Асинхронный двигатель силовая схема

Подключение асинхронного двигателя через контактор

Асинхронный двигатель благодаря своей дешевизне и простоте занял прочное место там, где применяется трехфазное напряжение – в промышленном оборудовании. В данной статье рассмотрим схемы на контакторах, которые являются классическими, и служат для подачи питания на двигатель.

Несмотря на то, что сейчас всё шире внедряются электронные способы включения двигателя (устройства плавного пуска, твердотельные пускатели, преобразователи частоты), схема включения двигателя через контактор используется в более чем 75% случаев. И дело не только в дешевизне. В большинстве случаев это обусловлено конкретным применением двигателя – зачем усложнять схему, вводить при проектировании оборудования управление и настройки преобразователя частоты, когда достаточно установить контактор. А при грамотном выборе и подключении контактор прослужит много лет, ничуть не уступая преобразователям частоты по надежности.

Кроме дешевизны, у контактора есть ещё один плюс – он неприхотлив к условиям работы, когда приходится работать во влажных и пыльных условиях, и при высоких температурах (от 35 до 75 °С). В отличии от контактора, для преобразователя частоты обязательное условие – принудительное охлаждение для обеспечения температурного режима (вплоть до установки кондиционеров в электрошкафы), и отсутствие пыли и влаги в воздухе.

Ограничимся рассмотрением подачи трехфазного напряжения на три клеммы двигателя. При этом не будем учитывать тот факт, что напряжение может быть теоретически любым по номиналу и частоте, а включение обмоток двигателя может быть по двум схемам – «звезда» и «треугольник».

Рассматривать будем две части схемы, которые всегда присутствуют – схему управления и силовую часть.

Схема с самоподхватом

Эта схема является классической, и на её основе строится много схем релейной автоматики. В схеме с самоподхватом для пуска двигателя используется кнопка «Пуск» с нормально открытыми контактами, а для остановки – кнопка «Стоп», имеющая нормально закрытые контакты.

Схема в простейшем случае имеет такой вид:

В левой части – схема управления, в правой – силовая часть, питающая двигатель.

На схеме обозначены:

• «+» и «–» — полюса источника питания, его напряжение может быть любым – линейным, фазным, либо пониженным (110 или 24 В)
• SB1 – кнопка «Стоп»,
• SB2 – кнопка «Пуск»,
• К1 – катушка контактора,
• К1.1 – контакты самоподхвата контактора К1.

Принцип работы схемы следующий.

Исходное состояние – контактор выключен, поскольку на его катушку К1 напряжение питания не подается. Контакты кнопки SB1 «Стоп»замкнуты, то ток через них не протекает, поскольку контакты SB2 и К1.1 разомкнуты. Для того, чтобы включить контактор, нужно нажать на кнопку «Пуск». Нажатие может быть кратковременным, достаточным для того, чтобы на катушку К1 было подано напряжение, и контакт К1.1 замкнулся. Как только это произойдёт (обычно, доли секунды), кнопка «Пуск» может быть отпущена, а контактор станет на самоподхват – питание на него будет подаваться через контакт К1.1.

В таком состоянии схема может находиться сколь угодно долго – до тех пор, пока не будет разомкнута цепь питания нажатием кнопки «Стоп», либо не будет снято питание.

Работу схемы можно сравнить с работой триггера (элементарного элемента памяти). Кнопка «Пуск» играет роль установочного входа («Set»), а кнопка «Стоп» выполняет роль входа сброса «Reset». Выходом схемы в нашем случае являются силовые контакты К1.2…К1.4, которые замыкаются, и подают питание на двигатель.

Стоит добавить, что контакты К1.1 и К1.2…К1.4 могут быть конструктивно выполнены по-разному, но обязательное условие – они замыкаются одновременно, при подаче питания на катушку контактора К1.

Схема с самоподхватом и реверсом

Рассмотрим более сложную схему. Она включает в себя устройства и особенности, которые применяются при подключении двигателей с возможностью реверса. Схема предоставляет возможность изменения направления вращения двигателя, что часто применяется для различных практических применений – открывание-закрывание различных задвижек, реверс конвейеров, поднятие-опускание различных грузов, и т.п.

