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.