14.3. КАК ВКЛЮЧИТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ

Наиболее распространена в промышленности схема управления асинхронным трехфазным двигателем. Тысячи таких двигателей, работающих на заводах и фабриках, нужно уметь включать и выключать. Для этого используют специальные схемы управления.

Мы уже узнали, что самым простым аппаратом для включения и выключения электрических схем является рубильник. Схема управления двигателем получается простой (рис. 14.5, а), но не очень удобной. Такие схемы применяют только тогда, когда двигатель включается крайне редко, например раз в сутки или еще реже.

Удобнее схема на рис. 14.5, б. Здесь мы включаем двигатель при помощи контактора КМ, а катушку контактора включаем выключателем ЙЛ. Получилось две цепи управления. Одна изображена на рисунке жирными линиями — это силовая цепь. Все элементы силовой цепи рассчитаны на большой ток, потребляемый двигателем из сети. Вторая — цепь управления. В ней коммутируются малые токи. Здесь используют маломощные аппараты, рассчитанные на небольшие токи.

Схемы, изображенные на рис. 14.5, обладают общим недостатком — в них нет нулевой защиты.

Попробуем разобраться, что это такое. Предположим, что мы включили двигатель рубильником или выключателем.

Рис. 14.5. Улравление асинхронным двигателем: а — рубильником; б — контактором

Двигатель приводит в движение станок или другую производственную машину. Началась работа. Внезапно произошел перерыв в подаче электроэнергии. В цехе сработал защитный автомат, и все станки остановились. Остановился и наш двигатель. Как видим, пока ничего страшного не произошло.

Однако после того, как авария в цехе будет ликвидирована, напряжение в сети восстановится и наш двигатель самопроизвольно придет в движение. Это может привести к аварии оборудования и даже вызвать несчастный случай. Ведь для рабочего, обслуживающего этот станок, запуск двигателя может быть неожиданным.

Выход можно найти, если на стене цеха повесить большой плакат:

Отключи рубильник после самопроизвольной остановки станка!

Но как быть, если этот плакат не привлечет внимания рабочего и он все равно забудет отключить рубильник?

Хорошая электрическая схема должна предусмотреть все возможные неприятности и заранее их ликвидировать.

Попробуем такую схему разработать. Силовую часть схемы оставим неизменной (рис. 14.6, а). Обмотка статора двигателя включается в сеть главными контактами контактора КМ. Будем изменять цепь управления. Прежде всего попробуем включить катушку контактора кнопкой SB (рис. 14.6, б). Получилась очень интересная схема. Двигатель работает, пока кнопка нажата. Это так называемый «толчковый режим», он используется для наладки оборудования. При длительной работе постоянно держать палец на кнопке утомительно. Попробуем улучшить работу схемы. Для этого снабдим контактор еще одной парой вспомогательных замыкающих контактов. Как это сделать, наглядно показано на рис. 14.7. Включим контакт параллельно кнопке (рис. 14.6, в). Это очень важный шаг в наших рассуждениях.

Рис. 14.6. Нереверсивный магнитный пускатель: а — силовая схема; б — толчковый режим; в — цепь самоблокировки до нажатия кнопки SB; г — после кратковременного нажатия кнопки SB контактор ставится на самопитание; д — для отключения контактора необходимо добавить еще одну кнопку (SB1)

Рис. 14.7. Монтажная схема нереверсивного магнитного пускателя

Теперь после кратковременного нажатия на кнопку вспомогательные контакты контактора замкнутся и возникнет дополнительная цепь питания катушки контактора. Она показана пунктиром на рис. 14.6, г. Говорят, что контактор «встал на самопитание» или произошла «самоблокировка» катушки контактора.

Теперь схема обладает нулевой защитой. Действительно, если напряжение в сети исчезнет, катушка контактора обесточится, рабочие контакты разомкнутся, разомкнется и вспомогательный контакт, цепь катушки разорвется. После восстановления напряжения цепь катушки так и остянется разомкнутой и для повторного включения двигателя нужно опять нажать на кнопку SB.

Мы вытянули одну ногу, а у нас увязла другая. В схеме появилась нулевая защита, но теперь двигатель невозможно остановить. После нажатия на кнопку он будет работать до тех пор, пока не отключится напряжение в сети. Приходится ставить еще одну кнопку. Теперь у нас в схеме две кнопки — одна для пуска двигателя (SB2), а другая — для его остановки SB1 (рис. 14.6, д). Они так и называются: Пуск и Стоп. Мы уже знаем, что отключение цепи — более важная задача. Поэтому кнопку Стоп делают более заметной. Часто ее закрашивают в красный цвет или выполняют в виде выступающего грибочка.

Схему, которая у нас получилась на рис. 14.6, <5, называют магнитным пускателем.

