Politechnika Warszawska - Instytut IM w Płocku, Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki
Badanie układów sterowania nap dem
elektrycznym - rozruch silników indukcyjnych
1. Cel wiczenia
Celem wiczenia jest wykonanie projektu układu sterowania nap dem elektrycznym (sterownik
LOGO) do rozruchu silników asynchronicznych w układzie gwiazda/trójk t, wprowadzenie i
modernizacja programu steruj cego dla sterownika LOGO, podł czenie przewodów w obwodzie
sterowania i obwodzie wykonawczym, badanie parametrów funkcjonalnych obwodu sterowania.
2. Budowa silników trójfazowych
Silnik asynchroniczny jest powszechnie stosowany do nap du elektrycznego.
Standaryzacja budowy mechanicznej ułatwia dobranie silnika praktycznie do ka dego układu
nap dowego, niezale nie od producenta. Budow silnika asynchronicznego pokazano na rysunku
(rys.1).
Rys. 1. Budowa silnika asynchronicznego: 1-obudowa, 2-ło ysko lizgowe, 3-obudowa ło ysk,
4-wentylator, 5-pokrywa wentylatora, 6-zaciski podł czeniowe, 7-rdze , 8-uzwojenia
falowe, 9-wirnik, 10-wał silnika.
W silniku pr du przemiennego nast puje przemiana dostarczonej energii elektrycznej pr du
przemiennego na energi mechaniczn . Zgodnie z reguł indukcji elektromagnetycznej, na
przewodnik poruszaj cy si w polu magnetycznym oddziaływuje siła powoduj ca indukowanie si
w nim napi cia. Je eli przewodnik b dzie stanowił obwód zamkni ty, to w tym obwodzie popłynie
pr d elektryczny. W ka dym silniku elektrycznym wykorzystywana jest odwrócona reguła indukcji,
mówi ca, e je eli w polu magnetycznym umieszczony jest przewodnik, w którym płynie pr d to
na ten przewodnik b dzie oddziaływała siła (F), której kierunek jest prostopadły do linii sił tego
pola.
Politechnika Warszawska - Instytut IIM w Płocku, Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki
2
Podstawowymi cz ciami silnika s stojan i wirnik. Stojan stanowi nieruchom cz
silnika. W obudowie stojana umieszczona jest wła ciwa cz
stojana rdze (7), składaj cy si z
cienkich blach stalowych o grubo ci 0,5...0,7mm oraz uzwoje fazowych (8). Uzwojenie fazowe
wraz ze stojanem wytwarzaj pole magnetyczne o okre lonej liczbie par biegunów. Liczba ta
okre la pr dko wiruj cego pola magnetycznego. Je li silnik pracuje z pr dko ci znamionow to
pr dko pola magnetycznego jest pr dko ci synchroniczn .
Rys.2. Przykładowy wygl d silników asynchronicznych.
Wirniki maszyn indukcyjnych s wykonane równie z pakietów blach z odpowiednimi
szczelinami.
Konstrukcja taka zapobiega niekorzystnemu zjawisku indukowania si pr dów wirowych.
Liczba par biegunów uzwojenia musi by taka sama jak stojana. W zale no ci od rodzaju
uzwojenia rozró nia si wirniki pier cieniowe i zwarte (klatkowe) (rys. 3).
Rys. 3. Wirniki silników
indukcyjnych:
a) pier cieniowego;
b) klatkowego (zwartego);
c) uzwojenie (klatka) wirnika
Politechnika Warszawska - Instytut IIM w Płocku, Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki
3
Wirnik pier cieniowy jest uzwojony tak samo jak stojan. Jego uzwojenia s poł czone
najcz ciej w gwiazd z ko cówkami wyprowadzonymi do pier cieni lizgowych. Poprzez szczotki
mo na do tych uzwoje doł cza dodatkowe rezystory lub uzwojenia te zwiera (rys. 3a).
W wirniku klatkowym w łobkach znajduj si pr ty aluminiowe lub miedziane przewa nie
bez izolacji, poł czone na obu ko cach wirnika specjalnymi pier cieniami. Taka konstrukcja jest
podobna do klatki — st d nazwa tych wirników.