Пояснения к схеме.

SQ1, SQ2 – концевые выключатели ограничения хода механизма. Когда механизм достигает своего крайнего положения (конечной точки пути), один либо другой концевой выключатель активируется, и контактор, включающий двигатель в данном направлении, не включится. Кнопки SB1, SB2 – включают соответственно движение вверх или вниз. В этих кнопках, кроме нормально открытого контакта (SB1.1, SB2.1), имеются блокировочные контакты SB2.2, SB1.2, не позволяющие одновременно включить оба контактора вследствие ошибочных действий оператора.

К1.1, К2.1 – выполняют ту же функцию, что и нормально закрытые контакты кнопок. Разница лишь в том, что оба контактора могут включиться одновременно не только из-за нажатия кнопок, но и по электрическим причинам (неисправность схемы), либо заклинивания (в том числе принудительного) одного из контакторов. Кроме того, используется механическая блокировка.

К1.2…К1.4 и К2.2…К2.4 – силовые контакты, через которые питаются обмотки двигателя. Реверс обеспечивается вследствие того, что 1-я и 3-я фазы на верхних клеммах контактора К2 подключены наоборот.

Защита

Во всех схемах, рассмотренных выше, мы не показали в целях упрощения важные элементы силовой части схемы – элементы защиты двигателя. Эти элементы защищают от следующих негативных факторов:

• Обрыв одной из фаз,
• Перекос питающих фазных напряжений,
• Механическая перегрузка или заклинивание двигателя,
• Короткое либо межвитковое замыкание в обмотках двигателя,
• Обрыв или замыкание в питающем кабеле.

Любая из этих причин может привести к перегреву двигателя, что в свою очередь может сделать его неисправным. Если же при неисправном двигателе на него будет продолжать поступать напряжение, то это сделает его неремонтопригодным, и даже может привести к пожару.

В качестве защиты двигателя используются автоматические выключатели с регулировкой тока уставки (мотор-автоматы, или автоматы защиты двигателя) и тепловые реле. Мотор-автоматы защищают от короткого замыкания и перегрузки (которые могут произойти по разным причинам), и в большинстве случаев при правильном выборе и настройке их достаточно для защиты. В начале статьи как раз показан такой случай – три контактора питаются через мотор-автоматы.

В прошлом для защиты двигателей использовались автоматические выключатели, не имеющие регулировки, либо имеющие регулировку в малых пределах. Поэтому обязательным было также использование тепловых реле, которые срабатывают только при тепловой перегрузке и отключают контактор двигателя. В настоящее время тепловые реле практически не применяются.

Схема управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором

Управлять асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором можно посредством контакторов. При использовании маломощных электродвигателей, для которых нет необходимости ограничивать пусковой ток, запуск производится при действующем напряжении.

Нереверсивная схема управления асинхронного двигателя.

Рисунок 1 — Простейшая схема асинхронного двигателя

Для подачи напряжения на управляющую и силовую цепь используется автоматический выключатель QF. Пуск асинхронного двигателя осуществляется кнопкой SB1 «Пуск”, которая замыкает свои контакты в цепи катушки магнитного пускателя КМ. Который срабатывая замыкает основные контакты силовой цепи статора. Вследствие чего электродвигатель М подсоединяется к питанию. В то же время в управляющей сети происходит замыкание блокирующего контакта КМ который шунтирует кнопку SB1.

Чтобы отключить асинхронный двигатель с кз ротором, необходимо нажать клавишу SB2 «Стоп». При этом питающая сеть контактора КМ размыкается и подача напряжения на статор прекращается. После этого нужно выключают автомат QF.
Схема управления АД с кз предусматривает несколько защит:

• от КЗ — посредством автоматического выключателя QF и плавкими предохранителями FU;
• от перегрузок — посредством теплореле КК (при перегреве данные устройства отсоединяют контактор КМ, прекращая работу движка);
• нулевая защита — посредством магнитного пускателя КМ (при низком напряжении или его полном отсутствии контактор КМ оказывается незапитанным, размыкается и электродвигатель выключается).

