Podstawy Elektroenergetyki 2

Transkrypt

1 POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY Katedra Elektroenergetyki, Fotoniki i Techniki Świetlnej Laboratorium z przedmiotu: Podstawy Elektroenergetyki 2 Kod: ES1A Temat ćwiczenia: STEROWANIE SILNIKÓW INDUKCYJNYCH STYCZNIKAMI Ćwiczenie nr: 7 Opracował: dr inż. Zbigniew Skibko 2014

2 2

3 1. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową i działaniem styczników oraz z prostymi układami sterowania silników indukcyjnych stycznikami. 2. Wiadomości podstawowe 2.1. Budowa i zasada działania łączników stycznikowych Podstawowymi parametrami technicznymi doboru styczników elektrycznych są: - moc odbiornika i jego charakter, - napięcie znamionowe stycznika, - napięcie sterowania, - dopuszczalna częstość łączeń. są: Budowa łącznika stycznikowego sprowadza się do kilku podstawowych elementów którymi - elektromagnes z ruchomą zworą, - zestyki obwodu głównego, - zestyki obwodu sterowania, - komora gaszeniowa, - podstawa izolacyjna. Zasada działania stycznika opiera się na zasileniu cewki elektromagnesu odpowiednim napięciem, które to sprawia przestawienie się styków ruchomych obwodu głównego (zamknięcie styków) do czasu zasilania cewki. Jeżeli natomiast nastąpi przerwa w zasilaniu cewki to spowoduje to powrót styków ruchomych w położenie początkowe, dzięki sprężynom zwrotnym. Łączniki stycznikowe służą do załączania i wyłączania prądów roboczych. Z tego względu stycznik powinien być chroniony przez zabezpieczenia przetężeniowo-zwarciowe. Budowa komór gaszeniowych jest zależna od natężenia prądu przepływającego przez styki główne. Przy niewielkich prądach obciążenia komora gaszeniowa spełnia rolę osłony izolacyjnej chroniąc przed powstawaniem zwarć doziemnych i międzyfazowych. Natomiast duże prądy łączeniowe wymagają komór gaszeniowych wyposażonych w poprzeczne przegrody stalowe lub miedziane. Główną zaletą stosowania łączników stycznikowych jest możliwość ich zdalnego 3

4 sterowania z wielu różnych miejsc. Ponadto styczniki posiadają możliwość zabezpieczenia przed ponownym załączeniem, które to może być niewskazane ze względów bezpieczeństwa lub technologicznych. Sterowanie polega na oddziaływaniu na dane urządzenie, obiekt w celu zmiany parametrów (stanu pracy). Samo sterowanie nie jest związane bezpośrednio z wydatkiem energii, natomiast z pewną informacją w postaci sygnału. Sterowania można podzielić na: dyspozycyjne (ręczne) i samoczynne (automatyczne). Ręczne sterowanie obsługiwane jest za pomocą przycisków, przełączników. Samoczynne sterowanie jest obsługiwane poprzez urządzenia programujące, czujniki wielkości chemicznych i fizycznych itd. Możliwości zasilania i sterowania silnikami elektrycznymi można przedstawiać w postaci różnych schematów oraz planów. Najbardziej powszechnymi schematami połączeń obwodów głównych i sterowania urządzeń elektrycznych są schematy ideowe, które można przedstawić w postaci skupionej i rozwiniętej. Schematy elektryczne w postaci skupionej stosuje się w nieskomplikowanych obwodach głównych i sterowania. Natomiast schematy w postaci rozwiniętej powinno stosować się w bardziej złożonych układach sterowania. W praktyce najczęściej obwody główne przedstawiane są w postaci skupionej, a obwody sterowania ukazywane są w postaci rozwiniętej. Pomaga to w zrozumieniu działania układu oraz prawidłowym odczytaniu połączeń danego układu elektrycznego. Wszelki połączenia w schematach stosowane są pojedynczymi liniami, a nazwy poszczególnych aparatów elektrycznych zastąpione są symbolami elektrycznymi Zastosowanie łączników stycznikowych Łączniki stycznikowe przeznaczone są do sterowania silnikami elektrycznymi, jak również innymi odbiornikami energii elektrycznej, gdy wymagana jest duża częstotliwość łączeń. Możliwość realizacji sterowania zdalnego, w tym również sterowania samoczynnego, poprzez zastosowanie odpowiednich czujników reagujących na różne wielkości fizyczne (np.: temperatura) oraz duża trwałość mechaniczna i łączeniowa sprawiają, że styczniki są stosowane praktycznie we wszystkich układach napędowych. Sterowaniem nazywa się działanie wywołujące określone zmiany w pracy odbiornika, takie jak: załączanie, wyłączanie, regulację prędkości obrotowej itd. Rozróżnia się dwa rodzaje sterowania: ręczne i samoczynne. Sterowanie ręczne polega na bezpośrednim lub pośrednim 4