Pole magnetyczne w silniku wytwarzane jest w cz ci nieruchomej, zwanej stojanem.
Natomiast przewodnik, na który oddziaływuje siła elektromagnetyczna jest cz ci ruchom , zwan
wirnikiem. Silniki pr du przemiennego mo na najogólniej podzieli na silniki: synchroniczne,
asynchroniczne oraz komutatorowe.
3. Rozruch silników asynchronicznych
Rozruchem silnika nazywamy przej cie od postoju do stanu pracy ustalonej przy pr dko ci
wła ciwej w danych warunkach zasilania i obci enia.
Przy bezpo rednim uruchamianiu silnika indukcyjnego jego pr d rozruchu mo e osi gn , w
zale no ci od konstrukcji, warto (5÷8) pr du znamionowego. Du y pr d rozruchu powoduje
krótkotrwałe spadki napi cia w sieci zasilaj cej, mog ce zakłóca prac innych odbiorników, np.
o wietleniowych. Zmniejszenia tego pr du dokonuje si przez obni enie napi cia rozruchu z
jednoczesnym zmniejszeniem momentu rozruchowego.
Rozruch silników klatkowych
Mo liwe s trzy sposoby rozruchu:
wł czenie szeregowo z silnikiem, na czas rozruchu, dodatkowej rezystancji (rys. 4a);
zastosowanie autotransformatora rozruchowego (rys. 4b);
zastosowanie przeł cznika gwiazda-trójk t (rys. 4c).
Pierwszy sposób stosowany jest sporadycznie, drugi powszechnie do rozruchu silników
du ej mocy; trzeci do rozruchu silników redniej mocy.
Przeł cznik gwiazda-trójk t mo e by stosowany tylko wówczas, gdy normalna praca silnika
odbywa si przy poł czeniu jego uzwoje w trójk t. Silnik poł czony podczas rozruchu w gwiazd ,
pobiera z sieci pr d w przybli eniu 3-krotnie mniejszy ni przy poł czeniu w trójk t. Po
osi gni ciu ok. 80% znamionowej pr dko ci obrotowej, r cznie lub samoczynnie przeł cza si
uzwojenia w trójk t. Zbyt wczesne przeł czanie z układu gwiazdy w układ trójk ta powoduje
jednak gwałtowne uderzenie pr du w drugim etapie rozruchu. Przy poł czeniu w gwiazd silnik ma
jednak 3-krotnie mniejszy moment rozruchowy, co uniemo liwia stosowanie tego sposobu przy
rozruchu ci kim.
Politechnika Warszawska - Instytut IIM w Płocku, Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki
4
Rys. 4. Rozruch silników klatkowych: a) przy u yciu dławików(reaktancji); b) przy u yciu transformatora; c) przy u yciu przeł cznika
gwiazda-trójk t; d,e) charakterystyki momentów i pr dów przy u yciu przeł cznika gwiazda-trójk t.
Politechnika Warszawska - Instytut IMUR w Płocku, Laboratorium Elektrotechniki
5
Rozruch silników pier cieniowych
Rozruch silników pier cieniowych przeprowadza si za pomoc dodatkowych rezystorów
wł czonych 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 pr du rozruchu, wzrost rezystancji R
ad
powoduje przesuwanie si maksimum
momentu w kierunku rosn cych po lizgów przy równoczesnym zmniejszeniu si warto ci pr du
rozruchowego. Kolejno czynno ci przy rozruchu silnika pier cieniowego powinna by
nast puj ca: przed przył czeniem silnika do sieci nale y sprawdzi czy rozrusznik został
nastawiony na najwi ksz rezystancj . Po przył czeniu silnika do sieci zasilaj cej silnik rusza,
pracuj c w warunkach odpowiadaj cych przebiegowi charakterystyk na danym stopniu
rozrusznika. Po osi gni ciu odpowiedniej pr dko ci obrotowej nale y przeł czy rozrusznik na
nast pny stopie . Przedwczesne przeł czenie z jednego stopnia na drugi powoduje niepo dane
nadmierne „uderzenia pr du” i nagłe zwi kszenie momentu obrotowego, co jest przyczyn
gwałtownych przyspiesze i niespokojnej pracy maszyny. Im wi ksza jest liczba stopni
rozrusznika tym płynniejszy i krótszy jest rozruch silnika.
