ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ ΙI

Transcript

1 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ Σχολή Τεχνολογικών Εφαρμογών (Σ.ΤΕ.Φ.) ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε. ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ ΙI (ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ) Υπεύθυνος Μαθήματος: ΟΜΑΔΑ ΣΥΝΤΑΞΗΣ ΣΗΜΕΙΩΣΕΩΝ: ΔΡ ΜΟΣΧΑΚΗΣ ΜΑΡΙΟΣ Δρ Παναπακίδης Ιωάννης Ρόκκου Αικατερίνη,MSc Δρ Μοσχάκης Μάριος Λάρισα 2017

2 Περιεχόμενα ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1 Αρχή λειτουργίας ασύγχρονου κινητήρα Θεωρία και βασικές μαθηματικές σχέσεις Ισοδύναμο κύκλωμα Απώλειες και βαθμός απόδοσης Χαρακτηριστική ροπής-ταχύτητας ΕΙΣΑΓΩΓΗ 2 Στοιχεία προστασίας ασύγχρονου κινητήρα Εισαγωγή Κατηγορίες συστημάτων προστασίας Διακόπτες Ασφάλειες Προστατευτικό υπέρτασης Ηλεκτρονόμοι ΑΣΚΗΣΗ 1 Απευθείας εκκίνηση τριφασικού ασύγχρονου κινητήρα βραχυκυκλωμένου δρομέα ΑΣΚΗΣΗ 2 Εκκίνηση ασύγχρονου κινητήρα με διακόπτη αστέρα/τριγώνου ΑΣΚΗΣΗ 3 Εκκίνηση ασύγχρονου κινητήρα με αυτομετασχηματιστή ΑΣΚΗΣΗ 4 Αλλαγή φοράς περιστροφής ασύγχρονου κινητήρα ΑΣΚΗΣΗ 5 Δυναμική πέδηση ασύγχρονου κινητήρα ΑΣΚΗΣΗ 6 Βαθμός απόδοσης και χαρακτηριστική ροπής ασύγχρονου κινητήρα ΑΣΚΗΣΗ 7 Ρεύμα εκκίνησης με ακινητοποιημένο δρομέα ΑΣΚΗΣΗ 8 Ροπή εκκίνησης με ακινητοποιημένο δρομέα ΑΣΚΗΣΗ 9 Ρεύμα εκκίνησης, βαθμός απόδοσης και χαρακτηριστική ροπής ασύγχρονου κινητήρα δακτυλιοφόρου δρομέα Άσκηση 10: Εκκίνηση δύο ηλεκτροκινητήρων με χρονική καθυστέρηση του δευτέρου στην εκκίνηση Άσκηση 11: Αυτόματος Διακόπτης Αναστροφής (μανδάλωση μέσω βοηθητικών επαφών των ηλεκτρονόμων) Άσκηση 12:Βιομηχανική Εφαρμογή με 4 Κινητήρες και Χρονικό

3 Άσκηση 13: ΑΛΛΑΓΗ ΦΟΡΑΣ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΗΣ 3ΦΚΙΝΗΤΗΡΑ 3x230(V) ΡΥΘΜΙΣΗ ΤΑΧΥΤΗΤΩΝ ΜΕ INVERTER Άσκηση 14: ΕKΚΙΝΗΣΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ ΜΕ ΑΠΛΟ ΔΙΑΚΟΠΤΗ ΜΕ PLC

4 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1 Αρχή λειτουργίας ασύγχρονου κινητήρα 1.1 Θεωρία και βασικές μαθηματικές σχέσεις. Οι ηλεκτρικές μηχανές εναλλασσόμενου ρεύματος χωρίζονται σε δύο βασικές κατηγορίες, τις σύγχρονες μηχανές και τις ασύγχρονες ή επαγωγικές μηχανές. Στις σύγχρονες ηλεκτρικές μηχανές το ρεύμα διέγερσης παράγεται από ανεξάρτητες πηγές συνεχούς ρεύματος. Στις ασύγχρονες το ρεύμα διέγερσης παράγεται επαγωγικά στα τυλίγματα διέγερσής τους. Έτσι οι ασύγχρονες ηλεκτρικές μηχανές αναφέρονται συχνά και ως επαγωγικές. Σε μία ασύγχρονη μηχανή η τάση του δρομέα, η οποία με τη σειρά της παράγει το ρεύμα διέγερσης και το πεδίο του δρομέα, αναπτύσσεται εξ επαγωγής στο κύκλωμα διέγερσης, δηλαδή δεν παρέχεται μέσω ηλεκτρικής σύνδεσης. Η ασύγχρονη αποτελείται από δύο βασικά μέρη, τον στάτη και τον δρομέα ή ρότορα. Δεν υπάρχει σύνδεση μεταξύ αυτών. Ο στάτης παρουσιάζει ομοιότητα με τον αντίστοιχο των μηχανών συνεχούς ρεύματος. Εκεί τοποθετείται μονοφασικό ή τριφασικό τύλιγμα και αυτό το τύλιγμα τροφοδοτείται από εναλλασσόμενη τάση. Περαιτέρω διάκριση των κινητήρων αναφέρεται στη δομή του δρομέα. Οι κινητήρες μπορούν να διακριθούν σε κινητήρες βραχυκυκλωμένου κλωβού ή δρομέα και σε κινητήρες δακτυλιοφόρου δρομέα. Στο Σχήμα 1.1 παρουσιάζεται σε τομή η μορφή του κινητήρα βραχυκυκλωμένου δρομέα. Μέσα σε αυλακώσεις στο δρομέα τοποθετούνται αγώγιμες ράβδοι οι οποίες βραχυκυκλώνονται στα άκρα μέσω μεγάλων δακτυλίων. Το υλικό του κλωβού είναι χαλκός ή ορείχαλκος ή χυτό αλουμίνιο. Ο δρομέα του κινητήρα δακτυλιοφόρου δρομέα είναι από ελάσματα και μέσα σε αυτά τοποθετείται τύλιγμα από χαλκό. Το τύλιγμα συνδεδεμένο σε αστέρα και τα τρία ελεύθερα άκρα καταλήγουν σε τρία αγώγιμα δακτυλίδια. Αυτά είναι στερεωμένα πάνω στον άξονα του δρομέα και είναι μονωμένα μεταξύ τους. Τα δακτυλίδια συνδέονται σε ψήκτρες και στη συνέχεια υπάρχει η σύνδεση με εξωτερικές αντιστάσεις (Σχήμα 1.2). Οι εξωτερικές αντιστάσεις αποτελούν τις αντιστάσεις εκκίνησης του κινητήρα και μπορούν να ρυθμίσουν την ταχύτητα του. Το τριφασικό σύστημα τάσεων που εφαρμόζεται στο στάτη δημιουργεί στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο. Οι αγωγοί του δρομέα διακόπτουν τις μαγνητικές γραμμές με αποτέλεσμα την επαγωγή τάσης στα άκρα τους. Μέσω των δακτυλίων βραχυκύκλωσης και των αντιστάσεων εκκίνησης γίνεται βραχυκύκλωση των αγωγών του δρομέα. Αυτό οδηγεί στην κυκλοφορία ρεύματος και κατ` επέκταση στη 1

5 δημιουργία δύναμης Laplace, η οποία είναι το αίτιο για την ανάπτυξη ροπής στρέψεως. Σχήμα 1.1: Τομή κινητήρα βραχυκυκλωμένου κλωβού και δομή του δρομέα. Σχήμα 1.2: Τομή κινητήρα δακτυλιοφόρου δρομέα. Το μαγνητικό πεδίο του στάτη στρέφεται με ταχύτητα η οποία δίνεται από την παρακάτω εξίσωση, (1.1) Όπου: είναι η συχνότητα του δικτύου που τροφοδοτεί το στάτη και είναι ο αριθμός των ζευγών πόλων του κινητήρα. 2

6 Η ταχύτητα του μαγνητικού πεδίου καλείται σύγχρονη ταχύτητα. Η τάση εξ επαγωγής που αναπτύσσεται στα άκρα των αγωγών του δρομέα είναι: ( ) (1.2) Όπου: είναι η σχετική ταχύτητα των αγωγών του δρομέα ως προς το μαγνητικό πεδίο, η μαγνητική επαγωγή του πεδίου του στάτη και είναι το μήκος του αγωγού του δρομέα. Η μέγιστη ταχύτητα που μπορεί να αναπτύξει ο δρομέας ισούται με τη σύγχρονη ταχύτητα. Αν η ταχύτητα του δρομέα ήταν ίση με τη σύγχρονη ταχύτητα, δε θα υπήρχε σχετική κίνηση των αγωγών του δρομέα ως προς το μαγνητικό πεδίο του στάτη με συνέπεια τη μη ανάπτυξη τάσης στους αγωγούς του δρομέα και ροπής στρέψης. Η ταχύτητα περιστροφής του δρομέα είναι λίγο μικρότερη από τη σύγχρονη ταχύτητα. Η διαφορά των δύο ταχυτήτων ορίζεται ως ταχύτητα ολίσθησης: (1.3) Όπου, είναι η ταχύτητα περιστροφής του δρομέα. Συνήθως το μέγεθος ενδιαφέροντος είναι η ανά μονάδα (per-unit) τιμή της ταχύτητας ολίσθησης, χρησιμοποιώντας ως ταχύτητα βάσης, την σύγχρονη ταχύτητα. Η ανά μονάδα τιμή καλείται ολίσθηση και δίνεται από την σχέση που ακολουθεί: (1.4) Όταν ο δρομέας είναι ακίνητος είναι Όταν ο δρομέας περιστρέφεται με τη σύγχρονη ταχύτητα είναι Συνεπώς για τη λειτουργία του κινητήρα η ολίσθηση λαμβάνει τιμές (. Εάν ο δρομέας περιστραφεί με ταχύτητα μεγαλύτερη της σύγχρονης, δηλαδή όταν η μηχανή λειτουργεί ως ασύγχρονη γεννήτρια. 3

7 Εάν αντιστραφεί η φορά του μαγνητικού πεδίου τότε τότε γίνεται πέδηση στον κινητήρα. Από τις Εξ.(1.1) και Εξ.(1.4) μπορεί να εξαχθεί η ταχύτητα περιστροφής του δρομέα: ( ) ( ) (1.5) H Εξ.(1.5) αναφέρει τους τρόπους για τη μεταβολή της ταχύτητας του δρομέα: 1. Μεταβάλλοντας την ολίσθηση, 2. τη συχνότητα του δικτύου και 3. τον αριθμό των πόλων. Επίσης η ταχύτητα μπορεί να αλλάξει με μεταβολή της τιμής της τάσης τροφοδοσίας του στάτη. Η συχνότητα του δρομέα, έστω σε σχέση με τη συχνότητα του στάτη (συχνότητα του δικτύου τροφοδοσίας) συνδέονται με την παρακάτω σχέση: (1.6) Λόγω της επίδρασης του δύο κυκλωμάτων του κινητήρα μέσω επαγωγής, ο ασύγχρονος κινητήρας καλείται στρεφόμενος μετασχηματιστής. 4

8 1.2 Ισοδύναμο κύκλωμα Το ισοδύναμο κύκλωμα αποτελεί μοντέλο του τεχνητού συστήματος (κινητήρας). Χρησιμοποιείται για την εξέταση της συμπεριφοράς του τεχνητού συστήματος για διαφορετικές καταστάσεις λειτουργίας. Για την όσο πιο ακριβή μοντελοποίηση του συστήματος, το ισοδύναμο κύκλωμα θα πρέπει να αντιπροσωπεύει πλήρως τα φαινόμενα που σχετίζονται με τη λειτουργία του συστήματος. Για παράδειγμα, το ισοδύναμο κύκλωμα του κινητήρα θα πρέπει να περιλαμβάνει δύο μέρη που αντιπροσωπεύουν αντίστοιχα το στάτη και το δρομέα. Ο στάτης επιδράει στο δρομέα μέσω επαγωγής, δηλαδή δράσης από απόσταση. Το ισοδύναμο κύκλωμα θα πρέπει συνεπώς να μοντελοποιεί αυτή την επαγωγή (για παράδειγμα, μέσω ενός κυκλώματος πυρήνα). Στο Σχήμα 1.3 παρουσιάζεται το ανά φάση ισοδύναμο κύκλωμα του ασύγχρονου κινητήρα. Το τύλιγμα του στάτη περιλαμβάνει ωμική αντίσταση και επαγωγική αντίδραση σκέδασης με η αυτεπαγωγή του τυλίγματος του στάτη. Ο κινητήρας απορροφάει ρεύμα γραμμής Το διάκενο του κινητήρα αντιπροσωπεύεται από μία αντίσταση και μία αντίδραση παράλληλα συνδεδεμένες. Η αντίσταση αναφέρεται στις απώλειες υστέρησης και δινορρευμάτων (απώλειες σιδήρου). Η αντίδραση αναφέρεται στις απώλειες μαγνήτισης. Το ρεύμα είναι αυτό που διαρρέει τον πυρήνα και αποτελείται από δύο συνιστώσες, τη συνιστώσα του ρεύματος μαγνήτισης και τη συνιστώσα του απωλειών υστέρησης και δινορρευμάτων. Η εσωτερική τάση στο στάτη της μηχανής E συνδέεται με την τάση δευτερεύοντος E μέσω ενός ιδανικού 1 μετασχηματιστή με το λόγο μετασχηματισμού Αυτός είναι ίσος με τον αριθμό των αγωγών ανά φάση του στάτη προς τον αριθμό των αγωγών ανά φάση του δρομέα επί τους συντελεστές βήματος και κατανομής. Η τάση που παράγεται στο δρομέα της μηχανής παράγει με τη σειρά της το ρεύμα Το τύλιγμα του δρομέα περιλαμβάνει ωμική αντίσταση I M στο δρομέα (δευτερεύον). και επαγωγική αντίδραση σκέδασης με η αυτεπαγωγή του τυλίγματος του δρομέα. L 2 Η τάση που εφαρμόζεται στο στάτη είναι η αιτία για τη δημιουργία της τάσης από επαγωγή στο δρομέα. Όσο μεγαλύτερη είναι η σχετική ταχύτητα μεταξύ των πεδίων του στάτη και του δρομέα, τόσο μεγαλύτερη είναι η τάση που αναπτύσσεται στο δρομέα της μηχανής. Η μεγαλύτερη σχετική κίνηση μεταξύ των δυο παραπάνω πεδίων επιτυγχάνεται, όταν ο δρομέας της μηχανής είναι ακίνητος. Σ αυτή την περίπτωση ο δρομέας ονομάζεται ακινητοποιημένος και η τάση που επάγεται στα τυλίγματά του είναι η μέγιστη δυνατή. Η ελάχιστη τάση, που είναι μηδενική, επάγεται στα τυλίγματα του δρομέα, όταν αυτός περιστρέφεται με ταχύτητα ίση με τη σύγχρονη ταχύτητα. eff. I R R R R E R X M 5

