Реверс электродвигателей постоянного и переменного тока

Формула электромагнитного момента электродвигателя постоянного тока имеет такой вид:

М = с I Ф,

где: с – конструктивный коэффициент (для каждого типа двигателя - постоянная

величина ); I - ток якоря двигателя; Ф – магнитный поток обмотки ( обмоток ) возбуж-

дения.

Для реверса двигателя надо изменить знак электромагнитного момента дви

гателя.

Из формулы следует, что это можно сделать двумя способами:

1. изменить знак тока в обмотке якоря I , не изменяя знака магнитного потока Ф,

при этом М' = с ( - I ) Ф = - М;

2. наоборот, изменить знак магнитного потока Ф, не изменяя знака тока в обмотке якоря I , при этом М' = с ( - I ) Ф = - М.

Первому способу реверса соответствует схема на рис. 104, а , а, второму – на рис. 104, б.

Рис. 111. Схема реверса двигателя постоянного тока изменением направления тока

: в обмотке якоря ( а ) и параллельной обмотке возбуждения ( б )

Элементы схемы на рис. 111:

1. L_1, L₂ – провода питающей сети;

2. М – обмотка якоря двигателя;

3. L – параллельная обмотка возбуждения;

4. SB1 – кнопка «Вперед»;

5. SB2 - кнопка «Назад»;

6. SB3 – кнопка «Стоп»;

7. КМ1 – контактор «Вперед»;

8. КМ2 – контактор «Назад».

В обеих схемах есть одинаковый узел – реверсивный мостик.

В состав мостика входят 4 плеча в виде контактов КМ1.1, КМ1.2 , КМ2.1, КМ2.2, и

две диагонали – питающая АВ и выходная СD.

К точкам А и В подводится напряжение питающей сети, к точкам С и D подключен выход мостика – обмотка якоря М на рис. 111, а и обмотка возбуждения L на рис. 111, б.

Рассмотрим работу схем.

Схема на рис. 111, а.

В схеме на рис. 111, а, для подготовки схемы к работе подают питание на выводы L₁ и L₂. При этом образуется цепь тока параллельной обмотки возбуждения :

«+» на L₁ – обмотка возбуждения L – «-« на L₂.

Двигатель возбуждается и тем самым подготовлен к работе.

Для включения двигателя в направлении «Вперед» нажимают кнопку SB1 «Впе-

ред». Через ее контакты образуется цепь тока катушки реверсивного контактора:

«+» на L₁ – кнопка SB1 – размыкающие контакты КМ2.4 контактора «Назад» - ка-

тушка контактора КМ1 «Вперед» - кнопка SB3 - «-« на L₂.

Контактор КМ1 включается, замыкает главные контакты КМ1.1 и КМ1.2, тем са-

мым подключая обмотку якоря к питающей сети. Через обмотку якоря потечет ток по це-

пи:

«+» на L₁ – КМ1.1 – обмотка якоря М – КМ1.2 - «-« на L₂.

Кроме того, замыкается вспомогательный контакт КМ1.3 и размыкается вспомога-

тельный контакт КМ1.4.

После замыкания контакта КМ1.3 кнопку SB1 «Вперед» можно отпустить.

Размыкание контакта КМ1.4 обрывает в этом месте цепь катушки реверсивного кон

тактора КМ2 «Назад». Это делает невозможным случайное включение контактора КМ2 после включения контактора КМ1 «Вперед», например, при ошибочном нажатии кнопки

SB2 «Назад».

Такое одновременное включение двух реверсивных контакторов приводит к корот-

кому замыканию в питающей линии через контакты КМ1.1 + КМ2.2 и параллельно – через КМ2.1 + КМ1.2.

Для реверса двигателя надо сначала нажать кнопку SB3 «Стоп», дождаться останов

ки якоря, а уже потом нажать кнопку SB2 «Назад».

После включения контактора КМ2 его главные контакты КМ2.1 и КМ2.2 замыкают

ся, вследствие чего изменяется направление тока в обмотке якоря двигателя, двигатель реверсирует.

Контакт КМ2.3 шунтирует кнопку SB2, после чего ее можно отпустить, а контакт КМ2.4 размыкается, препятствуя случайному включению контактора КМ1 «Вперед», что привело бы к короткому замыканию в линии.

Следует обратить внимание, что в данной схеме изменялось направление тока только в обмотке якоря двигателя М, а направление тока в параллельной обмотке L не изменялось.

Схема на рис. 111, б.

Эта схема на практике не применяется.

Это объясняется тем, что при переключении контактов реверсивных контакторов КМ1 и КМ2 всегда бывает момент времени, когда, например, контакты КМ1.1 и КМ1.2 уже разомкнулись, а контакты КМ2.1 и КМ2.2 еще не успели замкнуться, т.е. тока в в обмотке возбуждения нет.

В этот момент времени магнитный поток Ф = 0, противоэ.д.с. обмотки якоря Е = с*ω*Ф = 0, поэтому ток якоря двигателя увеличивается в десятки раз по сравнению с номи

нальным, обмотка якоря сгорает. Это видно из следующего примера.

Невозможность реверса изменением полярности питающей сети

Реверс при этом не происходит.

Сказанное подтверждается на рис. 112, в и 112, г .

