Схема подключения концевого выключателя линейного привода: прямой, односторонний и релейный способы

Если вы искали схему подключения концевого выключателя линейного привода, скорее всего, у вас есть шток, который останавливается там, где не должен, или не останавливается там, где должен. Большинство схем в Интернете показывают одну конфигурацию: фирменный комплект выключателей, подключенный одним способом. Реальная схема подключения привода состоит из трёх уровней цепей, и то, какой из них вам нужен, зависит от конкретной задачи. В этом руководстве рассмотрены все три варианта: прямое последовательное подключение, остановка в одном направлении и управление с помощью реле; в конце приведены технические характеристики, которые нужно учитывать при замене контактора.

Какова роль концевого выключателя в цепи привода: два устройства с одним и тем же названием

Концевой выключатель — это контакт, определяющий положение, который меняет состояние, когда движущийся шток достигает заданной точки. В цепи привода он выполняет одну из двух функций: он отключает питание двигателя так что стержень останавливается, или он посылает сигнал (шток в исходном положении / шток выдвинут) к контроллеру. Имеют ли линейные приводы концевые выключатели? Многие из них имеют. И именно здесь возникает путаница с названиями, поскольку одно и то же название используется для двух разных устройств:

• Встроенный вырез. Небольшой микровыключатель мгновенного действия, расположенный внутри корпуса привода, срабатывает, когда шток достигает конца хода. Если ваш привод имеет четырехжильный кабель, то две из этих жил, как правило, подключены к этой паре внутренних выводов.
• Внешний концевой выключатель. Отдельный выключатель, который устанавливается вдоль траектории хода и срабатывает под действием подвижного кронштейна или регулируемого кулачка. Именно он останавливает шток на промежуточный в каком-либо месте, например, в полуоткрытой вентиляционной решетке или в частично приподнятом столе, а не только на концах.

Сразу оговоримся: пневматические и гидравлические приводы определяют положение по-разному (магнитные выключатели на корпусе цилиндра, обратная связь от клапана), поэтому подключение их “конечных выключателей” — это отдельная тема. В данном руководстве рассматриваются исключительно электрические линейные приводы.

Прямой подвод проводов: последовательное подключение концевого выключателя к выводам двигателя

На самой простой схеме подключения концевого выключателя линейного привода — именно такую схему приводят в большинстве руководств — предусмотрено нормально-замыкающий (NC) выключатель, включенный последовательно с источником питания двигателя. Электроэнергия поступает от источника питания через выключатель к двигателю. Когда шток находится в середине хода, контакты замкнуты, и двигатель работает. Когда шток срабатывает на выключателе, цепь размыкается, и двигатель останавливается. Отодвиньте шток от выключателя, и контакты снова замкнутся, готовясь к следующему циклу.

Один переключатель NC ограничивает ток в одном направлении; по одному переключателю на каждом конце, соединенные последовательно, ограничивают ток в обоих направлениях. На изменение направления тока с помощью переключателя DPDT или реле это не влияет: при срабатывании последовательно включенный переключатель просто размыкает общий путь питания.

Если у вашего исполнительного механизма четыре провода, какая из пар является переключателем?

Четырёхпроводные приводы имеют два провода от двигателя и два провода от встроенных концевых выключателей. Имеется нет универсального цветового кода чтобы определить, какая пара к чему относится: производители подключают свои собственные выводы, а в некоторых четырёхпроводных исполнительных механизмах вместо пары переключателей прокладывается сигнал обратной связи по положению. Перед подключением чего-либо определите пары с помощью мультиметра:

Как правило, эта пара контактов находится в замкнутом состоянии и размыкается в конце хода; она предназначена для последовательного подключения к источнику питания или для подачи сигнала на контроллер в качестве входного сигнала; следуйте схеме производителя. Один нюанс: внутренняя пара серии, открывшаяся на конце, также блокирует обратный ход, поскольку путь питания открыт в обеих полярностях. Это та же самая проблема однонаправленности, которую в следующем разделе решают с помощью внешних переключателей.

Номинальный ток источника питания должен быть равен или превышать номинальный ток, указанный на паспортной табличке двигателя: типичный привод на 12/24 В потребляет несколько ампер в режиме движения и ещё больше при заклинивании. Те же расчёты по току определяют размеры контактов в описанном ниже релейном блоке.

Остановка только в одном направлении: три способа подключения, обеспечивающие возможность обратного хода

Вопрос, который действительно ставит людей в тупик, касается односторонней остановки, и фермеры с электриками постоянно поднимают его на форумах: остановить шток в положении полного выдвижения, но при этом вернуть его обратно. Классический пример с форума — любитель, который подключил один концевой выключатель последовательно и обнаружил, что привод заблокировался и не мог двигаться ни внутрь, ни наружу после срабатывания выключателя (обратитесь к электрику, 2020).

