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 реверса асинхронного двигателя одной кнопкой

В схеме реверса асинхронного двигателя используется релейно контактный способ, вместо решений на микросхемах и того хуже с использованием микроконтроллеров.

1. Принцип реверса: SB1-стоп, SB2-пуск, обратно,стоп.

​Прошу прошение за плохое качество фото, в дальнейшем исправлю!.

На схеме имеется 2 реле К-1, К-2.

Два магнитных пускателя КМ-3, КМ-4.

Две кнопки: нормально замкнутая SB-1, нормально разомкнутая SB-2.

Реле: К-1- прерыватель. К-2 — сброс.

Магнитные пускатели: КМ-3 — вперёд, КМ-4 — назад.

Нажимаем SB-2, срабатывает КМ-3 и К1, КМ-3 разрывает контактами КМ-3.1 к себе доступ, блокируется контактами КМ-3.2, контактами КМ-3.3 замыкает цепь к КМ-4, силовой частью пускает двигатель, К-1 разрывает цепь после того монета как включится КМ-3 (защита от ложного пуска КМ-4).

Повторным нажатием на SB-2 срабатывает КМ-4, делает тоже самое что и «КМ-3» только разрывает цепь «КМ-3» дабы не случилось КЗ (короткого замыкания), и замыкает цепь реле К2.

Итог реверс, осталось остановить: сбросить.

Сброс производится третим нажатием SB-2, или SB-1.

2. Принцип реверса: Реверс вперёд назад одной кнопкой (8).

SB1-стоп, SB2-пуск, обратно.

На схеме имеется 1 реле К-3.

Два магнитных пускателя КМ-1, КМ-2.

Две кнопки: нормально замкнутая SB-1, нормально разомкнутая SB-2.

Реле: К-3 — прерыватель.

Магнитные пускатели: КМ-2 — вперёд, КМ-1 — назад.

Нажимаем SB-2, срабатывает КМ-1 и К3, КМ-2 разрывает контактами КМ-1.1 к себе доступ, блокируется контактами КМ-1.2, контактами КМ-1.3 замыкает цепь к КМ-2, силовой частью пускает двигатель, К-3 разрывает цепь после того монета как включится КМ-1 (защита от ложного пуска КМ-2 и на оборот КМ-1).

Контактами КМ-1.4, КМ-1.5 и КМ-1.6 производится условия для безошибочного запуска КМ-2 и наоборот КМ-2 контактами КМ-2.3, КМ-2.4, КМ-2.5.

Схема представляет собой простенький Т триггер.

Далее по этому принципу можно сделать релейный счётчик, регистр сдвига и т.д., но это уже другая статья.

Схема реверса с описанием подключения

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.

Что такое реверс

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.

Где применяется реверс

Легче перечислить случаи, когда реверс не используется. Практически вся механика построена на передаче крутящего момента по часовой стрелке и наоборот. Сюда можно отнести:

• Бытовую технику: стиральные машины, аудиопроигрыватели.
• Электроинструмент: реверсивные дрели, шуруповерты, гайковерты.
• Станки: расточные, токарные, фрезерные.
• Транспортные средства.
• Спецтехнику: крановое оборудование, лебедки.
• Элементы автоматики.
• Робототехнику.

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.

Подключение асинхронного мотора 380 В к трехфазной сети в реверс

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.

• Пускатели магнитного типа (КМ1 и КМ2).
• Станция на три кнопки, где два контакта имеют нормально разомкнутое положение (в исходном состоянии контакт не проводит ток, при нажатии на кнопку происходит замыкание цепи), один нормально замкнутый.

Схема работает следующим образом:

• Включением автоматических предохранителей АВ1 (силовая линия), АВ2 (цепь управления) ток поступает на трехкнопочный переключатель и клеммы магнитных контакторов, которые в исходном состоянии разомкнуты.
• Нажатием кнопки «Вперед» ток проходит на катушку электромагнита контактора 1, который притягивает якорь с силовыми контактами. Одновременно при этом происходит обрыв цепи управления контактора 2, его теперь невозможно включить кнопкой «Реверс».
• Вал двигателя начинает вращаться в основном направлении.
• Нажатием кнопки «Стоп» ток в цепи обмотки управления прерывается, электромагнит отпускает якорь, силовые контакты размыкаются, замыкается блокировочный контакт кнопки «Реверс», и ее теперь можно нажать.
• При нажатии кнопки «Реверс» происходят аналогичные процессы только в цепи контактора 2. Вал двигателя будет вращаться в обратную сторону от основного направления.

Подключение мотора 220В к однофазной сети в реверс

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:

• Защитный автомат.
• Пост кнопочный.
• Электромагнитные контакторы.

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.

Схема реверса трехфазного двигателя в однофазной сети

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:

• Подать питание на схему через вилку либо рубильник.
• Тумблер для переключения режимов работы перевести в положение вперед или назад (реверс).
• Тумблер питания поставить в положение ON (вкл).
• Нажать кнопку «Пуск» на время, не превышающее трех секунд, чтобы произвести запуск двигателя.

Схема подключения двигателя с реверсом от постоянного тока

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:

• Независимого способа возбуждения.
• Возбуждения самостоятельного (бывают последовательного, параллельного и смешанного подключения).

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 последовательной схеме возбуждения роли не играет, где менять направление тока в якоре или статоре – в обоих случаях двигатель будет стабильно работать.
• В других вариантах возбуждения машин рекомендовано задействовать только обмотку якоря в целях реверсирования. Это связано с опасностью обрыва в статоре, скачка электродвижущей силы (ЭДС) и, как следствие, повреждения изоляции.

Запуск мотора схемой звезда-треугольник

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.

Как отличить реверсивный пускатель от прямого

Реверсивный пускатель — 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.

В заключение

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!