Модернизация привода задвижки или о реверсе конденсаторного двигателя. Трудовые будни группы КИПиА

Обычную механическую задвижку видели, наверное, все. Достаточно в любом дворе многоквартирного дома посмотреть на теплотрассу, чтобы увидеть, как минимум, сразу две задвижки.

Даже, не вдаваясь особо в их конструкцию, и не имея высшего технического образования, легко понять, что если покрутить маховичок, внутри поперек трубы двигается заслонка, которая перекрывает поток воды. Именно вот от этого «двигается» такой механизм трубозапорной арматуры и получил название «задвижка». Устройство небольшой механической задвижки показано на рисунке 1.

Применение таких «ручных» задвижек оправдано лишь в тех случаях, когда задвижкой пользуются очень редко, от случая к случаю, и количество их невелико. Например, перекрыть участок трубопровода в случае аварии. Ну, потекла где-то в подвале дома труба раздачи или стояк!

Когда же задвижка является элементом технологического процесса, пользоваться ей приходится часто (по несколько раз в час, а то и чаще), а количество задвижек исчисляется десятками, а то и сотнями, применяются задвижки с электроприводом.

Водопроводные сооружения небольшого города как раз и обладают таким количеством задвижек. Практически все они механизированы, управляются простым нажатием кнопок, либо от контроллера системы автоматизации водопровода.

Рисунок 1. Устройство механической задвижки

Как правило, в электроприводе задвижек используется обычный трехфазный двигатель, мощность и тип которого определяется диаметром трубы (100…800мм, а может и более), на которую устанавливается задвижка: чем больше диаметр трубы, тем выше ее шансы на получение почетного звания водовода.

Но вот однажды пришлось на водовод диаметром 400мм устанавливать электрифицированную задвижку взамен старой, пришедшей в негодность. И вот тут-то и случился конфуз, но обо всем по порядку.

Рисунок 2. Редуктор с двигателем.

Сама задвижка, конечно, находится в колодце, на рисунке показан только двигатель в сборе с редуктором. Черная пластмассовая коробка сверху двигателя скрывает под собой клеммник для подключения проводов . Предполагалось, что там кроме винтов для подключения ничего больше и нет: как обычно прикрутили три провода, и дело сделано. Но вскрытие показало, что это не совсем так.

Здесь не будет упоминаться о тех «лестных» словах, которые были высказаны в адрес отдела снабжения. Ничего не будет сказано также о работе электриков, которые не сумели подключить это чудо техники. В результате чего задача была поручена группе КИПиА , которая завершила дело достаточно удачно.

Фотографии были сделаны в рабочем порядке, поэтому, на некоторых из них виднеются руки и даже ботинки участников описываемого трудового подвига. После этого лирического отступления можно продолжить рассказ о том, что довелось увидеть и сделать.

Рисунок 3. Клеммная коробка двигателя.

В коробке удобно лежал конденсатор, располагался клеммник с перемычками, а алюминиевый шильдик на боку двигателя гласил, что это асинхронный конденсаторный двигатель типа АИРЕ 80С4, мощностью полтора киловатта, с конденсатором емкостью 45МКФ, и другие не менее важные сведения.

Рисунок 4.

С внутренней стороны крышки клеммной коробки, несколько кривовато приклеенный, оказался листок бумажки со схемой подключения двигателя. Согласно этой схемы направление вращения двигателя изменяется при помощи переустановки перемычек.

Рисунок 5.

Такое подключение хорошо лишь в том случае, когда направление вращения не будет меняться никогда: один раз выбрали перемычками требуемое направление вращения, да так и оставили. В качестве наглядного примера можно вспомнить хотя бы циркулярную пилу: все время крутится в одну сторону, на том и спасибо.

А кто будет переставлять эти перемычки при управлении задвижкой? Поэтому потребовалось разрабатывать схему реверса на базе унифицированного реверсивного магнитного пускателя ПМЛ 2621-БММ, который уже был в наличии и использовался с прежней задвижкой.

В одной общей коробке объединены два магнитных пускателя, тепловое реле и три кнопки управления. Кроме всего этого имеется механическая блокировка от срабатывания сразу двух пускателей. В целом достаточно удобная конструкция.

Рисунок 6.

На этом рисунке в разобранном виде показан как раз тот самый пускатель, который будет переделан для управления конденсаторным двигателем. Соседние пускатели предназначены для управления другими задвижками.

Реверс конденсаторного двигателя. Силовая часть

Принципиальная схема реверсивного пускателя была разработана начальником группы КИПиА т. Суховым С.Ю. На рисунке 7 показана силовая часть схемы.