5 (zdalnym) oddziaływaniu obsługi na urządzenia kierujące pracą odbiornika. Sterowanie samoczynne polega na uzależnieniu działania urządzeń sterujących od zmian wartości określonych wielkości fizycznych: czasu, temperatury, napięcia itd. Układy połączeń obwodów głównych i pomocniczych urządzeń elektrycznych przedstawiają schematy ideowe szczegółowe, które mogą być wykonywane w postaci skupionej lub rozwiniętej. Schematy w postaci skupionej stosuje się przede wszystkim do przedstawienia obwodów głównych oraz obwodów pomocniczych. Schematy ideowe rozwinięte, są powszechnie stosowane w bardziej złożonych układach przekaźnikowo-sterowniczych. W schematach tych obwody główne są rysowane w postaci skupionej, natomiast w postaci rozwiniętej rysuje się obwody sterownicze, zabezpieczeniowe i sygnalizacyjne. W schematach rozwiniętych poszczególne aparaty oraz przyrządy rysowane są za pomocą symboli ich części składowych (np.: cewek, styków, uzwojeń itd.). Symbole te układa się w linii prostej według kolejności występowania w danym obwodzie i łączy się je między sobą. Zastosowanie schematów ideowych rozwiniętych w znacznym stopniu ułatwia projektowanie skomplikowanych układów sterowniczych jak również ich montaż oraz sprawdzenie. 3. Wybrane układy sterowania silników elektrycznych stycznikami Sterowanie pojedynczym silnikiem indukcyjnym Uruchomienie lub zatrzymanie silnika, w układzie przedstawionym na rysunku 1 realizuje się poprzez przyciśnięcie przycisku Z (załączenie) lub W (wyłączenie), przy czym po zwolnieniu nacisku na te przyciski, wracają one do położeń wyjściowych. 5

6 a) b) Rys. 1. Schemat sterowania silnika indukcyjnego łącznikiem stycznikowym, przedstawiony w postaci skupionej (a) oraz rozwiniętej (b) [2]. Bs wyłącznik nadprądowy, Pw przycisk wyłączający, Pz przycisk załączający, 1S1 zestyk pomocniczy, Pt zestyk pomocniczy przekaźnika termicznego, S1 cewka stycznika Sterowanie silnika indukcyjnego stycznikowym przełącznikiem kierunku wirowania Po naciśnięciu przycisku załączającego ZL zostaje załączony stycznik SL, co powoduje, że wirnik silnika indukcyjnego wiruje w lewą stronę (rys. 2). Uruchomienie silnika w przeciwnym kierunku wirowania jest możliwe jedynie po wcześniejszym wyłączeniu stycznika SL, poprzez naciśnięcie przycisku W i załączeniu przycisku ZP. Wówczas wirnik silnika powinien obracać się w stronę przeciwną niż poprzednio. 6

7 Rys. 2. Schemat sterowania silnika stycznikowym przełącznikiem kierunku wirowania [2] Bs wyłącznik nadprądowy, Pw przycisk wyłączający, Pt zestyk pomocniczy przekaźnika termicznego, Pz1 przycisk załączający stycznik nr 1, Pz2 - przycisk załączający stycznik nr 2, 1S1, 2S1 zestyki pomocnicze stycznika nr 1, 1S2, 2S2 zestyki pomocnicze stycznika nr 2, S1, S2 cewki styczników Sterowanie silnika indukcyjnego stycznikowym przełącznikiem gwiazda trójkąt Po naciśnięciu przycisku Z następuje zamknięcie styczników S oraz S (rys. 3). Jednocześnie następuje uruchomienie przekaźnika czasowego PC. Silnik zaczyna pracować w połączeniu w gwiazdę. Po upływie określonego czasu (nastawionego na przekaźniku czasowym) następuje przerwanie obwodu cewki stycznika S oraz jednoczesne załączenie stycznika SΔ. Silnik pracuje z uzwojeniami połączonymi w trójkąt. Wyłączenie silnika może nastąpić po naciśnięciu przycisku W lub w wyniku zadziałania przekaźnika termobimetalowego PT. 7

8 Rys. 3. Schemat sterowania silnika stycznikowym przełącznikiem gwiazda trójkąt [2] Bs wyłącznik nadprądowy, Pw przycisk wyłączający, Pt zestyk pomocniczy prze-kaźnika termicznego, Pz przycisk załączający układ, 1S1, 2S1 zestyki pomocnicze stycznika nr 1, 1S2, 2S2 zestyki pomocnicze stycznika nr 2, 1S3, 2S3 zestyki pomocni-cze stycznika nr 3, PC1 zestyk przekaźnika czasowego załączającego połączenie w gwiazdę, PC2 zestyk przekaźnika czasowego załączającego połączenie w trójkąt, PC cewka przekaźnika czasowego, S1, S2, S3 cewki styczników 8