9 I1 I2 aeff IR R1 jx1 jxr IM + + RC jxm E1 ER RR - - Σχήμα 1.3: Ανά φάση ισοδύναμο κύκλωμα του κινητήρα. Για κάθε άλλη ενδιάμεση τιμή της ταχύτητας του δρομέα η επαγόμενη τάση στο τύλιγμα του είναι ανάλογη της ολίσθησης. Έτσι, αν η επαγόμενη τάση, στην περίπτωση που ο κινητήρας λειτουργεί με ακινητοποιημένο δρομέα, συμβολιστεί με η τιμή της επαγόμενης τάσης για οποιαδήποτε τιμή της ολίσθησης δίνεται από E R0 τη σχέση E se Η τάση E εμφανίζεται στα άκρα του δρομέα. Η αντίσταση R δεν R R0. R επηρεάζεται από τις τιμές της ολίσθησης. Το αντίθετο ισχύει για την αντίδραση η οποία εξαρτάται από την αυτεπαγωγή του δρομέα και τη συχνότητα της τάσης. Είναι X R 2f RL2 2sf el2 sx R0, με X R 0 η αντίδραση του δρομέα στην περίπτωση που είναι ακινητοποιημένος. Στο Σχήμα 1.4 παρουσιάζεται το ισοδύναμο κύκλωμα του δρομέα. Από το ισοδύναμο κύκλωμα προκύπτει το ρεύμα του δρομέα: R X R, (1.7) H ισοδύναμη σύνθετη αντίσταση του δρομέα είναι. Εκφράζοντας την ωμική αντίσταση μέσω της ολίσθησης, το ισοδύναμο κύκλωμα του δρομέα δίνεται στο Σχήμα 1.5. Για μικρές της ολίσθησης, ο όρος /s είναι μεγαλύτερος της X με αποτέλεσμα να υπερισχύει το ωμικό μέρος της και το R0, ρεύμα να αυξάνεται γραμμικά με την ολίσθηση. Για μεγάλες τιμές της ολίσθησης υπερισχύει η X, R0 με αποτέλεσμα το ρεύμα του δρομέα να παραμένει σχεδόν σταθερό. R R Z Re, q 6

10 Για την εξαγωγή του τελικού ισοδύναμο κυκλώματος θα πρέπει τα στοιχεία του κυκλώματος του δρομέα να αναχθούν στην πλευρά του στάτη. Το τελικό ισοδύναμο κύκλωμα δίνεται στο Σχήμα 1.6. Η τάση, το ρεύμα και η αντίσταση στο δρομέα γίνονται: (1.8) (1.9) ( ) (1.10) όπου και. IR jxr=jsxr0 IR jxr0 DC ER=SER0 RR DC ER0 RR s Σχήμα 1.4: Ανά φάση ισοδύναμο κύκλωμα του δρομέα. Σχήμα 1.5: Ανά φάση ισοδύναμο κύκλωμα του δρομέα, με την αντίσταση να εκφράζεται μέσω της ολίσθησης. R R 7

11 + I1 R1 jx1 I2 jx2 + IM Vφ RC jxm E1 R2 S - - Σχήμα 1.6: Ανά φάση τελικό ισοδύναμο κύκλωμα του κινητήρα. 1.3 Απώλειες και βαθμός απόδοσης. Η είσοδος του κινητήρα είναι η ηλεκτρική ισχύς της τροφοδοσίας του και η έξοδος του είναι η μηχανική ισχύς στον άξονα του. Η ηλεκτρική ισχύς μετατρέπεται σε μηχανική μέσα στο εσωτερικό του με συγκεκριμένο βαθμό απόδοσης. Το διάγραμμα ροής ισχύος του κινητήρα απεικονίζεται στο Σχήμα 1.7. Η ηλεκτρική ισχύς στην είσοδο δίνεται από την παρακάτω σχέση: (1.11) όπου: η πολική τάση του δικτύου το ρεύμα γραμμής του δικτύου ο συντελεστής ισχύος του κινητήρα Στο τύλιγμα του στάτη αναπτύσσονται ωμικές απώλειες Joule (απώλειες χαλκού),, που δίνονται από την παρακάτω σχέση: (1.12) Οι απώλειες πυρήνα εξαρτώνται από την τιμή της τάσης στα άκρα του δρομέα και εκφράζουν τις απώλειες λόγω υστέρησης και δινορρευμάτων στο στάτη. Οι 8

12 απώλειες πυρήνα δεν εμφανίζονται πάντα στο σημείο του διαγράμματος του Σχήματος 1.7. Οι απώλειες πυρήνα προέρχονται κατά ένα μέρος από το κύκλωμα του στάτη και κατά ένα μέρος από το κύκλωμα του δρομέα. Επειδή ο κινητήρας συνήθως περιστρέφεται με ταχύτητα που είναι πολύ κοντά στη σύγχρονη, η σχετική ταχύτητα των μαγνητικών πεδίων είναι πολύ μικρή κι έτσι οι απώλειες πυρήνα στο δρομέα είναι πολύ μικρές σε σχέση με τις αντίστοιχες απώλειες στο στάτη. Έτσι, επειδή το μεγαλύτερο μέρος των απωλειών πυρήνα προέρχεται από το κύκλωμα του στάτη, οι συνολικές απώλειες πυρήνα συνήθως προστίθενται στο σημείο του διαγράμματος στο σχήμα. Σχήμα 1.7: Διάγραμμα ροής ισχύος. Η ισχύς που απομένει μεταφέρεται στο δρομέα της μηχανής περνώντας από το διάκενο που υπάρχει μεταξύ του στάτη και του δρομέα. Αυτή η ισχύς ονομάζεται ισχύς διάκενου, και δίνεται από την σχέση: (1.13) Εάν από την ισχύ διακένου αφαιρεθούν οι απώλειες χαλκού στο δρομέα προκύπτει η ισχύς που μετατρέπεται από ηλεκτρική σε μηχανική, Οι απώλειες χαλκού στον δρομέα υπολογίζονται μέσω της παρακάτω εξίσωσης: (1.14) Η ισχύς που μετατρέπεται στο εσωτερικό της μηχανής είναι: 9

13 ( ) ( ) ( ) ( ) (1.15) Από τις Εξ.(1.13) και Εξ.(1.14), προκύπτει. Συνεπώς όσο μικρότερη είναι η ολίσθηση, τόσο μικρότερη είναι και η τιμή των απωλειών στο δρομέα της μηχανής. Στην περίπτωση του ακινητοποιημένου δρομέα s 1 είναι δηλαδή η ισχύς διακένου καταναλώνεται εξ ολοκλήρου στο κύκλωμα του δρομέα. 10

14 Λόγω της περιστροφής του δρομέα αναπτύσσονται μηχανικές απώλειες τριβών και εξαερισμού, οι οποίες εξαρτώνται από την ταχύτητα περιστροφής. Οι κατανεμημένες απώλειες έχουν παρατηρηθεί πειραματικά και συγκαταλέγονται πάντα στο διάγραμμα ροής. Η μηχανική ισχύς εξόδου, προκύπτει από το γινόμενο της ροπής φορτίου και της ταχύτητας περιστροφής του δρομέα σε rad/s, (1.16) Οι απώλειες διαδραματίζουν καθοριστικό ρόλο στον υπολογισμό της απόδοσης του κινητήρα. Η ισχύς εξόδου προκύπτει από την ισχύ εισόδου εάν αφαιρεθούν το σύνολο των απωλειών, Ο βαθμός απόδοσης είναι: ( ) ( ) (1.17) 11

15 1.4 Χαρακτηριστική ροπής-ταχύτητας Θεωρούμε το ανά φάση απλοποιημένο ισοδύναμο κύκλωμα του Σχήματος 1.8. Για τον προσδιορισμό της επαγόμενης ροπής χρησιμοποιείται η ισχύς διακένου. Ισχύει: (1.18) Σύμφωνα με την παραπάνω εξίσωση, η ροπή εξαρτάται από την ισχύ διακένου. Η σύγχρονη ταχύτητα είναι σταθερή. Σύμφωνα με την Εξ.(1.13) η ισχύς διακένου εξαρτάται από το ρεύμα που επάγεται στο στάτη. Για τον προσδιορισμό του θα χρησιμοποιηθεί το ισοδύναμο Thevenin του κυκλώματος του Σχήματος 1.8. Το ισοδύναμο Thevenin δίνεται στο Σχήμα 1.9. Η τάση Thevevin, είναι: (1.19) Θεωρούμε ότι X X και X R, 1 οπότε η προηγούμενη εξίσωση γίνεται: M 1 M (1.20) H σύνθετη αντίσταση Thevenin είναι: ( ) ( ) (1.21) To ρεύμα I 2 προκύπτει από το κύκλωμα του Σχήματος 1.9. Είναι: ( ) (1.22) 12

16 Σχήμα 1.8: Ανά φάση απλοποιημένο ισοδύναμο κύκλωμα. Σχήμα 1.9: Ισοδύναμο Theveninτου κυκλώματος του Σχήματος 1.8. Θεωρούμε ότι και οπότε η αντίσταση και η αντίδραση X TH γίνονται: ( ) R TH Αντικαθιστώντας την Εξ.(1.22) στην Εξ.(1.18), προκύπτει η επαγόμενη ροπή: ( ) [( ) ( ) ] (1.23) Στο Σχήμα 1.10 δίνεται η χαρακτηριστική ροπής-ταχύτητας του κινητήρα. Μεταξύ των σημείων λειτουργίας χωρίς φορτίο και υπό πλήρες φορτίο η καμπύλη είναι σχεδόν γραμμική. Σ αυτή την περιοχή η αντίσταση του δρομέα είναι πολύ μεγαλύτερη από την αντίδραση του κι έτσι το ρεύμα του δρομέα. Συνεπώς το μαγνητικό πεδίο του δρομέα και η επαγόμενη ροπή αυξάνονται γραμμικά με την αύξηση της ολίσθησης. 13

17 Η ροπή ανατροπής είναι η μέγιστη ροπή που αναπτύσσει ο κινητήρας. Η περιοχή ανάμεσα στη ροπή εκκίνησης και τη ροπή ανατροπής ονομάζεται ασταθής περιοχή λειτουργίας. Μία αύξηση του φορτίου μπορεί να επιφέρει μείωση και τελικά μηδενισμό της ταχύτητας. Η περιοχή ανάμεσα στη ροπή ανατροπή και του σημείου που αυτή μηδενίζεται αναφέρεται στην ευσταθή περιοχή λειτουργίας. Σε μία αύξηση του φορτίου, οι στροφές του κινητήρα μεταβάλλονται ανάλογα και το φορτίο εξυπηρετείται στο νέο σημείο τομής της καμπύλης με τη καμπύλη του φορτίου. Αν ο δρομέας του επαγωγικού κινητήρα περιστρέφεται με ταχύτητα μεγαλύτερη από τη σύγχρονη ταχύτητα, η φορά περιστροφής της επαγόμενης ροπής αντιστρέφεται, με αποτέλεσμα η μηχανή να λειτουργεί ως γεννήτρια μετατρέποντας μηχανική ισχύ σε ηλεκτρική. Αν η φορά περιστροφής του κινητήρα είναι αντίθετη από τη φορά περιστροφής των μαγνητικών πεδίων στο εσωτερικό του, η επαγόμενη ροπή θα σταματήσει τον κινητήρα και θα προσπαθήσει να τον περιστρέψει προς την αντίθετη φορά. Όμως, επειδή η φορά περιστροφής των μαγνητικών πεδίων στον επαγωγικό κινητήρα μπορεί να πραγματοποιηθεί πολύ απλά με την αντιμετάθεση των συνδέσμων σε δύο από τις τρεις φάσεις του, η παραπάνω παρατήρηση είναι δυνατό να χρησιμοποιείται με σκοπό το απότομο σταμάτημα του κινητήρα. Η ροπή ανατροπής είναι ανάλογη με το τετράγωνο της τάσης τροφοδοσίας και αντιστρόφως ανάλογη με τη σύνθετη αντίσταση του στάτη και της αντίδρασης του δρομέα. Είναι: [ ( ) ] (1.24) Σχήμα 1.10: Χαρακτηριστική ροπής-ταχύτητας περιστροφής. 14

18 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 2 Στοιχεία προστασίας ασύγχρονου κινητήρα 2.1 Εισαγωγή Στο σύνολο σχεδόν των ηλεκτρικών εγκαταστάσεων η τροφοδοσία του κινητήρα γίνεται μέσω της χρήσης διατάξεων προστασίας. Ο στόχος είναι πρωτίστως να προστατευτούν οι χειριστές της εγκατάστασης και σε δεύτερο επίπεδο ο ίδιος ο εξοπλισμός. Μη κανονικές καταστάσεις λειτουργίας εμφανίζονται για παράδειγμα σε περιπτώσεις βραχυκυκλώματος ή υπερφόρτωσης του εξοπλισμού. Οι μη κανονικές καταστάσεις λειτουργίας μπορούν να εμφανιστούν από ένα στοιχείο του εξοπλισμού λόγω καταπόνησης (για παράδειγμα, γήρανση της μόνωσης) ή λόγω σφάλματος λόγω κάποιας εξωτερικής αιτίας (για παράδειγμα, πτώση κεραυνού). Στην πρώτη περίπτωση ο στόχος είναι να γίνει πρόληψη του σφάλματος ενώ στη δεύτερη ο στόχος είναι να απομονωθεί το σφάλμα. Ανάλογα με τη διάρκεια τους, τα σφάλματα διακρίνονται σε μόνιμα, ημιμόνιμα και παροδικά. Ως μόνιμα χαρακτηρίζονται τα σφάλματα που οφείλονται συνήθως στην καταστροφή ενός στοιχείου του δικτύου, κάτι το οποίο απαιτεί παρέμβαση για την τροφοδότηση του δικτύου. Παραδείγματα μόνιμων σφαλμάτων μπορούν να νοηθούν η διακοπή μίας φάσεως, η διάσπαση της μονώσεως ενός στοιχείου και άλλα. Ως παροδικά χαρακτηρίζονται τα σφάλματα των οποίων η αιτία που τα προκάλεσε αναιρείται μετά από σύντομο χρονικό διάστημα. Παράδειγμα παροδικού σφάλματος είναι η διάσπαση του ατμοσφαιρικού αέρα στις γραμμές μεταφοράς. Ως ημιμόνιμα χαρακτηρίζονται τα σφάλματα τα οποία απαιτούν λίγο μεγαλύτερο χρόνο για εκκαθάριση σε σύγκριση με τα παροδικά. Οι συνέπειες των σφαλμάτων στον εξοπλισμό σχετίζονται από το ίδιο το σφάλμα. Τα μόνιμα αλλά και τα παροδικά σφάλματα μπορούν να οδηγήσουν σε πτώση τάσης του δικτύου. Τα συστήματα προστασίας στηρίζουν τη λειτουργία τους στη συνεχή επίβλεψη ενός ή περισσοτέρων μεγεθών του δικτύου (για παράδειγμα η τάση, η συχνότητα και άλλα). Κατά το σχεδιασμό των συστημάτων προστασίας, θα πρέπει να ληφθεί υπόψη η πιθανότητα κάθε τύπου σφάλματος, η οποία εξαρτάται από τον τύπο και την τοπολογία του δικτύου. Τα συστήματα προστασίας αποβλέπουν στη διάκριση της συνολικής προστασίας σε επιμέρους ζώνες. Πολλές φορές η μία ζώνη επικαλύπτει την άλλη. Τα συστήματα προστασίας θα πρέπει να απομονώνουν όσο το δυνατόν μικρότερο τμήμα της εγκατάστασης. 15