Более наглядное изображение магнитного пускателя Вы найдете на рис. 14.7. Здесь хорошо видно, как якорь электромагнита замыкает рабочие и вспомогательные контакты контактора, как включены кнопки.

В нашей схеме двигатель вращается всегда в одну сторону. Вместе с тем на практике часто бывает необходимо изменить направление вращения двигателя, реверсировать его. Реверс произойдет, если изменить направление вращения магнитного поля, для чего достаточно поменять местами два любых провода, подключающих асинхронный двигатель к сети. При этом изменится порядок чередования фаз и двигатель станет вращаться в другую сторону.

Составим прежде всего силовую часть схемы управления. Очевидно, что в схеме должно быть теперь два контактора (назовем их КМ1 и КМ2) в соответствии с двумя направлениями вращения. Обычно считают, что один контактор (пусть это будет контактор КМ1) включает двигатель Вперед, а другой (КМ2) — Назад.

Силовая часть схемы изображена на рис. 14.8, а. Зажимы сети обозначены здесь латинскими буквами А, В, С, а зажимы двигателя — C1, С2, С3.

Контактор КМ1 соединяет зажимы двигателя и сети так:

Если включить контактор КМ2, соединение изменится:

Крайние провода поменялись местами, а подключение среднего провода не изменилось.

Рис. 14.8. Реверсивный магнитный пускатель: а — силовая часть схемы; б — схема управления без блокировки; в — блокировка на кнопках; г — блокировка на контактах

Это обстоятельство послужило основанием для жаркой дискуссии. Действительно, для отключения двигателя достаточно разорвать два провода, а для реверса — поменять их местами. Может быть, средний провод постоянно подключить к сети, а у контакторов оставить только два рабочих контакта? Получится большая экономия.

После длительного обсуждения электрики отказались от этого варианта. Из соображений техники безопасности нежелательно постоянно подключать электроустановку к сети, даже одним проводом.

Итак, мы составили силовую часть схемы. Займемся теперь цепями управления. Сообразим, какие элементы управления нам нужно использовать. Прежде всего должны быть две катушки контакторов, затем три кнопки: Стоп, Вперед и Назад.

Нарисуем две вертикальные линии — это питание цепей управления. К одной из них подключим катушки контакторов, к другой — самую важную кнопку: Стоп. Теперь последовательно с каждой катушкой контактора подключим соответствующую кнопку: к контактору КМ1 — Вперед, к контактору КМ2 - Назад. Получилась схема толчкового режима. Чтобы сделать ее пригодной для длительного режима работы, параллельно к каждой кнопке необходимо подключить вспомогательный замыкающий контакт соответствующего контактора, как показано на рис. 14.8, б.

Эта схема имеет нулевую защиту и позволяет реверсировать двигатель. Но у нее есть серьезный недостаток. Представьте себе, что некто нажмет сразу на обе кнопки — Вперед и Назад. Одновременно сработают оба контактора и произойдет короткое замыкайте во всех фазах. Схема нуждается в специальной защите или блокировке от неправильного включения. В английской технической литературе используют более сильный термин —fool proof (защита от дураков). Смысл его будет ясен, если, раскрыв словарь, Вы увидите, что fool означает глупый, a proof — защита.

Один вариант такой усовершенствованной схемы представлен на рис. 14.8, в. Здесь используются кнопки управления с двумя парами контактов — замыкающими и размыкающими. Если одновременно нажать на кнопки Вперед и Назад, никакого включения не произойдет, так как цепи обоих контакторов окажутся разомкнутыми.

Второй вариант схемы изображен на рис. 14.8, г. Здесь усовершенствованы контакторы. Они снабжены еще одним вспомогательным контактом — размыкающим. Каждый такой контакт включен в цепь другого контактора. Поэтому если нажать на кнопку Вперед, то сработает контактор КМ1 и его контакт разомкнет цепь контактора КМ2. После этого нажатие на кнопку Назад никакого действия на схему не окажет.

Теперь нажмем одновременно на обе кнопки — Вперед и Назад. Что произойдет? Один из контакторов сработает быстрее, он и включит двигатель. Второй контактор, более медленный, включиться уже не сможет. Короткое замыкание будет предотвращено. Обе схемы осуществляют реверс двигателя, но работают по-разному. Если двигатель включен кнопкой Вперед, то в первой схеме его можно сразу реверсировать, нажав на кнопку Назад.

Во второй схеме нужно сначала нажать на кнопку Стоп, отключить КМ1, а затем уже кнопкой Назад реверсировать двигатель. Реверс с хода здесь невозможен.

Таким образом, мы получили схему реверсивного магнитного пускателя.

Магнитные пускатели широко используют для управления асинхронными двигателями либо в виде самостоятельных устройств, либо как элемент более сложных схем управления.