КМ 2 – контакторы магнитные

М – мотор, в нашем случае асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором.

SF1 – Автомат защищающий управляющие цепи реверсивного пускателя.

SB1 – Контакт нажимной нормально замкнутый.

SB3 и SB2 – контакт нажимной нормально разомкнутый.

13НО и 14НО – контакты отвечающие за «самоподхват».

А1 и А2 – выводы катушки контактора.

КМ 1.2 и КМ 2.2 – контакты соединенные с механическим приводом и отвечающие за защиту от двойного включения.

Самоподхват – при нажатии кнопки «Пуск» ток попадает на катушку и замыкает контакты 13НО и 14НО. Эти провода подключаются параллельно кнопке «Пуск». И при её отпускании ток начинает проходить через эти контакты питая катушку и не давая ей отключиться. Отключить контактор можно только кнопкой «Стоп», данная кнопка полностью отключает питание управляющей цепи контактора и последний размыкает силовую часть.

Защита от двойного включения – представляет собой механическое устройство (привод) отвечающее за отключение контактора при включении другого контактора. Данная функция предусматривает защиту от межфазного КЗ.

Реверс на асинхронном электродвигателе включается при переключении 2 –х фаз местами. Например на данной схеме мы можем видеть как фазы B и С поменялись местами и на двигателе включился реверс.

Реверс – обратное вращение ротора двигателя.

Цепь управления – цепь отвечающая за подачу питания на катушки контакторов и те в свою очередь за подачу или отключение питания на электродвигатель.

Силовая часть – состоит из проводов большого сечения ( по сравнению с управляющей частью), силовых контактов, тепловых реле, дугогасящих катушек и непосредственно самого мотора.

Дуга – при разрыве цепи автоматическим выключателем электроны стремятся «догнать» отходящий контакт и в результате этого явления появляется дуга с большим напряжением, которую если не загасить может повредить оборудование.

Т.е. дуга это электрический разряд в газе (в нашем случае воздух).

Дугогасящая катушка – (рассмотрим дугогасящую катушку в обычном АВ –автоматическом выключателе) – это приспособление лабиринтообразного типа в которое попадает дуга и проходя данный лабиринт затухает.

Принцип работы данной схемы

При нажатии кнопки «Влево» происходит втягивание сердечника контактора КМ 1 и замыкание его силовой части, двигатель приходит во вращение.

Если необходимо остановить электродвигатель, то нажимаем кнопку «Стоп», которая в свою очередь полностью обесточивает управляющую цепь контактора и он приходит в исходное положение (разрывает контакты силовой части).

Если же необходимо включить двигатель в обратную сторону (реверс), то при нажатии кнопки «Вправо» привод отключает контакт КМ1.2 или КМ2.2 (в зависимости от ситуации, что раньше было включено), и после отключения задействуется управляющая цепь другого контактора и на двигателе включается реверсивный режим.

ВАЖНО! – при монтаже управляющих цепей необходимо на клавиши подавать фазу а не ноль. Это необходимо делать в целях безопасности. Ведь в случае обслуживания электрических цепей провода будут под фазным потенциалом.

Контакторы, кабеля и автоматические выключатели необходимо выбирать в соответствии с характеристиками электродвигателя (учитывать пусковые и рабочие токи). Данная информация всегда наносится на сам контактор. А характеристики двигателя вы можете найти на технической табличке приделанной к двигателю.

Также необходимо всегда смотреть на какой ток рассчитана катушка контактора во избежании поломки (сгорания).

Необходимо обращать внимание на схему контактора, ведь они имеют как нормально замкнутые так и нормально разомкнутые контакты. (Нормально разомкнутые чаще всего имеют приставки к контакторам, устанавливаемые сверху).

Классы чувствительности автоматических выключателей (АВ).

А – срабатывает при превышении номинального тока на 30% (применяется для защиты управляющих цепей контакторов).

В – срабатывает при превышении номинального тока на 200%.

С — срабатывает при превышении номинального тока в 5 раз от номинального значения автоматического выключателя.

D — срабатывает при превышении номинального тока в 10 раз от номинального значения автоматического выключателя.

Таблица выбора кабеля по току. (Таблица 1)

На управляющие цепи контакторов подойдут кабеля сечением 1.5 мм2 (Cu) и 2.5 (Al).

Выбор (расчёт) нужного сечения кабеля под нагрузку

Расчёт силы тока исходя из мощности и напряжения

Практическая часть

Задача №1

Дан асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором мощностью 2 кВт подключенный к трёхфазной сети 380V. Определите силу тока и подберите кабель соответствующего сечения способного выдержать нагрузку электродвигателя.

Найдём силу тока проходящую через двигатель, переведём киловатты в ватты (1кВт=1000Вт)

2) 2000Вт : 380V = 5.26А. (Потребляет асинхронный двигатель в номинальном режиме).

Исходя из Таблицы 1 мы видим, что для нашего двигателя необходим кабель сечением 1.5мм2 (Cu) – (Данный кабель может выдержать 16А при напряжении 380V) или 2.5мм2 (Al) – (Данный кабель может выдержать 19А при напряжении 380V). Оба кабеля способны выдержать нагрузку этого асинхронного двигателя. Кабели выбраны с большим запасом по мощности и способны вынести как номинальный так и пусковой токи.

Задача №2

Дан асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. При его подключении электрик соединил его обмотки в треугольник и подключил его к сети, после запуска двигателя амперметр начал показывать значение 200А. Определите, какого сечения кабель использовал электрик чтобы подключить данный двигатель и высчитайте его мощность, а также определите от какой сети запитан двигатель.

При подключении к сети 380V обмотки соединяются в звезду, а при подключении к сети 220V – в треугольник с включением в обмоточный сектор пускового конденсатора.

Т.к электрик соединил обмотки в звезду, то напряжение поданное на двигатель составляет 380V.

Согласно таблице 1 для двигателя мощностью 44kWt необходим кабель с сечением 70мм2 (Cu) и 120мм2 (Al). Сечение берется с небольшим запасом, чтобы кабель работал не на пределе, а также с учётом температуры окр.среды и способа прокладки.

Задача №3.

На фабрику был доставлен асинхронный двигатель мощностью 13kWT. В щит куда он будет подключен находится под напряжением 380V. Определите тип соединения обмоток в двигателе, силу тока в номинальном режиме и рассчитайте сечение кабеля для подключения двигателя к силовой части реверсивного пускателя.

При подключении к сети 380V обмотки соединяются в звезду, а при подключении к сети 220V – в треугольник с включением в обмоточный сектор пускового конденсатора.

В нашем случае 380V. Значит обмотки соединяются в «звезду».

1кВт-1000Вт
1) 13кВт*1000=13000.

2) 13000 : 380 = 34.2А. (Двигатель потребляет в номинальном режиме)

Исходя из Таблицы 1 для асинхронного двигателя потребляющего 34.2 А и работающего от сети 380V необходим кабель сечением 6мм2 (Cu) и 10мм2 (Al).

Вывод: При подключении электродвигателя через реверсивный электромагнитный пускатель необходимо знать схему подключения, знать принцип работы компонентов данной схемы, и уметь делать расчёты для правильного выбора коммутационной аппаратуры (также знать свойства автоматических выключателей), а также для правильной подборки проводника (кабеля).