ROZRUCH SILNIKA SYNCHRONICZNEGO Z

ZASTOSOWANIEN STEROWNIKA SIMATIC

WSTĘP

Rozruch silnika synchronicznego składa się więc z dwóch etapów. Najpierw doprowadzamy

silnik do prędkości bliskiej prędkości synchronicznej, a następnie wprowadzamy silnik w

synchronizm. Pierwszy etap odbywa się sposobem asynchronicznym przy wykorzystaniu

klatki rozruchowej. Rozruch asynchroniczny silnika synchronicznego przeprowadzamy

podobnie jak rozruch silnika klatkowego. Silnik uruchamiamy przez włączenie do sieci

poprzez dławiki ograniczając w ten sposób prąd rozruchowy. W okresie rozruchu

asynchronicznego uzwojenie wzbudzenia silnika synchronicznego zwieramy przez rezystor

ochronny R

0

= 10 R

wzb.

Pozostawienie uzwojenia wzbudzenia w stanie rozwartym podczas

rozruchu mogłoby doprowadzić do jego uszkodzenia na skutek indukowania się w uzwojeniu

dużego napięcia w pierwszej fazie rozruchu. Zwarcie uzwojenia wzbudzenia rezystancją

ochronną powoduje zniekształcenie charakterystyki mechanicznej silnika.

Na wał silnika synchronicznego w czasie rozruchu asynchronicznego działają następujące

momenty:

• Moment pochodzący od klatki rozruchowej (przebieg tego momentu w funkcji

prędkości jest zależny od rezystancji klatki rozruchowej)

• Moment od składowej zgodnej pola magnetycznego wytworzonego przez prąd

płynący w uzwojeniu wzbudzenia zwartym przez rezystancje.

• Moment od składowej przeciwnej pola

• Moment reluktancyjny (występuje tyko w silnikach wykonanych w wersji

jawnobiegunowej)

• Moment synchroniczny (występuje w ostatniej fazie rozruchu asynchronicznego w

momencie załączenie prądu wzbudzenia do tegoż uzwojenia)

Po odłączeniu dławików i uzyskaniu przez silnik prędkości bliskiej synchronicznej w

obwodzie wzbudzenia odłączany jest rezystor ochronny a włączane napięcie stałe i silnik

wchodzi w synchronizm.

INSTRUKCJA

DANE MASZYN:

Silnik synchroniczny

P

N

= 10 kW

U

wzb

= 80 V

I

wzb

= 9,4 A

U

N

= 400 V

I

N

= 11,6 A

n = 1500 obr/min

Prądnica prądu stałego

P

N

= 10 kW

U

N

= 125 V

I

N

= 80 A

n

N

= 1750 obr/min

R

Tw

= 0,128 Ω

I

f

= 3 A

U

f

= 125 V

R

f

= 43,2 Ω

1.

Zapoznanie się z instrukcją sterownika programowalnego SIMATIC S5-95U

Zapoznać się z budową, działaniem i oprogramowaniem sterownika programowalnego

SIMATIC S5-95U.

2.

Układ pomiarowy

Zapoznać się z układem pomiarowym automatycznego rozruchu silnika synchronicznego z

zastosowaniem sterownika programowalnego SIMATIC S5-95U jak na rysunku 1.

Opis działania układu

Schemat układu do automatycznego rozruchu silnika synchronicznego jest przedstawiony na

rys.1. Po wczytaniu programu do sterownika SIMATIC następuje załączenie stycznika K4.

Stycznik K4 zwiera uzwojenie wzbudzenia przez rezystor ochronny R0. Układ jest gotowy do

rozruchu. Po naciśnięciu przycisku START następuje załączenie stycznika K1, miga też

zielona lampka co ma sygnalizować iż silnik jest w fazie rozruchu asynchronicznego.