19 2.2 Κατηγορίες συστημάτων προστασίας Τα συστήματα προστασίας μπορούν να διακριθούν σε τρεις κατηγορίες: 1. Σε συστήματα που συνδέουν ή αποσυνδέουν μέρος ή ολόκληρο τον εξοπλισμό. Τα συστήματα αυτά είναι οι διακόπτες. 2. Σε συστήματα που διακόπτουν γρήγορα την παροχή σε μέρος ή ολόκληρο τον εξοπλισμό σε περιπτώσεις βραχυκυκλωμάτων ή υπερφορτίσεων. Τα συστήματα αυτά είναι οι ασφάλειες. 3. Σε συστήματα που διακόπτουν πολύ γρήγορα την παροχή σε όλη την εγκατάσταση όταν εμφανιστούν ρεύματα διαρροής προς γη ή όταν εμφανιστούν υπερτάσεις. Τα συστήματα αυτά είναι οι ηλεκτρονόμοι προστασίας ή διαρροής και τα προστατευτικά υπερτάσεων. Για την απομόνωση επικίνδυνων τάσεων επαφής κατά τη διάρκεια σφαλμάτων χρησιμοποιούνται επιπλέον μέθοδοι όπως η άμεση γείωση και η ουδετέρωση. 2.3 Διακόπτες Πρόκειται για μηχανισμούς οι οποίοι τοποθετούνται στους πίνακες διανομής της εγκατάστασης και ελέγχουν τα κυκλώματα που αναχωρούν από αυτούς. Ο έλεγχος αναφέρεται στη διακοπή και τη σύνδεση του κυκλώματος. Σε μία ηλεκτρική εγκατάσταση, οι διακόπτες τοποθετούνται πάντοτε πριν από τις ασφάλειες και δεν τοποθετούνται στον αγωγή της γείωσης. Ανάλογα με τον αριθμό των αγωγών που ελέγχουν σε: 1 μονοπολικούς, 2 διπολικούς, 3 τριπολικούς και 4 τετραπολικούς. 2.4 Ασφάλειες Πρόκειται για μηχανισμούς οι οποίοι σε μέρος ή στο σύνολο της εγκατάστασης όταν εμφανιστούν μεγάλες τιμές ρεύματος που οφείλονται σε βραχυκύκλωμα ή σε υπερφόρτωση. Το βραχυκύκλωμα είναι μία απότομη υπερένταση που μπορεί να οδηγήσει σε βλάβες στην μόνωση, σε τήξη των αγωγών και πυρκαγιά. Να σημειωθεί πως η έννοια της υπερέντασης χαρακτηρίζει την κατάσταση στην οποία παρατηρούνται ρεύματα πολλαπλάσια από το ρεύμα κανονικής λειτουργίας γεγονός που αναφέρεται σε σφάλμα. Η υπερφόρτιση αναφέρεται σε περιπτώσεις όπου η ένταση του ρεύματος υπερβαίνει την ονομαστική τιμή το πολύ μέχρι δύο φορές. Η υπερφόρτωση δεν αναφέρεται σε σφάλμα. Η αποκλειστική προστασία 16

20 υπερεντάσεως δεν είναι απόλυτα αξιόπιστη μέθοδος προστασίας, καθώς το αντίστοιχο σύστημα μπορεί να ενεργοποιηθεί και από κάποια υπερφόρτιση. Η διακοπή του κυκλώματος μέσω ασφάλειας γίνεται όταν το ρεύμα υπερβεί ένα όριο. Οι ασφάλειες χαρακτηρίζονται από το ονομαστικό ρεύμα λειτουργίας, την ονομαστική τάση λειτουργίας, την αντοχή σε βραχυκύκλωμα και τον χρόνοενεργοποίησης. Σε μία εγκατάσταση τοποθετούνται μετά τους διακόπτες και ποτέ σε αγωγούς γείωσης και ουδετέρου. Ανάλογα με την αρχή λειτουργίας τους οι ασφάλειες διακρίνονται σε αυτόματες ασφάλειες ή μικροαυτόματους και σε ασφάλειες τήξης. 2.5 Προστατευτικό υπέρτασης Πρόκειται για μηχανισμούς οι οποίοι παρέχουν πρόσθετη προστασία στις εγκαταστάσεις χαμηλής τάσης και ιδιαίτερα σε ευαίσθητες συσκευές, έναντι υπερτάσεων που προέρχονται από ατμοσφαιρικά φαινόμενα ή υπερτάσεων που μπορούν να προέλθουν από δυσλειτουργία του δικτύου τροφοδοσίας. 2.6 Ηλεκτρονόμοι Πρόκειται για μηχανισμούς οι οποίοι παρέχουν προστασία από υπερεντάσεις ή ελέγχουν ένα μέρος της εγκατάστασης μέσω αυτοματισμού. Οι ηλεκτρονόμοι ή ρελέ προστασίας διακρίνονται ανάλογα με το επιτηρούμενο μέγεθος. Εάν το μέγεθος είναι η ένταση, οι αντίστοιχοι ηλεκτρονόμοι καλούνται ηλεκτρονόμοι υπερέντασης ή ηλεκτρονόμοι διαρροής, ή αυτόματος διακόπτης διαρροής, ή διακόπτης διαφυγής έντασης, ή αντιηλεκτροπληξιακός διακόπτης. Εάν το μέγεθος είναι η τάση, οι αντίστοιχοι ηλεκτρονόμοι καλούνται ηλεκτρονόμοι υποτάσεως ή υπερτάσεως. Εάν το μέγεθος είναι η αντίσταση, οι αντίστοιχοι ηλεκτρονόμοι καλούνται ηλεκτρονόμοι απόστασης. Στην περίπτωση της χρήσης τους σε κυκλώματα ελέγχου (αυτοματισμών), ο ηλεκτρονόμος ενεργοποιείται σε κανονικές καταστάσεις λειτουργίας. Η λειτουργία του μπορεί να συνδυαστεί με μετασχηματιστές τάσης και έντασης, που θα μεταφέρουν τα κατάλληλα σήματα ελέγχου στον ηλεκτρονόμο. Οι ηλεκτρονόμοι παρέχουν τη δυνατότητα ελέγχου (σύνδεσης και αποσύνδεσης) κυκλωμάτων ισχύος με έμμεσο τρόπο. Αυτό γίνεται με τη χρήση του κυκλώματος ελέγχου του ηλεκτρονόμου το οποίο μπορεί να λειτουργεί με πολύ χαμηλότερη τάση σε σχέση με το κύκλωμα ισχύος και να είναι τοποθετημένο σε απόσταση από αυτό. Ο ηλεκτρονόμος αποτελείται από ένα ηλεκτρομαγνήτη ο οποίος είναι τοποθετημένος σε ένα σιδηρομαγνητικό υλικό και ένα κινητό μεταλλικό οπλισμό. Στο Σχήμα 2.1 παρουσιάζεται η δομή του. Αποτελείται από τα εξής στοιχεία: 1) πηνίο, 2) μαγνήτη, 3) οπλισμό, 4) κινητές επαφές, 5) σταθερές ή κύριες επαφές. Ο οπλισμός του ηλεκτρονόμου είναι το τύλιγμα του ηλεκτρομαγνήτη. Όταν το τύλιγμα διεγείρεται μέσω της εφαρμογής τάσης στα άκρα του, τότε ο μεταλλικός 17

21 οπλισμός έλκεται με αποτέλεσμα το άνοιγμα ή το κλείσιμο των επαφών. Όταν σταματήσει να υφίσταται η διέγερση στο πηνίο, τότε όλες οι επαφές θα επανέλθουν στην κατάσταση ηρεμία τους με την βοήθεια ενός επαναληπτικού ελατηρίου. Σχήμα 2.1: Δομή ηλεκτρονόμου. Η τάση λειτουργίας του πηνίου στις περισσότερες περιπτώσεις είναι διαφορετική της τάσης του κυκλώματος ισχύος. Ο πυρήνας του ηλεκτρομαγνήτη είναι ο μαγνήτης, ο οποίος αποτελείται από σίδηρο. Όταν το πηνίο τεθεί υπό τάση αναπτύσσεται μαγνητικό πεδίο με αποτέλεσμα να έλκεται ο οπλισμός του ηλεκτρονόμου. Το πηνίο τοποθετείται επί της σιδερένιας μάζας και η έλξη του οπλισμού είναι η αιτία για την αποκατάσταση της σύνδεσης μεταξύ των σταθερών επαφών. Οι κινητές επαφές είναι υπαίτιες για τη σύνδεση μεταξύ των σταθερών επαφών, δηλαδή αποκαθιστούν αγώγιμη σύνδεση μεταξύ των σταθερών επαφών. Η κατάσταση ηρεμίας του ηλεκτρονόμου αναφέρεται στην περίπτωση που το πηνίου δεν είναι υπό τάση. Οι επαφές του ηλεκτρονόμου διακρίνονται σε κύριες και βοηθητικές. Οι κύριες επαφές συνδέονται με το κύκλωμα ισχύος. Χαρακτηρίζονται από ένα μονοψήφιο αριθμό και είναι πάντα κανονικά ανοικτές (normallyopen). Οι βοηθητικές επαφές χρησιμοποιούνται για να ελέγχουν τα κυκλώματα των αυτοματισμών. Χαρακτηρίζονται από ένα διψήφιο αριθμό και μπορεί να είναι κανονικά ανοικτές ή κανονικά κλειστές (normallyclosed). Στο Σχήμα 2.2 παρουσιάζονται οι επαφές του ηλεκτρονόμου. Οι επαφές Α1-Α2 είναι υπεύθυνες για την τροφοδοσία του πηνίου. Οι όροι κανονικά ανοικτές και κανονικά κλειστές αντιστοιχούν στη κατάσταση ηρεμίας του ηλεκτρονόμου, όταν δηλαδή δεν είναι διεγερμένος. Εάν διεγερθεί οι κανονικά ανοικτές επαφές κλείνουν και οι κανονικά κλειστές επαφές ανοίγουν. Όταν 18

22 ο ηλεκτρονόμος αποδιεγερθεί, οι επαφές επιστρέφουν στην κατάσταση ηρεμίας τους. A2 R S T A1 Επαφές πηνίου T1 T2 T3 Κύριες επαφές Βοηθητικές επαφές Σχήμα 2.2: Κύριες και βοηθητικές επαφές του ηλεκτρονόμου. Οι βοηθητικές επαφές βρίσκουν εφαρμογή στην αυτοσυγκράτηση και τη μανδάλωση των ηλεκτρονόμων και στη ενεργοποίηση των προειδοποιητικών διατάξεων (για παράδειγμα, λυχνίες). Σε ένα κύκλωμα αυτοματισμού, ο ηλεκτρονόμος ενεργοποιείται και απενεργοποιείται μέσω μπουτόν Startκαι Stop. Στο Σχήμα 2.3 φαίνεται η επίδραση του Startόταν αυτό πιέζεται. Οι επαφές συνδέονται μέσω των επαφών του Start. Εάν διακοπεί η πίεση, το μπουτόν επιστρέφει στην αρχική του κατάσταση η σύνδεση σταματάει. Για να διατηρηθεί η συνοχή του κυκλώματος, όταν το Startεπιστρέφει στην αρχική του κατάσταση, συνδέονται παράλληλα με τις επαφές του, κάποιες βοηθητικές επαφές του ηλεκτρονόμου, δημιουργώντας την επαφή αυτοσυγκράτησης. Παράδειγμα της αντίστοιχης συνδεσμολογίας δίνεται στο Σχήμα 2.4. Το κύκλωμα διατηρεί τη συνοχή του μέσω των επαφών αυτοσυγκράτησης Η διακοπή της συνοχής του κυκλώματος γίνεται με το μπουτόν Stopτου οποίου η σύνδεση προηγείται της αντίστοιχης του Start. 19

23 A2 R S T A1 Επαφές πηνίου T1 T2 T3 Βοηθητικές επαφές Κύριες επαφές Σχήμα 2.2: Κύριες και βοηθητικές επαφές του ηλεκτρονόμου. L L Start Start Α1 Α1 C C Α2 Α2 N Σχήμα 2.3: Δημιουργία συνοχής σε κύκλωμα μέσω του μπουτόν Start. N 20

24 L L L Start C Start C Start C Α1 Α1 Α1 C C C Α2 Α2 Α2 N N N Επαφή αυτοσυγκράτησης Σχήμα 2.4: Επαφή αυτοσυγκράτησης. Σημαντικό στοιχεία των κυκλωμάτων αυτοματισμών είναι ο ηλεκτρονόμος υπερφόρτισης ή θερμικό ρελέ ή απλώς θερμικό. Τα θερμικά χρησιμοποιούνται στα κυκλώματα ισχύος με στόχο την προστασία των κινητήρων από υπερφορτίσεις. Μία υπερφόρτιση μπορεί να εμφανιστεί λόγω βλάβης στα τυλίγματα του κινητήρα, λόγω αυξημένης τριβής στον άξονα, λόγω απότομης αύξησης του φορτίου και άλλων λόγων. Στο Σχήμα 2.5 παρουσιάζεται η δομή του θερμικού. Αποτελείται από τρία διμεταλλικά ελάσματα γύρω από τα οποία διέρχονται οι αγωγοί των φάσεων (στοιχείο Α). Τα ελάσματα έχουν διαφορετικό συντελεστή διαστολής, δηλαδή η επίδραση της θερμοκρασίας είναι διαφορετική σε κάθε ένα από αυτά. Τα ελάσματα συνδέονται μέσω του πλαστικού άξονα (στοιχείο Β). Ο βραχίονας είναι σε θέση να ανοίξει την επαφή ελέγχου (στοιχείο Γ). Τα ελάσματα δεν μπορούν να επιστρέψουν στην αρχική τους θέση λόγω της μηχανικής μανδάλωσης (στοιχείο Δ). Η επιστροφή γίνεται μόνο χειροκίνητα. Εάν περάσει ένα ρεύμα υψηλότερο του ονομαστικού, τα ελάσματα θερμαίνονται και καμπυλώνονται (Σχήμα 2.6). Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη μετακίνηση του πλαστικού άξονα και κατ` επέκταση το άνοιγμα της βοηθητικής επαφής η οποία είναι μέρος του κυκλώματος ελέγχου. Αυτή η επαφή συνδέεται με τέτοιο τρόπο σε ηλεκτρονόμο, που ο τελευταίος διακόπτει την τροφοδότηση του κινητήρα. Σε πολλά κυκλώματα αυτοματισμών χρησιμοποιούνται τα χρονικά ρελέ ή χρονικά. Αυτά επιτρέπουν τον έλεγχο της τροφοδοσίας ενός στοιχείου του κυκλώματος μετά από ένα συγκεκριμένο χρόνο. Αυτός ο χρόνος είναι ελεγχόμενος. Το χρονικό αποτελείται από ένα πηνίο το οποίο όταν διεγείρεται ελέγχει μία επαφή. Όταν 21

