Контакторы реверсивные: устройство, принцип действия, схемы управления и монтажа
Реверсивный контактор представляет собой электромагнитный аппарат, предназначенный для коммутации силовых цепей с целью изменения порядка чередования фаз на клеммах трехфазного электродвигателя. Это изменение приводит к смене направления вращения двигателя (реверсу). По своей сути, реверсивный контактор — это два стандартных трехполюсных контактора, объединенных в общем или сблокированном корпусе и оснащенных механической и/или электрической блокировкой, исключающей возможность их одновременного включения. Одновременное замыкание силовых контактов обоих контакторов привело бы к междуфазному короткому замыканию.
Конструкция и принцип работы
Базовый реверсивный блок состоит из следующих ключевых компонентов:
- Два трехполюсных контактора (KM1 и KM2). Каждый контактор включает в себя электромагнитную систему (катушку, сердечник, якорь), силовые контакты (нормально разомкнутые) и блок-контакты (нормально разомкнутые и нормально замкнутые) для цепей управления и сигнализации.
- Механическая блокировка. Представляет собой рычажный или поводковый механизм, физически предотвращающий одновременное втягивание якорей обоих контакторов. При попытке включить второй контактор при уже включенном первом, механизм блокирует его движение.
- Корпус или монтажная панель. Обеспечивает компактное размещение и совместный монтаж аппаратов.
- Дополнительное оборудование: тепловые реле защиты двигателя (KK1), клеммы для подключения силовых и управляющих цепей, дугогасительные камеры.
- При нажатии кнопки «Вперед» питание подается на катушку KM1 через нормально замкнутый контакт кнопки «Назад» и нормально замкнутый блок-контакт KM2. Контактор KM1 включается, двигатель запускается.
- При этом нормально замкнутый блок-контакт KM1 в цепи катушки KM2 размыкается, делая невозможным случайное включение KM2.
- Для реверса необходимо сначала нажать кнопку «Стоп» (разорвать цепь катушки KM1), а затем кнопку «Назад». Цепь катушки KM2 замкнется через нормально замкнутый блок-контакт KM1, который после остановки KM1 вернулся в замкнутое состояние.
- Подъемно-транспортное оборудование: краны мостовые и козловые, тельферы, лебедки, лифты.
- Обрабатывающие станки: токарные, фрезерные, сверлильные станки (реверс шпинделя, подач).
- Конвейерные линии: реверсивные конвейеры для подачи/возврата материала.
- Вентиляционные системы: системы с сезонным или технологическим реверсом для вытяжки/притока.
- Приводы заслонок, шлюзов, ворот.
- Насосные станции (в отдельных схемах).
- Проверка блокировок. Перед первым включением необходимо вручную проверить работу механической блокировки. Электрическую блокировку проверяют путем поочередного включения контакторов.
- Защита силовых цепей. Перед контакторами должны быть установлены аппараты защиты от коротких замыканий (предохранители или автоматические выключатели с соответствующей отключающей способностью).
- Защита двигателя. Обязательна установка тепловых реле в каждую из силовых линий (обычно после контакторов) для защиты от перегрузки и обрыва фазы.
- Защита цепи управления. Цепи катушек рекомендуется защищать отдельным автоматическим выключателем или предохранителями малого номинала.
- Заземление. Корпус контакторного блока должен быть надежно заземлен.
- Требования к проводам. Сечение силовых и управляющих проводов должно соответствовать току нагрузки и нормам ПУЭ. Особое внимание — надежности подключения к клеммам.
- Режим работы. Необходимо соблюдать режим работы, указанный в каталоге (например, число включений в час). Частые пуски и реверсы в режиме AC-4 приводят к повышенному износу контактов и требуют выбора аппарата с запасом по току или специального исполнения.
- Полной остановки двигателя и рассеивания магнитного поля в его статоре. Включение на противоположное вращение при еще вращающемся роторе создает огромные динамические и токовые перегрузки (режим торможения противовключением, категория AC-4).
- Гарантированного размыкания контактов первого контактора и срабатывания блокировок. Использование реле времени в схеме управления позволяет автоматизировать эту паузу и реализовать схему «реверс через стоп».
Принцип реверса основан на перекрестной коммутации двух из трех фаз. При включении контактора KM1 фазы подаются на двигатель в порядке, например, L1, L2, L3. При отключении KM1 и последующем включении контактора KM2, фазы L1 и L3 меняются местами на клеммах двигателя. Подача напряжения приобретает порядок L3, L2, L1, что вызывает вращение магнитного поля в обратную сторону и, соответственно, реверс ротора.
Схемы управления реверсивным контактором
Управление осуществляется через цепь питания катушек контакторов. Базовая схема включает в себя кнопочный пост с тремя кнопками: «Вперед», «Назад», «Стоп».
Типовая схема с электрической блокировкой на нормально замкнутых блок-контактах
В данной схеме, помимо механической, реализована обязательная электрическая блокировка. Нормально замкнутый (размыкающий) блок-контакт каждого контактора включается в цепь управления катушки противоположного контактора.
Схема с реверсивным пускателем в сборе
Промышленность выпускает готовые реверсивные пускатели, которые включают в себя два контактора, механическую блокировку, тепловые реле и, часто, кнопки управления в одном корпусе. Это упрощает монтаж и повышает надежность системы.