9 Sterowanie silnika indukcyjnego w układzie kaskadowym Załączenie pierwszego silnika następuje po naciśnięciu przycisku załączającego I, który załącza stycznik S1. Następnie można załączać (przy zachowaniu kolejności) kolejne silniki, przy użyciu przycisków II i III (rys. 4). Rys. 4. Schemat sterowania silnika w układzie kaskadowym [2] Bs wyłącznik nadprądowy, Pw1 przycisk wyłączający, Pz1 przycisk załączający stycznik nr 1, Pz2 - przycisk załączający stycznik nr 2, 1S1, 2S1 zestyki pomocnicze stycznika nr 1, 1S2 zestyk pomocniczy stycznika nr 2, Pt1, Pt2 zestyki pomocnicze przekaźnika termicznego nr 1 oraz nr 2, S1, S2 cewki styczników 4. Budowa stanowiska laboratoryjnego Stanowisko laboratoryjne służy do badania silników indukcyjnych klatkowych o mocach i prądach nie większych niż 4 kw i 10 A. Wykaz użytych do budowy stanowiska aparatów i urządzeń: - obudowa Unibox Uni-1, - łącznik krzywkowy Łuk E12-12, - wyłącznik nadprądowe firmy Moeller o wartościach C25 i B6, - przekaźnik czasowy gwiazda-trójkąt PCG-417 DUO, - 3 styczniki firmy Moeller DIL EM-10 XTMC9A10, - 3 styki pomocnicze Moeller 2xNO i 2xNC, - 2 przekaźniki termiczne Moeller o wartości maksymalnej prądu 10 A, - 3 elementy stykowe rozwierne firmy Moeller M22-K01, - 3 elementy stykowe zwierne firmy Moeller M22-K10, - 3 podstawy łącznikowe do styków firmy Moeller, 9

10 - gniazda laboratoryjne o wartości znamionowej 30 A i 24 A. Rys 5. Widok płyty czołowej obudowy elektrycznej 5. Przebieg ćwiczenia Podczas ćwiczenia należy połączyć i uruchomić wybrane przez prowadzącego układy sterownicze. 6. Opracowanie wyników badań Sprawozdanie studenckie powinno zawierać: 10

11 - cel i zakres ćwiczenia, - opis stanowiska badawczego oraz użytych silników elektrycznych, - schematy badanych układów elektrycznych, - analizę zasady działania poszczególnych układów, - uwagi i wnioski przeprowadzonych badań. 6. Literatura 1. Lejdy B.: Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych, WNT, Warszawa 2015, 2. Lejdy B.: Laboratorium urządzeń elektroenergetycznych, WPB, Białystok 1999, 3. Markiewicz H.: Instalacje elektryczne, WNT, Warszawa 2011, 4. Poradnik Inżyniera Elektryka, praca zbiorowa, WNT, Warszawa 2011, 7. Wymagania BHP Podczas wykonywania ćwiczeń w laboratorium należy przestrzegać następujących zasad: 1. Przed przystąpieniem do badań należy dokonać oględzin przydzielonej aparatury i urządzeń. Stwierdzone uszkodzenia powinny być zgłaszane prowadzącemu ćwiczenia. 2. Ze stanowiska pomiarowego należy usunąć wszelkie zbędne przedmioty a zwłaszcza niepotrzebne przewody montażowe. 3. Włączenie badanego układu do napięcia może odbywać się jedynie w obecności i za zgodą prowadzącego ćwiczenia, po sprawdzeniu przez niego układu. Przed załączeniem układu trzeba upewnić się, czy nikt nie manipuluje przy układzie pomiarowym. Za uszkodzenie przyrządów i inne straty wynikłe z winy ćwiczących odpowiadają oni materialnie. 4. Po załączeniu napięcia nie wolno wykonywać żadnych przełączeń w układzie. Rozmontowanie i ewentualne przełączenia mogą być robione po wyłączeniu napięcia i za zgodą prowadzącego ćwiczenia. 5. Podczas wykonywania ćwiczenia należy unikać stykania się z wszelkiego rodzaju dobrze uziemionymi przewodzącymi przedmiotami, takimi jak i kaloryfery, instalacje wodociągowe itp. 6. Wykonywanie ćwiczeń może odbywać się tylko na stanowisku wskazanym przez prowadzącego. Nie wolno używać innego sprzętu i aparatów niż te, które przydzielił prowadzący ćwiczenia. 7. Niedozwolona jest samowolna obsługa rozdzielnic głównych w laboratorium, a zwłaszcza załączanie napięcia na stanowiska pomiarowe. 11