Rys. 5. Rozruch silników pier cieniowych: a) schemat poł cze ; b, c) charakterystyki zmian pr du i
momentu podczas rozruchu.
Politechnika Warszawska - Instytut IMUR w Płocku, Laboratorium Elektrotechniki
6
4. Wykonanie wiczenia
1. Zaprojektowa uproszczony program steruj cy rozruchem silnika asynchronicznego w
układzie gwiazda-trójk t z wykorzystaniem sterownika LOGO.
2. W programie steruj cym uwzgl dni nast puj ce warunki:
Zastosowa 2 przyciski steruj ce: start, stop;
Zastosowa 2 styczniki: gwiazda, trójk t;
Nie mo na zał czy silnika poł czonego w gwiazd , je li jest zał czony silnik przy
poł czeniu w trójk t i odwrotnie;
Zał czenie silnika poł czonego w trójk t jest mo liwe po wst pnym starcie silnika
poł czonego w gwiazd ;
Przyj wst pnie czas rozruchu silnika dla poł czenia w gwiazd - 3 sekundy.
3. Po wykonaniu na papierze projektu programu steruj cego dla podanych zało e wezwa
prowadz cego celem weryfikacji programu.
4. Zweryfikowan wersj programu mo na wprowadzi do programu LOGO.
5. Wst pn weryfikacj programu przeprowadzi za pomoc symulatora programu LOGO.
6. Poł czenie okablowania na tablicy monta owej stanowiska wykona zgodnie z podanymi
poni ej zaleceniami
przy wył czonym zasilaniu tablicy stanowiskowej:
a. Poł czy dwa wej cia sterownika LOGO I
1
i I
2
z lini zasilaj c fazy R na tablicy
monta owej poprzez dwa przyciski steruj ce typu zał cz.
b. Podł czy zasilanie do cewki stycznika dla poł czenia silnika w gwiazd poprzez
poł czenie szeregowe z zestykami przeka nika dla wyj cia Q
1
sterownika LOGO.
c. Podł czy zasilanie do cewki stycznika dla poł czenia silnika w trójk t poprzez
poł czenie szeregowe z zestykami przeka nika dla wyj cia Q
2
sterownika LOGO.
d. Podł czenie zestyków głównych styczników z uzwojeniami silnika i tablic
stanowiskow wykona według podanego poni ej schematu poł cze . Podł czenie
przewodów zasilaj cych do tablicy stanowiskowej wykona jako ostatnie.
e. Po wykonaniu poł cze wezwa prowadz cego celem weryfikacji poprawno ci
wykonanych poł cze .
Politechnika Warszawska - Instytut IMUR w Płocku, Laboratorium Elektrotechniki
7
Uproszczony schemat podł czenia układu wykonawczego w systemie gwiazda/trójk t
7.
Uwaga! Zał czenie zasilania na tablicy stanowiskowej mo e by wykonane tylko i
wył cznie przez prowadz cego.
8. Podł czy sond przewodu komunikacyjnego do sterownika LOGO, wł czy zasilanie i
przesła program steruj cy do sterownika LOGO. Wył czy zasilanie tablicy
monta owej stanowiska, wyj sond i ponownie zał czy zasilanie.
9. Przyciskiem zał cz na tablicy monta owej stanowiska dokona rozruchu silnika i
zaobserwowa , czy po ustawionym czasie nast pi przeł czenie silnika z układu gwiazdy
w trójk t.
10. Wył czy zasilanie silnika przyciskiem wył cz na tablicy monta owej.
11. Ponownie dokona rozruchu silnika i sprawdzi , czy jest mo liwe wył czenie zasilania
silnika w dowolnym momencie podczas rozruchu.
12. Sprawdzi , jaka jest reakcja układu steruj cego przy pracuj cym silniku na naci ni cie
przycisku zał cz.
13. Odpowiedzie sobie na pytanie czy zaprojektowany program steruj cy jest poprawny
je li doszłoby np. do „zespawania si ” zestyków głównych stycznika.
14. Wykona sprawozdanie z przeprowadzonego wiczenia.