В зависимости от выполняемых функций существуют различные схемы контакторного управления двигателями.
На рис.1, а изображена совмещенная схема нереверсивного магнитного пускателя. В ней размещение элементов совпадает с размещением в натуре, т. е. все элементы, находящиеся в корпусе пускателя, сгруппированы в левой части схемы, а кнопочная станция с кнопками «Пуск» и «Стоп» показана в правой части схемы.
Кнопочная станция обычно размещается на некотором расстоянии от магнитного пускателя. Для уяснения принципа действия схемы управления двигателем обычно используют развернутые (принципиальные) схемы (рис.1.б). Нажимая на пусковую кнопку SB2, замыкают цепь катушки контактора КМ, которая включает три контакта КМ силовой цепи двигателя. При этом замыкается и блок-контакт КМ, включенный параллельно пусковой кнопке SB2. Это позволяет питать катушку КМ при отпущенной кнопке SB2.
Останов двигателя выполняется нажатием кнопки SB1, при этом катушка обесточивается и отпускает силовые (главные) контакты и блок-контакт. При отпускании кнопки SB1 цепь катушки КМ будет обесточена. Для повторного пуска двигателя необходимо опять нажать кнопку SB2.
Эта схема обеспечивает и так называемую нулевую защиту, т. е. если напряжение сети исчезнет или понизится до 50—60 % номинального, то катушка КМ не удержит замкнутыми силовые контакты КМ и двигатель окажется отключенным. При появлении напряжения или повышении его до величины, близкой к номинальной, не произойдет самопроизвольного включения магнитного пускателя. Для его включения необходимо опять нажать кнопку пуска.
Рис. 1. Схемы управления и защиты двигателей: а — совмещенная и б — развернутая схемы нереверсивного магнитного пускателя; в — защита двигателя предохранителями и тепловыми реле; г — схема станции управления мощным двигателем; д — нулевая защита промежуточным реле
Защита двигателя от перегрева обмотки при длительных перегрузках выполняется тепловыми реле FR, а защита от больших перегрузок или коротких замыканий осуществляется плавкими предохранителями FU или автоматическими выключателями QF (рис. 1, в). Для защиты от длительных перегрузок используются два тепловых реле, так как при одном реле в случае перегорания предохранителя, последовательно с которым включен нагревательный элемент этого реле, двигатель окажется включенным в однофазную сеть и не будет защищен. Размыкающие контакты этих реле включаются последовательно с катушкой пускателя. При размыкании одного из них происходит отключение катушки КМ и останов двигателя, как при нажатии кнопки SB1.
Станция управления двигателями большой мощности приведена на рис. 1, г. Защита от коротких замыканий обеспечивается реле максимального тока КА1—КА3, защиту от перегрузок обеспечивают тепловые реле FR, включенные через трансформаторы тока. Катушка трехполюсного контактора питается постоянным током. Для уменьшения тока в катушке контактора после того, как он включится в цепь, вводится добавочное сопротивление R, которое перед этим было закорочено размыкающим контактом КМ.
В схемах ручного управления с несколькими контроллерами, пакетными выключателями или другими аппаратами для обеспечения нулевой защиты используют промежуточные реле (рис. 1,д). Для подачи напряжения в цепь управления необходимо нажать кнопку SB2, включив тем самым промежуточное реле К, которое включает свой замыкающий контакт К и сигнальную лампу HL, указывающую на наличие напряжения в цепи управления. После отпускания кнопки SB2 катушка реле будет заблокирована, при этом под напряжением окажутся цепи контроллера SM1, пакетного переключателя SM и т. д. и катушки контакторов КМ1, КМ2 и т. д.
В рассмотренных схемах контакты самоблокировки необходимы при длительной работе двигателей. Часто в практике двигатель должен работать только в тот период, пока нажата пусковая кнопка, например в грузоподъемных механизмах. В этом случае в схеме управления отсутствует кнопка «Стоп» (рис.2,а). Иногда необходимо обеспечить работу привода в двух режимах, т. е. включить его кратковременно при наладке станка или на длительный период. Тогда при кратковременном нажатии на кнопку SB2 (рис.2. б) включится катушка контактора КМ и замкнет контакт самоблокировки КМ, двигатель при этом будет работать при отпущенной кнопке SB2.
Рис. 2. Разновидности схем управления асинхронными двигателями: а —в толчковом режиме; б и в — при длительной работе и толчковом режиме; г — одновременное включение нескольких двигателей; д — бесступенчатый пуск двухскоростного двигателя
Для наладочного режима работы двигателя нажимают на кнопку SB3, ее замыкающий контакт включает катушку контактора КМ, а размыкающий контакт разрывает цепь самоблокировки контактора. Данная схема имеет тот недостаток, что размыкающий контакт кнопки SB3 может замкнуться раньше, чем разомкнётся блок-контакт КМ и двигатель не отключится. Этого недостатка лишена схема, показанная на рис.2, е.
