22. Схемы управления асинхронным двигателем

с короТкозамкнутым ротором

В данном разделе рассматриваются простейшие схемы релейно-контакторного управления прямым пуском и реверсированием (изменением направления вращения ротора) асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Для изучения работы электропривода используются принципиальные электросхемы. При изучении и чтении принципиальных электрических схем, на которых показаны соединение элементов и требуемая последовательность коммутационных операций, необходимо учитывать их особенности:

- каждая схема имеет две электрические цепи: силовую, которая обычно выделяется жирными линиями, и цепь управления, изображаемая более тонкими линиями;

- все элементы электрических аппаратов обозначаются в соответствии с ГОСТ 2.755-87;

- элементы схемы в соответствии с их функциями обозначаются буквами; они разбиты по видам на группы, имеющие обозначения одной буквы (например, конденсаторы обозначаются буквой C); для уточнения вида элементов применяют двухбуквенные коды;

- примеры буквенных обозначений элементов схемы (двухбуквенный код):

выключатель кнопочный – SB; контактор, магнитный пускатель – KM; трансформатор тока – TA; амперметр – PA; вольтметр – PV; реле времени – KT; реле электротепловое – KK; диод – VD; тиристор – VS; предохранитель плавкий – FU;

- примеры условных обозначений элементов на электрических схемах:

- обмотка контактора, реле, магнитного пускателя;

- замыкающие контакты реле, контактора, магнитного пускателя;

- размыкающие контакты реле, контактора, магнитного пускателя;

- кнопка самовозврата с замыкающим контактом;

- кнопка самовозврата с размыкающим контактом;

- реле электротепловое;

- замыкающие контакты с выдержкой времени при срабатывании (используются в реле врмени);

- замыкающие контакты с выдержкой времени при возврате;

- разные элементы одного аппарата показывают в различных электрических цепях, например, обмотка контактора KM обычно включена в цепь управления, его контакты включены в силовую цепь;

- принадлежность элементов к одному аппарату устанавливается по буквенному и цифровому обозначению, например, все элементы первого контактора могут быть обозначены KM1, а обозначение KM1.2 расшифровывается как второй контакт первого контактора;

- на схеме все элементы аппарата (контакты, кнопки) показаны при отсутствии токов в обмотках и ненажатых кнопках.

Электрическая схема пуска нереверсивного асинхронного двигателя

В схемах релейно-контакторного управления пуском асинхронного двигателя используются контакторы, магнитные пускатели, электротепловые реле и пусковые кнопки.

Контакторами называются электромагнитные выключатели, предназначенные для коммутирования силовых электрических цепей с помощью электромагнитов. Контакторы снабжаются системой гашения дуги. Помимо силовых контактов в контакторах предусмотрены вспомогательные блокировочные контакты (блок-контакты), служащие для различных переключений в цепях управления приводом.

Электромагнитные контакторы переменного тока широко используются в

магнитных пускателях — устройствах дистанционного управления электроприводом и автоматической защиты от перегрузок асинхронных электродвигателей с помощью электротепловых реле. Пускатели делятся на нереверсивные, имеющие один контактор, и реверсивные, имеющие два контактора.

Электротепловое реле содержит биметаллический элемент, представляющий собой две механически скреплённые металлические пластины из металлов с различными температурными коэффициентами расширения. При перегрузке цепи ток увеличивается и нагревает биметаллический элемент. Он изгибается в сторону пластины с малым коэффициентом линейного расширения, что приводит к размыканию контактов.

Схема прямого пуска асинхронного двигателя (рис. 22.1) используется при небольших мощностях порядка 30 ÷ 40 кВт. Для двигателей большей мощности используются средства ограничения пусковых токов: включение пусковых реостатов в цепь обмотки фазного ротора или пуск при пониженном напряжении.

Рис. 22.1. Схема пуска нереверсивного асинхронного двигателя

После нажатия на кнопку SB1 (кнопка “Пуск”) происходит подача напряжения на катушку контактора KM. Якорь контактора притягивается к сердечнику, происходит замыкание силовых контактов КМ в цепи обмотки статора асинхронного двигателя M, и двигатель пускается в ход. Одновременно в цепи управления замкнётся вспомогательный блок-контакт KM1, шунтируя пусковую кнопку. Кнопку SB1 можно отпустить и пружина вернёт контакт кнопки в разомкнутое состояние. При этом подача напряжения на катушку контактора будет осуществляться по параллельной цепи через блок-контакт KM1. Выключить двигатель можно нажатием кнопки SB2 (кнопка “Стоп” – обычно красного цвета). Для повторного пуска следует снова нажать на пусковую кнопку SB1.

