На сегодняшний день чаще всего применяются релейно-контакторные схемы управления. В таких системах главными приборами являются электромагнитные пускатели и реле. Кроме того, в качестве привода для станков и других установок чаще всего применяется такое устройство, как асинхронный двигатель трехфазного тока с короткозамкнутым ротором.
Описание двигателей
Такие типы приводов стали активно использоваться из-за того, что они просты в эксплуатации, обслуживании, ремонте и устройстве. У них имеется лишь один серьезный минус, который заключается в том, что пусковой ток превышает номинальный примерно в 5-7 раз, а также отсутствует возможность простыми способами управления плавно изменять скорость вращения ротора.
Данный тип машин стал активно использоваться из-за того, что в схемы электроустановок начали активно внедряться такие приборы, как преобразователи частоты. Еще одно весомое преимущество асинхронного двигателя с трехфазным током и коротко замкнутым ротором в том, что он обладает достаточно простой схемой подключения в сеть. Для его включения в работу потребуется лишь подать трехфазное напряжение на статор, и устройство тут же запустится. В наиболее простых схемах управления для его запуска используется такое устройство, как пакетный выключатель или же трехфазный рубильник. Однако данные приборы, несмотря на свою простоту и удобство в эксплуатации, являются элементами ручного управления.
Это является огромным минусом, так как в схемах большинства установок необходимо использовать схему включения двигателя именно в автоматическом режиме. Также необходимо предусматривать автоматическое изменение направления вращения ротора двигателя, то есть его реверс и очередность включения в работу нескольких двигателей.
Основные схемы подключения
Чтобы обеспечить все необходимые функции, которые были описаны выше, необходимо использовать именно автоматические режимы работы, а не элементы ручного управления приводом. Однако справедливо будет отметить, что некоторые старые образцы станков для резки металла все еще используют пакетные переключатели для смены числа пар полюсов или же для обеспечения реверса.
Применение в схемах подключения асинхронных двигателей (АД) не только пакетных выключателей, но и рубильников возможно, но они выполняют лишь одну функцию - подключение схемы к подаче напряжения. Все остальные операции, которые предусматривает схема управления двигателем, выполняются под руководством электромагнитного пускателя.
При подключении схемы АД с короткозамкнутым ротором через такой тип пускателя обеспечивается не только удобный режим управления, но и создается еще и нулевая защита. Чаще всего в качестве схем управления двигателем в станках, установках и других машинах используется три метода включения:
- первая схема применяется для управления нереверсивным двигателем, использует лишь один пускатель электромагнитного типа и две кнопки - "Пуск" и "Стоп";
- вторая схема управления двигателем реверсивного типа предусматривает использование трех кнопок и двух пускателей обычного типа или одного реверсивного типа;
- третья схема управления отличается от предыдущей лишь тем, что из трех кнопок управления две имеют спаренные контакты.
Схема с пускателем электромагнитного типа
Пуск асинхронного двигателя в такой схеме подключения осуществляется с нажатия соответствующей кнопки. Когда она нажимается, то на катушку пускателя подается ток с напряжением в 220 В. У пускателя имеется подвижная часть, которая при подаче напряжения притягивается к неподвижной, из-за чего контакты устройства замыкаются. Данные силовые контакты подают входящее напряжение на двигатель. Параллельно этому процессу замыкается также и блокировочный контакт. Его включение осуществляется параллельно кнопке "Пуск". Именно благодаря этой функции при отпускании данной кнопки катушка все еще остается под напряжением и продолжает питать двигатель, чтобы он функционировал.
Если по какой-либо причине во время пуска асинхронного двигателя, то есть при нажатии на "Пуск", блокировочный контакт не замыкался бы или, к примеру, отсутствовал, то сразу при отпускании ток переставал бы подаваться на катушку, силовые контакты пускателя размыкались бы, и работа двигателя тут же прекращалась. Такой режим работы называется "толчковым". Он имеет место, к примеру, при управлении кран-балкой.
Для того чтобы остановить трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, необходимо нажать на кнопку "Стоп". Принцип работы в таком случае достаточно прост и основан на том, что нажатие кнопки создает разрыв в цепи, разъединяя силовые контакты пускателя, останавливая тем самым работу двигателя. Если в момент работы исчезнет напряжение на источнике питания, то двигатель также остановится, так как такой дефект равносилен нажатию на "Стоп" и дальнейшему созданию разрыва в цепи прибора.
После того как устройство было остановлено отключением или пропажей питания, запустить его повторно можно лишь с кнопки. Именно это и называется нулевой защитой в схемах управления двигателем. Если бы вместо пускателя здесь был установлен переключатель или рубильник, то при повтором возникновении напряжения в источнике двигатель автоматически бы запустился и продолжил работу. Это считается небезопасным для обслуживающего персонала.
