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!

Системы пуска и реверсирования

Содержание

Задача пусковой системы состоит в раскручивании двигателя до оборотов, при которых создаваемые в цилиндрах давление и температуры сжимаемого воздуха будут достаточны для самовоспламенения впрыскиваемого топлива. Раскручивание судовых дизелей осуществляется сжатым воздухом, и лишь пуск быстроходных двигателей небольшой мощности производится с помощью электростартера или пусковой турбинки, работающей на сжатом воздухе.

Процесс пуска включает следующие три этапа:

• интенсивный разгон двигателя в начальный период под действием давления пускового воздуха, поступившего в цилиндр, поршень которого находился в пусковом положении;
• последующий разгон двигателя под давлением воздуха, поступающего в остальные цилиндры в соответствии с порядком их работы;
• переход двигателя на работу на топливе.

Подача пускового воздуха осуществляется в тот цилиндр, поршень которого находится в положении, соответствующем такту расширения. Обычно это соответствует положению соответствующего колена вала на участке 1-6° за ВМТ и до 100-110° п.к.в. В этот момент в цилиндр через специальный пусковой клапан поступает сжатый воздух. Под его давлением поршень движется вниз, вращая коленчатый вал. В дальнейшем в период пуска воздух поступает последовательно во все цилиндры в порядке их работы. Особенно тяжелые условия пуска создаются в главных судовых дизелях с прямой передачей на гребной винт, так как энергия пускового воздуха должна преодолеть не только энергию на раскручивание самого двигателя, но и сопротивление вращению гребного винта с присоединенными к нему массами воды.

В системе с пневматически управляемыми пусковыми клапанами (рис. 13.1) сжатый воздух подводится от главного пускового (маневрового) клапана 3 по трубе 4 одновременно ко всем пусковым клапанам 5 цилиндров. Однако клапаны пока остаются закрытыми. Когда поршень какого-либо цилиндра находится в пусковом положении к его пусковому клапану от воздухораспределителя 1, соединенного с главным пусковым клапаном трубопроводом 2, будет подан воздух. Он откроет клапан, и рабочий воздух поступит в цилиндр и, надавив на поршень, приведет вал во вращение.

Пуск сжатым воздухом может производиться как с одновременной подачей топлива в цилиндры (смешанный пуск), так и без нее (раздельный пуск).

Минимальное число цилиндров, при котором обеспечивается пуск из любого положения коленчатого вала, составляет у дизелей: четырехтактных i_мин = 6, двухтактных i_мин =4.

Устройство пусковой системы.

Главный пусковой клапан служит для осуществления многократных пусков при открытых разобщительных клапанах на баллонах пускового воздуха и разгрузки пусковой магистрали после завершения пуска.

Главный пусковой клапан дизеля (рис. 13.2) состоит из тарелки 3, вспомогательного разгрузочного клапана 4 и поршня 2 управляющего цилиндра, нагруженного пружиной 1. Воздух из пусковых баллонов поступает в полость Б главного пускового клапана и одновременно через клапан управления пуском на посту управления в полость А управляющего цилиндра. При этом главный пусковой клапан закрыт, а пусковой трубопровод через вспомогательный клапан 4 сообщен с атмосферой. При установке рукоятки на посту управления в положение «Пуск» клапан управления пуском сообщает полость А управляющего цилиндра с атмосферой. Главный пусковой клапан открывается, и воздух поступает к пусковым клапанам рабочих цилиндров; клапан 4 разобщает пусковую магистраль с атмосферой.

В аварийных случаях клапан может быть открыт или закрыт с помощью штока с маховиком. Воздухораспределитель служит для управления моментами открытия и закрытия пусковых клапанов на цилиндрах в порядке их работы. По конструкции воздухораспределители подразделяются на дисковые, золотниковые и клапанные.

Принцип работы золотникового воздухораспределителя (рис. 13.3). При открытии главного пускового клапана воздух заполняет полость А. За счет разности площадей поясков 2 и 3 золотник прижимается к шайбе 4, имеющей отрицательный профиль. При вращении шайбы и попадании хвостовика золотника во впадину шайбы полость А соединяется с каналом В , ведущим к управляющему цилиндру пускового клапана одного из цилиндров. После закрытия главного пускового клапана золотник с помощью пружины 1 отжимается от шайбы 4. Канал В сообщается с полостью Б , соединенной с атмосферой, и магистраль управляющего воздуха разгружается. При реверсе распределительный валик воздухораспределителя сдвигается в осевом направлении, и под хвостовики золотников подводится второй комплект кулачных шайб.

Поступающий к воздухораспределителю пусковой воздух давит на все управляющие клапаны 5, сидящие на кулаке 2. В зависимости от положения управляющих клапанов 5 пусковой клапан под давлением воздуха, поступающего от соответствующего управляющего клапана, открывается в том цилиндре, поршень которого находится в пусковом положении (за ВМТ). Под действием давления воздуха поршень приходит в движение и вращает коленчатый вал.

