Реверс твердотельными реле + схема коммутации электродвигателей

Главная страница » Реверс твердотельными реле + схема коммутации электродвигателей

Некоторые виды моторной нагрузки требуют применения электрических схем, которыми обеспечивается реверс движения ротора электродвигателя. Для такой практики характерным является не просто многократный запуск и останов мотора, но также необходимо менять — реверсировать направление хода вала ротора. То есть актуальным становится управление электромотором в несколько усложнённом варианте. Современными схемами управления электродвигателями применяется реверс твердотельными реле, что видится удобным и практичным. Рассмотрим такие варианты.

Реверс электродвигателя + принцип организации рабочей схемы

На картинке ниже показана классическая электрическая схема коммутации (в том числе реверс) трёхфазного электродвигателя через контактор. Здесь, если катушка любого из контакторов находится под напряжением, три фазы сети переменного тока поступают на обмотки статора двигателя через замкнутые линейные цепи контактора.

Так обеспечивается вращение ротора электромотора в одном направлении. Будучи в таком состоянии, ротор продолжает вращаться с постоянной скоростью и направлением до момента размыкания коммутационных линий контактора (съёма напряжения с катушки).

Традиционная схема коммутации электромотора (включая реверс): К1…К3 – кнопки управления (откл, вкл, реверс); АВ – автоматический выключатель сети; КН1…КН2 – контакторы; ТР – тепловое реле; ТРМ – терминал подключения мотора; Э1 — электромотор

Если перед повторным включением мотора поменять подключения любых двух фаз питающей линии переменного тока на контакторе (например, подключить фазу L1 на клемму № 2, фазу L2 на клемму № 1), ротор электродвигателя получит обратный (реверсный) вращательный момент.

Конечно, физически реверсировать электрические соединения на контакторе каждый раз, когда требуется получить реверс ротора электродвигателя, видится действием непрактичным и неудобным. Следовательно, логично автоматизировать процесс реверса с учётом команд контроллера управления системой, направленных на реверсирование.

Традиционно для этого использовались дискретные компоненты:

• несколько механических реле,
• трёхфазный контактор с реверсивным двигателем.

Однако механические решения имеют те же недостатки, что и любое электромеханическое устройство. Наиболее значительным из этих недостатков является ожидаемый срок службы, особенно для применений, где электродвигатель неоднократно включают — выключают для достижения определённого положения.

Реверс твердотельными реле + схемные решения для электродвигателя

Одно из возможных решений на реверсирование электродвигателя, устраняющее проблемы, связанные с механическими контактами, — это использование нескольких однофазных твердотельных реле. Как демонстрируется картинкой ниже, фазный провод L1 сети переменного тока подключен непосредственно на клемму статора двигателя.

Вариант схемного решения организации управления электродвигателем с возможностью функции реверса посредством группы однофазных твердотельных реле: П1…П5 — предохранители; ОТР1…ОТР4 — однофазные твердотельные реле; Э1 — асинхронный электродвигатель

Исходя из той же приведённой схемы, однофазные твердотельное реле ОТР1 и ОТР3 подключают фазы L2 или L3 на вторую клемму статора электродвигателя. Однофазное твердотельное реле ОТР2 и прибор ОТР4 подключают фазы L2 или L3 на третью клемму статора.

Когда приборы ОТР1 и ОТР2 находятся под напряжением, ротор электродвигателя вращается в одном направлении. Для получения реверса приборы ОТР1 и ОТР2 обесточиваются. Вместе с тем, приборы ОТР3 и ОТР4 активируются, эффективно меняя местами фазы L2 и L3 на контактных выводах обмоток статора.

