6 Sterowanie silnikow

POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA
WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY
Katedra Elektroenergetyki, Fotoniki i Techniki Świetlnej
Laboratorium z przedmiotu:
Podstawy Elektroenergetyki 2
Kod: ES1A500 037
Temat ćwiczenia:
STEROWANIE SILNIKÓW INDUKCYJNYCH
STYCZNIKAMI
Ćwiczenie nr: 7
Opracował:
dr inż. Zbigniew Skibko
2016
2
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.
Budowa łącznika stycznikowego sprowadza się do kilku podstawowych elementów którymi
są:
- 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
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.
2.2. 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
(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
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
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 S Δ. Silnik pracuje z
uzwojeniami połączonymi w trójkąt. Wyłączenie silnika może nastąpić po naciśnięciu przycisku W
lub w wyniku zadziałania przekaźnika termobimetalowego PT.
7
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
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
- 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
- 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 2013,
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