Badanie układów sterowania napdem elektrycznym - rozruch silników indukcyjnych

Transkrypt

1 Politechnika Warszawska - Instytut IM w Płocku, Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki Badanie układów sterowania napdem elektrycznym - rozruch silników indukcyjnych 1. Cel wiczenia Celem wiczenia jest wykonanie projektu układu sterowania napdem elektrycznym (sterownik LOGO) do rozruchu silników asynchronicznych w układzie gwiazda/trójkt, wprowadzenie i modernizacja programu sterujcego dla sterownika LOGO, podłczenie przewodów w obwodzie sterowania i obwodzie wykonawczym, badanie parametrów funkcjonalnych obwodu sterowania. 2. Budowa silników trójfazowych Silnik asynchroniczny jest powszechnie stosowany do napdu elektrycznego. Standaryzacja budowy mechanicznej ułatwia dobranie silnika praktycznie do kadego układu napdowego, niezalenie od producenta. Budow silnika asynchronicznego pokazano na rysunku (rys.1). Rys. 1. Budowa silnika asynchronicznego: 1-obudowa, 2-łoysko lizgowe, 3-obudowa łoysk, 4-wentylator, 5-pokrywa wentylatora, 6-zaciski podłczeniowe, 7-rdze, 8-uzwojenia falowe, 9-wirnik, 10-wał silnika. W silniku prdu przemiennego nastpuje przemiana dostarczonej energii elektrycznej prdu przemiennego na energi mechaniczn. Zgodnie z reguł indukcji elektromagnetycznej, na przewodnik poruszajcy si w polu magnetycznym oddziaływuje siła powodujca indukowanie si w nim napicia. Jeeli przewodnik bdzie stanowił obwód zamknity, to w tym obwodzie popłynie prd elektryczny. W kadym silniku elektrycznym wykorzystywana jest odwrócona reguła indukcji, mówica, e jeeli w polu magnetycznym umieszczony jest przewodnik, w którym płynie prd to na ten przewodnik bdzie oddziaływała siła (F), której kierunek jest prostopadły do linii sił tego pola.

2 Politechnika Warszawska - Instytut IIM w Płocku, Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki Podstawowymi czciami silnika s stojan i wirnik. Stojan stanowi nieruchom cz silnika. W obudowie stojana umieszczona jest właciwa cz stojana rdze (7), składajcy si z cienkich blach stalowych o gruboci 0,5...0,7mm oraz uzwoje fazowych (8). Uzwojenie fazowe wraz ze stojanem wytwarzaj pole magnetyczne o okrelonej liczbie par biegunów. Liczba ta okrela prdko wirujcego pola magnetycznego. Jeli silnik pracuje z prdkoci znamionow to prdko pola magnetycznego jest prdkoci synchroniczn. Rys.2. Przykładowy wygld silników asynchronicznych. Wirniki maszyn indukcyjnych s wykonane równie z pakietów blach z odpowiednimi szczelinami. Konstrukcja taka zapobiega niekorzystnemu zjawisku indukowania si prdów wirowych. Liczba par biegunów uzwojenia musi by taka sama jak stojana. W zalenoci od rodzaju uzwojenia rozrónia si wirniki piercieniowe i zwarte (klatkowe) (rys. 3). Rys. 3. Wirniki silników indukcyjnych: a) piercieniowego; b) klatkowego (zwartego); c) uzwojenie (klatka) wirnika 2

