Электродвигатели трехфазные реверсивные

Электродвигатели трехфазные реверсивные: принцип действия, схемы управления и области применения

Трехфазный реверсивный электродвигатель — это асинхронный или синхронный двигатель, конструкция которого позволяет изменять направление вращения ротора (реверсировать) без его физического разворота. Ключевым отличием от нереверсивного двигателя является не конструкция самого двигателя, а схема его подключения к питающей сети и система управления. Большинство стандартных трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором являются потенциально реверсивными, так как направление их вращения определяется порядком чередования фаз питающего напряжения.

Принцип изменения направления вращения

Вращающееся магнитное поле статора трехфазного двигателя создается тремя обмотками, смещенными в пространстве на 120 электрических градусов. Направление вращения этого поля (и, следовательно, ротора) напрямую зависит от порядка следования фаз (чередования) в этих обмотках. При стандартном чередовании фаз L1, L2, L3 поле вращается, например, по часовой стрелке. Для изменения направления необходимо поменять местами любые две из трех питающих фаз, подключенных к клеммам двигателя. Эта операция называется «переполюсовка». После перекоммутации чередование фаз изменится на обратное (L1, L3, L2), что приведет к вращению магнитного поля и ротора в противоположную сторону.

Основные компоненты реверсивной схемы управления

Управление реверсивным двигателем осуществляется через специализированный пускорегулирующий аппарат. Его основу составляют:

• Силовые контакторы (линейные реверсоры): Два трехполюсных контактора (KM1 и KM2), механически и электрически сблокированных между собой. Их силовые контакты подключены к двигателю таким образом, что контактор KM1 коммутирует прямое чередование фаз (например, A-B-C), а KM2 — обратное (A-C-B). Одновременное включение обоих контакторов привело бы к междуфазному короткому замыканию, поэтому блокировка является критически важным элементом безопасности.
• Цепь управления: Включает в себя устройства защиты (автоматические выключатели, тепловые реле), кнопочный пост (кнопки «Вперед», «Назад», «Стоп») или дискретные выходы контроллера, а также вспомогательные контакты контакторов для реализации нулевой защиты (самоподхвата) и взаимоблокировок.
• Защитные устройства:
  • Тепловое реле (KK) защищает двигатель от перегрузки и несимметрии фаз.
  • Автоматический выключатель (QF) обеспечивает защиту от токов короткого замыкания.
  • Механическая и электрическая блокировка контакторов предотвращает их одновременное включение.

Типовые схемы подключения и управления

Схема с механической блокировкой и кнопочным постом

Наиболее распространенная схема для нечастых реверсов. Используется кнопочный пост с тремя кнопками: «Стоп» (размыкающий контакт), «Вперед» (замыкающий, включает KM1), «Назад» (замыкающий, включает KM2). В цепь катушки каждого контактора включаются размыкающие блок-контакты противоположного контактора, что создает электрическую блокировку. Часто применяется и механическая блокировка в виде рычажного механизма, не позволяющего одновременно замкнуть оба контактора.

Схема с динамическим торможением

Применяется, когда требуется быстрая остановка двигателя перед реверсом. После отключения от трехфазной сети на обмотки статора кратковременно подается постоянный ток от выпрямителя. Это создает неподвижное магнитное поле, в котором вращающийся ротор быстро тормозится за счет преобразования кинетической энергии в тепловую. Только после торможения может быть включен контактор обратного вращения.

Управление от программируемого логического контроллера (ПЛК)

В современных АСУ ТП команды на реверс формируются контроллером. Силовые контакторы управляются через промежуточные реле или непосредственно с выходных модулей ПЛК. В программе контроллера обязательно реализуется временная задержка между командой «стоп» и командой на реверс, а также логическая взаимоблокировка.

Критерии выбора аппаратуры управления

Выбор контакторов, защит и кабелей для реверсивной схемы осуществляется на основе параметров двигателя с учетом специфики режима работы.

Таблица 1. Критерии выбора компонентов реверсивной схемы

Компонент	Ключевые параметры для выбора	Особенности для реверсивных схем
Контактор (Реверсор)	Номинальный рабочий ток (Ie), напряжение катушки управления, категория применения (AC-3 для двигателей).	Требуется пара одинаковых контакторов с механической и электрической блокировкой. Номинальный ток выбирается не менее, чем Iн двигателя.
Тепловое реле	Диапазон регулирования тока уставки, должен соответствовать номинальному току двигателя.	Устанавливается в цепь одной из фаз после силовых контакторов. Защищает двигатель в обоих направлениях вращения.
Автоматический выключатель	Номинальный ток (In), отключающая способность, характеристика срабатывания (обычно D для двигателей).	Выбирается на 10-15% выше номинального тока двигателя. Обеспечивает защиту от КЗ до контакторов.
Кнопки управления	Напряжение, тип контактов, степень защиты (IP).	Кнопка «Стоп» — нормально-замкнутая, «Вперед»/»Назад» — нормально-разомкнутые. Часто объединены в общий пост.