Для подключения электродвигателя после срабатывания защитного механизма требуется снова надавить клавишу SB1.

Реостатный пуск асинхронного двигателя с кз ротором.

Если невозможно запустить АД с кз ротором в стандартном режиме, используют запуск при сниженном напряжении. С этой целью в цепь статора добавляют сопротивление, реостат или используют автотрансформатор. Автоматический выключатель QF срабатывает и на управляющую и силовую цепь поступает напряжение. После нажатия кнопки SB1 пускатель КМ1 приходит в действие, подавая электроток в цепь статора с включенным сопротивлением. В то же время питание поступает и на реле времени КТ.

Рисунок 2 — Схема асинхронного двигателя с симметричными сопротивлениями (реостатный пуск)

Через определенный временной интервал, задаваемый реле КТ, происходит замыкание контакта КТ. В итоге пускатель КМ2 шунтирует (закорачивает) сопротивление статора. Процедура запуска электродвигателя завершается. Для его выключения необходимо нажать клавишу SB2 и выключить автомат QF.

Реверсивный пуск асинхронного двигателя

Рисунок 3. Схема реверсивный пуск асинхронного двигателя с кз ротором.

Данная схема дает возможность производить запуск электродвигателя и изменять направленность его вращения. Для запуска необходимо включить автомат QF и нажать SB1 «Пуск», в результате чего ток поступает на магнитный пускатель КМ1, который запитывает статор. АД реверсируется последовательным нажатием кнопок «Стоп» SB3 (КМ1 выключается и двигатель останавливается) и «Реверс» SB2 (срабатывает КМ2 и асинхронный двигатель запускается в реверсивном направлении).

В данной схеме нажатием кнопки реверса меняется чередование фаз питающего напряжения на статоре двигателя, что будет вызывать смену направленности его вращения (реверсом). При помощи нормально замкнутых контактов КМ1 и КМ2 выполнена защита от ошибочного включения сразу двух магнитных пускателей КМ1 и КМ2. Также действуют защиты, аналогичные описанным ранее. Отключить электродвигатель можно кнопкой SB3 и автоматом QF.

Принципиальная схема электродвигателя

Любой электрический двигатель представляет собой устройство, превращающее электрическую энергию в механическую. Подобно генератору, принципиальная схема электрического двигателя включает в себя статор и ротор, что позволяет отнести его к разряду вращающихся электрических машин.

1. Устройство двигателя
2. Особенности электрических двигателей
3. Схема подключения двигателя по реверсивной схеме

Устройство двигателя

Применение короткозамкнутого трехфазного асинхронного двигателя сделало его наиболее популярным для большинства машин и механизмов. Обмотка его ротора состоит из системы, объединяющей алюминиевые или медные стержни, расположенные в пазах ротора параллельно между собой. Концы этих стержней соединяются друг с другом при помощи специальных короткозамкнутых колец. Кроме ротора и статора устройство электродвигателя включает в себя вал и корпус.

Регулирование скорости вращения производится ступенчатым способом, при помощи статорной обмотки, где количество полюсов может переключаться. Этот принцип используется в асинхронных двигателях с различным количеством скоростей. Плавное регулирование скорости осуществляется с помощью регулируемого преобразователя частоты, подающего питание к электродвигателю.

Основными положительными характеристиками короткозамкнутых асинхронных электродвигателей являются их высокая надежность, незначительная масса, компактность, более высокий срок службы, чем у двигателей внутреннего сгорания аналогичной мощности. Изготовление таких электродвигателей производится в очень широком диапазоне мощностей, где номинал устройства может составлять всего лишь несколько ватт, а может иметь мощность и в десятки мегаватт. Электродвигатели малой мощности, чаще всего, выпускаются однофазными.

Особенности электрических двигателей

Устройство синхронных электродвигателей очень напоминает синхронный генератор. Таким образом, принципиальная схема электрического двигателя данной модификации, отличается от асинхронных моделей. При одинаковой частоте электрического тока в сети, скорость их вращения остается постоянной, вне зависимости от нагрузки. В отличие от асинхронных, у этих моделей не происходит потребления из сети реактивной энергии. Эта энергия отдается в сеть, таким образом, перекрывая реактивную энергию, потребляемую другими источниками.