Кулак 2 также вращается, и следующий по порядку работы цилиндров управляющий клапан 5 активируется и подает воздух в следующий цилиндр. При достижении заданных оборотов система ДАУ включает подачу топлива, и пусковой режим прекращается. Подача сжатого воздуха в пусковую систему прекращается, и она сообщается с атмосферой, управляющие клапаны 5 пружинами поднимаются над кулаками, и процесс пуска прекращается.

В двигателях «МАН Бурмейстер и Вайи» при реверсе распределительный валик воздухораспределителя смещается, в осевом направлении и под хвостовики золотников подводится второй комплект кулачных шайб, соответствующих заднему ходу.

Пусковые клапаны служат для подачи сжатого воздуха в цилиндры при пуске дизеля. Клапаны открываются воздухом, поступающим к их управляющим поршням от воздухораспределителя.

Пусковой клапан дизеля «Бурмейстер и Вайн» (рис.13.5а) состоит из штока 6 с тарелкой 8 и направляющими ребрами 7, уравновешивающего поршня 5, пружины 4 и управляющего поршня 3. Масленка 2 и тавотница 1 служат для подачи смазки. Воздух от главного пускового клапана подводится в полость между уравновешивающими поршнем и тарелкой клапана, а от воздухораспределителя — в полость над управляющим поршнем.

Пусковой клапан дизеля «Зульцер» (рис.13.56) состоит из корпуса, штока 6, клапана с тарелкой 7 и уравновешивающим поршнем 5, управляющих поршней 4 и 3 и пружины 1. Управляющий поршень 3 выполнен дифференциальным. Управляющий воздух для открытия клапана подается от воздухораспределителя в полость А; одновременно полость под поршнем 4 воздухораспределитель сообщает с атмосферой. Давление управляющего воздуха действует вначале только на меньшую площадь дифференциального поршня 3. Клапан начнет открываться, если давление управляющего воздуха равно или больше давления в цилиндре. Этим предотвращается забрасывание пламени из цилиндра в пусковой трубопровод при применении смешанного пуска, когда в цилиндр подаются одновременно сжатый воздух и топливо.

После небольшого перемещения поршня 3 вниз уплотнительное кольцо малого поршня открывает прорези 2, через которые воздух поступает в полость Б , и клапан начинает быстро открываться за счет давления на полную площадь дифференциального поршня.

Для закрытия клапана управляющий воздух из воздухораспределителя подается в полость В ; одновременно полости А и Б сообщаются с атмосферой. Клапан начинает закрываться за счет воздействия воздуха на поршень 3. Перед посадкой клапана на седло управляющий поршень 4 отсекает поступление воздуха в полость В , и закрытие осуществляется путем воздействия воздуха на поршень 4; одновременно малый поршень 3 разобщает полость Б с атмосферой. Оставшийся в полости Б воздух по каналам К перетекает в полость В , что обеспечивает торможение и мягкую посадку клапана на седло.

Надежность пуска зависит от следующих факторов:

• степень износа цилиндро-поршневой группы и в первую очередь поршневых колец;
• тепловое состояние двигателя перед пуском;
• давление пускового воздуха;
• состояние топливовпрыскивающей аппаратуры, давление распиливания и величина цикловой подачи при пуске.

При пуске холодного двигателя от сжимаемого в цилиндрах воздуха отбирается большое количество тепла, в итоге температура и давление в цилиндре могут оказаться низкими и недостаточными для самовоспламенения впрыскиваемого топлива. Приходится долго раскручивать двигатель на воздухе, подаваемое топливо, не воспламеняясь, скапливается в цилиндре и при воспламенении очередной порции топлива в реакцию сгорания вовлекается ранее не сгоревшее топливо. Это приводит к чрезмерному росту давлений в цилиндре, подрываются предохранительные клапаны, увеличиваются механические нагрузки на подшипники, донышки поршней и крышек цилиндров. Известны случаи появления в них трещин. К подобным явлениям приводит также пуск двигателя при низких давлениях пускового воздуха. Скорость вращения его на воздухе мала, увеличиваются потери сжимаемого воздуха через неплотности поршневых колец, давления и температуры в конце сжатия оказываются недостаточными для надежного самовоспламенения. Этому также способствует низкое давление распыливания, создаваемое ТНВД при низких оборотах. К взрывам в цилиндрах может приводить также чрезмерно большая цикловая подача топлива, поступающего в цилиндр при совмещенном пуске.

1. Избегать пуска двигателя при низких давлениях пускового воздуха, особенно если двигатель не был предварительно прогрет.

2. Обязательно прогревать двигатели перед пуском. Для этого осуществлять прокачивание через блок двигателя горячей воды, выходящей из работающих дизелей.

3. Подбирать величину цикловой подачи топлива такой, чтобы она не была чрезмерно большой и не вызывала взрывного сгорания и в то же время была достаточной для должного распыливания и самовоспламенения. При пуске со взрывами — при наличии ДАУ внести изменения в ее программу.

