Ćwiczenie 9

AUTOMATYCZNY ROZRUCH GWIAZDA - TRÓJKĄT SILNIKA INDUKCYJNEGO

Wiadomości wstępne

Bezpośrednie włączanie asynchronicznego silnika klatkowego do sieci wywołuje duże "uderzenie" prądu, wynoszące od 3 - 7 krotnej wartości prądu znamionowego silnika. Tak duży prąd rozruchowy ma niekorzystny wpływ na pracę innych odbiorników dołączonych do tej sieci. Zastosowanie przełączenia uzwojeń silnika klatkowego z gwiazdy w trójkąt umożliwia znaczne, bo trzykrotne zmniejszenie jego prądu rozruchowego. Wynika stąd, że stosowane przy takim rozruchu silniki klatkowe powinny mieć w czasie pracy uzwojenia połączone w trójkąt. Przełączając uzwojenie takiego silnika w gwiazdę można dołączyć go do sieci o napięciu 3 razy większym od napięcia roboczego odpowiadającego połączeniu w trójkąt. Drugim warunkiem stosowania tego typu rozruchu jest wyprowadzenie sześciu końcówek faz silnika, tj. początków i końców każdej z faz. Ponadto w czasie rozruchu moment oporowy maszyny roboczej nie powinien przekraczać 30 - 35% momentu znamionowego silnika. Ponieważ prąd i moment silnika maleje przy obniżonym napięciu zgodni z równaniami

U' U' 2

Ir' = Ir = Mr' = Mr =

U U

gdzie:

Ir' i Mr' - prąd i moment silnika przy obniżonym napięciu U3

to dla połączenia w gwiazdę i trójką można przedstawić zależność w tabeli 9.1. Z powyższych zależności wynika, że prąd pobierany z sieci zasilającej przy tym sposobie rozruchu maleje trzykrotnie: maleje również trzykrotnie moment rozruchowy - co jest wadą tego sposobu rozruchu.

Tabela 9.1.

	Skojarzenie uzwojeń w gwiazdę	Skojarzenie uzwojeń w trójkąt
Napięcie fazowe	1 Uf= Up 3	Uf= Up
Moment	1 M = M 3
Prąd fazowy	1 1 If= Ip If = If If = Ip 3 3
Prąd przewodowy	1 Ip = Ip 3

Przebieg prądu płynącego przez silnik indukcyjny oraz momentu obrotowego silnika w funkcji prędkości obrotowej podczas rozruchu przedstawiono na rysunku 9.1, gdzie:

nkr = (0,8 - 0,9)nn - prędkość obrotowa krytyczna

nn - znamionowa prędkość obrotowa

no - prędkość obrotowa biegu jałowego

ns - prędkość synchroniczna

Grubą linią zaznaczony jest przebieg prądu podczas przełączania.

Spośród wielu różnych sposobów rozruchu silnika klatkowego za pomocą przełączenia uzwojeń z gwiazdy w trójkąt, dwa są najczęściej stosowane. Jeden - to rozruch w funkcji czasu, drugi - w funkcji prądu. Rozruch w funkcji czasu polega na tym, że przełączanie uzwojeń z gwiazdy w trójkąt dokonywane jest za pomocą przekaźnika czasowego po określonym czasie od chwili załączenia silnika do sieci. Rozruch w funkcji prądu polega na tym, że przełączenie następuje za pomocą przekaźnika prądowego, gdy prąd rozruchu zmniejszy się do określonej wartości.

Rys.9.1.Charakterystyki momentu i prądu silnika indukcyjnego przy rozruchu gwiazda - trójkąt

Każdy z tych dwu sposobów ma wady i zalety. Przy rozruchu w funkcji prądu silnik jest dostatecznie zabezpieczony przed nadmiernym wzrostem prądu, lecz może wystąpić niekorzystne zjawisko, tzw. "utknięcia" silnika w układzie gwiazdy (np. przy niespodziewanym obciążeniu silnika przed rozruchem znacznym momentem oporowym). Przy stosowaniu rozruchu w funkcji czasu wymagane jest dokładne dobranie zabezpieczeń silnika oraz sieci zasilającej przed ewentualnymi przeciążeniami. Na rysunku .2 przedstawiono symbole graficzne przekaźników i łączników zastosowanych w układzie rozruchu silników indukcyjnych.