25 διεγερθεί το πηνίο, αρχίζει να μετράει ο χρόνος και μετά την πάροδο του τίεται σε λειτουργία η επαφή. Β U V W Βοηθητικές επαφές Γ Α R S T Δ Επαφή ελέγχου Σχήμα 2.5: Δομή του θερμικού. U V W Βοηθητικές επαφές R S T Σχήμα 2.6: Ενεργοποίηση του θερμικού. Παράδειγμα προστασίας του κινητήρα Στο Σχήμα 2.7 και στο Σχήμα 2.8 παρουσιάζονται τα κυκλώματα ισχύος και ελέγχου για την απ` ευθείας εκκίνηση του κινητήρα. Τα δύο κυκλώματα είναι σχεδιασμένα στην κατάσταση ηρεμίας, δηλαδή οι κύριες επαφές του ηλεκτρονόμου Κ1Μ είναι ανοικτές και κατά συνέπεια ο κινητήρας δεν λειτουργεί. Δεν συνδέεται 22

26 κάποια διάταξη για τον περιορισμό του ρεύματος εκκίνησης. Η απ` ευθείας εκκίνηση ενδείκνυται μόνο για κινητήρες μικρής ισχύος. Στο κύκλωμα ισχύος από τις τρεις φάσεις L1, L2και L3μέχρι τα τυλίγματα του κινητήρα μεσολαβούν διάφορες διατάξεις προστασίας. Ο τριπολικός διακόπτης επιτρέπει την χειροκίνητη δημιουργία συνοχής του κυκλώματος. Οι ασφάλειες βραδείας τήξης F1, προστατεύουν τον κινητήρα από βραχυκυκλώματα. Ακολουθεί ο ηλεκτρονόμος Κ1Μ όπου επιτρέπει ή όχι την τροφοδοσία του κινητήρα. Στο κύκλωμα ισχύος φαίνονται μόνο οι κύριες επαφές του. Το θερμικό F2 προστατεύει τον κινητήρα από υπερεντάσεις, μέσω της βοηθητικής επαφής L1 L2 L3 S Τριπολικός διακόπτης F1 Ασφάλειες K1M Ηλεκτρονόμος F Θερμικό PE U V W M ~ 3 Σχήμα 2.7: Σχέδιο έργου πειράματος απευθείας εκκίνησης (κύκλωμα ισχύος). 23

27 Μέσω της βοηθητικής επαφής που είναι συνδεδεμένη στο κύκλωμα αυτοματισμού, το θερμικό προστατεύει από υπερεντάσεις. Εάν ενεργοποιηθεί το θερμικό, διακόπτεται η τροφοδοσία του πηνίου και ο κινητήρας τίθεται εκτός τάσης. Το θερμικό όταν ενεργοποιείται αποδιεγείρει τον Κ1Μ, σύμφωνα με το κύκλωμα ελέγχου. Ο Κ1Μ προστατεύει επίσης από έλλειψη τάσης. Εάν η τάση πέσει κάτω από ένα όριο, εξασθενεί η έλξη του ηλεκτρομαγνήτη με αποτέλεσμα το άνοιγμα του K1M. L1 Προστασία κινητήρα F F0 Προστασία κυκλώματος ελέγχου Προστασία χρήστη Stop Start K1M A1 K1M A2 N Σχήμα 2.8: Σχέδιο έργου πειράματος απευθείας εκκίνησης (κύκλωμα ελέγχου). Το Σχήμα 2.6 πληροφορεί για τα είδη προστασίας. Η ασφάλεια F0 προστατεύει το κύκλωμα ελέγχου από υπερένταση. Ο κινητήρας προστατεύεται μέσω του θερμικού F0 και ο χρήστης από το Stop. Οι ασφάλειες και τα θερμικά ενεργοποιούνται αυτόματα σε περίπτωση σφάλματος. Το μπουτόνstopδιακόπτει το κύκλωμα χειροκίνητα. 24

28 ΑΣΚΗΣΗ 1 Απευθείας εκκίνηση τριφασικού ασύγχρονου κινητήρα βραχυκυκλωμένου δρομέα Σκοπός της άσκησης Η μελέτη της συμπεριφοράς του κινητήρα κατά την απευθείας εκκίνηση του. Θεωρητικό μέρος Στην απευθείας εκκίνηση, δεν χρησιμοποιείται αυτοματισμός για τη μείωση της τάσης στα τυλίγματα του κινητήρα. Ο κινητήρας συνδέεται στο δίκτυο μέσω ενός τριπολικού διακόπτη. Η συγκεκριμένη μέθοδος εκκίνησης δεν χρησιμοποιείται σε γενικά πλαίσια, λόγω του ότι προκαλείται βύθιση της τάσης του δικτύου με άμεσο αποτέλεσμα τη δυσλειτουργία των υπολοίπων καταναλωτών. Η βύθιση τάσης είναι αποτέλεσμα του υψηλού ρεύματος εκκίνησης, το οποίο μπορεί να φτάσει 4 έως 8 φορές το ονομαστικό. Η απευθείας εκκίνηση προϋποθέτει ότι η εκκίνηση λαμβάνει χώρα σε πλήρης φόρτιση του κινητήρα. Ενδείκνυται για μικρής ισχύος κινητήρες. 25

29 Πειραματικό μέρος L1 L2 L3 S F1 K1M F PE U V W M ~ 3 Σχήμα 1.1: Σχέδιο έργου πειράματος απευθείας εκκίνησης (κύκλωμα ισχύος) 26

30 L1 F0 F Stop Start K1M A1 K1M A2 N Σχήμα 1.2: Σχέδιο έργου πειράματος απευθείας εκκίνησης (κύκλωμα ελέγχου) Αρχή λειτουργίας Το κύκλωμα του αυτοματισμού αποτελείται από το κύκλωμα ισχύος ή κυρίως κύκλωμα και το κύκλωμα ελέγχου ή βοηθητικό κύκλωμα ή δευτερεύον κύκλωμα. Το κύκλωμα ισχύος συνδέει το κινητήρια με το ηλεκτρικό δίκτυο. Το κύκλωμα ελέγχου ελέγχει το κυρίως κύκλωμα. Η μορφή του εξαρτάται από τη μορφή του κυκλώματος ισχύος. Μπορεί να περιλαμβάνει κύκλωμα σηματοδότησης που πληροφορεί για τη κατάσταση του κυκλώματος και κύκλωμα προστασίας που ελέγχει την ομαλή λειτουργία του συστήματος και του διακόπτη του σε περίπτωση δυσλειτουργίας. Σύμφωνα με το Σχήμα 1.1 ανάμεσα στις τρεις φάσεις του δικτύου και των τυλιγμάτων του κινητήρα παρεμβάλλονται ασφάλειες F1. Αυτές μαζί με τον τριπολικό διακόπτη είναι ενσωματωμένες στο τροφοδοτικό του εργαστηρίου. Η λειτουργία του αυτοματισμού είναι η εξής: Θέτοντας εντός το τριπολικό διακόπτη s και πιέζουμε το Start. Το ρεύμα ακολουθεί τον δρόμο L 1 -F2-Stop- Start-K1M-N με αποτέλεσμα το πηνίο του ηλεκτρονόμου K1M να τίθεται υπό τάση και να διεγείρεται. Η διέγερση του οδηγεί στο κλείσιμο των τριών κύριων επαφών του και της βοηθητικής. Αφήνοντας το Start αυτό επανέρχεται στη θέση ηρεμίας του. Ο K1M παραμένει σε διέγερση μέσω κυκλώματος που κλείνει με την K1M επαφή αυτοσυγκράτησης. Με το Startο κινητήρας τροφοδοτείται με την πλήρη τάση του δικτύου. Σε περίπτωση υπερφόρτισης του κινητήρας (για 27

31 παράδειγμα λόγω μεγάλου φορτίου ή διακοπής της μίας φάσης του δικτύου), το θερμικό F2 διεγείρεται με αποτέλεσμα τη διακοπή του κυκλώματος ελέγχου. Αυτό συμβαίνει εξαιτίας της αποδιέγερσης του K1M. Επίσης εάν η τάση του δικτύου εμφανίσει πτώση, τότε η έλξη του ηλεκτρομαγνήτη του K1M εξασθενεί σε τέτοιο βαθμό με αποτέλεσμα να ανοίξει ο ηλεκτρονόμος και κατ` επέκταση να σταματήσει ο κινητήρας. Ξανά μέσω του Start, ο κινητήρας τίθεται υπό τάση. Απαιτήσεις σε εξοπλισμό 1. Επαγωγικός κινητήρας βραχυκυκλωμένου δρομέα. 2. Αυτοματισμός απευθείας εκκίνησης. 3. Εύκαμπτοι αγωγοί. Πορεία πειράματος 1. Σημειώστε τα ονομαστικά στοιχεία του κινητήρα. 2. Διερευνήστε την επάρκεια του εξοπλισμού (καταλληλότητα τροφοδοτικών και οργάνων μέτρησης, ένα υπάρχουν). 3. Υλοποιήστε το σχέδιο έργου. 4. Διαπιστώστε την ορθή λειτουργία του κυκλώματος ελέγχου, χωρίς τη σύνδεση του κινητήρα. 5. Μηδενίστε την τάση και συνδέστε το κύκλωμα ισχύος. 6. Τροφοδοτείστε τον αυτοματισμό και διαπιστώστε τη λειτουργία του μέσω των Startκαι Stop. 28

32 ΑΣΚΗΣΗ 2 Εκκίνηση ασύγχρονου κινητήρα με διακόπτη αστέρα/τριγώνου Σκοπός της άσκησης Η μελέτη της συμπεριφοράς του κινητήρα κατά την εκκίνηση του με διακόπτη αστέρα/τριγώνου. Θεωρητικό μέρος O σκοπός της χρήσης του αυτοματισμού είναι η τροφοδότηση του κινητήρα με μειωμένη τάση κατά την εκκίνηση του έτσι ώστε να μειωθεί το ρεύμα εκκίνησης. Για να μπορεί να εφαρμοστεί η εν λόγω μέθοδος, θα πρέπει να το επιτρέπει η κατασκευή του κινητήρα. Για παράδειγμα, το δίκτυο χαμηλής τάσης της επιχείρησης ηλεκτρισμού αναφέρεται σε 380/220 V. Συνεπώς για να λειτουργήσει ο κινητήρας σε αυτό το δίκτυο θα πρέπει η πινακίδα να αναφέρει 380/660 V Δ/Υ ή 380 V Δ. Δηλαδή για να λειτουργήσει ο κινητήρας σε πολική τάση του δικτύου ίση με 380 V, θα πρέπει τα τυλίγματα του να είναι συνδεμένα σε τρίγωνο. Άρα κατά την εκκίνηση του, μέσω του αυτοματισμού τίθεται υπό τάση η πολική τάση του δικτύου το πολικό ρεύμα του δικτύου (ρεύμα γραμμής) Θεωρούμε τα εξής μεγέθη: η τάση πάνω στο τύλιγμα του κινητήρα όταν τα τυλίγματα είναι σε Υ το ρεύμα που διαρρέει το τύλιγμα του κινητήρα όταν τα τυλίγματα είναι σε Υ η τάση πάνω στο τύλιγμα του κινητήρα όταν τα τυλίγματα είναι σε Δ το ρεύμα που διαρρέει το τύλιγμα του κινητήρα όταν τα τυλίγματα είναι σε Δ η σύνθετη αντίσταση του τυλίγματος ανά φάση Κατά τη συνδεσμολογία Υ η τάση πάνω στο τύλιγμα του κινητήρα είναι και το ρεύμα είναι. Επίσης είναι 29

33 Κατά τη συνδεσμολογία Δ η τάση πάνω στο τύλιγμα του κινητήρα είναι U 1 Ul U l U1 και το ρεύμα είναι 1 Z Z 1 1 Επίσης είναι l 1 Από τα παραπάνω προκύπτει ότι: l 3 l 1 Δηλαδή κατά τη συνδεσμολογία Υ, το ρεύμα που διαρρέει το τύλιγμα είναι 3 φορές το ρεύμα του δικτύου. Η ροπή είναι ανάλογη με το τετράγωνο του ρεύματος T. T. στο στάτη. Υπό αυτή την έννοια, εάν και είναι η ροπή εκκίνησης όταν τα 1 τυλίγματα είναι σε Υ και Δ, αντίστοιχα, προκύπτει ότι T. T. Δηλαδή κατά τη 3 συνδεσμολογία Υ η ροπή εκκίνησης είναι μειωμένη. Στο Σχήμα 2.1 δίνονται οι δύο πιθανές συνδεσμολογίες των τυλιγμάτων. L1 L2 L3 L1 L2 L3 Uδ Ιγ Uδ=U1φ Ιδ Ι 1φ U ' 1 U 3 Ι1φ Υ Δ Σχήμα 2.1: Συνδεσμολογίες Υ και Δ. Στο Σχήμα 2.2 παρουσιάζεται το ρεύμα εκκίνησης των δύο συνδεσμολογιών ως συνάρτηση της ταχύτητας περιστροφής του δρομέα. Το ρεύμα εκκίνησης αναφέρεται στο ρεύμα γραμμής, αυτό δηλαδή που απαιτείται για την τροφοδότηση του κινητήρα. Αμφότερα το ρεύμα εκκίνησης και η ταχύτητα περιστροφής είναι εκφρασμένα στο ανά μονάδα (perunit) σύστημα. Ως μεγέθη βάσης χρησιμοποιούνται τα ονομαστικά στοιχεία, δηλαδή το ονομαστικό ρεύμα εκκίνησης και η ονομαστική ταχύτητα περιστροφής, η οποία στο Σχήμα 2.2 θεωρείται η σύγχρονη ταχύτητα. Κατά την εκκίνηση σε Υ, το ρεύμα εκκίνησης είναι διπλάσιο του ονομαστικού ενώ κατά τη συνδεσμολογία τριγώνου, το ρεύμα εκκίνησης είναι 30