Применение синхронных электродвигателей не допускает частых пусков, поэтому, как правило, их используют в условиях относительно неизменной нагрузки, при необходимости обеспечения постоянной скорости вращения.

Следует отдельно отметить двигатели постоянного тока, используемые в условиях необходимости плавного регулирования скоростей. Эти действия производятся с помощью изменяемого тока в якоре или с применением устройств на полупроводниках. Однако, такие двигатели стали применяться все реже из-за их больших размеров, высокой стоимости и значительных потерь в процессе эксплуатации.

Схема подключения двигателя по реверсивной схеме

Принципиальная схема генератора

Принципиальная электрическая схема лифта

Принципиальная электрическая схема энергосберегающей лампы

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором схема

Схемы подключения трехфазного асинхронного электродвигателя и сопутствующие вопросы

Трехфазный асинхронный электродвигатель и подключение его к электрической сети часто вызывает массу вопросов. Поэтому в нашей статье мы решили рассмотреть все нюансы, связанные с подготовкой к включению, определением правильного способа подключения и, конечно, разберём возможные варианты схем включения двигателя. Поэтому не будем ходить вокруг да около, а сразу приступим к разбору поставленных вопросов.

Подготовка асинхронного электродвигателя к включению

На самом первом этапе нам следует определиться с типом двигателя, который мы собрались подключать. Это может быть трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым или фазным ротором, двух- или однофазный двигатель, а может быть и вовсе синхронная машина.

Помочь в этом может бирка на электродвигателе, на которой указана нужная информация. Иногда это можно сделать чисто визуально — так как мы рассматриваем подключение трехфазных электрических машин, то двигатель с короткозамкнутым ротором не имеет коллектора, а машина с фазным ротором имеет таковой.

Определение начала и конца обмотки

Трехфазный асинхронный электродвигатель имеет шесть выводов. Это три обмотки, каждая из которых имеет начало и конец.

Для правильного подключения мы должны определить начало и конец каждой обмотки. Существует множество вариантов того, как это сделать — мы остановимся на наиболее простых из них, применимых в домашних условиях.

• Для того чтоб определить начало и конец обмотки трехфазного двигателя своими руками, мы должны для начала определить выводы каждой отдельной обмотки, то есть определить каждую отдельную обмотку.
• Сделать это достаточно просто. Между концом и началом одной обмотки у нас обязательно будет цепь. Определить цепь нам помогут либо двухполюсный указатель напряжения с соответствующей функцией, либо обычный мультиметр.
• Для этого один конец мультиметра подключаем к одному из выводов и другим концом мультиметра касаемся поочередно остальных пяти выводов. Между началом и концом одной обмотки у нас будет значение близкое к нулю, в режиме измерения сопротивления. Между остальными четырьмя выводами значение будет практически бесконечным.
• Следующим этапом будет определение их начала и конца.

• Для того чтоб определить начало и конец обмотки, давайте немного погрузимся в теорию. В статоре электродвигателя имеется три обмотки. Если подключить конец одной обмотки к концу другой обмотки, а на начало обмоток подать напряжение, то в месте подключения ЭДС будет равен или близок к нулю. Ведь ЭДС одной обмотки компенсирует ЭДС второй обмотки. При этом в третьей обмотке ЭДС не будет наводиться.
• Теперь рассмотрим второй вариант. Вы соединили один конец обмотки с началом второй обмотки. В этом случае ЭДС наводится в каждой из обмоток, в результате получается их сумма. За счет электромагнитной индукции ЭДС наводится в третьей обмотке.