Ключевые технические характеристики и выбор
При выборе реверсивного контактора необходимо учитывать следующие параметры:
| Параметр | Описание и единицы измерения | Критерий выбора |
|---|---|---|
| Номинальный рабочий ток (Ie) | Амперы (А). Длительный ток, который могут коммутировать главные контакты в заданном режиме работы. | Должен быть равен или превышать номинальный ток защищаемого электродвигателя с учетом коэффициента загрузки и температуры окружающей среды. |
| Номинальное рабочее напряжение (Ue) | Вольты (В) переменного тока (AC). Напряжение силовой цепи. | Должно соответствовать напряжению сети: 230В, 400В, 690В. |
| Напряжение катушки управления | Вольты (В) переменного или постоянного тока. Стандартные значения: AC24В, AC48В, AC110В, AC230В, AC400В, DC24В, DC110В. | Выбирается в соответствии с доступным напряжением цепей управления на объекте. |
| Категория применения (по ГОСТ, МЭК) | Обозначает типовые нагрузки. Для реверса двигателей ключевые: AC-3 (пуск асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, отключение при вращении) и AC-4 (тяжелый пуск, торможение противовключением, реверс). | Для частых реверсов и торможения противотоком основой выбора является стойкость при категории AC-4. Для редких реверсов можно ориентироваться на AC-3. |
| Износостойкость | Количество циклов ВКЛ-ВЫКЛ (механическая и коммутационная). | Зависит от частоты операций. Для приводов кранов, лифтов, конвейеров требуется высокая коммутационная износостойкость (миллионы механических циклов). |
| Наличие и тип блокировки | Механическая, электрическая, совмещенная. | Совмещенная блокировка (механическая + электрическая) является обязательной для безопасной эксплуатации. |
| Количество и тип вспомогательных контактов | НО и НЗ контакты для цепей управления, сигнализации и блокировок. | Должно быть достаточно для реализации требуемой схемы управления, сигнализации и связи с системой АСУ ТП. |
Области применения
Реверсивные контакторы и пускатели находят применение во всех отраслях промышленности и инфраструктуры, где требуется изменение направления вращения или движения:
Особенности монтажа и эксплуатации
Монтаж реверсивных контакторов требует строгого соблюдения правил для обеспечения безопасности и долговечности.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем отличается реверсивный контактор от реверсивного пускателя?
Термины часто используются как синонимы. Строго говоря, контактор — это сам коммутационный аппарат. Пускатель — это комплектное устройство на основе контактора, которое включает в себя как минимум контактор, тепловое реле защиты и может иметь кнопки управления и корпус. Таким образом, реверсивный пускатель — это собранный и готовый к подключению блок из двух контакторов с блокировками и, как правило, с тепловыми реле.
Можно ли сделать реверсивный пускатель из двух обычных контакторов?
Да, это распространенная практика. Для этого необходимо два трехполюсных контактора, оснастить их механической блокировкой (устанавливается между якорями, часто поставляется как опция) и собрать схему управления с электрической блокировкой на нормально замкнутых блок-контактах. Такой набор функционально будет аналогичен собранному блоку.
Что будет, если сломается механическая блокировка и оба контактора включатся одновременно?
Это аварийный режим, приводящий к междуфазному короткому замыканию по цепям L1-L3 и L3-L1. Сработает защитная аппаратура (предохранители или автоматический выключатель) на вводе. При недостаточной отключающей способности или скорости срабатывания защиты возможны оплавление контактов, разрушение дугогасительных камер, возгорание и выход из строя обоих контакторов. Поэтому исправность блокировок критически важна.
Почему при реверсе двигателя необходимо выдерживать паузу перед включением в обратную сторону?
Пауза (0.2-1 сек) необходима для двух причин:
Как выбрать номинальный ток реверсивного контактора для частых пусков и реверсов?
Для режимов с частыми операциями (более 30-40 включений в час), особенно с торможением противотоком (AC-4), необходимо выбирать контактор с запасом по номинальному току. Производители в каталогах указывают понижающие коэффициенты для различных категорий применения. Например, контактор с Ie=100А в режиме AC-3 может быть допущен к работе на токе только 40-50А в режиме AC-4. Необходимо руководствоваться данными конкретного производителя для выбранной модели.
Какие альтернативы реверсивному контактору существуют сегодня?
Основной современной альтернативой является использование частотного преобразователя (ЧП, инвертора). ЧП позволяет осуществлять плавный пуск, реверс, регулирование скорости и торможение без механических коммутаторов, только путем изменения выходной частоты и фазы. Однако для простых задач, где не требуется регулирование скорости, а нужен только реверс, реверсивный контактор остается более экономичным и надежным решением.
Заключение
Реверсивный контактор является классическим, проверенным и надежным решением для управления направлением вращения трехфазных асинхронных электродвигателей. Его правильный выбор, основанный на анализе категории применения, номинальных токов и режима работы, а также грамотный монтаж с обязательным применением всех видов блокировок и защит, обеспечивают длительную и безопасную эксплуатацию приводов в разнообразных промышленных установках. Несмотря на развитие частотно-регулируемого привода, реверсивные контакторы сохраняют свою актуальность в схемах, где важна простота, надежность и минимальная стоимость системы управления.