Реверс однофазными релейными приборами — примечания

Важными являются примечания относительно использования нескольких ОТР в случаях реверсирования электродвигателя:

• Электромоторы для работы реверсом обычно механически более устойчивы из-за требований, предъявляемых к двигателю. Однако электрически неизбежны проблемы, характерные для асинхронных электромоторов простого применения с пуском / остановом.
• Система, управляющая твердотельными реле, требует создания цепи блокировки на предотвращение одновременного включения «прямого» и «реверсного» реле. Несоблюдение этого требования может привести к межфазному короткому замыканию через реле, что крайне опасно для системы.
• Твердотельное реле с внутренней защитой от перенапряжения нельзя использовать в системах с реверсом электродвигателя. Внутренний TVS-диод может включать выход прибора, когда тот подвергается электрическому переходному процессу. Результат — межфазное короткое замыкание. Металлооксидный варистор допустимо размещать на выходе каждого прибора для обеспечения защиты от переходных процессов.
• Пятый прибор может использоваться для переключения третьей фазы электродвигателя, если этого требует применение. Необязательно использовать реле частью цепи блокировки напрямую, но прибор нужно питать одновременно с «прямым» или «реверсным» реле. Так исключается возможность повреждения электродвигателя при подаче напряжения только на две фазы.

Другое (предпочтительное) эффективное решение на реверс асинхронного электродвигателя — трёхфазное твердотельное реле с функцией реверсирования, как часть общей схемы управления.

Реверс твердотельными реле + схема на трёхфазный электродвигатель

Трёхфазное коммутирующее устройство с реверсом двигателя отличается двумя существенными преимуществами по сравнению с методикой применения отдельных однофазных твердотельных реле:

1. Все четыре однофазных устройства, по сути, содержатся в одном стандартном корпусе ТТР, что минимизирует количество схемных соединений.
2. Схема защитной блокировки встроена внутрисхемно на трёхфазном твердотельном реле с реверсом.

Как видно на картинке ниже, две из трёх фаз подключены через прибор типа D53RV с функцией реверса двигателя, тогда как третья фаза подключена непосредственно к статору мотора. Когда логический сигнал подается на управляющую клемму «вправо», ТТР переключает фазы L1 и L2 непосредственно на обмотку статора.

Пример организации схемы — реверс твердотельными реле (типа D53RV) асинхронного электродвигателя: П1…П3 – линейные предохранители; МОВ1…4 – металлооксидные защитные варисторы; ТТР1 – твердотельное реле на три фазы типа D53RV (Crydom); Э1 – электромотор асинхронный

Когда же управляющий сигнал снимается с клеммы «вправо» и подаётся на клемму «влево», схемой ТТР переключается соединение фаз L1 и L2, что приводит к реверсу вала ротора электродвигателя. Если логический управляющий сигнал одновременно подаётся на клеммы «вправо» и «влево», ТТР отключится или останется выключенным.

Схема допускает добавление внешних металлооксидных варисторов для обеспечения дополнительной защиты в условиях перенапряжения, если таковые не включены внутрисхемно на реверсивном приборе ТТР.

Однако установка металлооксидных варисторов зависит и от особенностей схемы. Как демонстрируется на картинке выше, твердотельное реле с реверсом имеет четыре отдельные выходные цепи для обеспечения функции реверса хода ротора.

Соответственно, такое схемное построение требует включения четырёх металлооксидных варисторов (независимо, встроены варисторы внутрисхемно в реле с реверсом или нет). Кроме того, по аналогии с другими электрическими цепями, здесь требуются надлежащие предохранители, и соответствующее автоматическое отключение от сети переменного тока на случай аварии.

Схема реверсивного подключения электродвигателя

В домашнем хозяйстве приходится использовать различные приборы, которые помогают облегчить выполнение какой-то задачи. В некоторых случаях под потребности приходится собирать какой-то конкретный инструмент, который стоит довольно дорого или под него просто есть все необходимые компоненты. Часто для этого важно знать, как сделать схему подключения электродвигателя. Заставить его вращаться не так сложно, а изменить направление движения уже сложнее. В статье будет рассказано о том, как выполнить схему реверсивного подключения двигателя.