Почему один серийный переключатель блокирует движение в обоих направлениях

При изменении направления вращения привода постоянного тока не создаётся вторая цепь: переключатель DPDT или реле просто меняют полярность то же самое цепи питания, поэтому последовательный выключатель, раскрываясь, прерывает ток в обоих направлениях. Чтобы прервать только процесс выдвижения, выключатель должен находиться в цепи, по которой ток протекает только во время выдвижения.

Три способа подключения

Успех метода с использованием диодов полностью зависит от правильного подбора номиналов. Напряжение в обратном направлении должно быть значительно выше напряжения питания (по общепринятому правилу — в два раза). Прямой ток должен быть равен или превышать ток остановки двигателя — ток, который потребляет шток, когда он удерживается в крайнем положении. Диоды на 6 А, упоминаемые в темах по ремонту, подходят для небольших 12-вольтовых приводов, потребляющих пару ампер; подбирайте диоды по данным на ярлыке двигателя, а не по сообщениям на форуме. И соблюдайте правильную полярность: неправильно установленный диод блокирует обратный ход точно так же, как и полное отсутствие диода (обратитесь к электрику, 2020).

Жесткая граница: диод помогает только при щеточный двигатель с прямым приводом. Приводы с электронными платами управления или бесщеточными двигателями получают команды остановки от контроллера, поэтому в данном случае подходящим решением будет приведенная ниже схема реле.

Когда прямое переключение выводит из строя реле: релейные цепи и номинальные нагрузки на контакты

“Заменить реле” — эта фраза обычно сопровождается какой-нибудь историей: реле предельного положения привода перегорело из-за ошибки в подключении или после многолетней работы в непрерывном режиме. Классический пример с форумов — владелец, который подключил провода привода к неправильному источнику питания и «пережарил» внутреннее реле. Но такая же неисправность может быть вызвана и более незаметной причиной: от реле требовалось прерывать ток, превышающий номинальный ток его контактов (Журнал «Гараж» / Форумы по физике, 2016). Вторая причина определяет, прослужит ли ваш следующий выключатель столько же, сколько предыдущий, или сгорит так же быстро.

Почему при прямом переключении происходит перегорание контактов

Три силы разрушают выключатель, подключенный последовательно непосредственно к выводу двигателя:

• Ток двигателя не соответствует указанному на этикетке. Ток в двигателе постоянного тока при заклинивании, когда шток застрял или достигнут концевой выключатель, в несколько раз превышает ток свободного хода. Пусковой ток ещё выше. Если выключатель был рассчитан на рабочий ток “в пару ампер”, то контактам приходится замыкаться и размыкаться под нагрузкой, в несколько раз превышающей эту величину.
• Индуктивные дуги приводят к износу контактов. Обмотка двигателя представляет собой индуктор. Каждый раз, когда контакты размыкаются под нагрузкой, спадающее магнитное поле поддерживает дугу через зазор, которая постепенно выпаривает материал контактов.
• Дуги постоянного тока сложнее прервать, чем дуги переменного тока. Дуга переменного тока самозатухает при переходе через нуль в каждом полуцикле; у дуги постоянного тока переход через нуль отсутствует, поэтому тот же ток наносит гораздо больший ущерб контактам. Производители выключателей учитывают это в своих технических характеристиках: высокопрочный роликовый рычажный концевой выключатель, в спецификации которого указано 250 В переменного тока, резистивная нагрузка, 10 А соответствует 250 В постоянного тока, 0,25 А для тех же контактов (таблица технических характеристик), что означает сорокакратное снижение номинальной мощности, обусловленное именно тем, что импульсные преобразователи постоянного тока гораздо сложнее в реализации.

Именно поэтому такие устройства управления, как концевые выключатели, выполняют категории использования а не один-единственный рейтинг: согласно стандарту МЭК 60947-5-1, включение катушки контактора переменного тока, представляющей собой электромагнитную нагрузку с большим пусковым током, относится к классу нагрузки AC-15, а электромагнитные нагрузки постоянного тока — к классу DC-13 (IEC 60947-5-1:2016). Указание «AC-15» или «DC-13» в техническом паспорте означает, что выключатель рассчитан на работу в режиме реального управления, а не для освещения.

Частота циклов работы также имеет значение: если концевой выключатель срабатывает один раз за каждый рабочий цикл машины, количество операций быстро накапливается, а срок службы контактов ограничен. Концевые выключатели для тяжелых условий эксплуатации обычно рассчитаны на срок службы — 500 000 циклов или более в своих таблицах технических характеристик (Серия концевых выключателей), а циклические нагрузки, близкие к номинальному току, значительно сокращают его срок службы.