• Используя этот метод, мы можем найти начало и конец каждой из обмоток. Для этого к выводам одной обмотки подключаем вольтметр или лампочку. А любых два вывода других обмоток соединяем между собой. Два оставшихся вывода обмоток подключаем к электрической сети в 220В. Хотя можно использовать и меньшее напряжение.
• Если мы соединили конец и конец двух обмоток, то вольтметр на третьей обмотке покажет значение близкое к нулю. Если же мы подключили начало и конец двух обмоток правильно, то, как говорит инструкция, на вольтметре появится напряжение от 10 до 60В (данное значение является весьма условным и зависит от конструкции электродвигателя).
• Подобный опыт повторяем еще дважды, пока точно не определим начало и конец каждой из обмоток. Для этого обязательно подписывайте каждый полученный результат, дабы не запутаться.

Выбор схемы подключения электродвигателя

Практически любой асинхронный электродвигатель имеет два варианта подключения – это звезда или треугольник. В первом случае обмотки подключаются на фазное напряжение, во втором на линейное напряжение.

Электродвигатель асинхронный трехфазный и подключение звезда–треугольник зависит от особенностей обмотки. Обычно оно указано на бирке двигателя.

• Прежде всего, давайте разберемся, в чем отличие этих двух вариантов. Наиболее распространенным является соединение «звезда». Оно предполагает соединение между собой всех трех концов обмоток, а напряжение подается на начала обмоток.
• При соединении «треугольник» начало каждой обмотки соединятся с концом предыдущей обмотки. В результате каждая обмотка у нас получается стороной равностороннего треугольника – откуда и пошло название.

• Отличие этих двух вариантов соединения состоит в мощности двигателя и условий пуска. При соединении «треугольником» двигатель способен развивать большую мощность на валу. В то же время момент пуска характеризуется большой просадкой напряжения и большими пусковыми токами.
• В бытовых условиях выбор способа подключения обычно зависит от имеющегося класса напряжения. Исходя из этого параметра и номинальных параметров, указанных на табличке двигателя, выбирают способ подключения к сети.

Подключение асинхронного электродвигателя

Электродвигатель асинхронный трехфазный и схема подключения зависят от ваших потребностей. Наиболее распространенным вариантом является схема прямого включения, для двигателей, подключенных схемой «треугольника», возможна схема включения на «звезде» с переходом на «треугольник», при необходимости возможен вариант реверсивного включения.

В нашей статье мы рассмотрим наиболее популярные схемы прямого включения и прямого включения с возможностью реверса.

Схема прямого включения асинхронного электродвигателя

В предыдущих главах мы подключили обмотки двигателя, и вот теперь пришло время включения его в сеть. Двигатели должны включаться в сеть при помощи магнитного пускателя, который обеспечивает надежное и одновременное включение всех трех фаз электродвигателя.

Пускатель в свою очередь управляется кнопочным постом – те самые кнопки «Пуск» и «Стоп» в одном корпусе.

Обратите внимание! Вместо автомата вполне возможно применение предохранителей. Только их номинальный ток должен соответствовать номинальному току двигателя. А также должен учитывать пусковой ток, который у разных типов двигателей колеблется от 6 до 10 крат от номинального.

1. Теперь приступаем непосредственно к подключению. Его условно можно разделить на два этапа. Первый это подключение силовой части, и второй — подключение вторичных цепей. Силовые цепи – это цепи, которые обеспечивают связь двигателя с источником электрической энергии. Вторичные цепи необходимы для удобства управления двигателем.
2. Для подключения силовых цепей нам достаточно подключить вывода двигателя с первыми выводами пускателя, выводы пускателя с выводами автоматического выключателя, а сам автомат с источником электрической энергии.

Обратите внимание! Подключение фазных выводов к контактам пускателя и автомата не имеют значения. Если после первого пуска мы определим, что вращение неправильное, мы сможем легко его изменить. Цепь заземления двигателя подключается помимо всех коммутационных аппаратов.

Теперь рассмотрим более сложную схему вторичных цепей. Для этого нам, прежде всего, как на видео, следует определиться с номинальными параметрами катушки пускателя. Она может быть на напряжение 220В или 380В.

• Так же следует разобраться с таким элементом, как блок-контакты пускателя. Данный элемент имеется практически на всех типах пускателей, а в некоторых случаях он может приобретаться отдельно с последующим монтажом на корпус пускателя.