3 Politechnika Warszawska - Instytut IIM w Płocku, Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki Wirnik piercieniowy jest uzwojony tak samo jak stojan. Jego uzwojenia s połczone najczciej w gwiazd z kocówkami wyprowadzonymi do piercieni lizgowych. Poprzez szczotki mona do tych uzwoje dołcza dodatkowe rezystory lub uzwojenia te zwiera (rys. 3a). W wirniku klatkowym w łobkach znajduj si prty aluminiowe lub miedziane przewanie bez izolacji, połczone na obu kocach wirnika specjalnymi piercieniami. Taka konstrukcja jest podobna do klatki std nazwa tych wirników. Pole magnetyczne w silniku wytwarzane jest w czci nieruchomej, zwanej stojanem. Natomiast przewodnik, na który oddziaływuje siła elektromagnetyczna jest czci ruchom, zwan wirnikiem. Silniki prdu przemiennego mona najogólniej podzieli na silniki: synchroniczne, asynchroniczne oraz komutatorowe. 3. Rozruch silników asynchronicznych Rozruchem silnika nazywamy przejcie od postoju do stanu pracy ustalonej przy prdkoci właciwej w danych warunkach zasilania i obcienia. Przy bezporednim uruchamianiu silnika indukcyjnego jego prd rozruchu moe osign, w zalenoci od konstrukcji, warto (5 8) prdu znamionowego. Duy prd rozruchu powoduje krótkotrwałe spadki napicia w sieci zasilajcej, mogce zakłóca prac innych odbiorników, np. owietleniowych. Zmniejszenia tego prdu dokonuje si przez obnienie napicia rozruchu z jednoczesnym zmniejszeniem momentu rozruchowego. Rozruch silników klatkowych Moliwe s trzy sposoby rozruchu: włczenie szeregowo z silnikiem, na czas rozruchu, dodatkowej rezystancji (rys. 4a); zastosowanie autotransformatora rozruchowego (rys. 4b); zastosowanie przełcznika gwiazda-trójkt (rys. 4c). Pierwszy sposób stosowany jest sporadycznie, drugi powszechnie do rozruchu silników duej mocy; trzeci do rozruchu silników redniej mocy. Przełcznik gwiazda-trójkt moe by stosowany tylko wówczas, gdy normalna praca silnika odbywa si przy połczeniu jego uzwoje w trójkt. Silnik połczony podczas rozruchu w gwiazd, pobiera z sieci prd w przyblieniu 3-krotnie mniejszy ni przy połczeniu w trójkt. Po osigniciu ok. 80% znamionowej prdkoci obrotowej, rcznie lub samoczynnie przełcza si uzwojenia w trójkt. Zbyt wczesne przełczanie z układu gwiazdy w układ trójkta powoduje jednak gwałtowne uderzenie prdu w drugim etapie rozruchu. Przy połczeniu w gwiazd silnik ma jednak 3-krotnie mniejszy moment rozruchowy, co uniemoliwia stosowanie tego sposobu przy rozruchu cikim. 3

4 Politechnika Warszawska - Instytut IIM w Płocku, Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki Rys. 4. Rozruch silników klatkowych: a) przy uyciu dławików(reaktancji); b) przy uyciu transformatora; c) przy uyciu przełcznika gwiazda-trójkt; d,e) charakterystyki momentów i prdów przy uyciu przełcznika gwiazda-trójkt. 4

5 Politechnika Warszawska - Instytut IMUR w Płocku, Laboratorium Elektrotechniki Rozruch silników piercieniowych Rozruch silników piercieniowych przeprowadza si za pomoc dodatkowych rezystorów włczonych w obwód wirnika zwanych rozrusznikiem (rys. 5). Rozruszniki s przeznaczone do pracy dorywczej (tylko w okresie rozruchu). Zmiana rezystancji R ad wpływa na zmian momentu i prdu rozruchu, wzrost rezystancji R ad powoduje przesuwanie si maksimum momentu w kierunku rosncych polizgów przy równoczesnym zmniejszeniu si wartoci prdu rozruchowego. Kolejno czynnoci przy rozruchu silnika piercieniowego powinna by nastpujca: przed przyłczeniem silnika do sieci naley sprawdzi czy rozrusznik został nastawiony na najwiksz rezystancj. Po przyłczeniu silnika do sieci zasilajcej silnik rusza, pracujc w warunkach odpowiadajcych przebiegowi charakterystyk na danym stopniu rozrusznika. Po osigniciu odpowiedniej prdkoci obrotowej naley przełczy rozrusznik na nastpny stopie. Przedwczesne przełczenie z jednego stopnia na drugi powoduje niepodane nadmierne uderzenia prdu i nagłe zwikszenie momentu obrotowego, co jest przyczyn gwałtownych przyspiesze i niespokojnej pracy maszyny. Im wiksza jest liczba stopni rozrusznika tym płynniejszy i krótszy jest rozruch silnika. Rys. 5. Rozruch silników piercieniowych: a) schemat połcze; b, c) charakterystyki zmian prdu i momentu podczas rozruchu. 5