34 εξαπλάσιο του ονομαστικού. Η μεταγωγή από Υ σε Δ γίνεται όταν η ταχύτητα περιστροφής του δρομέα φτάσει το 80% της σύγχρονης. Τότε ο κινητήρας τίθεται στην πλήρη τάση του δικτύου και η γραφική παράσταση του ρεύματος αναφέρεται στη συνδεσμολογία Δ. Το ρεύμα μηδενίζεται όταν η ταχύτητα περιστροφής του δρομέα ισούται με την ταχύτητα περιστροφής του μαγνητικού πεδίου (σύγχρονη ταχύτητα). Στο Σχήμα 2.3 παρουσιάζονται οι γραφικές παραστάσεις της ροπής εκκίνησης σε σχέση με την ταχύτητα των δύο συνδεσμολογιών. Επίσης φαίνεται και η ροπή εκκίνησης ενός συγκεκριμένου φορτίου. Το σημείο τομής των δύο χαρακτηριστικών (κινητήρα και φορτίου) είναι το ονομαστικό σημείο λειτουργίας του κινητήρα. Στη συνδεσμολογία Υ η ροπή εκκίνησης είναι 0.50 φορά την ονομαστική ενώ όταν τα τυλίγματα είναι σε αστέρα, η ροπή είναι 1.50 φορά την ονομαστική. Σχήμα 2.2: Ρεύμα εκκίνησης ως συνάρτηση της ταχύτητας περιστροφής. Σχήμα 2.3: Ροπή εκκίνησης ως συνάρτηση της ταχύτητας περιστροφής. 31

35 Πειραματικό μέρος L1 L2 L3 S Q F K1M K5M K3M F PE U1 V1 W1 M ~ 3 W2 U2 V2 Σχήμα 2.4: Σχέδιο έργου του κυκλώματος ισχύος. 32

36 L1 F0 13 F Q1 14 Stop Start K1M K1M K3M K1T K5M K3M K1T A1 K1M A1 K3M A1 K5M A1 A2 A2 A2 A2 N Σχήμα 2.5: Σχέδιο έργου του κυκλώματος ελέγχου. Αρχή λειτουργίας Τα κυκλώματα ισχύος και ελέγχου παρουσιάζονται στα Σχήμα 2.4 και Σχήμα 2.5. Η μεταγωγή από Υ σε Δ γίνεται μέσω του χρονικού K1T το οποίο παρέχει τη δυνατότητα ρύθμισης του χρόνου μετάβασης από το Υ σε Δ. Δηλαδή μπορεί να ρυθμιστεί ο χρόνος λειτουργίας σε συνδεσμολογία Υ. Μόλις παρέλθει ο χρόνος γίνεται η μεταγωγή. Θέτοντας εντός τον διακόπτη S και πιέζοντας το Start ο ηλεκτρονόμος K3M διεγείρεται. Πιο συγκεκριμένα, πιέζοντας το Start, το ρεύμα διέρχεται από L 1 - F2 - Stop - Start K1T - κλειστή K5M - πηνίο K3M N. Η διέγερση του K3M δημιουργεί τον αστέρα στα τυλίγματα του κινητήρα. 33

37 Ταυτόχρονα, το κλείσιμο της ανοιχτής επαφής του Κ3Μ διεγείρει τον ηλεκτρονόμο Κ1Μ με αποτέλεσμα να τροφοδοτηθεί ο κινητήρας. Η βοηθητική επαφή του Κ1Μ διατηρεί αυτή τη κατάσταση όταν δεν πιέζεται το Start. Μετά την πάροδο του ρυθμιζόμενου χρόνου, το χρονικό Κ1Τ αλλάζει κατάσταση με αποτέλεσμα την αποδιέγερση του Κ3Μ και τη διέγερση του Κ5Μ. Τα τυλίγματα του κινητήρα αλλάζουν σε Δ. Μέσω του Stop διακόπτεται η τροφοδοσία του κινητήρα. Απαιτήσεις σε εξοπλισμό 1. Επαγωγικός κινητήρας βραχυκυκλωμένου δρομέα. 2. Αυτοματισμός εκκίνησης Υ/Δ. 3. Εύκαμπτοι αγωγοί. Πορεία πειράματος 1. Σημειώστε τα ονομαστικά στοιχεία του κινητήρα. 2. Διερευνήστε την επάρκεια του εξοπλισμού (καταλληλότητα τροφοδοτικών και οργάνων μέτρησης, ένα υπάρχουν). 3. Υλοποιήστε το σχέδιο έργου. 4. Διαπιστώστε την ορθή λειτουργία του κυκλώματος ελέγχου, χωρίς τη σύνδεση του κινητήρα. 5. Μηδενίστε την τάση και συνδέστε το κύκλωμα ισχύος. 6. Τροφοδοτείστε τον αυτοματισμό και διαπιστώστε τη λειτουργία του μέσω των Start και Stop. 34

38 ΑΣΚΗΣΗ 3 Εκκίνηση ασύγχρονου κινητήρα με αυτομετασχηματιστή Σκοπός της άσκησης Η μελέτη της συμπεριφοράς του κινητήρα κατά την εκκίνηση του μέσω αυτομετασχηματιστή. Θεωρητικό μέρος Όπως και στη περίπτωση του διακόπτη Υ/Δ, ο σκοπός της χρήσης του αυτοματισμού είναι η τροφοδότηση του κινητήρα με μειωμένη τάση κατά την εκκίνηση του έτσι ώστε να μειωθεί το ρεύμα εκκίνησης. Ο κινητήρας τροφοδοτείται με μεταβαλλόμενη τάση μέσω ενός αυτομετασχηματιστή ο οποίος βγαίνει εκτός κυκλώματος όταν η εκκίνηση γίνει πλήρης. Αρχικά ο κινητήρας ξεκινάει με μειωμένη τάση. Στη συνέχεια, γίνεται άνοιγμα του ουδέτερου κόμβου. Ένα τμήμα του τυλίγματος του αυτομετασχηματιστή συνδέεται σε σειρά με κάθε φάση του στάτη του κινητήρα, με αποτέλεσμα τη δημιουργία επαγωγικής αντίδρασης. Ένας επιπλέον ηλεκτρονόμος θέτει τον κινητήρα υπό πλήρη τάσης του δικτύου. Οι δύο προηγούμενοι ηλεκτρονόμοι αποδιεγείρονται. Στα Σχήμα 3.1 και Σχήμα 3.2 παρουσιάζονται οι γραφικές παραστάσεις του ρεύματος και της ροπής εκκίνησης σε σχέση με την ταχύτητα περιστροφής. Το ρεύμα εκκίνησης μέσω τα χρήσης του αυτομετασχηματιστή είναι περίπου τριπλάσιο του ονομαστικού. Αντίστοιχα, η ροπή είναι 0.80 φορές της ονομαστικής. Ο κινητήρας τίθεται στην πλήρη τάση κοντά στο 80% της σύγχρονης ταχύτητας. Σχήμα 3.1: Ρεύμα εκκίνησης ως συνάρτηση της ταχύτητας περιστροφής. 35

39 Σχήμα 3.2: Ροπή εκκίνησης ως συνάρτηση της ταχύτητας περιστροφής. Πειραματικό μέρος L1 L2 L3 S Q F K1M K41M U1 1V1 1W1 2W1 2V1 2U1 F A/MT U2 V2 W2 U V W PE K3M M ~ 3 Σχήμα 3.3: Σχέδιο έργου του κυκλώματος ισχύος. 36

40 L1 F F2 Q Stop Start K41M K1M K41T K41T K1M 31 K3M K1M A1 A1 A1 A1 K41M A2 K41T K1M K3M A2 A2 A2 N Σχήμα 3.4: Σχέδιο έργου του κυκλώματος ελέγχου. Αρχή λειτουργίας Η διέγερση του Κ3Μ λαμβάνει χώρα πατώντας το Start. Επίσης, έχουμε διέγερση του Κ41Μ και του χρονικού Κ41Τ. Αυτό οδηγεί στη διέγερση του κυκλώματος μέσω της Κ41Τ/ Μετά την πάροδο του χρόνου του Κ41Τ, ανοίγει η κλειστή επαφή 37

41 Κ41Τ/55-56, γεγονός που έχει ως αποτέλεσμα την αποδιέγερση του αστέρα Κ3Μ. Επίσης, κλείνει η ανοικτή επαφή Κ41Τ/67-68 με αποτέλεσμα τη διέγερση του Κ1Μ. Ομοίως, ανοίγει η κλειστή επαφή Κ1Μ/32-31 με συνέπεια την αποδιέγερση του Κ41Μ, γεγονός που αποσυνδέει τον αυτομετασχηματιστή. Πλέον ο κινητήρας τίθεται στην πλήρη τάση του δικτύου. Ο κινητήρας τίθεται εκτός μέσω του Stop. Απαιτήσεις σε εξοπλισμό 1. Επαγωγικός κινητήρας βραχυκυκλωμένου δρομέα. 2. Αυτοματισμός εκκίνησης με αυτομετασχηματιστή. 3. Αυτομετασχηματιστής. 4. Εύκαμπτοι αγωγοί. Πορεία πειράματος 1. Σημειώστε τα ονομαστικά στοιχεία του κινητήρα. 2. Διερευνήστε την επάρκεια του εξοπλισμού (καταλληλότητα τροφοδοτικών και οργάνων μέτρησης, ένα υπάρχουν). 3. Υλοποιήστε το σχέδιο έργου. 4. Διαπιστώστε την ορθή λειτουργία του κυκλώματος ελέγχου, χωρίς τη σύνδεση του κινητήρα. 5. Μηδενίστε την τάση και συνδέστε το κύκλωμα ισχύος. 6. Τροφοδοτείστε τον αυτοματισμό και διαπιστώστε τη λειτουργία του μέσω των Start και Stop. 38

42 ΑΣΚΗΣΗ 4 Αλλαγή φοράς περιστροφής ασύγχρονου κινητήρα Σκοπός της άσκησης Η υλοποίηση της συνδεσμολογίας για την αλλαγή φοράς περιστροφής. Θεωρητικό μέρος Η αλλαγή φοράς περιστροφής γίνεται με αντιμετάθεση της συνδεσμολογίας των δύο φάσεων. Για παράδειγμα, θεωρούμε ένα συμμετρικό σύστημα τάσεων RST το οποίο εκφράζεται μέσω τριών στρεφόμενων διανυσμάτων. Το σύστημα των στρεφόμενων διανυσμάτων περιστρέφεται ανθωρολογιακά με ταχύτητα ω=2πf. Ένας ακίνητος παρατηρητής θα βλέπει την αλληλουχία R-S-T. Εάν θεωρήσουμε αντιμετάθεση των δύο φάσεων, π.χ. η R με την S, ο παρατηρητής θα βλέπει S-R-T. Δηλαδή, το σύστημα R-S-T θα φτάσει στον κινητήρα μόνο εάν αλλάξει η φοράς περιστροφής (το S-R-T θα γίνει R-S-T). Η αντιμετάθεση των δύο φάσεων έχει ως αποτέλεσμα την αλλαγή φοράς περιστροφής του στρεφόμενου μαγνητικού πεδίου και κατ` επέκταση, την αλλαγή φορά περιστροφής του δρομέα. Στο συγκεκριμένο πείραμα, η αλλαγή φοράς γίνεται με τη χρήση δύο ηλεκτρονόμων. Η αλλαγή φοράς δεν γίνεται ακαριαία, γεγονός που ενδεχόμενα θα οδηγούσε σε μηχανική καταπόνηση, αλλά μέσω της χρήσης του Stop. Ο κινητήρας σταματάει και στην συνέχεια, ξεκινάει με αντίθετη φορά. Η υλοποίηση του κυκλώματος θα πρέπει να είναι τέτοια έτσι ώστε η λειτουργία κατά την μία φορά περιστροφής να αποκλείει τη λειτουργία με την αντίθετη φορά καθώς ο κινητήρας είναι υπό τάση (ηλεκτρική μανδάλωση). Πειραματικό μέρος Τα κυκλώματα ισχύος και ελέγχου παρουσιάζονται στο Σχήμα 4.1 και στο Σχήμα 4.2, αντίστοιχα. Το κύκλωμα ισχύος περιλαμβάνει δύο ηλεκτρονόμους. Κάθε ένας αναφέρεται σε συγκεκριμένη φορά περιστροφής και σε συγκεκριμένο μπουτόν Start. 39

43 L1 L2 L3 S Q F K1M K2M F2 F PE U V W M ~ 3 Σχήμα 4.1: Σχέδιο έργου του κυκλώματος ισχύος. 40

44 L1 F0 F Q Stop 22 II 21 I Start I&II I K1M K2M II K2M K1M A1 A1 K1M K2M A2 A2 N Σχήμα 4.2: Σχέδιο έργου του κυκλώματος ελέγχου 41

45 42

46 Αρχή λειτουργίας Mέσω του Start Ι διεγείρεται ο Κ1Μ και ο κινητήρας περιστρέφεται δεξιόστροφα. Η ανοιχτή βοηθητική επαφή Κ1Μ/14-13 κλείνει με αποτέλεσμα το κύκλωμα να διατηρεί τη συνέχεια του και κινητήρας να είναι υπό τάση. Επίσης, η κλειστή Κ1Μ/22-21 έχει ανοίξει γεγονός που αποτρέπει την διέγερση του Κ2Μ. Το Stop θέτει τον κινητήρας εκτός. Το StartII διεγείρει τον Κ2Μ με συνέπεια ο κινητήρας να περιστρέφεται κατά αντίθετη φορά. Απαιτήσεις σε εξοπλισμό 1. Επαγωγικός κινητήρας βραχυκυκλωμένου δρομέα. 2. Αυτοματισμός αλλαγής φοράς περιστροφής. 3. Εύκαμπτοι αγωγοί. Πορεία πειράματος 1. Σημειώστε τα ονομαστικά στοιχεία του κινητήρα. 2. Διερευνήστε την επάρκεια του εξοπλισμού (καταλληλότητα τροφοδοτικών και οργάνων μέτρησης, ένα υπάρχουν). 3. Υλοποιήστε το σχέδιο έργου. 4. Διαπιστώστε την ορθή λειτουργία του κυκλώματος ελέγχου, χωρίς τη σύνδεση του κινητήρα. 5. Μηδενίστε την τάση και συνδέστε το κύκλωμα ισχύος. 6. Τροφοδοτείστε τον αυτοματισμό και διαπιστώστε τη λειτουργία του μέσω των Start και Stop. 43