На рис. 112, в произвольно выбрана полярность полюсов N и S и направление тока в верхнем проводнике ( крестик ) и нижнем ( точка ). Направление электромагнитных сил

F и F найдено по правилу левой руки. Якорь вращается в направлении против ча-

совой стрелки.

Если изменить полярность питающей сети, то одновременно изменится полярность полюсов ( на рис. 112, г верхний полюс – S, а нижний – N ) и направление тока в обмотке якоря ( в верхнем проводнике – точка, в нижнем – крестик ).

Применяя правило левой руки, находим, что направление электромагнитных сил F и F не изменилось, реверс не произошел.

Реверс 3-фазного асинхронного двигателя

Для реверса 3-фазного асинхронного электродвигателя надо поменять местами ( пе

реключить ) два любых линейных провода.

При этом поменяется порядок чередования фаз обмотки статора, что приведет к из-

менению направления вращения ( реверсу ) магнитного потока обмотки статора.

Рис. 113. Прямое ( а ) и обратное ( б, в, г ) направление вращения ротора

3-фазного асинхронного двигателя

На рис. 113, а изображена схема, соответствующая условному прямому направле-

нию вращения ротора двигателя ( по часовой стрелке ). Из схемы следует, что выводы питающей сети и обмотки статора соединены попарно, а именно: вывод L₁ соединен с выводом U₁, вывод L₂ - с выводом V₁, вывод L₃ – с выводом W₁ ( L₁- U₁, L₂ - V₁, L₃ – W₁ ).

На рис. 113, б переброшены линейные провода L₁ и L₂ , на рис. 106, в – провода L₂ и L₃, на рис. 113, г - провода L₁ и L₃. В каждом из этих случаев на обмотке статора меняется порядок чередования фаз питающей сети ( по отношению к рис. 113, а ), и двигатель ревер

сирует.

Поэтому на практике не имеет значения, какие именно два линейных провода бу-

дут переброшены ( переключены ).

Для реверса асинхронного двигателя применяют 2-полюсные или 3-полюсные ре-

версивные контакторы ( рис. 114 ).

.

Рис. 114. Схема реверса 3-фазного асинхронного двигателя при помощи 2-полюс-

ных ( а ) и 3-полюсных ( б ) реверсивных контакторов

В схеме на рис.114, а использованы 2-полюсные реверсивные контакторы КМ1 и КМ2, на рис. 114, б – треполюсные. В обеих схемах для реверса переключаются линейные провода L₁ и L₂. В схеме на рис. 114, б, правый контакт контактора КМ1 и левый контакт контактора КМ2 включены параллельно друг другу, т.е. поочередно подключают к выво-

ду W₁ обмотки статора один и тот же провод L₃ как при прямом, так и обратном направ-

лении вращения ротора двигателя.

Схема на рис. 114, а позволяет использовать менее дорогие 2-полюсные контакто-

ры, но имеет повышенную опасность для обслуживающего персонала, т.к. линейный про-

вод L₃ постоянно подключен к обмотке статора двигателя.

Реверс 2-фазных и 1-фазных асинхронных двигателей

Двухфазные и однофазные асинхронные двигатели устроены одинаково, а именно:

на статоре каждого из них расположены две обмотки, сдвинутые в пространстве на 90º.

В цепь одной из обмоток включен кондесатор С, при помощи которого ток в ней сдвинут на 90 электрических градусов ( т.е. по времени на четверть периода переменного тока ) по отношению к току в другой обмотке.

Такой двойной сдвиг ( на 90º в пространстве и на 90º во времени ) позволяет полу-

чить вращающееся магнитное поле при питании обмоток однофазным током.

Рис. 115. Схемы включения 2-фазного ( а ) и 1-фазного ( б ) асинхронных двигате-

лей

У двухфазных двигателей ( рис. 115, а ) одна из обмоток называется обмоткой воз-

буждения ОВ. Эта обмотка включается через конденсатор С в судовую сеть переменного тока со стабильным по величине и фазе напряжением. При реверсе схема включения этой обмотки не изменяется.

Вторая обмотка называется обмоткой управления ОУ. Она в системах судовой авто

матики питается от отдельного бесконтактного устройства, напряжение которого может изменяться как по величине, так и по фазе.

Для реверса двухфазного двигателя надо изменить фазу напряжения на обмотке уп-

равления ОУ, что в контактных схемах равнозначно переброске её выводов 3 и 4.

На судах двухфазные асинхронные ( ьдвигатели Феррариса ) применяются в систе

мах автоматики, например, в авторулевых, котельных установках и т.п. Их мощность – от нескольких десятков до нескольких сотт ватт.

У однофазных двигателей ( рис. 115, б ) одна из обмоток называется пусковой. В её цепь включают пусковой кондесатор С . Вторая обмотка называется рабочей РО. Обе обмотки включены параллельно на напряжение сети U . При пуске включены обе обмот-

ки, в конце пуска пусковая обмотка отключается, двигатель остается работать на одной рабочей обмотке.

Для реверса однофазного двигателя надо переключить концы любой из обмоток – либо пусковой, либо рабочей.

На судах однофазные асинхронные двигатели встречаются в бытовых электропри-

борах – в стиральных машинах и холодильниках. Их мощность – несколько сотт ватт.