Рисунок 7.

Питание к схеме подводится по продам L и N что обозначает соответственно фазный и нулевой провод. Фаза подается на двигатель только при срабатывании одного из пускателей, а нулевой провод подается непосредственно на конденсатор C1, что вполне соответствует мерам электробезопасности. Для подключения двигателя потребовалось четыре провода.

Сетевое напряжение подается, естественно, через автоматический выключатель. Кроме того, унифицированный магнитный пускатель содержит тепловое реле. Для упрощения рисунка эти элементы на схеме не показаны.

В верхней части схемы в прямоугольнике показан клеммник на двигателе. Все обозначения клемм и их расположение полностью соответствуют тому, что можно увидеть внутри клеммной коробки. Показана даже клемма V2, которая не используется. Магнитные пускатели обозначены на схеме как «ЗАКРЫТЬ» и «ОТКРЫТЬ», что позволяет в дальнейшем пользоваться схемой без особого напряжения памяти.

Работу схемы проще всего рассмотреть, если предположить, что питание двигателя осуществляется постоянным током. Конечно, конденсаторный двигатель на постоянном токе работать не будет, но, если считать, что это мгновенное значение переменного тока, то предлагаемое описание можно считать достаточно корректным. Если сказать еще точнее, то на схеме показан момент времени, когда на проводе L действует положительный полупериод сетевого напряжения.

На рисунке 8 показана работа двигателя в режиме «ОТКРЫТЬ».

Рисунок 8.

Открытие задвижки

Проводники L и N заменены значками + и -, поэтому проследить направление прохождения тока, которое на схеме показано стрелками, не составляет особого труда: ток идет от «плюса» к «минусу». Контакты пускателя «ОТКРЫТЬ» обведены красным пунктирным овалом, что говорит о том, что пускатель включен, и контакты замкнуты.

Напряжение питания от клеммы «плюс» через замкнутый контакт A пускателя K1 подается на клемму W2, проходит через катушку L2, клемму W1, конденсатор C1, и через клемму V1 возвращается на «минус» источника питания. Все, цепь замкнулась, ток идет.

Следует обратить внимание на направление тока через катушку L2 и конденсатор C1: при включении пускателя «ЗАКРЫТЬ» это направление измениться не должно.

Через контакт B пускателя «ОТКРЫТЬ» положительное напряжение приходит на клемму U1, проходит через катушку L1 и через клемму U2 и замкнутый контакт C пускателя возвращается на минусовой вывод источника питания. При этом следует обратить внимание на направление токов в катушках L1 и L2. Можно сказать, что стрелки смотрят вслед друг другу, как бы одна догоняет другую.

Закрытие задвижки

Работа схемы в режиме «ЗАКРЫТЬ» происходит при включении пускателя K2. Это положение показано на рисунке 9.

Рисунок 9.

Как и на рисунке 8 контакты включенного пускателя обведены красным пунктиром. Поэтому будем считать, что все контакты замкнуты.

Через замкнутый контакт A пускателя «ЗАКРЫТЬ» напряжение питания поступает на клемму W2, проходит через катушку L2, конденсатор C1 и через клемму V1 возвращается к отрицательному полюсу источника питания. Если говорить точнее, то проходит ток, который получается от напряжения. Направление тока и показано на схеме стрелками. Следует обратить внимание на то, что направление тока в катушке L2 точно то же, каким оно было на рисунке 8.

Теперь давайте посмотрим, что же происходит с катушкой L1. Напряжение питания, имеется в виду, естественно, «плюс», через замкнутый контакт C пускателя «ЗАКРЫТЬ» поступает на клемму U2, ток проходит через катушку L1, и через клемму U1 и замкнутый контакт B пускателя «ЗАКРЫТЬ» возвращается на «минус» источника питания. При этом направление тока в катушке L1 противоположно тому, что было показано на рисунке 8. Отсюда можно сделать вывод, что для реверса конденсаторного двигателя достаточно поменять фазировку одной из катушек, в данном случае это будет катушка L1.

Все предыдущее описание, равно как и две последние схемы, сделано в предположении, что на фазном проводе L действует положительный полупериод сетевого напряжения. Рано или поздно на линии L окажется отрицательный полупериод. Все будет работать точно также, только на картинках придется поменять местами «плюс» и «минус», а направление всех стрелок изменить на противоположное.