• Эти блок-контакты содержат набор контактов – нормально закрытых и нормально открытых. Сразу предупредим – не пугайтесь в этом нет нечего сложного. Нормально закрытым называется контакт, который при отключенном положении пускателя – замкнут. Соответственно нормально открытый контакт в этот момент разомкнут.
• При включении пускателя нормально закрытые контакты размыкаются, а нормально открытые контакты замыкаются. Если мы говорим за электродвигатель трехфазный асинхронный и подключение его к электрической сети, то нам необходим нормально открытый контакт.

• Такие контакты есть и на кнопочном посту. Кнопка «Стоп» имеет нормально закрытый контакт, а кнопка «Пуск» нормально открытый. Сначала подключаем кнопку «Стоп».
• Для этого соединяем один провод с контактами пускателя между автоматическим выключателем и пускателем. Его подключаем к одному из контактов кнопки «Стоп». От второго контакта кнопки должно отходить сразу два провода. Один идет к контакту кнопки «Пуск», второй к блок-контактам пускателя.

• От кнопки «Пуск» прокладываем провод к катушке пускателя, туда же подключаем провод от блок-контактов пускателя. Второй конец катушки пускателя подключаем либо ко второму фазному проводу на силовых контактах пускателя, при использовании катушки на 380В, либо он подключается к нулевому проводу, при использовании катушки на 220В.
• Все, наша схема прямого включения асинхронного двигателя готова к использованию. После первого включения проверяем направление вращения двигателя и если вращение неправильное, то просто меняем местами два силовых провода на выводах пускателя.

Схема реверсивного включения электродвигателя

Распространенным вариантом подключения асинхронного электродвигателя является вариант с использованием реверса. Такой режим может потребоваться в случаях, когда необходимо изменять направление вращения двигателя в процессе эксплуатации.

• Для создания такой схемы нам потребуются два пускателя из-за чего цена такого подключения несколько возрастает. Один будет включать двигатель в работу в одну сторону, а второй в другую. Тут очень важным моментом является недопустимость одновременного включения обоих пускателей. Поэтому нам необходимо во вторичной схеме предусмотреть блокировку от таких включений.
• Но сначала давайте подключим силовую часть. Для этого, как и приведенном выше варианте, подключаем от автомата пускатель, а от пускателя — двигатель.
• Единственным отличием будет подключение еще одного пускателя. Его подключаем к вводам первого пускателя. При этом важным моментом будет поменять местами две фазы, как на фото.

• Вывода второго пускателя просто подключаем к выводам первого. Причем здесь уже ничего не меняем местами.
• Ну, а теперь, переходим к подключению вторичной схемы. Начинается все опять с кнопки «Стоп». Ее подключаем к одному из приходящих контактов пускателя – неважно первого или второго. От кнопки «Стоп» у нас вновь идут два провода. Но теперь один к контакту 1 кнопки «Вперед», а второй к контакту 1 кнопки «Назад».

• Дальнейшее подключение приводим по кнопке «Вперед» — по кнопке «Назад» оно идентично. К контакту 1 кнопки «Вперед» подключаем контакт нормально открытого контакта блок-контактов пускателя. Каламбур, но точнее не скажешь. К контакту 2 кнопки «Вперед» подключаем провод от второго контакта блок-контактов пускателя.
• Туда же подключаем провод, который пойдет к нормально закрытому контакту блок-контактов пускателя номер два. А уже от этого блок-контакта он подключается к катушке пускателя номер 1. Второй конец катушки подключается к фазному или нулевому проводу в зависимости от класса напряжения.
• Подключение катушки второго пускателя производится идентично, только ее мы подводим к блок-контактам первого пускателя. Именно это обеспечивает блокировку от включения одного пускателя, при подтянутом положении второго.

Вывод

Способы подключения асинхронного трехфазного электродвигателя зависят от типа двигателя, схемы его соединения и задач, которые стоят перед нами. Мы привели лишь самые распространенные схемы подключения, но существуют и еще более сложные варианты. Особенно это касается асинхронных машин с фазным ротором, которые имеют функцию торможения.