47 ΑΣΚΗΣΗ 5 Δυναμική πέδηση ασύγχρονου κινητήρα Σκοπός της άσκησης H υλοποίηση κυκλώματος ροοστατικής πέδησης του κινητήρα. Θεωρητικό μέρος Πέδηση ονομάζεται η μεταβατική κατάσταση ενός κινητήριου συστήματος από την κίνηση στην στάση ή σε ταχύτητα μικρότερη της αρχικής. Η πέδηση αναφέρεται στη διαδικασία επιβράδυνσης, μείωσης της ταχύτητας, ενός ηλεκτρικού κινητήρα. Σε κατάσταση πέδησης μπορεί βρεθεί ένας περιστρεφόμενος κινητήρας, αντιστρέφοντας τη φορά του στρεφόμενου μαγνητικού πεδίου αντιμεταθέτοντας την τροφοδοσία σε δύο από τους τρεις ακροδέκτες στο ακροκιβώτιο. Καθώς το πεδίο και ο δρομέας στρέφονται τότε σε αντίθετες φορές, η ολίσθηση γίνεται μεγαλύτερη από 1. Ένας αποτελεσματικός τρόπος για την πέδηση του κινητήρα είναι να αποσυνδεθεί από την AC πηγή και να συνδεθεί σε κατάλληλη πηγή DC. Η κατανομή του ρεύματος είναι ταυτόσημη με αυτή του AC, όταν μία φάση έχει τη μέγιστη τιμή του ρεύματος. Το μαγνητικό πεδίο είναι τώρα στάσιμο και η μηχανή φρενάρει γρήγορα, λειτουργώντας σαν βραχυκυκλωμένη γεννήτρια DC ρεύματος. Η κινητική ενέργεια των στρεφόμενων μαζών μετατρέπεται σε θερμότητα Joule στα τυλίγματα της μηχανής. Τα είδη της πέδησης διακρίνονται σε 3 κατηγορίες: 1. Ελεύθερη πέδηση: Όταν η ροπή αδράνειας του μηχανισμού περιστροφής είναι σχετικά μικρή, ο κινητήρας μπορεί να σταματήσει εάν διακοπεί η τροφοδοσία του. Η ταχύτητα του κινητήρα μειώνεται λόγω των μηχανικών απωλειών (τριβών) και της ροπής φορτίου (εάν υπάρχει φορτίο). 2. Μηχανική πέδηση: Μέσω δισκόφρενων εμποδίζεται η κίνηση του άξονα. Η θερμότητα που ελευθερώνεται εμφανίζεται εκτός κινητήρα (πάνω στους μηχανισμούς πέδησης). 3. Ηλεκτρική πέδηση: Το πλεονέκτημα είναι ότι μπορεί να ρυθμιστεί ο χρόνος πέδησης. Υπάρχει επίσης η δυνατότητα επιστροφής της ηλεκτρικής ενέργειας πέδησης στο δίκτυο μετατρέποντας την κινητική ενέργεια σε ηλεκτρική. Διακρίνουμε 3 μεθόδους ηλεκτρικής πέδησης των ασύγχρονων κινητήρων: Δυναμική πέδηση με συνεχές ρεύμα (ροοστατική πέδηση), δυναμική πέδηση με αλλαγή του αριθμού των πόλων και δυναμική πέδηση με αντιμετάθεση των δύο φάσεων τροφοδοσίας (ηλεκτρομαγνητική πέδηση). Στην παρούσα εργαστηριακή άσκηση εξετάζεται η ροοστατική πέδηση. Ο κινητήρας αποσυνδέεται από το δίκτυο και τροφοδοτείται με συνεχές ρεύμα μέσω ανορθωτικής διάταξης. Κατά την διαδικασία της πέδησης, οι δύο φάσεις του 44

48 τυλίγματος του στάτη συνδέονται σε σειρά και διεγείρονται με συνεχές ρεύμα. Η συγκεκριμένη κατάσταση λειτουργίας είναι ανάλογη της σύγχρονης γεννήτριας με ανεστραμμένα χωροταξικά τα τυλίγματα διέγερσης και τυμπάνου. Δηλαδή στη περίπτωση αυτή το τύλιγμα διέγερσης βρίσκεται στο σταθερό μέρος, ενώ το τύλιγμα του δρομέα αποτελεί το τύλιγμα τυμπάνου της γεννήτριας. Η κινητική ενέργεια των στρεφόμενων μαζών του συστήματος μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια στο ωμικό μέρος του τυλίγματος του δρομέα. Ένα πλεονέκτημα της μεθόδου είναι ότι μετά το μηδενισμό των στροφών, η μηχανή σταματάει ολοκληρωτικά, δηλαδή δεν υπάρχει το φαινόμενο της επανεκκίνησης. Πειραματικό μέρος Στο Σχήμα 5.1 δίνεται το σχέδιο έργου για την υλοποίηση του πειράματος. Η εναλλασσόμενη και η συνεχής τάση δεν εφαρμόζονται ταυτόχρονα στο στάτη. Η συνεχής τάση παράγεται μέσω της ανορθωτικής διάταξης. Ο μετασχηματιστής χρησιμοποιείται για να υποβιβάσει την τάση στην τάση λειτουργίας του ανορθωτή. Το χρονικό χρησιμοποιείται για να ρυθμίσει το χρόνο κατά τον οποίο ο άξονας του κινητήρα θα είναι ακινητοποιημένος. Μετά την πάροδο του χρόνου, ο άξονας αποδεσμεύεται (δεν εφαρμόζεται συνεχές ρεύμα) και μπορεί ο κινητήρας να τεθεί πάλι υπό την εναλλασσόμενη τάση, μέσω του Start. 45

49 Αρχή λειτουργίας Σχήμα 5.1: Σχέδιο έργου κυκλώματος ισχύος και ελέγχου. Πατώντας το Start εφαρμόζεται τάση στα τυλίγματα του κινητήρα, μέσω του Κ3Μ. Ταυτόχρονα, ανοίγουν οι κανονικά κλειστές επαφές του Κ3Μ με αποτέλεσμα την μανδάλωση των Κ1Μ και Κ1Τ. Επιπλέον, μια από τις κανονικά ανοιχτές επαφές του Κ3Μ κλείνει και διατηρεί τη συνοχή του κυκλώματος όταν δεν πιέζεται το Start. Μέσω του Stop, ο Κ3Μ τίθεται εκτός τάσης και το κύκλωμα ισχύος διακόπτεται. Ο κινητήρας δεν είναι υπό τάση. Η κανονικά κλειστή επαφή του Κ3Μ διεγείρει τον Κ1Μ, ο οποίος ενεργοποιείται μέσω των κανονικά κλειστών επαφών του Start και του χρονικού Κ1Τ.Μία από τις κανονικά ανοιχτές επαφές του Κ1Μ διεγείρουν το Κ1Τ. Μέσω των δύο κύριων ανοιχτών επαφών του Κ1Μ εφαρμόζεται συνεχή τάση στα τυλίγματα του κινητήρα. Οι κανονικά κλειστές επαφές του Κ1Μ που τώρα είναι 46

50 ανοιχτές, είναι υπεύθυνες για τη μανδάλωση του Κ3Μ καθ` όλη τη διάρκεια εφαρμογής της συνεχούς τάσης. Η ενεργοποίηση του Κ1Τ μετά από τον εκ των προτέρων ρυθμισμένο χρόνου, διακόπτει την συνεχή τάση με αποτέλεσμα την αποδέσμευση του δρομέα. Απαιτήσεις σε εξοπλισμό 1. Επαγωγικός κινητήρας βραχυκυκλωμένου δρομέα. 2. Αυτοματισμός ηλεκτρικής πέδησης. 3. Εύκαμπτοι αγωγοί. Πορεία πειράματος 1. Σημειώστε τα ονομαστικά στοιχεία του κινητήρα. 2. Διερευνήστε την επάρκεια του εξοπλισμού (καταλληλότητα τροφοδοτικών και οργάνων μέτρησης, ένα υπάρχουν). 3. Υλοποιήστε το σχέδιο έργου. 4. Διαπιστώστε την ορθή λειτουργία του κυκλώματος ελέγχου, χωρίς τη σύνδεση του κινητήρα. 5. Μηδενίστε την τάση και συνδέστε το κύκλωμα ισχύος. 6. Τροφοδοτείστε τον αυτοματισμό και διαπιστώστε τη λειτουργία του μέσω των Start και Stop. 47

51 ΑΣΚΗΣΗ 6 Βαθμός απόδοσης και χαρακτηριστική ροπής ασύγχρονου κινητήρα Σκοπός της άσκησης Ο υπολογισμός του βαθμού απόδοσης και ο σχεδιασμός της χαρακτηριστικής ροπής-ταχύτητας του κινητήρα. Θεωρητικό μέρος Σκοπός της παρούσας εργαστηριακής άσκησης είναι ο υπολογισμός της απόδοσης για διαφορετικό φορτίο και η εξαγωγή της χαρακτηριστικής ροπής-ταχύτητας περιστροφής. Ως φορτίο χρησιμοποιείται ένα ροπόμετρο που ασκεί πέδη στο δρομέα. Το πείραμα εκτελείται ξεχωριστά για συνδεσμολογία Δ στα τυλίγματα. Η απόδοση του κινητήρα υπολογίζεται ως: P P P P 2 L (%) 100% 100% 1 el (6.1) όπου : P P T 2 L L P1 Pel 3V LI L cos T L n 2 60 n : η ισχύς εξόδου του κινητήρα : η ισχύς εισόδου του κινητήρα : η ροπή φορτίου : η ταχύτητα περιστροφής του δρομέα σε rad/s : η ταχύτητα περιστροφής του δρομέα σε rpm 48

52 V L I L : η πολική τάση του δικτύου : το ρεύμα γραμμής Πειραματικό μέρος Στο Σχήμα 6.1 δίνεται το σχέδιο έργου για τη διεξαγωγή του πειράματος. Μετά το τροφοδοτικό, συνδέονται σε σειρά τριφασικό βαττόμετρο και αμπερόμετρο. Επίσης ένα βολτόμετρο μετράει την πολική τάση στο τύλιγμα. M ~ 3 Υ Δ U1 V1 W1 W2 U2 V2 I M/T W U U IL3 L1 L2 L3 N Σχήμα 6.1: Σχέδιο έργου για την διεξαγωγή του πειράματος. 49

53 Απαιτήσεις σε εξοπλισμό 1. Επαγωγικός κινητήρας βραχυκυκλωμένου δρομέα. 2. Βολτόμετρο AC ανάλογο της ονομαστικής τάσης της γραμμής. 3. Αμπερόμετρο ΑC ανάλογα του ονομαστικού ρεύματος της γραμμής. 4. Ροπόμετρο 5. Τριφασικό βαττόμετρο. 6. Εύκαμπτοι αγωγοί. Πορεία πειράματος 1. Σημειώστε τα ονομαστικά στοιχεία του κινητήρα. 2. Διερευνήστε την επάρκεια του εξοπλισμού (καταλληλότητα τροφοδοτικών και οργάνων μέτρησης). 3. Υλοποιήστε το σχέδιο έργου. 4. Αρχικά ρυθμίστε το ροπόμετρο έτσι ώστε να δείχνει μηδενική ροπή. 5. Τροφοδοτείστε προοδευτικά από 0 έως την ονομαστική τάση τα τυλίγματα του κινητήρα. 6. Μετρήστε την τάση, το ρεύμα, την ισχύ, την ροπή και την ταχύτητα περιστροφής. 7. Μεταβάλλετε την ροπή έτσι ώστε να ο κινητήρας να απορροφήσει την απαιτούμενη από το πείραμα ένταση. Μετρήστε την ισχύ, την ροπή και την ταχύτητα. 8. Επαναλάβατε για τις υπόλοιπες τιμές του ρεύματος. 9. Καθ όλη την διάρκεια του πειράματος, διατηρείστε την τάση σταθερή στην ονομαστική τιμή. 10. Μετά την ολοκλήρωση του πειράματος μηδενίστε την τάση. 11. Στην συνέχεια επαναλάβετε το πείραμα για νέα τιμή της τάσης ίσης με το 80% της ονομαστικής. Άσκηση 1. Για το πείραμα με την ονομαστική τάση, μεταφέρετε τις μετρήσεις στον πίνακα μετρήσεων Για το πείραμα με το 80% της ονομαστικής τάσης, μεταφέρετε τις μετρήσεις στον πίνακα μετρήσεων 2. 50

54 3. Για το πείραμα με την ονομαστική τάση, υπολογίστε τα μεγέθη του πίνακα υπολογισμών Για το πείραμα με το 80% της ονομαστικής τάσης, υπολογίστε τα μεγέθη του πίνακα υπολογισμών Στο ίδιο διάγραμμα, σχεδιάστε τις καμπύλες f ( P ) για τα δύο πειράματα. 6. Στο ίδιο διάγραμμα, σχεδιάστε τις καμπύλες για τα δύο πειράματα. 7. Στο ίδιο διάγραμμα, σχεδιάστε τις καμπύλες T f ( n) για τα δύο πειράματα. 8. Στο ίδιο διάγραμμα, σχεδιάστε τις καμπύλες T f ( P) για τα δύο πειράματα. T L L 2 f ( s) L 2 51

55 -Πίνακας μετρήσεων 1- U (V) I 1 (A) P 1 (W) Τ L (W) n (rpm) -Πίνακας μετρήσεων 2- U (V) I 1 (A) P 1 (W) Τ L (W) n (rpm) -Πίνακας υπολογισμών 1- ω(rad/s) P 2 (W) η (%) s -Πίνακας υπολογισμών 2- ω(rad/s) P 2 (W) η (%) s 52

56 ΑΣΚΗΣΗ 7 Ρεύμα εκκίνησης με ακινητοποιημένο δρομέα Σκοπός της άσκησης Ο έμμεσος υπολογισμός του ρεύματος εκκίνησης κατά την ονομαστική λειτουργία. Θεωρητικό μέρος Ο κινητήρας κατά την εκκίνηση απορροφάει υψηλό ρεύμα από το δίκτυο, πολλαπλάσιο του ονομαστικού. Για τον περιορισμό του ρεύματος εκκίνησης, σε προηγούμενες εργαστηριακές ασκήσεις μελετήθηκαν τα αντίστοιχα κυκλώματα αυτοματισμών. Σκοπός της παρούσας εργαστηριακής άσκησης είναι ο έμμεσος υπολογισμός του ρεύματος εκκίνησης στην ονομαστική τάση. Το ρεύμα εκκίνησης όταν ο κινητήρας τροφοδοτείται με ονομαστική τάση είναι τόσο υψηλό που δεν μπορεί να μετρηθεί στο εργαστήριο. Ο έμμεσος υπολογισμός του περιλαμβάνει τον υπολογισμό εκείνης της τάσης, ώστε με ακινητοποιημένο δρομέα, θα αντιστοιχεί στο ονομαστικό ρεύμα. Στη συνέχεια προεκτείνοντας την καμπύλη του ρεύματος, μπορεί να υπολογιστεί το ρεύμα στην ονομαστική τάση. Η ακινητοποίηση του δρομέα αναφέρεται σε περίπτωση που ο κινητήρας έχει ένα μεγάλο φορτίο συνδεδεμένο στον άξονα του. Το ρεύμα εκκίνησης υπολογίζεται ξεχωριστά για συνδεσμολογίες Υ και Δ των τυλιγμάτων. Πειραματικό μέρος Στο Σχήμα 7.1 δίνεται το σχέδιο έργου για τη διεξαγωγή του πειράματος. Μετά το τροφοδοτικό, υπάρχει σε σειρά με το τύλιγμα αμπερόμετρο. Το βολτόμετρο μετράει την πολική τάση στο τύλιγμα. Δεν υπάρχει σύνδεση του ροπομέτρου. 53

57 M ~ 3 Υ Δ U1 V1 W1 W2 U2 V2 U V W L1 L2 L3 U IL3 L1 L2 L3 Σχήμα 7.1: Σχέδιο έργου για την διεξαγωγή του πειράματος. Απαιτήσεις σε εξοπλισμό 1. Επαγωγικός κινητήρας βραχυκυκλωμένου δρομέα. 2. Βολτόμετρο AC ανάλογο της ονομαστικής τάσης της γραμμής. 3. Αμπερόμετρο ΑC ανάλογα του ονομαστικού ρεύματος της γραμμής. 4. Εύκαμπτοι αγωγοί. 54