В данной схеме защита двигателя от перегрузок обеспечивается двумя электротепловыми реле KK1 и KK2. Следует иметь в виду, что из-за тепловой инерции тепловые реле не обеспечивают защиту от токов короткого замыкания. Для защиты от токов короткого замыкания в схеме предусмотрены плавкие предохранители FU. При перегрузке электродвигателя, когда момент сопротивления на валу ротора будет выше допустимого, ток статора возрастёт, биметаллическая пластина электротеплового реле при нагреве током статора изогнётся и произойдёт размыкание контактов KK1 и KK2 в цепи управления. Катушка контактора обесточится и двигатель остановится. После охлаждения биметаллической пластины нажатием кнопки тепловое реле возращается в исходное состояние.

При коротком замыкании происходит расплавление плавких вставок предохранителей FU, цепь электропитания двигателя разрывается и двигатель остановится. После замены плавких вставок предохранителей может быть выполнен повторный пуск двигателя.

Данная схема управления также обеспечивает “нулевую” защиту двигателя. Если напряжение в питающей сети исчезнет или понизится до50÷60% от номинального значения, электромагнит контактора не сможет удержать якорь в притянутом к сердечнику состоянии, якорь отпадает, размыкая силовые и вспомогательные контакты, и обесточенный двигатель остановится. После восстановления напряжения до нормального значения двигатель самопроизвольно не запустится. Для повторного пуска двигателя необходимо снова нажать на пусковую кнопку SB1.

Электрическая схема прямого пуска реверсивного асинхронного двигателя

Для обеспечения реверса двигателя (изменения направления вращения) необходимо поменять местами в клеммной коробке любые две фазы питающего электрокабеля, оставив третью фазу нетронутой (рис.22.2). Реверс электродвигателя обеспечивается с помощью реверсивного пускателя (рис.22.3.).

а ) ° ° ° клемма двигателя

фаза А В С

n₂ (направление

вращения

питающий ротора)

электрокабель

Рис. 22.2. Схема изменения направления вращения ротора асинхронного двигателя

б ) ° ° °

фаза С В А n₂ (направление

вращения

ротора)

питающий

электрокабель

Рис. 22.2. Продолжение

Рис. 22.3. Схема пуска реверсивного асинхронного двигателя

После кратковременного нажатия на кнопку SB1 для включения электродвигателя в направлении “Вперёд” (по часовой стрелке) срабатывает контактор КМ1. Контакты КМ1 контактора в силовой цепи замкнутся и будет подано напряжение на обмотку статора двигателя М, после чего ротор двигателя начнёт вращаться, например, по часовой стрелке. Затем кнопку SB1 можно отпустить, так как питание катушки контактора обеспечивается через блок-контакт КМ1.1 контактора КМ1.

Для того чтобы не произошло короткое замыкание в силовой цепи при случайном одновременном нажатии пусковых кнопок SB1 и SB2 (“Вперёд” и “Назад”) вспомогательный размыкающий контакт КМ1.2 контактора КМ1 включён в цепь катушки контактора КМ2, обеспечивающего включение двигателя в направлении “Назад” (против часовой стрелки). Этот контакт обеспечивает блокировку (размыкание) цепи управления пуском двигателя в направлении “Назад”, что делает невозможным пуск двигателя сразу в двух направлениях и предотвратит аварийную ситуацию. Для повышения надёжности эксплаутации электродвигателя кроме описанной выше электрической блокировки применяют механическую блокировку. В этом случае пусковая кнопка SB1 кроме замыкающего контакта имеет размыкающий контакт (на схеме соединены пунктирной линией). Тогда при пуске двигателя в направлении “Вперёд” цепь включения в направлении “Назад” блокируется за счёт размыкающего контакта кнопки SB1.

Для остановки двигателя следует нажать на кнопку SB3 (“Стоп”) и схема вернётся в исходное состояние. При перегрузке двигателя срабатывают электротепловые реле КК1 и КК2. В данной схеме “нулевая защита” при снижении напряжения работает аналогично схеме пуска нереверсивного двигателя.

Чтобы включить двигатель в обратном направлении против часовой стрелки (“Назад”) необходимо нажать на кнопку SB2. Для предотвращения попытки включить двигатель сразу в двух направлениях (“Назад” и “Вперёд”) предусмотрены электрическая и механическая блокировки, для чего соответствующие размыкающие контакты КМ1.2 и КМ2.2 и SB1 и SB2 включены в цепи катушек контакторов КМ1 и КМ2.