Система реверса служит для изменения направления вращения коленчатого вала мало- и среднеоборотных судовых дизелей. Независимо от принципа работы и способа исполнения устройство для реверсирования дизеля должно обеспечивать правильное чередование и изменение фаз распределения органов пуска, газораспределения, топливоподачи, а также реверсирование навешенных на дизель вспомогательных механизмов. Необходимость изменения фаз распределения при реверсировании дизеля вытекает из следующего. Предположим, что кривошипы коленчатого вала шестицилиндрового дизеля занимают положение, показанное на рис. 13.6а. В рассматриваемом варианте для пуска дизеля в направлении «Вперед» необходимо подать воздух в пятый цилиндр, который в рассматриваемом случае находится в пусковом положении, и диск дискового воздухораспределителя (или пусковая шайба воздухораспределителя со звездообразным расположением золотников) соответственно должен находиться в положении, при котором воздух после открытия главного пускового клапана должен поступить к пусковому клапану пятого цилиндра (рис. 13.66). При этом пусковая шайба будет вращаться против часовой стрелки.

Для пуска дизеля «Назад» из того же положения пусковой воздух необходимо подать в четвертый цилиндр.

Для этого диск (или шайбу) необходимо повернуть в положение, показанное на рис. 13в; диск будет вращаться по часовой стрелке.

Очевидно, что воздухораспределитель с рядным расположением золотников должен иметь по две кулачные шайбы (переднего и заднего хода) для каждого золотника, и его распределительный валик при реверсировании должен смещаться в осевом направлении.

Предположим также, что при работе четырехтактного дизеля «Вперед» в одном из цилиндров закончился процесс расширения и поршень находится в НМТ. Так как выпускной клапан начинает открываться до НМТ, то при рассматриваемом положении поршня выступ кулачной шайбы 3 уже набежит на ролик 1 толкателя выпускного клапана (рис. 13.7а), и он будет открыт на величину h. Если с этого момента вал дизеля должен изменить направление вращения на обратное, то процесс выпуска независимо от направления вращения должен продолжаться, а следовательно, должен открываться и выпускной клапан. Однако при обратном вращении распределительного вала кулачная шайба 3 уже не может открыть клапан и требуется установка второй шайбы 2, зеркально расположенной по отношению к первой. Таким образом, для возможности работы дизеля «Вперед» и «Назад» необходимо иметь по две кулачные шайбы для каждого клапана.

Подача топлива в цилиндр обычно начинается до ВМТ и заканчивается после нее по прошествии 20-25° п.к.в. Следовательно, при положении поршня в ВМТ плунжер ТНВД еще продолжает свой нагнетательный ход, и кулачная шайба топливного насоса должна быть заклинена по отношению к кривошипу с отставанием на угол φ (рис.13.76). Точки НП и КП на профиле шайбы соответствуют началу и концу подачи топлива; их расположение зависит от способа регулирования ТНВД и цикловой подачи топлива. При реверсировании дизеля рабочий участок шайбы НП-КП находится на другой стороне ее профиля. Поэтому распределительный вал необходимо развернуть на угол 2 φ (если шайбы имеют симметричный профиль) или сместить его в осевом направлении и подвести под ролики толкателей ТНВД другой комплект кулачных шайб.

В двигателях МАН-МС (см. рис. 13.8) топливный кулак имеет симметричный профиль и реверсирование фаз топливоподачи не требует разворота распределительного вала, а осуществляется перекидыванием ролика 3 с помощью сервомотора 4 с профиля кулака 1 на 2 или наоборот.

Процесс реверсирования главных судовых дизелей является весьма напряженным, так как при реверсировании во время хода судна приходится быстро тормозить не только вращающийся вал двигателя, но и гасить инерцию движения судна. После подачи сигнала «Стоп» (выключения подачи топлива) крутящий момент двигателя падает до нуля, но его вал продолжает вращаться под действием инерции движущихся масс двигателя, а также в силу того, что гребной винт за счет продолжающегося движения судна переходит в режим гидротурбины. Процесс торможения составляет 2-10 минут в зависимости от скорости хода судна, его водоизмещения и характеристик гребного винта. Реверсирование двигателя может быть осуществлено лишь после остановки двигателя. Если же на ходу судна поступает команда «Полный назад», то обстоятельства заставляют прибегнуть к быстрой остановке двигателя за счет подачи контрвоздуха в цилиндры, в которых в этот период происходит такт сжатия.

Реверсирование двигателя на ходу судна включает следующие операции:

• выключение подачи топлива;
• реверсирование газораспределительных органов и топливоподачи из положения «Вперед» в положение «Назад» еще при вращающемся вале;
• торможение двигателя контр-воздухом;
• пуск двигателя в требуемом направлении и перевод на работу на топливе.

Торможение контрвоздухом осуществляется после реверсирования воздухораспределителя, тогда пусковой воздух к пусковым клапанам начнет поступать за 65-110° п.к.в. до прихода поршней в ВМТ и тем самым тормозить их движение.

Нужно иметь в виду, что режим реверсирования с контрвоздухом является весьма напряженным и к нему следует прибегать лишь в экстренных ситуациях.

Литература

Судовые двигатели внутреннего сгорания — Возницкий И.В. Пунда А.С. [2010]