6 Politechnika Warszawska - Instytut IMUR w Płocku, Laboratorium Elektrotechniki 4. Wykonanie wiczenia 1. Zaprojektowa uproszczony program sterujcy rozruchem silnika asynchronicznego w układzie gwiazda-trójkt z wykorzystaniem sterownika LOGO. 2. W programie sterujcym uwzgldni nastpujce warunki: Zastosowa 2 przyciski sterujce: start, stop; Zastosowa 2 styczniki: gwiazda, trójkt; Nie mona załczy silnika połczonego w gwiazd, jeli jest załczony silnik przy połczeniu w trójkt i odwrotnie; Załczenie silnika połczonego w trójkt jest moliwe po wstpnym starcie silnika połczonego w gwiazd; Przyj wstpnie czas rozruchu silnika dla połczenia w gwiazd - 3 sekundy. 3. Po wykonaniu na papierze projektu programu sterujcego dla podanych załoe wezwa prowadzcego celem weryfikacji programu. 4. Zweryfikowan wersj programu mona wprowadzi do programu LOGO. 5. Wstpn weryfikacj programu przeprowadzi za pomoc symulatora programu LOGO. 6. Połczenie okablowania na tablicy montaowej stanowiska wykona zgodnie z podanymi poniej zaleceniami przy wyłczonym zasilaniu tablicy stanowiskowej: a. Połczy dwa wejcia sterownika LOGO I 1 i I 2 z lini zasilajc fazy R na tablicy montaowej poprzez dwa przyciski sterujce typu załcz. b. Podłczy zasilanie do cewki stycznika dla połczenia silnika w gwiazd poprzez połczenie szeregowe z zestykami przekanika dla wyjcia Q 1 sterownika LOGO. c. Podłczy zasilanie do cewki stycznika dla połczenia silnika w trójkt poprzez połczenie szeregowe z zestykami przekanika dla wyjcia Q 2 sterownika LOGO. d. Podłczenie zestyków głównych styczników z uzwojeniami silnika i tablic stanowiskow wykona według podanego poniej schematu połcze. Podłczenie przewodów zasilajcych do tablicy stanowiskowej wykona jako ostatnie. e. Po wykonaniu połcze wezwa prowadzcego celem weryfikacji poprawnoci wykonanych połcze. 6

7 Politechnika Warszawska - Instytut IMUR w Płocku, Laboratorium Elektrotechniki Uproszczony schemat podłczenia układu wykonawczego w systemie gwiazda/trójkt 7. Uwaga! Załczenie zasilania na tablicy stanowiskowej moe by wykonane tylko i wyłcznie przez prowadzcego. 8. Podłczy sond przewodu komunikacyjnego do sterownika LOGO, włczy zasilanie i przesła program sterujcy do sterownika LOGO. Wyłczy zasilanie tablicy montaowej stanowiska, wyj sond i ponownie załczy zasilanie. 9. Przyciskiem załcz na tablicy montaowej stanowiska dokona rozruchu silnika i zaobserwowa, czy po ustawionym czasie nastpi przełczenie silnika z układu gwiazdy w trójkt. 10. Wyłczy zasilanie silnika przyciskiem wyłcz na tablicy montaowej. 11. Ponownie dokona rozruchu silnika i sprawdzi, czy jest moliwe wyłczenie zasilania silnika w dowolnym momencie podczas rozruchu. 12. Sprawdzi, jaka jest reakcja układu sterujcego przy pracujcym silniku na nacinicie przycisku załcz. 13. Odpowiedzie sobie na pytanie czy zaprojektowany program sterujcy jest poprawny jeli doszłoby np. do zespawania si zestyków głównych stycznika. 14. Wykona sprawozdanie z przeprowadzonego wiczenia. 7