Переведите переключатель в положение «вверх» в цепи управления

В случае использования двигателей большей мощности, при частых циклах работы или многоточечном управлении следует полностью исключить снятие тока двигателя с контактов выключателя: концевой выключатель управляет катушка реле или контактора, а силовые контакты реле обеспечивают работу двигателя. При этом выключатель прерывает только ток катушки: он по-прежнему является индуктивным и сопровождается пусковым током (соответствующим указанному выше режиму AC-15), но его величина на несколько порядков меньше. Контактор позволяет применять ту же схему к более высоким токам и двигателям переменного тока.

Именно на этом уровне Выбор между NO и NC становится вопросом безопасности, а не просто привычкой при прокладке проводов:

• NC в цепи катушки: отключение питания для остановки. Катушка удерживается при замкнутом выключателе; при срабатывании выключателя катушка опускается, и двигатель останавливается. Обрыв провода приводит к тому же результату, что и срабатывание выключателя, поэтому для защитных пределов по умолчанию используется контакт «нормально закрытый» (NC).
• «NO» в качестве сигнала: находится под напряжением только в заданном положении. Выключатель замыкается при приближении штока, передавая сигнал “в исходном положении” или “в выдвинутом положении” на контроллер. Используйте контакты NO, если выключатель является входным устройством, а не защитным.

Ограничители: в бесщеточных приводах с управлением через контроллер входы ограничителей относятся к собственным входным клеммам привода. Подключайте их как входы с сухим контактом и доверьте приводу управление логикой остановки; ни в коем случае не подключайте их последовательно к выходам двигателя.

Выбор замены: класс выключателя, номинальные параметры, а также ремонт или замена

Как только принято решение о “замене выключателя”, три класса изделий позволяют покрыть практически все области применения исполнительных механизмов. Выбор подходящего варианта зависит от места установки выключателя и того, что он отключает, при этом каждый класс имеет четко очерченную границу отказов:

Ремонтировать или заменить? Сначала проведите три проверки: вращается ли двигатель при прямом подключении к источнику питания, минуя пару переключателей? Свободно ли перемещается шток в ручном режиме? Ограничивается ли неисправность переключателем, с перегоревшими контактами и отсутствием проводимости в любом из состояний? Если механизм исправен, замена переключателя восстановит работоспособность устройства за стоимость одной детали; если двигатель или приводной механизм вышли из строя, замените весь привод. Следует учесть одно ограничение: внутренний переключатель неизвестного производителя в импортном приводе может быть трудно подобрать точно. Если производитель больше не существует, заказывайте по измеренные габариты корпуса, схема замыкания (NO/NC/переключающий), а также класс защиты, а также проверьте срабатывание устройства в режиме замены в той же точке хода, прежде чем доверять ему в эксплуатации.

Когда будете оформлять заказ, укажите полные технические характеристики, а не просто “конечный выключатель”. Шесть полей позволяют отличить деталь, полученную в качестве возврата:

Что означает перегоревший выключатель для ремонтных мастерских и поставщиков запчастей

История с перегоревшим выключателем — явление нередкое и далеко не новое. Темы на форумах, посвящённые выходу из строя концевых выключателей приводов после неправильного подключения или многолетней эксплуатации, ведутся уже более десяти лет. Картина, описываемая в них, всегда одинакова: корпус привода в порядке, выключатель не работает, и владелец предпочитает заменить отдельный узел, а не весь привод целиком. Вопрос, связанный с проводкой, заканчивается решением о замене детали.

Для ремонтной мастерской или монтажника большинство таких обращений можно решить за три этапа: определить, что вышло из строя и почему (контакты выключателя, двигатель или механизм); составить смету на замену, опираясь на приведенные выше технические характеристики, а не на догадки; и уточнить, какая схема подключения фактически используется у заказчика — прямая последовательная, однонаправленная или с релейным управлением. Выключатель с правильными техническими характеристиками, установленный в неподходящую цепь, выходит из строя точно так же, как и дешевый.

Для дистрибьютора запасы формируются по той же схеме: спрос на замену делится на две категории, которые не заменяют друг друга: небольшие мгновенные переключатели, устанавливаемые внутри приводов, и промышленные концевые выключатели повышенной прочности, монтируемые снаружи. Необходимо иметь на складе обе категории в исполнениях «нормально открытый» (NO) и «нормально закрытый» (NC), а также давать ответы на вопросы по подключению, которые возникают в связи с ними. Заказы, в которых с самого начала указаны полные электрические характеристики, — это те, которые отправляются один раз и больше не повторяются.

Если на этом для вас заканчивается чтение этой статьи — с неработающим выключателем на рабочем столе и списком технических характеристик в руках — отправьте этот список в отдел подбора оборудования компании OMCH. Мы подберем замену, соответствующую вашему оригинальному изделию по модели, чертежу или измеренным характеристикам, и предоставим образцы, прежде чем вы примете решение о заказе партии (выбор товара).

Ссылки