Применение двух пускателей в реверсивном устройстве
Схема управления асинхронным двигателем такого типа, по сути, работает таким же образом, как и предыдущая. Основное отличие здесь заключается в том, что появляется возможность при необходимости изменять направление вращения ротора. Чтобы это осуществить, необходимо изменить работающие фазы, имеющиеся на обмотке статора. К примеру, если нажать на кнопку "Пуск" КМ1, то порядок рабочих фаз будет А-В-С. Если же включить устройство со второй кнопки, то есть с КМ2, то порядок работающих фаз сменится на противоположный, то есть С-В-А.
Таким образом получается, что для управления асинхронным двигателем схемой такого типа необходимо две кнопки "Пуск", одна кнопа "Стоп" и два пускателя.
При нажатии на первую кнопку, которая в схеме обычно обозначается как SB2, произойдет включение первого контактора и вращение ротора в одну из сторон. Если возникает необходимость смены направления вращения на противоположную, необходимо нажать на "Стоп", после чего запуск двигателя осуществляется кнопкой SB3 и включением в работу второго контактора. Другими словами, чтобы использовать данную схему, необходимо промежуточное нажатие на кнопку остановки.
Так как управление работой двигателя с такой схемой усложняется, возникает необходимость в дополнительной защите. В данном случае речь идет об эксплуатации в пускателе нормально-закрытых (размыкающих) контактов. Они необходимы для того, чтобы обеспечить защиту от одновременного нажатия на обе кнопки "Пуск". Их нажатие без остановки приведет к возникновению короткого замыкания. Дополнительные контакты в таком случае препятствуют одновременному включению обоих пускателей. Это происходит из-за того, что при одновременном нажатии один из них включится на секунду позже второго. За это время первый контактор успеет разомкнуть свои контакты.
Недостаток управления электрическим двигателем с такой схемой заключается в том, что пускатели должны обладать большим количеством контактов или же контактными приставками. Любой из этих двух вариантов не только усложняет всю электрическую конструкцию, но еще и удорожает ее сборку.
Третья разновидность схемы управления
Основное отличие данной схемы системы управления двигателем от предыдущей в том, что в цепи каждого из контакторов, кроме общей кнопки "Стоп", имеется еще по два контакта. Если рассматривать первый контактор, то в его цепи имеется дополнительный контакт у SB2 - это нормально-открытый (замыкающий), а SB3 имеет нормально-закрытый (размыкающий) контакт. Если рассматривать схему подключения второго электромагнитного пускателя, то его кнопка "Пуск" будет иметь те же контакты, но расположенные наоборот относительно первого.
Таким образом удалось добиться того, что при нажатии на одну из них при работающем двигателе цепь уже эксплуатирующейся будет размыкаться, а другая, наоборот, замыкаться. У такого типа подключения имеется несколько преимуществ. Во-первых, данная схема не нуждается в защите от одновременного включения, а значит, отпадает необходимость в наличии дополнительных контактов. Во-вторых, появляется возможность выполнения реверсом без промежуточного нажатия на "Стоп". При таком подключении эта контактор используется лишь для полной остановки работающего АД.
Стоит отметить, что рассмотренные схемы управления пуском двигателя являются несколько упрощенными. В них не рассматривается наличие различных дополнительных аппаратов защиты, элементов сигнализации. Кроме того, в некоторых случаях возможно осуществлять питание электромагнитной катушки пускателя от источника в 380 В. В таком случае появляется возможность подключения лишь от двух фаз, к примеру А и В.
Схема управления с прямым пуском и функцией времени
Запуск двигателя осуществляется как обычно - кнопкой, после чего напряжение будет подаваться на катушку пускателя, которая подключит АД к источнику питания. Особенность схемы состоит в следующем: вместе с замыканием контактов у пускателя (КМ) произойдет замыкание одного из его контактов в другой цепи (КТ). Из-за этого происходит замыкание цепи, в которой располагается контактор торможения (КМ1). Но его срабатывание в этот момент не осуществляется, так как перед ним располагается размыкающий контакт КМ.
Для отключения служит другая кнопка, размыкающая цепь КМ. В это время осуществляется отключение устройства от сети переменного тока. Однако же вместе с этим происходит замыкание контакта, который находился в цепи реле торможения, который ранее упоминался как КМ1, а также осуществляется отключение цепи в реле времени, которое обозначается как КТ. Именно это приводит к тому, что в работу включается контактор КМ1. В этом случае осуществляется переход схемы управления двигателем на постоянный ток. То есть подача питающего напряжения осуществляется от встроенного источника через выпрямитель, а также резистор. Все это приводит к тому, что агрегат осуществляет динамическое торможение.
