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.
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.
Управление реверсивным двигателем осуществляется через специализированный пускорегулирующий аппарат. Его основу составляют:
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.
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.
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.
Выбор контакторов, защит и кабелей для реверсивной схемы осуществляется на основе параметров двигателя с учетом специфики режима работы.
| 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. |
Эксплуатация реверсивных двигателей требует повышенного внимания к состоянию коммутационной аппаратуры. Основные рекомендации:
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.
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.
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.
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.
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.
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.