Politechnika Śląska
Wydział Elektryczny
ENERGOELEKTRONICZNIE STEROWANE UKŁADY NAPĘDOWE
Temat ćwiczenia:
Rozruchy silnika asynchronicznego
Sem. VI. Gr.KSS-1 Sekcja 5, rok akad. 2007/2008
Łukasz Dominik Czapla
Marcin Zieliński
Marcin Radzyński
Dawid Kozik
Ćwiczenie wykonano pod kierunkiem:
dr inż. Jarosław Michalak
Gliwice, dnia 14.05.2008 r.
Wprowadzenie teoretyczne
Cel i zakres ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest poznanie metod rozruchu silnika asynchronicznego klatkowego.
Zakres ćwiczenia obejmuje realizację układu przełącznika gwiazda-trójkąt oraz
zapoznanie się z przebiegami czasowymi wybranych wielkości przy różnych metodach
rozruchu silnika.
Rozruch silnika
Najprostszą metodą rozruchu silnika indukcyjnego klatkowego jest bezpośrednie włączenie na znamionowe napięcie. Jednocześnie sposób ten charakteryzuje się najbardziej
niekorzystnymi warunkami rozruchowymi:
duży pobór prądu rozruchowego (Ir ≈ 3 - 8 IN),
niewielki moment rozruchowy (Mr ≈ 0,7 MN).
W celu poprawy warunków rozruchowych rozwinięto szereg metod rozruchu silnika
klatkowego. Ze względu na brak dostępu do uzwojenia wirnika większość metod sprowadza
się do pracy przy obniżonym napięciu zasilającym. Do najważniejszych współcześnie
stosowanych metod rozruchu należą:
zastosowanie przełącznika gwiazda-trójkąt,
tyrystorowy układ łagodnego rozruchu (tzw. soft start),
rozruch częstotliwościowy.
Rozruch z zastosowaniem przełącznika gwiazda-trójkąt
Przełączenie konfiguracji uzwojeń stojana z gwiazdy na trójkąt jest najprostszą
i najtańszą metodą obniżenia napięcia podczas rozruchu.
Aby można było ją zastosować muszą być spełnione następujące warunki:
napięcie fazowe stojana podczas pracy ustalonej powinno być równe napięciu
międzyprzewodowemu sieci - silnik przeznaczony do pracy przy połączeniu w trójkąt;
tabliczka zaciskowa powinna umożliwiać dostęp do początków i końców uzwojeń
wszystkich faz;
początkowy moment obciążenia nie powinien przekraczać (0,2 - 0,3) momentu
znamionowego.
W początkowej fazie rozruchu uzwojenia stojana połączone są w gwiazdę. Napięcie fazowe silnika jest wtedy √3 razy mniejsze od znamionowego. Podobnie prąd fazy silnika jest √3 razy mniejszy niż przy połączeniu w trójkąt. Ponieważ prąd pobierany z sieci dla połączenia w trójkąt jest √3 razy większy od fazowego, dla połączenia gwiazdowego prąd pobierany z sieci jest 3 razy mniejszy, niż przy połączeniu w trójkąt. Moment rozwijany przez silnik jest w przybliżeniu zależny od kwadratu napięcia, tak więc moment dla połączenia gwiazdowego również jest 3 razy mniejszy niż przy połączeniu w trójkąt.
Rozruch z zastosowaniem tyrystorowego układu łagodnego rozruchu (soft-start)
Zastosowanie tyrystorowego regulatora napięcia przemiennego umożliwia nastawianie
napięcia zasilającego silnik w sposób płynny. Sterowanie napięcia przemiennego odbywa się
przez opóźnienie włączenia zaworów w stosunku do punktu naturalnej komutacji.
Silnik może być w tym przypadku trwale połączony w trójkąt lub gwiazdę. Po zakończeniu
rozruchu układ soft startu można zewrzeć stycznikiem obejściowym, ograniczając straty
w przekształtniku. Podczas rozruchu napięcie podawane na zaciski stojana jest złożone z wycinków napięcia sieciowego. Kąt opóźnienia załączenia tyrystorów αz zmienia się w taki sposób, aby ograniczyć prąd rozruchowy na pewnym poziomie.
Podczas rozruchu punkt pracy przesuwa się płynnie po kolejnych charakterystykach
mechanicznych.
