Zmiana kierunku obrotów silnika trójfazowego i jednofazowego – jak zrobić to bezpiecznie

Zmiana kierunku obrotów silnika to jedna z najczęstszych czynności przy podłączaniu napędu do maszyny. Pompa tłoczy w złą stronę, przenośnik jedzie do tyłu, piła kręci się przeciwnie do zębów – i trzeba szybko odwrócić obroty. W silniku trójfazowym sprowadza się to zwykle do zamiany dwóch faz, w silniku jednofazowym wymaga przełożenia połączeń uzwojenia pomocniczego, a w niektórych konstrukcjach nie jest w ogóle możliwa bez ingerencji w silnik.

W poradniku wyjaśniamy, jak zmienić kierunek obrotów silnika trójfazowego i jednofazowego, jak zbudowany jest układ nawrotny ze stycznikami, jak zrobić to z poziomu falownika oraz czego pilnować, żeby nie uszkodzić silnika ani maszyny. Wszystkie prace przy połączeniach elektrycznych wykonuje osoba z uprawnieniami SEP, po odłączeniu i zabezpieczeniu zasilania.

Jak określa się kierunek obrotów

Kierunek obrotów określa się, patrząc na czoło wału po stronie napędowej. Zgodnie z przyjętą w normie IEC 60034-8 konwencją przy zasilaniu zacisków U1, V1, W1 fazami L1, L2, L3 w kolejności zgodnej silnik obraca się w prawo, czyli zgodnie z ruchem wskazówek zegara, patrząc od strony wału. W praktyce warto to sprawdzić na miejscu, bo kolejność faz w gniazdach i rozdzielnicach nie zawsze jest zachowana.

Przed każdą zmianą upewnij się, w którą stronę powinien obracać się napęd. W wielu maszynach kierunek jest wymuszony konstrukcją:

• pompy wirowe i wentylatory – kierunek jest zaznaczony strzałką na korpusie; praca w przeciwną stronę daje drastycznie niższą wydajność, a w niektórych pompach może poluzować wirnik nakręcany na wał;
• sprężarki – część konstrukcji wymaga określonego kierunku ze względu na smarowanie lub budowę wentylatora chłodzącego;
• piły tarczowe – zęby muszą wchodzić w materiał od góry stołu; odwrotny kierunek jest niebezpieczny;
• przenośniki ślimakowe i podajniki – praca wstecz może zablokować materiał i przeciążyć napęd.

Zmiana kierunku obrotów silnika trójfazowego

W silniku trójfazowym kierunek wirowania pola magnetycznego wynika z kolejności faz. Żeby odwrócić kierunek obrotów, wystarczy zamienić miejscami dowolne dwa przewody fazowe zasilające silnik, np. L1 z L2. Nie zmienia się przy tym układu mostków na tabliczce zaciskowej – połączenie w gwiazdę lub trójkąt zostaje takie samo.

Gdzie zamienić fazy

• Na tabliczce zaciskowej silnika – najprostsze przy stałym kierunku pracy. Zamieniasz dwa przewody zasilające doprowadzone do zacisków, mostki zostają bez zmian.
• W rozdzielnicy lub puszce przed silnikiem – wygodne, gdy dostęp do silnika jest utrudniony.
• W gnieździe lub wtyczce siłowej – zmienia kierunek wszystkich odbiorników zasilanych z tego gniazda, więc stosuj to rozwiązanie świadomie i opisz zmianę. Część wtyczek ma wbudowany przełącznik kolejności faz.

Przy rozruchu gwiazda-trójkąt fazy zamienia się na zasilaniu całego układu rozruchowego, a nie na pojedynczych końcach uzwojeń. Pomylenie końców przy sześciu przewodach może dać układ, w którym część uzwojeń pracuje przeciwnie – silnik buczy, grzeje się i nie rozwija momentu. Więcej o tej metodzie rozruchu znajdziesz w poradniku metody rozruchu silnika trójfazowego.

Wskaźnik kolejności faz

Przy podłączaniu maszyn, w których zły kierunek może spowodować szkodę, warto przed uruchomieniem sprawdzić kolejność faz w gnieździe wskaźnikiem kolejności faz. Pozwala to podłączyć silnik od razu poprawnie, zamiast sprawdzać kierunek krótkim załączeniem przy sprzęgniętej maszynie.