Układ przedstawiony na rysunku 9.3 służy do rozruchu gwiazda - trójkąt w funkcji czasu. Styczniki liniowe SP i SL służą do załączania uzwojeń stojana do sieci w dowolnym kierunku wirowania. Załączenia silnika w danym kierunku wirowania spełniają odpowiednie zetyski tych styczników SP1 i SL1. Zestyki SP2 i SL2 stanowią "podtrzymanie" cewek styczników SP i SL. Działanie podtrzymania rozpoczyna się po przyciśnięciu przycisku ZP (przyciski te są niestabilne, tzn. zestyki są zwarte tylko

- cewka stycznika, przekaźnika, wyzwalacza

- cewka przekaźnika zwłocznego (czasowego)

- zestyk zwierny przekaźnika

o o - zestyk rozwierny przekaźnika

o - zestyk rozwierny przekaźnika czasowego

- zestyk zwierny przekaźnika czasowego

- zestyk zwierny łącznika z napędem ręcznym

i samoczynnym powrotem

- zestyk rozwierny łącznika z napędem ręcznym

i samoczynnym powrotem

- zestyk przekaźnika prędkościowego

- bezpiecznik

Rys.9.2.Symbole graficzne wybranych elementów przekaźników, styczników i łączników

w chwili przyciskania). Wtedy wzbudza się cewka stycznika SP, która powoduje zadziałanie zestyków stycznika i rozwierają się zestyki rozwierne SP3, a potem zwierają zestyki zwierne SP1 i SP2 (zestyk ten powoduje następnie zasilanie cewki stycznika SP, po zwolnieniu nacisku na przycisk ZP) oraz SP4. Zestyki rozwierane SP3 i SL3 stanowią wzajemną blokadę, która uniemożliwia jednoczesne załączenie styczników SP i SL (takie jednoczesne załączenie powoduje zwarcie międzyfazowe zestykami SP1 i SL1). Zestyki SP4 i SL4 umożliwiają w dalszej kolejności zadziałanie układu rozruchowego. Układ ten składa się ze stycznika SG (powoduje on skojarzenie uzwojeń silnika w gwiazdę za pomocą zestyków SG1 - etap rozruchu), stycznika ST (powoduje on skojarzenie uzwojenia stojana w trójkąt za pomocą zestyków ST1 - etap normalnej pracy), przekaźnika czasowego PC, który po

Rys.9.3.Schemat automatycznego nawrotnego układu rozruchowego silnika indukcyjnego z wykorzystaniem przełącznika gwiazda - trójkąt sterowanego w funkcji czasu

nastawionym czasie od chwili wzbudzenia cewki powoduje swoimi zestykami wyłączenie cewki stycznika SG (zestykiem rozwiernym PC1) oraz załączenie cewki stycznika ST (zestykiem zwiernym PC2). Cewki stycznika SG i przekaźnika PC są zasilane bezpośrednio po zwarciu zestyku SP4 lub SL4, natomiast cewka stycznika ST po zadziałaniu przekaźnika PC. Układ rozruchowy jest tak skonstruowany, aby po dokonaniu rozruchu pracowały jedynie dwa styczniki i jeden z liniowych SP lub SL oraz stycznik kojarzący uzwojenia w trójkąt ST. W tym celu zastosowany jest zestyk rozwierny ST4 w obwodzie cewki przekaźnika PC. Zestyk ten powoduje odłączenie cewki przekaźnika PC z chwilą załączenia cewki stycznika ST. Aby tak skonstruowany układ rozruchowy działał poprawnie należy cewkę stycznika ST "podtrzymać" poprzez zestyk ST2 - zestyk PC2 działa bowiem chwilowo dotąd, aż zestyk ST4 nie odłączy zasilania cewki przekaźnika PC. Zestyki SG2 i ST3 stanowią wzajemną blokadę tak, aby styczniki SG i ST nie włączyły się jednocześnie. Cały układ sterujący wyłączany jest przyciskiem W. Wciśnięcie tego przycisku powoduje rozwarcie jego zestyku rozwiernego; w dalszej kolejności wyłączane są cewki styczników, przekaźnika i powrót wszystkich zestyków do stanu wyjściowego.