Obniżenie napięcia powoduje zmniejszenie momentu krytycznego, bez zmiany
poślizgu krytycznego. W związku z tym układy soft startu znajdują zastosowanie w napędach
o niskim początkowym momencie obciążenia (wentylatory) lub napędach dokonujących
rozruchu na biegu jałowym.
Rozruch częstotliwościowy
Zastosowanie przemiennika częstotliwości (falownika) do zasilania silnika indukcyjnego umożliwia regulację prędkości obrotowej silnika. Jest to możliwe dzięki regulacji częstotliwości napięcia stojana, przy jednoczesnej kontroli jego amplitudy
(w najprostszym przypadku odbywa się to zgodnie z zależnością U/f =const). Płynna zmiana
częstotliwości oraz amplitudy napięcia zasilającego silnik od zera do wartości ustalonej
zapewnia łagodny rozruch silnika przy zachowaniu stałej wartości momentu krytycznego.
Zmiana częstotliwości powoduje przesunięcie charakterystyki mechanicznej, bez obniżenia momentu krytycznego. Znacznie wyższy moment rozruchowy pozwala dokonywać rozruchu pod obciążeniem.
Stanowisko pomiarowe
Schemat układu pomiarowego
Przebieg ćwiczenia
Rozruch z zastosowaniem przełącznika gwiazda-trójkąt
Zaprojektowany układ przełącznika Y - Δ
Ogólny przebieg rozruchu Y - Δ
Rozruch - gwiazda „Y”
Moment przełączenia na Δ
Rozruch - gwiazda „Y” - Obserwacja napięć
Zaobserwowaliśmy przesuniecie fazowe napięcia zasilania względem prądu.
Stan ustalony przy pracy w trójkącie Δ
Niepoprawny rozruch Y - Δ - za krótki czas pracy w Y
Zaprojektowany układ włącznika w Δ
Ogólny przebieg w rozruchu - soft-start
Faza początkowa rozruchu
Po uzyskaniu obrotów
Moment stabilizacji - zmniejszanie kąta załączania
Rozruch przy większej wartości prądu
Moment stabilizacji - zmniejszanie kąta załączania
Rozruch z falownika
Proces rozruchu
Po ustaleniu prędkości znamionowej
Rozruch przy większej wartości prądu
Wnioski
Układy rozruchowe w silnikach stosuje się do zmniejszenia prądu rozruchowego.
Po zyskaniu wartości znamionowych układy mogą zostać odłączone od silnika, a on podłączony do sieci zasilającej - redukcja strat w układach rozruchowych.
Rozruch z zastosowaniem przełącznika gwiazda-trójkąt
W przypadku Rozruch - gwiazda „Y” zaobserwowaliśmy przesuniecie fazowe napięcia zasilającego względem prądu co było spowodowane poborem mocy czynnej przez silnik.
W przypadku badania stanu ustalonego przy pracy w trójkącie Δ zaobserwowaliśmy odkształcenia spowodowane harmonicznymi (5,7) występującymi w sieci zasilającej.
Wykonując Niepoprawny rozruch Y - Δ - za krótki czas pracy w Y - zaobserwowaliśmy wyższy prąd po przełączeniu na trójkąt. Z powody zbyt krótkiego czasu pracy w gwieździe silnik nie osiągnął obrotów znamionowych. Obserwowany przebieg nie posiada wartości szczytowych z powodu ograniczenia wskazań przez przyrządów pomiarowych.
Rozruch z zastosowaniem tyrystorowego układu łagodnego rozruchu (soft-start)
Obserwowaliśmy kształt napięcia typowy dla sterowania tyrystorowego - kawałki sinusoidy
Po uzyskaniu prędkości znamionowej kształt napięcia dążył do kształtu sinusoidy.
Zwiększając wartość prądu rozruchowego czas rozruchu skrócił się.
Rozruch częstotliwościowy
W czasie rozruchu silnika za pomocą falownika, prąd rozruchowy jest najmniejszy w porównaniu z wcześniejszymi metodami. Ma wartość zbliżoną do prądu znamionowego.
Zwiększając wartość prądu rozruchowego czas rozruchu skrócił się.
11
n
In
n
In
n
In
In
n
Uzas
Uzas
n
In