Для длительной работы нажатием кнопки SB2 включают промежуточное реле К. Один из контактов К включает катушку контактора КМ, а другой одновременно блокирует кнопку SB2, обесточивая тем самым работу двигателя с отпущенной пусковой кнопкой. Для наладочных работ нажимают на кнопку SB3 и удерживают ее необходимое время.
На рис.2, г показана схема пуска одновременно нескольких двигателей от одной пусковой кнопки с использованием промежуточного реле. Кнопкой SB2 включают реле К, замыкающие контакты которого включают одновременно катушки контакторов КМ1, КМ2 и т. д. Останов одновременно всех двигателей выполняют кнопкой SB1. Для включения и отключения каждого двигателя в отдельности используют соответственно кнопки SB3, SB4 и SB5, SB6 и т. д.
Схема бесступенчатого пуска двухскоростного двухобмоточного двигателя с короткозамкнутым ротором изображена на рис. 2, д. Для пуска двигателя на первой частоте вращения служит кнопка SB1, на второй — SB2. Для предотвращения одновременного включения двигателя на две частоты вращения обе кнопки сблокированы механически.
Сблокированы пусковые цепи и электрически. Так, при срабатывании, например, катушки КМ1 размыкающий контакт разрывает цепь катушки КМ2, исключая возможность ее включения. Для перехода на вторую частоту вращения необходимо нажать кнопку SB2, при этом разрывается цепь катушки КМ1, и она отключается. Цепь катушки КМ2 получает электропитание и включает двигатель на вторую частоту вращения.
Реверсивное управление асинхронными двигателями выполняют при помощи двух контакторов (рис.3,а).
Рис.3. Схемы управления двигателями: а — реверсивным магнитным пускателем с механнческой блокировкой; б — то же с электрической блокировкой; в — сочетание вариантов а и б; г и д — пуска и реверсирования маломощных двигателей постоянного тока
Контактор КМ1 используют для включения двигателя вперед, а КМ2 — назад. Для предотвращения случайного одновременного включения обоих контакторов, что приводит к короткому замыканию, в схеме применяют (см. рис.3, а) взаимную механическую блокировку с двумя размыкающими контактами кнопок SB1 и SB2. Нажимая на кнопку SB1, включают цепь катушки КМ1 и отключают цепь катушки КМ2.
При одновременном нажатии кнопок SB1 и SB2 цепи катушек КМ1 и КМ2 разрываются и ни один из контакторов не включится. Взаимная блокировка осуществляется двумя размыкающими контактами КМ2 и КМ1, включенными в цепи соответственно катушек КМ1 и КМ2 (рис.3, б). Для реверсирования двигателя в этой схеме необходимо предварительно нажать кнопку SB.
Схема на рис.3, в представляет собой сочетание двух предыдущих схем, т. е. имеет двойную блокировку. Кнопкой SBI включается контактор КМ1, а цепь катушки контактора КМ2 разрывается одновременно размыкающимся контактом кнопки SB1 и блок-контактом КМ1.
На рис.3, г и д изображены простейшие схемы пуска и реверсирования маломощных двигателей последовательного возбуждения. Такие двигатели включаются в сеть без пусковых реостатов. По схеме рис.3, г осуществляется пуск и реверсирование двигателя последовательного возбуждения с помощью двух промежуточных реле. Реверсируется двигатель изменением направления тока в обмотке возбуждения LM. В двигателях с двумя последовательными обмотками возбуждения, создающими магнитные потоки противоположных направлений, схема включения и реверсирования имеет всего два замыкающих контакта (см. рис.3, д).
Как видно из рассмотренных схем управления, наиболее просто осуществляется автоматизация процесса пуска и реверса асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. В этом случае все управление при пуске сводится к включению двигателя в питающую сеть, а при останове — к отключению его от сети.
Более сложна автоматизация пуска, торможения и останова асинхронных двигателей с фазной обмоткой ротора, асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором повышенной мощности, двигателей постоянного тока средней и большой мощности, многоскоростных асинхронных двигателей при ступенчатом пуске, а также синхронных двигателей. Управление этими двигателями происходит в функции времени, скорости и тока.
Кроме приведенных случаев, управление двигателями может выполняться и по принципу пути, когда двигатель пускается и тормозится при достижении рабочим органом определенного положения в пространстве. Системы, выполняющие такие функции, называются разомкнутыми, так как у них отсутствует обратная связь между выходной величиной и входной.