Принцип работы

Электрический двигатель представляет собой механизм, в котором вращение осуществляется под воздействием электромагнитных волн. В основу положено всего два компонента:

Вращается только первый элемента, а импульс на него подается со второго элемента. Чем выше мощность двигателя, тем больше его габариты. Из всего разнообразия различают:

В двигателях коллекторного типа питание на ротор подается через угольные щетки, которые касаются ламелей коллектора. Такие двигатели еще называют короткозамкнутыми. В асинхронных двигателях схема действия несколько отличается. В этом случае вращение происходит под воздействием двух сил:

Напряжение от источника питания подается на фиксированные обмотки статора. При этом в нем возникают электромагнитные волны. Если напряжение переменное, тогда магнитное поле нестабильно и имеет определенные колебания. Благодаря этим колебаниям и происходит смещение ротора. Между ротором и статором есть небольшой воздушный зазор, благодаря которому и возможно беспрепятственное смещение. Магнитные волны из обмоток статора воздействуют на обмотки ротора, создавая напряжение. Благодаря такому воздействию возникает электродвижущая сила или ЭДС. Она заставляет магнитные волны взаимодействовать в обратном направлении тем, что есть в статоре, поэтому двигатель и называется асинхронным.

Требуемые компоненты

Самостоятельное подключение двигателя для реверсивного вращения не вызовет особых сложностей, если руководствоваться приведенной схемой. Одним из важных компонентов, который облегчит такую задачу является магнитный пускатель или контактор. На самом деле магнитный пускатель и контактор не являются тождественными понятиями. Если говорить просто, то контактор входит в состав магнитного пускателя, но для упрощения в статье оба понятия используются как равнозначные. Магнитные пускатели как раз и применяются для запуска, реверсивного движения и остановки асинхронных двигателей.

Возможно, возникает вопрос о том, почему нельзя использовать обычный рубильник или силовой автомат. В принципе, это допустимо, но не всегда пусковые токи, которые необходимы двигателю для нормального начала функционирования являются безопасными для человека. При включении может возникнуть пробой, который выведет из строя как выключатель, так и навредит оператору. Чтобы свести риски к минимуму, потребуется пускатель. В нем контактная часть отделена от той, с которой взаимодействует оператор. В нем есть отдельный модуль с катушкой, которая создает электромагнитное поле. Для работы катушки может потребоваться напряжение в 12 или больше вольт. При подаче этого напряжения происходит взаимодействие с металлическим сердечником, который втягивается внутрь катушки. К сердечнику закреплена пластина, которая уходит к контактной группе. Они замыкаются и происходит запуск двигателя. Остановка происходит в обратном порядке.

Кроме контактора, потребуется трехкнопочная станция. Одна клавиша выполняет функцию остановки, а две других функции запуска с разницей в направлении вращения. В трехкнопочной станции должно быть два нормально разомкнутых контакта и один нормально замкнутый. Если говорить просто, то нормальным положением контактора называется его нерабочее положение. То есть при воздействии на контакт он либо замыкается, либо размыкается. Если в рабочем состоянии он замкнут, то обозначается как НО, а если разомкнут, то обозначается как НЗ. Контакт НЗ применяется для кнопки остановки.

Принципиальная схема

На иллюстрации выше можно видеть принципиальную схему реверсивного подключения двигателя. Она отличается от обычной только наличием дополнительного модуля. Если говорить точнее, то в схеме задействуется два модуля управления. Один из них заставляет вращаться двигатель вправо, а другой влево. Взаимодействие оператора с модулями происходит посредством кнопок SB2 и SB3. Латинскими буквами A, B, C на схеме обозначены подводящие линии трехфазной сети. Они подходят к общему выключателю, который обозначен QF1. Далее идут два контактора КМ и цифровым обозначением. От контакторов цепь уходит к обмоткам двигателя. Каждый из этих контакторов вынесен отдельно и находится справа, где дополнительно можно рассмотреть их составные компоненты.

Процесс включения

Процесс включения двигателя довольно просто описать, используя все ту же схему. Первым делом происходит задействование общего рубильника QF1. Как только он включается, происходит подача напряжения по трем фазам. Но это напряжение не подается непосредственно на сам двигатель, т. к. еще нет четких указаний, в каком направлении он должен вращаться. Далее проводники проходят через автомат SF1 он выполняет защитную функцию, обесточивая всю систему в случае короткого замыкания. Далее следует кнопка выключения, которая также способна быстро разомкнуть цепь питания. Только после этого напряжение следует к клавишам SB2 и SB3, после воздействия на который, питание проходит к двигателю.