Однако на этом работа схемы не заканчивается. В цепи имеется реле времени (КТ), которое начинает отсчет времени торможения сразу после того, как отключается от питания. Когда отведенное время на отключение двигателя истекает, КТ размыкает свой контакт, который имеется в цепи КМ1, он отключается, из-за чего подача тока постоянного типа на двигатель также останавливается. Только после этого происходит полная остановка, и можно считать, что схема управления двигателем вернулась в начальное положение.
Что касается интенсивности торможения, то ее можно регулировать силой постоянного тока, который следует через резистор. Для этого нужно выставить необходимое сопротивление на данном участке.
Схема для работы многоскоростного двигателя
Такая схема управления может обеспечить возможность получения двух скоростей двигателя. Для этого осуществляется подключение секций полуобмоток статора в двойную звезду или же в треугольник. Кроме того, в таком случае также обеспечивается возможность реверсирования. Чтобы избежать неисправностей системы управления двигателем, в такой сложной цепи имеется два тепловых реле, а также предохранитель. На схемах они обычно маркируются как КК1, КК1 и FA соответственно.
Изначально возможен пуск ротора с низкой частотой вращения. Для этого в схеме обычно предусмотрена кнопка, которая помечается как SB4. После ее нажатия происходит запуск на низкой частоте. Статор прибора в таком случае подключается по схеме обычного треугольника, а имеющееся реле замыкает два контактора и подготавливает двигатель к подключению питания от источника. После этого нужно нажать на кнопку SB1 или SB2, чтобы определить направление вращения - "Вперед" или "Назад" соответственно.
Когда разбег до низких частот осуществлен, появляется возможность разогнать двигатель до высоких показателей вращения. Для этого нажимается кнопка SB5, которая отключает один из контакторов от схемы и подключает другой. Если рассматривать это действие с точки зрения работы цепи, то подается команда на переход от треугольника на звезду двойного типа. Для того чтобы полностью остановить работу, имеется кнопка "Стоп", которая на схемах маркируется как SB3.
Кнопочный пост
Данное оборудование предназначается для коммутации, то есть соединения цепей, в которых протекает переменный ток с максимальным напряжением в 660 В и частотой 50 или 60 Гц. Можно эксплуатировать такие устройства и в сетях с постоянным током, но тогда максимальное рабочее напряжение ограничивается 440 В. Возможно применение даже в качестве пульта управления.
Обычный кнопочный пост имеет следующие особенности своей конструкции:
- Каждая из его кнопок лишена фиксации.
- Имеется кнопка "Пуск", которая чаще всего имеет не только зеленый цвет, но и контакты нормально-разведенного типа. Некоторые модели даже обладают подсветкой, которая включается после нажатия. Предназначение - введение в работу какого-либо механизма.
- "Стоп" - это кнопка, обладающая красным цветом (чаще всего). Располагается она на замкнутых контактах, а ее основное предназначение - это отключение какого-либо прибора от источника питания с целью остановки его работы.
- Отличие между некоторыми приборами состоит в материале, который используется для изготовления каркаса. Он может быть сделан из металла или пластмассы. В данном случае корпус играет важную роль, так как имеет определенную степень защиты, зависящую от материала.
Основные преимущества
Среди основных преимуществ таких приборов выделяются следующие:
- комплектация данного прибора не всегда может быть стандартной, она может корректироваться по пожеланиям заказчика;
- корпус обычно изготавливается из негорючей тугоплавкой пластмассы или же из металла;
- имеется хорошая герметизация, которая достигается за счет наличия резиновой прокладки между крышкой и контактами внутри;
- уплотнитель для данного кнопочного поста находится под хорошей защитой от воздействия каких-либо агрессивных факторов со стороны окружающей среды;
- сбоку имеется дополнительное отверстие, чтобы было удобно вводить нужный кабель;
- все крепления, имеющиеся у поста, изготавливаются из высокопрочной нержавеющей стали.
Тип постов
Существует три типа поста - это ПКЕ, ПКТ и ПКУ. Первый обычно применяется для работы со станками для деревообработки промышленного или домашнего назначения. ПКУ применяется в промышленности, но лишь на тех объектах, где отсутствует опасность взрыва, а концентрация пыли и газа не поднимается выше того уровня, который способен вывести устройство из строя. ПКТ - это именно те посты, которые могут использоваться в схемах управления трехфазными асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором, а также другими двигателями электротехнического типа. Кроме того, они также активно используются для управления таким оборудованием, как кран-балки, мостовые краны и прочие устройства, предназначенные для подъема тяжелого груза.