Układ nawrotny – praca w obu kierunkach

Jeżeli maszyna ma pracować raz w prawo, raz w lewo (wciągarki, bramy, przenośniki, mieszadła), stosuje się układ nawrotny. Najczęściej składa się z dwóch styczników: jeden podaje fazy w kolejności L1-L2-L3, drugi z zamienionymi dwiema fazami.

Blokady – warunek bezpieczeństwa

Jednoczesne załączenie obu styczników oznacza zwarcie międzyfazowe. Dlatego układ nawrotny musi mieć:

1. blokadę elektryczną – styk rozwierny każdego stycznika w obwodzie cewki drugiego;
2. blokadę mechaniczną – element łączący oba styczniki, który fizycznie uniemożliwia zamknięcie obu naraz; gotowe zestawy nawrotne mają ją w komplecie;
3. zabezpieczenie przeciążeniowe wspólne dla obu kierunków – wyłącznik silnikowy lub przekaźnik termiczny dobrany do prądu znamionowego silnika (szczegóły w poradniku jak dobrać wyłącznik silnikowy);
4. w razie potrzeby opóźnienie między wyłączeniem jednego kierunku a załączeniem drugiego.

Nawrót w biegu – dlaczego unikać

Przełączenie kierunku, gdy silnik jeszcze się obraca, to tzw. hamowanie przeciwprądem. Silnik pobiera wtedy prąd nawet większy niż przy rozruchu bezpośrednim, a napęd i przekładnia dostają silny udar momentu. W większości zastosowań układ sterowania powinien wymuszać zatrzymanie przed zmianą kierunku – przez przycisk STOP, przekaźnik czasowy lub kontrolę prędkości. Przy częstych nawrotach rośnie też nagrzewanie silnika, co trzeba uwzględnić przy jego doborze.

Gdy napęd musi zatrzymywać się szybko i pewnie przed nawrotem, dobrym rozwiązaniem jest silnik z hamulcem. Jego działanie i zasady regulacji opisujemy w poradniku silnik z hamulcem elektromagnetycznym.

Zmiana kierunku obrotów z falownika

Przy zasilaniu z falownika kierunek obrotów zmienia się z poziomu sterowania: wejściem cyfrowym (np. FWD/REV), przyciskiem na panelu albo parametrem. Falownik sam realizuje rampę hamowania do zera i rozpędzania w przeciwnym kierunku, więc nawrót jest płynny i nie obciąża sieci prądem rozruchowym.

• Nie instaluj styczników nawrotnych między falownikiem a silnikiem. Przełączanie na wyjściu pracującego falownika może uszkodzić jego stopień mocy.
• Jeżeli silnik obraca się w złą stronę przy poleceniu „naprzód”, można zamienić dwa przewody na wyjściu falownika (U, V, W) przy wyłączonym zasilaniu i rozładowanym obwodzie pośrednim albo zmienić odpowiedni parametr – zgodnie z instrukcją urządzenia.
• Jeśli maszyna nie może pracować wstecz, zablokuj kierunek przeciwny parametrem.

O tym, czy dany silnik nadaje się do pracy z przemiennikiem, piszemy w artykule silnik elektryczny a falownik.

Zmiana kierunku obrotów silnika jednofazowego

Silnik indukcyjny jednofazowy ma uzwojenie główne i pomocnicze. Uzwojenie pomocnicze, zasilane przez kondensator, wytwarza przesunięte w fazie pole, które nadaje kierunek rozruchu. Żeby zmienić kierunek obrotów, trzeba odwrócić kierunek prądu w jednym z uzwojeń – najczęściej w pomocniczym – względem drugiego. Sama zamiana przewodu fazowego z neutralnym we wtyczce nic nie da.

Silniki z wyprowadzonymi końcami uzwojeń

W wielu silnikach jednofazowych na tabliczce zaciskowej wyprowadzone są końce uzwojenia głównego i pomocniczego, a kierunek ustala się układem mostków. Schemat dla obu kierunków producent zwykle umieszcza wewnątrz pokrywy skrzynki zaciskowej lub w instrukcji. W takim silniku zmiana kierunku polega na przełożeniu mostków zgodnie ze schematem. Nie przekładaj ich „na próbę” bez schematu – błędne połączenie może zostawić kondensator lub uzwojenie pomocnicze pod napięciem w sposób, który doprowadzi do uszkodzenia.