Области применения реверсивных электродвигателей

• Подъемно-транспортное оборудование: краны, тельферы, лебедки, лифты (подъем/спуск).
• Станочный парк: токарные, фрезерные, сверлильные станки (прямая и обратная подача).
• Конвейерные системы: реверсивные конвейеры для подачи и возврата материалов.
• Вентиляция и дымоудаление: системы приточно-вытяжной вентиляции с реверсивными вентиляторами.
• Задвижки и клапаны: электроприводы запорной арматуры (открыть/закрыть).
• Технологические линии: механизмы намотки/размотки, рольганги.

Особенности эксплуатации и технического обслуживания

Эксплуатация реверсивных двигателей требует повышенного внимания к состоянию коммутационной аппаратуры. Основные рекомендации:

• Регулярная проверка блокировок: Механическая и электрическая блокировки контакторов должны проверяться периодически для исключения возможности их одновременного включения.
• Контроль износа контактов: Частые пуски и реверсы ускоряют эрозию силовых контактов контакторов. Необходим визуальный осмотр и замена при чрезмерном износе.
• Настройка тепловой защиты: Ток уставки теплового реле должен быть точно откалиброван под номинальный ток конкретного двигателя с учетом температуры окружающей среды.
• Анализ режимов работы: Следует избегать режимов частых реверсов под нагрузкой (инерционные массы) без проверки допустимой частоты включений в час для данного двигателя и контактора. Это приводит к перегреву обмоток и повышенному износу.
• Проверка состояния механической части перед реверсом: В некоторых применениях (например, подъемные механизмы) необходима проверка на отсутствие механических препятствий для движения в обратную сторону.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается реверсивный магнитный пускатель от обычного?

Реверсивный магнитный пускатель представляет собой сборочную единицу, в которую входят два трехполюсных контактора, механически сблокированных между собой, общее тепловое реле и, часто, кнопки управления. Обычный пускатель содержит только один контактор. Конструкция реверсивного блока исключает сборку из двух отдельных пускателей без обеспечения блокировок.

Можно ли выполнить реверс трехфазного двигателя, переключив его с «треугольника» на «звезду»?

Нет. Переключение со «звезды» на «треугольник» изменяет фазное напряжение на обмотках двигателя и, соответственно, его характеристики (пусковой момент, ток), но не меняет порядок чередования фаз и, следовательно, направление вращения. Для реверса необходимо менять местами две любые питающие фазы.

Какая минимальная пауза должна быть между выключением прямого и включением обратного хода?

Пауза определяется временем полного затухания магнитного поля и остановки ротора (для схем без торможения). На практике, для асинхронных двигателей средней мощности, минимальная пауза составляет 0.3-0.5 секунды. Использование реле времени или программируемой задержки в ПЛК обязательно для предотвращения бросков тока, превышающих пусковой.

Почему при реверсе под нагрузкой ток может значительно превышать пусковой?

При реверсе вращающегося двигателя скольжение становится больше единицы (S > 1). В момент подачи напряжения с обратным чередованием фаз, ротор вращается против направления вращающегося поля. Это эквивалентно режиму противовключения с очень высоким скольжением, при котором ток может в 1.5-2 раза превышать ток прямого пуска. Поэтому реверс под нагрузкой допустим только для механизмов с низким моментом инерции и при условии, что двигатель и схема управления рассчитаны на такой режим.

Как реализовать реверс для трехфазного двигателя, питающегося от однофазной сети через конденсатор?

В конденсаторных схемах для реверса необходимо переключить фазосдвигающий конденсатор с одной обмотки на другую. Обычно это делается с помощью переключателя, который меняет подключение конденсатора между пусковой и рабочей обмотками (в модели с двумя обмотками) или меняет точку подключения конденсатора в схеме. Схема требует тщательного подбора конденсатора.

Какие существуют альтернативы силовому реверсу на контакторах?

Основной современной альтернативой является использование частотного преобразователя (ЧП). ЧП позволяет осуществлять плавный реверс, регулируя частоту и порядок следования фаз в силовом выходном каскаде на полупроводниковых ключах (IGBT). Это полностью исключает коммутационные токи, обеспечивает плавное торможение и разгон, а также позволяет точно управлять моментом и скоростью. Применение ЧП экономически оправдано для систем, требующих регулирования скорости и частых реверсов.