Чтобы двигатель получил достаточное усилие для обратного вращения, необходимо переключить силовые фазы, для чего и предназначен пускатель КМ2. Если еще раз обратить внимание на схему, то можно заметить, что пускатель КМ1 имеет прямое подключение фаз к двигателю, а КМ2 обеспечивает некоторое смещение. Все происходит за чет первой фазы, она в этой схеме является ждущей. Как только она размыкается, прекращается подача напряжения на двигатель.

После полной остановки может быть задействована кнопка SB3. Она активирует второй пускатель. Последний меняет положение фаз, как показано на схеме. При этом дежурная фаза остается неизменной, питание от нее все так же подается на первый контакт двигателя. Изменения происходят во второй и третьей фазе. Благодаря этому обеспечивается реверсивное движение.

Этапы подключения

Подключение двигателя для реверсивного движения отличается в зависимости от того, какая сеть будет выступать питающей 220 или 380. Поэтому есть смысл рассмотреть их отдельно.

К трехфазной сети

Руководствуясь представленной схемой легко составить последовательность, в которой должно производиться подключение электродвигателя. Первым делом устанавливается основной силовой автомат. Его номинальное напряжение и сила тока должны быть рассчитаны на те, которые будет потреблять двигатель. Только в этом случае можно быть уверенным в бесперебойной работе. Перед монтажом автомата для двигателя потребуется обесточить сеть. Следующим устанавливается предохранительный выключатель. После него фазный кабель уходит на разрыв, на кнопку стоп, а уже от нее делается подключение к контакторам. На каждом элементе контактора и кнопочного поста обычно делаются соответствующие обозначения, которые упрощают процесс подключения. Видео о сборке тестовой схемы можно посмотреть ниже.

К однофазной сети

В домашних условиях часто приходится задействовать асинхронный двигатель, но не в каждом хозяйстве есть трехфазная сеть, поэтому важно знать, как подключить двигатель к однофазной сети. Для запуска от одной фазы требуется дополнительный импульс, чтобы его обеспечить подбирается конденсатор требуемой емкости. Если говорить проще, то конденсаторов должно быть два. Один из них является пусковым и подключается параллельно первому. Соединение обмоток двигателя выполняется по схеме «звезда». Если обмотки соединены другим способом и нет возможности его изменить, тогда не получиться выполнить требуемую схему.

Чтобы реверсивная схема функционировала потребуется переключение питания, которое поступает от конденсаторов между полюсами. Понадобится два выключателя и одна не фиксируемая кнопка. Одни из выключателей будет отвечать за подачу напряжения в цепь питания двигателя. Второй выключатель должен иметь три положения. В одном из них он будет выключенным, а в двух других изменять подачу питания от конденсаторов на обмотки. Не фиксируемая кнопка будет дополнительно подключать второй конденсатор на момент запуска двигателя.

Два вывода конденсатора подключаются между собой. К двум другим происходит подключение пусковой кнопки. Средний вывод трехпозиционного переключателя подключается к конденсаторам в том месте, где они объединены между собой. Два других вывода подключаются к клеммам двигателя, на которые приходит питание. Конденсаторы подключаются к выходу обмотки, которая применяется для запуска. Кнопка включения ставится в разрыв фазного провода.

Чтобы привести весь механизм в действие, необходимо подать питание на цепь двигателя основным выключателем. После этого задается направление вращения двигателя трехпозиционным выключателем. Далее нажимается кнопка пуска до момента выхода двигателя на рабочие обороты. Если возникает необходимость изменить направление вращения, тогда потребуется обесточить двигатель и дождаться его полной остановки, переключить трехпозиционный тумблер в противоположное крайнее положение и повторить процесс.

Резюме

Как видно реверсивное подключение требует определенных навыков, но может быть осуществлено без особых сложностей при соблюдении всех рекомендаций. Теперь не будет препятствий в использовании трехфазных агрегатов от однофазной сети, при этом следует понимать, что максимальная мощность будет ограничена, т. к. невозможен выход на полное потребление. На компонентах для подключения лучше не экономить, т. к. это скажется на сроке службы всей схемы. Во время сборки и запуска необходимо придерживаться всех правил безопасности работы с электрическим током.