58 Πορεία πειράματος 1. Σημειώστε τα ονομαστικά στοιχεία του κινητήρα. 2. Διερευνήστε την επάρκεια του εξοπλισμού (καταλληλότητα τροφοδοτικών και οργάνων μέτρησης). 3. Υλοποιήστε το σχέδιο έργου. 4. Αρχικά συνδέστε τα τυλίγματα σε Υ. 5. Κρατείστε τον άξονα του κινητήρα με το χέρι. 6. Αρχικά μετρήστε το ρεύμα για μηδενική τάση. 7. Τροφοδοτείστε προοδευτικά από 0 έως εκείνη την τιμή του ρεύματος που απαιτείται από το πείραμα. 8. Μετρήστε την τάση. 9. Επαναλάβατε για τις υπόλοιπες τιμές του ρεύματος κρατώντας τον δρομέα ακινητοποιημένο. 10. Μετά την ολοκλήρωση του πειράματος μηδενίστε την τάση. 11. Στην συνέχεια επαναλάβετε το πείραμα για συνδεσμολογία Δ. Άσκηση 1. Για το πείραμα με τη συνδεσμολογία Υ, μεταφέρετε τις μετρήσεις στον πίνακα μετρήσεων Για το πείραμα με τη συνδεσμολογία Δ, μεταφέρετε τις μετρήσεις στον πίνακα μετρήσεων Από τον πίνακα μετρήσεων 1 υπολογίστε την μέση τιμή της αντίστασης του τυλίγματος. 4. Υπολογίστε το ρεύμα εκκίνησης στην ονομαστική τάση (σύνδεση τυλιγμάτων σε Υ) ως Y U N Y 5. I. όπου U Y N είναι η ονομαστική τάση του κινητήρα σε συνδεσμολογία Υ και Z Y Z mean είναι η μέση τιμή της αντίστασης των τυλιγμάτων σε συνδεσμολογία Υ. 6. Από τον πίνακα μετρήσεων 2 υπολογίστε την μέση τιμή της αντίστασης του τυλίγματος. 7. Υπολογίστε το ρεύμα εκκίνησης στην ονομαστική τάση (σύνδεση τυλιγμάτων σε Δ) ως I. και mean U Z N mean όπου U N είναι η ονομαστική τάση του κινητήρα σε συνδεσμολογία Δ είναι η μέση τιμή της αντίστασης των τυλιγμάτων σε συνδεσμολογία Δ. 55

59 -Πίνακας μετρήσεων 1- U (V) I 1 (A) -Πίνακας μετρήσεων 2- U (V) I 1 (A) 56

60 ΑΣΚΗΣΗ 8 Ροπή εκκίνησης με ακινητοποιημένο δρομέα Σκοπός της άσκησης Ο έμμεσος υπολογισμός της ροπής εκκίνησης κατά την ονομαστική λειτουργία. Θεωρητικό μέρος Σκοπός της παρούσας εργαστηριακής άσκησης είναι ο έμμεσος υπολογισμός της ροπής εκκίνησης στην ονομαστική τάση. Η ροπή εκκίνησης υπολογίζεται με ακινητοποιημένο δρομέα. Γίνεται χρήση μιας μεθόδου που περιλαμβάνει τον υπολογισμό των απωλειών. Η ροπή εκκίνησης είναι δύσκολο να μετρηθεί απ ευθείας, γι αυτό χρησιμοποιούμε μια έμμεση μέθοδος στην οποία την υπολογίζουμε μέσω της ισχύος διακένου και της σύγχρονης ταχύτητας περιστροφής. Ο υπό εξέταση κινητήρας είναι τετραπολικός (2 ζεύγη πόλων) και συνδέεται στο δίκτυο των 50 Hz, συνεπώς η ταχύτητα περιστροφής του μαγνητικού πεδίου είναι 1500 rpm. Συνεπώς το πρόβλημα του υπολογισμού της ροπής εκκίνησης ανάγεται στον υπολογισμό της ισχύος διακένου. Από το διάγραμμα ροής της ισχύος του κινητήρα, προκύπτει ότι η ισχύς διακένου μπορεί να υπολογιστεί εάν από την ισχύ εισόδου αφαιρεθούν οι απώλειες του τυλίγματος του στάτη και απώλειες πυρήνα, δηλαδή: P P P P AG 1 SCL core (8.1) Όπου: P1 Pel 3V LI L cos P SCL P core R 1 V L I L cos 3I R 2 L 1 : η ισχύς εισόδου του κινητήρα : η ισχύς απωλειών στα τυλίγματα του στάτη : η ισχύς απωλειών πυρήνα : η ωμική αντίσταση ανά φάση των τυλιγμάτων του στάτη : η πολική τάση του δικτύου : το ρεύμα γραμμής : ο συντελεστής ισχύος του κινητήρα 57

61 Επειδή το ρεύμα εκκίνησης είναι υψηλό, υπολογίζουμε το ρεύμα εκκίνησης στη τιμή που ισούται στο ονομαστικό ρεύμα του κινητήρα. Αυτό σημαίνει ότι θα πρέπει ο δρομέας να είναι ακινητοποιημένος και να τον τροφοδοτήσουμε με μία χαμηλή τάση η οποία θα μας δώσει το ονομαστικό ρεύμα. Η ροπή εκκίνησης υπολογίζεται ξεχωριστά για συνδεσμολογίες Υ και Δ των τυλιγμάτων. Πειραματικό μέρος Στο Σχήμα 8.1 δίνεται το σχέδιο έργου για τη διεξαγωγή του πειράματος. Μετά το τροφοδοτικό, υπάρχει σε σειρά με το τύλιγμα βαττόμετρο και αμπερόμετρο. Το βολτόμετρο μετράει την πολική τάση στο τύλιγμα. Δεν υπάρχει σύνδεση του ροπομέτρου. M ~ 3 Υ Δ U1 V1 W1 W2 U2 V2 W IL3 U L1 L2 L3 N Σχήμα 8.1: Σχέδιο έργου για την διεξαγωγή του πειράματος. 58

62 Απαιτήσεις σε εξοπλισμό 1. Επαγωγικός κινητήρας βραχυκυκλωμένου δρομέα. 2. Βολτόμετρο AC ανάλογο της ονομαστικής τάσης της γραμμής. 3. Αμπερόμετρο ΑC ανάλογα του ονομαστικού ρεύματος της γραμμής. 4. Τριφασικό βαττόμετρο. 5. Ωμόμετρο. 6. Εύκαμπτοι αγωγοί. Πορεία πειράματος 1. Σημειώστε τα ονομαστικά στοιχεία του κινητήρα. 2. Διερευνήστε την επάρκεια του εξοπλισμού (καταλληλότητα τροφοδοτικών και οργάνων μέτρησης). 3. Υλοποιήστε το σχέδιο έργου. 4. Αρχικά συνδέστε τα τυλίγματα σε Υ. 5. Μετρήστε με ωμόμετρο την αντίσταση 6. Κρατείστε τον άξονα του κινητήρα με το χέρι. 7. Τροφοδοτείστε με τάση προοδευτικά από 0 έως εκείνη της τάσης που αντιστοιχεί στο ονομαστικό ρεύμα. 8. Μετρήστε την τάση και την ισχύ. 9. Μετά την ολοκλήρωση του πειράματος μηδενίστε την τάση. 10. Στην συνέχεια επαναλάβετε το πείραμα για συνδεσμολογία Δ. R 1. Άσκηση 1. Για το πείραμα με τη συνδεσμολογία Υ, μεταφέρετε τις μετρήσεις στον πίνακα μετρήσεων Για το πείραμα με τη συνδεσμολογία Δ, μεταφέρετε τις μετρήσεις στον πίνακα μετρήσεων Η ισχύς απωλειών πυρήνα εξαρτάται από την τάση εισόδου. Επειδή η τάση είναι χαμηλή, θεωρείστε 4. Από τον πίνακα μετρήσεων 1 υπολογίστε την ισχύ απωλειών στα τυλίγματα του στάτη για συνδεσμολογία Υ. 5. Από τον πίνακα μετρήσεων 1 υπολογίστε την ισχύ απωλειών στα τυλίγματα του στάτη για ( ) συνδεσμολογία Δ. 6. Υπολογίστε από τους δύο πίνακες τις τιμές της ισχύος διακένου. 59

63 7. Υπολογίστε από τους δύο πίνακες τις τιμές της ροπής εκκίνησης για ακινητοποιημένο δρομέα, και 8. Ανάγετε τις τιμές της ροπής εκκίνησης στην ονομαστική τάση κάθε συνδεσμολογίας: ( ) και ( ) όπου και η ονομαστική τάση σε συνδεσμολογία Υ και Δ, αντίστοιχα. 9. Μεταφέρατε τους υπολογισμούς στους πίνακες υπολογισμών 1 και 2. U (V) -Πίνακας μετρήσεων 1- I 1 (A) P (W) R 1 (Ω) U (V) I 1 (A) P (W) R 1 (Ω) -Πίνακας μετρήσεων 2-60

64 PSCL(W) ω(rad/s) PAG (W) Τ εκκ. (Νm) Τ Nεκκ. (Νm) -Πίνακας υπολογισμών 1- -Πίνακας υπολογισμών 2- PSCL(W) ω(rad/s) P AG (W) Τ εκκ. (Νm) Τ Nεκκ. (Νm) 61

65 ΑΣΚΗΣΗ 9 Ρεύμα εκκίνησης, βαθμός απόδοσης και χαρακτηριστική ροπής ασύγχρονου κινητήρα δακτυλιοφόρου δρομέα Σκοπός της άσκησης Ο υπολογισμός του βαθμού απόδοσης και ο σχεδιασμός της χαρακτηριστικής ροπής-ταχύτητας κινητήρα δακτυλιοφόρου δρομέα. Θεωρητικό μέρος Η παρούσα εργαστηριακή άσκηση επικεντρώνεται στον κινητήρα δακτυλιοφόρου δρομέα. Σκοπός της άσκησης είναι η μέτρηση του ρεύματος εκκίνησης για διαφορετική τιμή των αντιστάσεων εκκίνησης, ο υπολογισμός του βαθμού απόδοσης και η εξαγωγή της χαρακτηριστικής ροπής. Στο Σχήμα 9.1 παρουσιάζεται η επίδραση των αντιστάσεων εκκίνησης στη χαρακτηριστική ροπής-ταχύτητας. Η αύξηση της τιμής αντίστασης μετατοπίζει το σημείο ανατροπής προς μικρότερες ταχύτητες. Το σημείο ανατροπής για όλες τις τιμές αντιστάσεων διατηρεί την ίδια τιμή αλλά μετατοπίζεται και εμφανίζεται για διαφορετικές ταχύτητες. Σχήμα 9.1: Η επίδραση της μεταβολής των αντιστάσεων εκκίνησης στη χαρακτηριστική ροπήςταχύτητας του κινητήρα δακτυλιοφόρου δρομέα. Για πολύ μικρές αντιστάσεις, η ροπή και η ταχύτητα περιστροφής γίνονται ανάλογες. Οι κινητήρες δακτυλιοφόρου δρομέα χρησιμοποιούνται για τη κάλυψη μεγάλων φορτίων και όταν απαιτείται αρκετά ακριβής έλεγχος της ταχύτητας. 62

66 Πειραματικό μέρος Στο Σχήμα 9.2 δίνεται το σχέδιο έργου για τη διεξαγωγή του πειράματος. Μετά το τροφοδοτικό, υπάρχει σε σειρά με το τύλιγμα βαττόμετρο και αμπερόμετρο. Το βολτόμετρο μετράει την πολική τάση στο τύλιγμα. Αρχικά θα μετρηθεί το ρεύμα εκκίνησης για ακινητοποιημένο δρομέα για τρεις τιμές αντίστασης εκκίνησης. Ο εκκινητής που χρησιμοποιείται περιλαμβάνει αντιστάσεις σε σύνδεση αστέρα. Εάν η αντίσταση ανά φάση του εκκινητή, τότε στα άκρα του εάν συνδεθεί ωμόμετρο, αυτό θα μετρήσει μέτρησης Το ρεύμα εκκίνησης θα μετρηθεί για Φ Ω Φ 45Ω Φ Ω επομένως ο εκκινητής θα πρέπει να ρυθμιστεί ώστε το ωμόμετρο να δείξει μέτρησης Ω μέτρησης 9 Ω μέτρησης Ω αντίστοιχα. Οι ακροδέκτες του κινητήρα είναι 9. Οι πρώτοι 6 αναφέρονται στα τυλίγματα του στάτη και οι υπόλοιποι τρεις στα ελεύθερα άκρα του δρομέα. Οι 3 υπόλοιποι ακροδέκτες είναι συνδεδεμένοι σε αστέρα στο εσωτερικό της μηχανής. Σε όλες τα πειράματα, ο στάτης συνδέεται σε αστέρα. M ~ 3 I2 Y/Δ U1 V1 W1 W2 U2 V2 W IL3 U L1 L2 L3 N Σχήμα 9.1: Σχέδιο έργου για την διεξαγωγή του πειράματος. 63

67 Απαιτήσεις σε εξοπλισμό 1. Επαγωγικός κινητήρας δακτυλιοφόρου δρομέα. 2. Βολτόμετρο AC ανάλογο της ονομαστικής τάσης της γραμμής. 3. Αμπερόμετρο ΑC ανάλογα του ονομαστικού ρεύματος της γραμμής. 4. Τριφασικό βαττόμετρο. 5. Ωμόμετρο. 6. Εύκαμπτοι αγωγοί. 7. Ροπόμετρο. 8. Αντιστάσεις εκκίνησης. Πορεία πειράματος 1. Σημειώστε τα ονομαστικά στοιχεία του κινητήρα. 2. Διερευνήστε την επάρκεια του εξοπλισμού (καταλληλότητα τροφοδοτικών και οργάνων μέτρησης). 3. Υλοποιήστε το σχέδιο έργου. 4. Συνδέστε τα τυλίγματα σε Υ. 5. Βραχυκυκλώστε τα ελεύθερα άκρα του δρομέα. 6. Κρατείστε τον άξονα του κινητήρα με το χέρι. 7. Τροφοδοτείστε με τάση προοδευτικά από 0 έως εκείνη της τάσης που αντιστοιχεί στο ονομαστικό ρεύμα. 8. Μετρήστε την τάση και την ισχύ. 9. Μετά την ολοκλήρωση του πειράματος μηδενίστε την τάση. 10. Στην συνέχεια επαναλάβετε το πείραμα για μέτρησης 9 Ω και μέτρησης Ω 11. Πραγματοποιούνται δύο πειράματα για τον υπολογισμό του βαθμού απόδοσης και της εξαγωγής της χαρακτηριστικής ροπής, που αναφέρονται σε μέτρησης 9 Ω και μέτρησης Ω αντίστοιχα. Αρχικά θέστε μέτρησης 9 Ω. 12. Τροφοδοτείστε με ονομαστική τάση τον κινητήρα. 13. Ρυθμίστε το ροπόμετρο για να μετρήσετε την επιθυμητή τιμή του ρεύματος στο στάτη. 14. Μετρήστε την τάση, την ισχύ, την ταχύτητα περιστροφής και την ροπή. 15. Επαναλάβατε για τις διαφορετικές τιμές του ρεύματος. 16. Μηδενίστε την τάση και θέστε μέτρησης Ω 17. Επαναλάβετε το πείραμα. 64

