Три наиболее популярные схемы управления асинхронным двигателем

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 трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. 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 преобразователей частоты 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 электромагнитными пускателями.

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.

1. Схема управления двигателем с помощью магнитного пускателя

Схема показана на рисунке.

При нажатии на кнопку 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 — защита минимального напряжения.

Анимация процессов, протекающих в схеме показана ниже.

2. Схема управления реверсивным двигателем с помощью двух магнитных пускателей

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.

Схемы управления электроприводами из нескольких мест

Для непрерывных технологических линий, где приводы работают преимущественно в одном направлении (вперед) и реверсы редки, рекомендуется применять схему (рис. 1) с включением линейного контактора для работы «вперед» через размыкающий, а для работы «назад» — через замыкающий контакты контактора KMR. Такая схема уменьшает время пуска привода в преимущественном направлении.

Схема на рис. 2 позволяет осуществлять дистанционное реверсивное управление электродвигателем с движущегося объекта. Эта схема применяется, например, для управления с крана двигателями крышек нагревательных колодцев. Схемы сигнализации и получения различных сигналов приведены на рис. 3 — 9.

Рис. 1. Схема реверсивного управления двигателя с редкими реверсами «назад».

Рис. 2. Схема реверсивного управления двигателем через один троллей управления.

Рис. 3. Схема сигнализации состояния нереверсивного электропривода.

Рис. 4. Схемы получения сигнала с выдержкой времени после начала воздействия длительного (а) и импульсного (б) сигнала: К—контакт деблокировки, 1 — контакты в схему управления приводом.

Рис. 5. Схемы получения сигнала после конца воздействия (от хвоста) сигнала Н длительного (а), импульсного (б), импульсного с выдержкой времени (в). К — контакт деблокировки, 1, 2, 3 — контакты в схему управления приводом.

Рис. 6. Схема получения длительного сигнала после начала вторичного сигнала Н.

Рис. 7. Схема получения импульсного сигнала с выдержкой времени после вторичного воздействия сигнала Н (КТ1 составляет 0,2—0,8 с; КТ2 0,3 с; КТЗ 0,5 с). 1 — контакты в схему управления приводом.

Рис. 8. Схема получения сигнала определенной продолжительности независимо от длительности нажатия кнопки: 1 — контакт в схему управления приводом.

Счетные схемы служат для автоматического воздействия на электропривод после отсчета заданного количества операций или циклов. Они могут отсчитывать замыкания и размыкания (рис. 10), только замыкания (рис. 11) или только размыкания (рис. 12).

Импульсы для счета по указанным схемам подаются контактами фотореле, путевых выключателей или других аппаратов.

В счетной схеме, приведенной на рис. 10, применены реле РЭВ850 с магнитным «залипанием» якоря, а поэтому перерыв в подаче напряжения для этой схемы не нарушает счета. В остальных счетных схемах при перерыве подачи напряжения происходит потеря счета импульсов.

Для проверки действия схемы счета (рис. 11) предусмотрены кнопки управления. При каждом нажатии кнопки SB0N схема отрабатывает один счет. Кнопка SB0F служит для сброса счета. Такие кнопки могут быть предусмотрены и в других схемах.

Рис. 9. Схемы получения сигналов в две разные цепи при поочередном нажатии одной кнопки: а — продолжительность сигнала равна длительности нажатия кнопки, б — продолжительность сигнала не зависит от длительности нажатия кнопки, 1 — контакты в схему управления приводом.

Рис. 10. Схема счета до двух.

Импульсами для каждого счета являются одно замыкание и одно размыкание контакта путевого выключателя SQ; 1 — контакты в схему управления приводом.

Импульсами для счета в схемах на рис. 11, 12 являются кратковременные замыкания (размыкания) контакта SQ, причем замкнутого состояния этого контакта должно быть достаточно для втягивания контактора импульсов КНА и одного реле KB (KL).

Рис. 11. Схема счета до трех при замыкании контакта SQ.

Рис. 12. Схема счета до трех при размыкании контакта SQ

Рис. 13. Схемы нереверсивного управления двигателями с двух мест: а — двумя кнопками, б — кнопкой и ключом, в — двумя ключами.

Рис. 14. Схема односторонне зависимого реверсивного управления электроприводом с двух мест.

Сброс счета осуществляется линейным контактором KML; время замкнутого состояния контакта SQ должно быть меньше времени включенного состояния контактора KML.

Счетные схемы на несколько больший счет могут быть составлены по аналогии с приведенными схемами, однако при счете больше пяти-восьми или в случаях, когда потеря счета при исчезновении напряжения недопустима, рекомендуется применять счетные реле.

Рис. 15. Схемы зависимого реверсивного управления двигателями: а — с двух мест, б — с трех мест

Может быть применено двигательное счетно-шаговое реле типа Е-526 на счет до 30 или счетно-импульсное реле типа Е 531 с количеством импульсов до 75. Реле работают на переменном токе, а их контакты допускают мощности отключения при 220 В переменного н постоянного тока соответственно 50 и 30 Вт.

Схемы управления электродвигателями из нескольких мест могут быть зависимого управления, односторонне зависимого и независимого (рис. 13). Чаще всего применяют схемы зависимого управления (рис. 15) как наиболее простые. По этим схемам при работе любым аппаратом управления передвижение рукоятки другого аппарата из нулевого в рабочее положение вызывает остановку двигателя.

По схемам односторонне зависимого управления с двух (рис. 14) и трех (рис. 16) мест ключом SA1 можно управлять независимо от положения ключа SA2 (SA2 и SA3). Управление ключом SA2 возможно при нулевом положении ключа SA1 и не зависит от положения ключа SA3. Управление ключом SA3 возможно при нахождении ключей SA1 и SA2 в нулевом положении.

Рис 16. Схема односторонне зависимого реверсивного управления двигателем с трех мест

Рис. 17. Схема независимого реверсивного управления двигателем с двух мест.

Рис. 18. Схема независимого реверсивного управления двигателем с трех мест.

В схемах независимого управления (рис. 17 и 18) при работе привода от любого первого ключа (SA1, SA2 или SA3) перевод рукоятки другого ключа не влияет на работу привода. После возвращения в нулевое положение рукоятки первого ключа привод остановится независимо от положения рукоятки второго ключа (или двух других). Новый пуск возможен только после возврата второго ключа (или двух других) в нулевое положение.

Очень часто применяют управление приводом с двух и трех мест по упрощенной схеме (рис. 19); при этом имеется в виду преимущественное управление только с одного первого места (ключ SA1). При работе привода от другого ключа (SA2 или SA3) перевод рукоятки первого ключа из нулевого положения приводит к передаче управления этому ключу.

Рис. 19. Упрощенные схемы управления реверсивным электроприводом: а — с двух мест, б — с трех мест.