Układ przedstawiony na rysunku 9.4. służy do dokonania podobnego rozruchu silnika klatkowego, jak układ z rysunku 9.3. Różnica pomiędzy tymi układami polega na innym sposobie przełączania uzwojeń z gwiazdy w trójkąt. Przełączenie to następuje w funkcji prądu rozruchowego, tzn. za pośrednictwem przekaźnika prądowego Pr, którego cewka jest włączona w obwód jednego z uzwojeń stojana, gdy uzwojenia te są połączone w gwiazdę.

9.1.Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze stycznikowo - przekaźnikowym układem automatycznego rozruchu silnika klatkowego z przełączeniem uzwojeń faz z gwiazdy w trójkąt.

9.2.Dane znamionowe

Stanowisko dydaktyczne wyposażone jest w:

- 3 przyciski, których każdy ma dwa zestyki zwierne i dwa rozwierne

- 5 styczników elektromagnetycznych z których każdy ma trzy zestyki zwierne główne (prądowe) oraz dwa zestyki zwierne i dwa rozwierne (sterujące)

- 1 przekaźnik z czterema zestykami zwierno - rozwiernymi

- 1 przekaźnika czasowy z nastawionym czasem zwłoki z jednym zestykiem zwierno - rozwiernym

- 1 przekaźnik prądowy z jednym zestykiem zwiernym

- silnik klatkowy

Rys.9.4.Schemat automatycznego nawrotnego układu rozruchowego silnika indukcyjnego z wykorzystaniem przełącznika gwiazda - trójkąt sterowanego w funkcji prądu

9.3.Przebieg pomiarów

9.3.1.Zapoznanie się z aparaturą przeznaczoną do wykonania ćwiczenia

Przed przystąpieniem do wykonania ćwiczenia należy dokładnie zapoznać się z aparaturą przeznaczoną do wykonania ćwiczenia (rodzaje aparatów, napięcia znamionowe cewek styczników i przekaźników, ilości i rodzaje zestyków styczników, przekaźników i przycisków).

9.3.2.Zaprojektowanie i zmontowanie układu stycznikowo - przekaźnikowego umożliwiającego dokonanie rozruchu silnika z przełączeniem jego uzwojeń z gwiazdy w trójkąt

Zmontować zaprojektowany układ stycznikowo - przekaźnikowy dysponując posiadaną w laboratorium aparaturą tak, aby otrzymać układ nawrotny lub nienawrotny z nastawioną na przekaźniku czasowym lub prądowym chwilą przełączania uzwojenia silnika z gwiazdy w trójkąt. Wybór typu układu dokonuje prowadzący zajęcia.

9.3.3.Uruchomienie układu

Po zmontowaniu układu na tablicy montażowej, należy uruchomić początkowo jedynie obwód napięciowy. Po stwierdzeniu prawidłowej kolejności zamykania i otwierania się poszczególnych elementów i właściwego działania blokad można uruchomić cały obwód, tj. łącznie z wyłączonym układem prądowym. Należy przeprowadzić kilkakrotne uruchomienie układu, zmieniając każdorazowo za pomocą przekaźnika czasowego lub prądowego (w zależności od typu układu) chwilę przełączenia uzwojenia silnika z gwiazdy w trójkąt.

9.3.4.Zdejmowanie przebiegów prądu i prędkości obrotowej silnika

Dla każdego z połączeń należy zdjąć przebiegi prądu przewodowego pobieranego przez silnik z sieci oraz prędkości obrotowej silnika używając oscylografu lub oscyloskopu z pamięcią. Przebiegi zdjąć podczas biegu jałowego oraz przy obciążeniu M2 = 0,16Mn i M2 = 0,3 Mn.

9.4.Sprawozdanie

W sprawozdaniu należy zamieścić:

- dane znamionowe układu napędowego

- charakterystyki prądu fazowego i przewodowego silnika przy połączeniu stojana w gwiazdę oraz w trójkąt w funkcji prędkości obrotowej

- charakterystyki momentów obciążenia w funkcji prędkości obrotowej

- charakterystyki z pomiarów oscylograficznych

- analizę doboru napięcia silnika do danego napięcia sieci

- analizę i porównanie czasów rozruchu silnika w połączeniu gwiazdowym i trójkątowym

- omówienie sposobu i miejsca włączenia zabezpieczeń termicznych do zabezpieczenia silnika od przeciążeń zarówno przy pracy w połączeniu gwiazdy, jak i trójkąta.

- wnioski i spostrzeżenia.

7

---