Stycznik K1 załącza do sieci obwód stojana silnika poprzez dławiki (Dł.) ograniczające prąd

rozruchowy. Stycznik K2 służy do eliminacji dławików ograniczających prąd rozruchowy

silnika. Załączenie stycznika K2 przeprowadzone jest w funkcji prędkości silnika. Wartość

prędkości silnika przy której nastąpi eliminacja dławików określa się na podstawie przebiegu

charakterystyki mechanicznej silnika tak, aby eliminacja dławików nastąpiła dla poślizgu

mniejszego od poślizgu krytycznego. Pomiar prędkości silnika dokonywany jest przy pomocy

enkodera zainstalowanego na wale silnika. Po osiągnięciu prędkości podsynchronicznej

następuje jednoczesne wyłączenie stycznika K4 (odłączenie rezystora R0) i załączenie

stycznika K3. Stycznik K3 załącza prąd wzbudzenia i powoduje wejście silnika w

synchronizm. Po wejściu silnika w synchronizm zielona lampka świeci na stałe.

Atr

~230V

+

-

~

V

Sonda

prądowa

A

Oscyloskop

cyfrowy

R0

H

R

A

H

WR2

K4

A

+

-

Prostownik

M

K3

K3

A

K2

Dł

K1

K2

Dł

K1

K2

Dł

K1

WR1

L1

L2

L3

N

Sonda

prądowa

Rys.1. Schemat układu do automatycznego rozruchu silnika synchronicznego

Naciśnięcie przycisku STOP w stanie pracy silnika jak i w fazie rozruchu powoduje

natychmiastowe wyłączenie styczników i przerwanie cyklu pracy (rozruchu) silnika. Program

sterujący układem zabezpiecza silnik przed długotrwałą pracą asynchroniczną w funkcji

czasu. Jeżeli w określonym czasie (ok. 50% większy niż całkowity czas rozruchu silnika

synchronicznego) nie nastąpi wejście w synchronizm rozruch zostanie przerwany (odłączenie

silnika od sieci) i zapali się czerwona lampka AWARIA. W przypadku zapalenia lampki

AWARIA reset programu nastąpi po naciśnięciu przycisku STOP co zasygnalizuje lampka.

W przypadku braku pewności co do aktualnej fazy w jakiej znajduje się obrabiany program

należy wcisnąć przycisk STOP celem zresetowania programu i przygotowaniu układu do

pracy.

3.

Obliczenie R0

Na podstawie danych silnika synchronicznego obliczyć wartość rezystora R0.

4.

Program ćwiczenia:

Zarejestrować przebiegi czasowe prądu stojana i(t) i prądu wzbudzenia i

w

(t)

:

- dla obliczonej nastawy R0 i rozruchu na biegu jałowym silnika;

- dla obliczonej nastawy R0 i rozruchu z obciążeniem (przy zamkniętym WR2);

- dla zmniejszonej nastawy R0/2 i rozruchu na biegu jałowym silnika;

- dla zmniejszonej nastawy R0/2 i rozruchu z obciążeniem (przy zamkniętym WR2);

- dla obliczonej nastawy R0 a zmienionej nastawy dławika i rozruchu na biegu jałowym

silnika;

- dla obliczonej nastawy R0 a zmienionej nastawy dławika i rozruchu z obciążeniem (przy

zamkniętym WR2);

5.

Sprawozdanie

W sprawozdaniu należy umieścić:

1. Parametry badanego układu pomiarowego.

2. Schemat pomiarowy badanego układu.

3. Zarejestrowane przebiegi czasowe z zaznaczonym i określonym czasem zadziałania

poszczególnych styczników.

4. Własne wnioski i spostrzeżenia.

6.

Pytania kontrolne

1.

Omówić rozruch asynchroniczny silnika synchronicznego.

2.

Porównać wady i zalety układów sterowania stykowych i opartych na sterownikach.

3.

Omówić działanie układu laboratoryjnego automatycznego rozruchu silnika

synchronicznego.

4.

Omówić role sterownika programowalnego SIMATIC w automatycznym rozruchu silnika

synchronicznego.