Как добиться «правильного» направления вращения

Направление вращения двигателя должно соответствовать нажатым кнопкам управления: если нажали кнопку «ЗАКРЫТЬ», то задвижка должна пойти на закрытие. В случае «неправильного» направления вращения происходит наоборот открытие задвижки.

Чтобы исправить это недоразумение, надо поменять направление вращения, что можно достичь переключением проводов на клеммах U1 и U2. Для сравнения: при использовании трехфазного двигателя направление вращения можно изменить переключением двух любых проводов, здесь же именно указанных выше.

Схема управления

С силовой частью, вроде бы, все ясно. Осталось только разобраться, каким же образом это все будет управляться. По сути дела алгоритм управления задвижкой достаточно простой: нажали кнопку «ЗАКРЫТЬ» началось закрытие, которое продолжается до тех пор, пока не сработает концевой выключатель «ЗАКР» или не будет нажата кнопка «СТОП». То же самое происходит и при открытии задвижки, — дошла до концевика, и остановилась.

Далее следует описание схемы управления пускателями. По сути дела она представляет собой обычный реверсивный магнитный пускатель, который молодым электрикам предлагается собрать на конкурсах профессионального мастерства: правильно собрал – получи приз!

Но на этой схеме присутствуют несколько специфических элементов, в частности путевые концевые выключатели, которые на профессиональном сленге именуются просто концевиками.

Следуя этой традиции далее будет применяться именно такой термин. Сама схема показана на рисунке 10. Принципиально она, схема, осталось той же самой, что и при использовании трехфазного двигателя.

Рисунок 10. Схема управления задвижкой

Катушки магнитных пускателей K1 и K2 рассчитаны на напряжение 220В, поэтому питание схемы осуществляется от фазного и нулевого провода, обозначенных соответственно как L и N. Нетрудно видеть, что фазный провод подключен к схеме через кнопку «СТОП». Такое подключение хорошо уже тем, что при настройке путевых концевиков, удержание кнопки обесточивает всю схему.

При нажатии кнопки «ОТКРЫТЬ» включается пускатель K1 и контактами K1.1 устанавливается на самопитание. Нормально замкнутый контакт K1.2 размыкается, что блокирует включение пускателя K2 при нажатии кнопки «ЗАКРЫТЬ».

Задвижка начинает открываться. Открытие продолжается до тех пор, пока не сработает концевик SQ1 (ОТКР.), расположенный в механизме задвижки или не будет нажата кнопка «СТОП». Концевики, находящиеся в механизме задвижки, на схеме показаны в пунктирном прямоугольнике.

Работа схемы при нажатии кнопки «ЗАКРЫТЬ» аналогична: включается пускатель K2 и движение задвижки продолжается либо до тех пор, пока не сработает концевик SQ2 (ЗАКР.), либо не будет нажата кнопка «СТОП». Контакт K2.2 блокирует включение пускателя K1. Поэтому изменение направления вращения двигателя задвижки возможно только после остановки механизма.

Выжимные концевики

Непосредственно в задвижке кроме путевых конечных выключателей ОТКР. и ЗАКР. имеются еще защитные концевики SQ3, SQ4, называемые также выжимными. Они срабатывают в том случае, когда усилие механизма превышает допустимое: внутри механизма сжимается пружина, что приводит к срабатыванию SQ3 или SQ4. Отсюда и название концевиков «выжимные».

Подобная ситуация чаще всего возникает при неисправности путевых концевиков SQ1 или SQ2: неисправность механизма микровыключателя, а то и просто сваренные контакты. Такое случается достаточно часто.

Работа выжимных концевиков напоминает тепловое реле: после срабатывания надо нажать на кнопочку, чтобы возобновить работу всей схемы. Только в этом случае требуется вывести задвижку из этого положения вручную, для чего каждая задвижка имеет специальную рукоятку.

Тепловое реле на схеме также присутствует. Его нормально замкнутый контакт обозначен на схеме как РТ – реле тепловое.

Подключение к контроллеру системы автоматизации

Подобную схему управления легко подключить к контроллеру системы автоматизации водопровода с помощью промежуточных реле типа РП-21 или подобных. Достаточно параллельно кнопкам «ОТКРЫТЬ», «ЗАКРЫТЬ» подключить нормально разомкнутые контакты соответствующих реле. Для остановки задвижки последовательно с кнопкой «СТОП» следует включить нормально замкнутый контакт промежуточного реле «ЗАКРЫТЬ».

Для того, чтобы контроллер «знал» о положении задвижки, к концевикам SQ1, SQ2 следует подключить оптронные развязки.