Silniki z kondensatorem rozruchowym

W silnikach z kondensatorem rozruchowym odłączanym wyłącznikiem odśrodkowym lub przekaźnikiem uzwojenie pomocnicze pracuje tylko przy starcie. Zmiana kierunku jest możliwa wyłącznie po całkowitym zatrzymaniu silnika. Przełączenie w biegu nie spowoduje nawrotu – silnik będzie dalej obracał się w tę samą stronę albo zostanie przeciążony.

Silniki jednokierunkowe

Niektóre silniki jednofazowe mają uzwojenia połączone wewnątrz, a do skrzynki zaciskowej wyprowadzone są tylko dwa przewody zasilające. Zmiana kierunku wymaga wtedy otwarcia silnika i przełożenia połączeń przy uzwojeniu, co jest pracą dla zakładu przewijającego silniki. Przy zakupie silnika do maszyny pracującej w obu kierunkach sprawdź, czy ma wyprowadzone końce uzwojeń.

Różnice konstrukcyjne między silnikami jedno- i trójfazowymi, w tym ograniczenia przy nawrotach, omawiamy w artykule silnik jednofazowy czy trójfazowy.

Lista kontrolna przed zmianą kierunku obrotów

Do tego dochodzą punkty mechaniczne: sprawdź, czy w napędzie nie ma sprzęgła jednokierunkowego lub blokady wstecznej, czy elementy nakręcane na wał (np. wirniki pomp) nie odkręcą się przy pracy w przeciwną stronę i czy osłony maszyny są na miejscu. Przy reduktorach ślimakowych pamiętaj, że przekładnia pracuje w obu kierunkach, ale zmiana kierunku zmienia stronę, na którą działa siła reakcji – sprawdź mocowanie i ramię reakcyjne. Montaż silnika z reduktorem omawiamy w poradniku montaż silnika do reduktora ślimakowego krok po kroku.

Zużyta lub nadpalona tabliczka zaciskowa utrudnia pewne połączenie i może być przyczyną grzania się zacisków. Przy okazji zmiany połączeń warto ją ocenić i w razie potrzeby wymienić, np. na tabliczkę zaciskową 80/90 w zestawie do silników tej wielkości mechanicznej.

Najczęstsze pytania

Czy zmiana kierunku obrotów szkodzi silnikowi trójfazowemu?

Sama praca w przeciwnym kierunku nie szkodzi typowemu silnikowi z przewietrznikiem o łopatkach promieniowych. Szkodliwe są częste nawroty w biegu, bo powodują duże prądy i nagrzewanie uzwojeń.

Którą parę faz zamienić?

Dowolną: L1 z L2, L2 z L3 albo L1 z L3. Efekt jest ten sam. Nie zamieniaj przewodu ochronnego PE ani nie zmieniaj mostków na tabliczce.

Dlaczego po zamianie przewodów we wtyczce silnik jednofazowy kręci się tak samo?

Bo zamiana fazy z neutralnym odwraca prąd w obu uzwojeniach jednocześnie. Kierunek zmienia się dopiero po odwróceniu jednego uzwojenia względem drugiego, zwykle pomocniczego.

Czy silnik jednofazowy może pracować w układzie nawrotnym?

Tak, jeśli ma wyprowadzone końce uzwojeń, a sterowanie wymusza zatrzymanie przed nawrotem. W silnikach z wyłącznikiem odśrodkowym nawrót jest możliwy tylko z postoju.

Czy zmianę kierunku mogę zrobić sam?

Prace przy połączeniach elektrycznych wykonuje osoba z uprawnieniami SEP. Mechanik może przygotować maszynę: odsprzęglić napęd, sprawdzić kierunek wymagany przez urządzenie i stan osłon.

Silniki do pracy w obu kierunkach

Jeżeli planujesz napęd z nawrotem, wybierz silnik, który na to pozwala: w kategorii silniki trójfazowe znajdziesz napędy, w których kierunek zmienia się zamianą dwóch faz, a w kategorii silniki elektryczne jednofazowe – silniki do zasilania 230 V, przy których przed zakupem warto sprawdzić w danych produktu sposób zmiany kierunku. Elementy przyłączeniowe znajdziesz w kategorii tabliczki zaciskowe do silników.