68 Άσκηση 1. Για το πείραμα με ακινητοποιημένου δρομέα μεταφέρετε τις μετρήσεις στον πίνακα μετρήσεων Για το πείραμα με μέτρησης 9 Ω, μεταφέρετε τις μετρήσεις στον πίνακα μετρήσεων 2. Υπολογίστε τα μεγέθη του πίνακα υπολογισμών Για το πείραμα με μέτρησης Ω, μεταφέρετε τις μετρήσεις στον πίνακα μετρήσεων 3. Υπολογίστε τα μεγέθη του πίνακα υπολογισμών Στους πίνακες υπολογισμών θεωρείστε σταθερή την τάση των τυλιγμάτων του δρομέα ίση με 4 Επίσης ο κινητήρας διαθέτει ζεύγη πόλων. Η συχνότητα στο δρομέα είναι με Σχεδιάστε τις χαρακτηριστικές ( ) και ( ). -Πίνακας μετρήσεων 1- R μέτρησης = 0 Ω R μέτρησης = 0.90 Ω R μέτρησης = 2.60 Ω I 1 (A) I 1 (A) I 1 (A) P (W) P (W) P (W) U (V) U (V) U (V) -Πίνακας μετρήσεων 2- U (V) I 1 (A) P(W) Μ (Nm) n (rpm) -Πίνακας μετρήσεων 3- U (V) I 1 (A) P (W) Μ (Nm) n (rpm) 65

69 -Πίνακας υπολογισμών 1- U 2 (V) ω (rad/s) n s (rpm) s f R P L (W) η (%) cosφ -Πίνακας υπολογισμών 2- U2 (V) ω (rad/s) ns (rpm) s fr PL (W) η (%) cosφ 66

70 Άσκηση 10: Εκκίνηση δύο ηλεκτροκινητήρων με χρονική καθυστέρηση του δευτέρου στην εκκίνηση Σκοπός αυτής της άσκηση είναι η εξέταση της γνώσης των εγκαταστατών ηλεκτρολόγων περί της συνδεσμολογίας του συγκεκριμένου κυκλώματος αυτοματισμού (εκκίνησης δύο ηλεκτροκινητήρων με χρονική καθυστέρηση του δευτέρου), του ελέγχου δύο κινητήρων με κοινό κύκλωμα αυτοματισμού και της εξοικείωσης τους με τη χρησιμοποίηση χρονικού. Η χρονική καθυστέρηση ξεκινήματος εφαρμόζεται στη βιομηχανία κυρίως στους μεγάλους κινητήρες για να μην έχουμε υπερφόρτωση του δικτύου λόγω των ρευμάτων εκκίνησης, αλλά και σ άλλες εφαρμογές όπου απαιτείται εκκίνηση κινητήρων σε συγκεκριμένες χρονικές στιγμές είτε για λόγους σκοπιμότητατς είτε για λόγους οικονομίας. Στο σχήμα 10.1 βλέπουμε τη συνδεσμολογία ενός χρονικού. Μόλις τροφοδοτηθεί το πηνίο Α1- Α2, η επαφή που βρίσκεται στη θέση εξακολουθεί να παραμένει στην ίδια θέση. Όταν περάσει το χρονικό διάστημα που έχουμε διαλέξει με το ρυθμιστικό κουμπί και ενώ το πηνίο ΣΥΝΕΧΙΖΕΙ να βρίσκεται υπό τάση, η επαφή πηγαίνει στη θέση και τροφοδοτεί το κύκλωμα που είναι συνδεδεμένη. Αν πριν αλλάξει η Σχήμα 10.1 Συνδεσμολογία χρονικού. επαφή διακοπεί η τροφοδοσία του χρονικού, τότε σε επόμενη διέγερση του πηνίου του χρονικού, ο χρόνος μετρά από την αρχή Σχήμα 10.2 Κύκλωμα ισχύος. 67

71 Σχήμα 10.3 Κύκλωμα αυτοματισμού. 68

72 Απαιτούμενος εξοπλισμός: Ένας ηλεκτρονόμος με τάση πηνίου 230V με τρεις κύριες επαφές ισχύος και τρεις βοηθητικές επαφές εργασίας (ή κανονικα ανοικτές ή NO NORMALLY OPEN), ένα ηλεκτρονόμο με τάση πηνίου 230V, τρεις κύριες επαφές ισχύος, δύο βοηθητικές επαφές εργασίας (ή κανονικά ανοιχτές ή NO NORMALLY OPEN) και μία βοηθητικη επαφή ηρεμίας (ή κανονικά κλειστή ή NO NORMALLY CLOSE) Δύο θερμικά με περιοχή ρύθμισης όπως φαίνεται στο σχέδιο. Μία μπουτονιέρα με ένα μπούτον STOP και ένα μπουτόν START. Τέσσερις ενδεικτικές λυχνίες. Ένα χρονικό με τάση πηνίου 230V και καθυστέρηση κατά την λειτουργία. Διαδικασία άσκησης: Τοποθετήστε τα εξαρτήματα στην εργαστηριακή πινακίδα και έχοντας δίπλα σας το σχέδιο πραγματοποιήστε τη συρμάτωση των εξαρτημάτων χρησιμοποιώντας καλώδιο διαμέτρου ενός τετραγωνικού χιλιοστού (MP με χρώμα μπλε και R με χρώμα μαύρο) σημειώνοντας στο σχέδιο τον αγωγό που τοποθετείται γιατί αυτό θα σας διευκολύνει κατόπιν στον έλεγχο του κύκλώματος και στην εύρεση του λάθους. Όταν στο τέλος της συρμάτωσης θα πρέπει να έχετε τελικώς δύο καλώδια για την τροφοδοσία του κυκλώματος (R-MP) τα οποία μαζί με τον υπεύθυνο αφού ελέγξει το κύκλωμα θα τα βιδώσετε σε κλέμα τροφοδότησης για να δώσετε τάση και να ελέγξετε τη λειτουργία του κυκλώματος αν είναι σωστή. Όταν τελειώσετε με την άσκηση αποσυναρμολογήστε το κύκλωμα και παραδώστε τα υλικά στον υπεύθυνο. 69

73 Άσκηση 11: Αυτόματος Διακόπτης Αναστροφής (μανδάλωση μέσω βοηθητικών επαφών των ηλεκτρονόμων) Σκοπός αυτής της άσκησης είναι η εξέταση της γνώσης των εγκαταστατών ηλεκτρολόγων περί της συνδεσμολογίας αυτόματου διακόπτη αναστροφής, περί μανδάλωσης μέσω βοηθητικών επαφών ηλεκτρονόμου και περί του διαφορετικού τρόπου λειτουργίας και χειρισμού ενός κινητήρα. Ο αυτόματος διακόπτης αναστροφής χρησιμοποιείται στους κινητήρες που απαιτείται διπλή φορά περιστροφής (γερανογέφυρες, βαρούλκα, γερανοί κ.τ.λ.). Η αντιστροφή της φοράς περιστροφής του κινητήρα γίνεται με τη μέθοδο της αντιστροφής των φάσεων. Η όλη διάταξη περιλαμβάνει δύο ηλεκτρονόμους, ένα θερμικό και ία μπουτόν STOP - START (ένα για κάθε φορά περιστροφής). Επίσης είναι δυνατόν να υπάρχουν και δύο ενδεικτικές λυχνίες, μία για κάθε φορά περιστροφής. Σχήμα Κύκλωμα ισχύος. 70

74 Σχήμα Κύκλωμα αυτοματισμού. Απαιτούμενος εξοπλισμός: Δύο ηλεκτρονόμοι με τάση πηνίου 230V με τρεις κύριες επαφές ισχύος και μία βοηθητική επαφή εργασίας (ή κανονικά ανοικτή ή NO NORMALLY OPEN), δύο βοηθητικές επαφές εργασίας (ή κανονικά ανοικτές ή NO NORMALLY OPEN) και δύο ηρεμίας (ή κανονικά κλειστές ή NC NORMALLY CLOSE). Ένα θερμικό με περιοχή ρύθμισης όπως φαίνεται στο σχέδιο. Μία μπουτονιέρα με ένα μπουτόν STOP και δύο μπουτόν START. Τρεις ενδεικτικές λυχνίες. Διαδικασία άσκησης: Τοποθετήστε τα εξαρτήματα στην εργαστηριακή πινακίδα έχοντας δίπλα σας το σχέδιο. Πραγματοποιήστε τη συρμάτωση των εξαρτημάτων χρησιμοποιώντας καλώδιο διαμέτρου ενός τετραγωνικού χιλιοστού (ΜΡ με χρώμα μπλε και R με χρώμα μαύρο) σημειώνοντας στο σχέδιο τον αγωγό που τοποθετείται γιατί αυτό θα σας διευκολύνει κατόπιν στον έλεγχο του κυκλώματος και στη εύρεση του λάθους. Στο τέλος της συρμάτωσης θα πρέπει να έχετε τελικώς δύο καλώδια για την τροφοδοσία του κυκλώματος (R - ΜΡ) τα οποία μαζί με τον υπεύθυνο αφού ελέγξει το κύκλωμα θα τα βιδώσετε σε κλέμα τροφοδότησης για να δώσετε τάση και να ελέγξετε τη λειτουργία του κυκλώματος αν είναι σωστή. Όταν τελειώσετε με την άσκηση αποσυναρμολογήστε το κύκλωμα και παραδώστε τα υλικά στον υπεύθυνο. 71

75 Άσκηση 12:Βιομηχανική Εφαρμογή με 4 Κινητήρες και Χρονικό Σκοπός αυτής της άσκησης είναι η εξέταση των τεχνιτών/εγκαταστατών ηλεκτρολόγων σχετικά με τη γνώση της συνδεσμολογίας και της συνδυασμένη χρήσης τεσσάρων ηλεκτρονόμων, επαφών ηλεκτρικών μανδαλώσεων, χρονικού και βοηθητικών ηλεκτρονόμων για τον έλεγχο τεσσάρων κινητήρων, με το ίδιο κύκλωμα αυτοματισμού και κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες. Στην συγκεκριμένη εφαρμογή ζητείται να σχεδιαστεί και να συνδεσμολογηθεί το βοηθητικό κύκλωμα τεσσάρων κινητήρων που ελέγχονται από τους ηλεκτρονόμους Κ1Μ. Κ2Μ, Κ3Μ και Κ4Μ οι οποίοι θα πρέπει να λειτουργούν κάτω από τις εξής συνθήκες : Ο καθένας θα έχει δικό του START, STOP, θερμικό. Σε περίπτωση που ενεργοποιηθεί ένα θερμικό να σταματούν και οι τέσσερις κινητήρες.. Ο Κ2Μ ξεκινά 50 sec μετά την ενεργοποίηση του Κ1Μ. Για να ξεκινήσει Κ3Μ θα πρέπει να λειτουργεί και ο Κ1Μ και ο Κ2Μ. Όταν είναι σε λειτουργία και οι τέσσερις και σταματήσουν να λειτουργούν οι Κ1Μ, Κ2Μ, Κ4Μ, να σταματάει και ο Κ3Μ. Για να ξεκινήσει ο Κ4Μ θα πρέπει να λειτουργεί είτε ο Κ1Μ είτε ο Κ2Μ, και θα πρέπει να σταματάει όταν σταματήσουν και ο Κ1Μ και ο Κ3Μ. 230/400 V 50Hz Σχήμα Κύκλωμα ισχύος. 72

76 73

77 Σχήμα Κύκλωμα αυτοματισμού. 74

78 Απαιτούμενος εξοπλισμός Ένας (1) ηλεκτρονόμος με τάση πηνίου 230V με τρεις κύριες επαφές ισχύος, τρεις βοηθητικές επαφές εργασίας (ή κανονικά ανοικτές ή NO NORMALLY OPEN) και δύο βοηθητικές επαφές ηρεμίας (ή κανονικά κλειστές ή NC NORMALLY CLOSE). Ένας (1) ηλεκτρονόμος με τάση πηνίου 230V με τρεις κύριες επαφές ισχύος, τρεις βοηθητικές επαφές εργασίας (ή κανονικά ανοικτές ή NO NORMALLY OPEN) και υία βοηθητική επαφή ηρεμίας (ή κανονικά κλειστή ή NC NORMALLY CLOSE). Ένας (1) ηλεκτρονόμος με τάση πηνίου 230V με τρεις κύριες επαφές ισχύος, μία βοηθητική επαφή εργασίας (ή κανονικά ανοικτή ή NO NORMALLY OPEN) και μία βοηθητική επαφή ηρεμίας (ή κανονικά κλειστή ή NC NORMALLY CLOSE). Ένας (1) ηλεκτρονόμος με τάση πηνίου 230V με τρεις κύριες επαφές ισχύος, μία βοηθητική επαφή εργασίας (ή κανονικά ανοικτή ή NO NORMALLY OPEN) και μία βοηθητική επαφή ηρεμίας (ή κανονικά κλειστή ή NC NORMALLY CLOSE). Ένας (1) ηλεκτρονόμος με τάση πηνίου 230V με μία βοηθητική επαφή ηρεμίας (ή κανονικά κλειστή ή NC NORMALLY CLOSE). Ένας (1) ηλεκτρονόμος με τάση πηνίου 230V με μία βοηθητική επαφή ηρεμίας (ή κανονικά κλειστή ή NC NORMALLY CLOSE). Ένα (1) χρονικό με τάση πηνίου 230V και καθυστέρηση κατά την λειτουργία Τέσσερα (4) θερμικά με περιοχή ρύθμισης όπως φαίνεται στο σχέδιο. Τέσσερις (4) μπουτονιέρες με ένα (1) μπουτόν STOP και ένα (1) μπουτόν START η κάθε μία.. Αν ζητηθεί να τοποθετηθούν λυχνίες χρειάζονται τέσσερις ενδεικτικές λυχνίες για την ένδειξη λειτουργίας και τέσσερις για την ένδειξη βλάβης. Διαδικασία άσκησης Τοποθετήστε τα παρακάτω εξαρτήματα στην εργαστηριακή πινακίδα και έχοντας δίπλα σας το σχέδιο πραγματοποιήστε τη συρμάτωση των εξαρτημάτων χρησιμοποιώντας καλώδιο διαμέτρου ενός τετραγωνικού χιλιοστού (ΜΡ με χρώμα μπλε και R με χρώμα μαύρο) σημειώνοντας στο σχέδιο τον αγωγό που τοποθετείται γιατί αυτό θα σας διευκολύνει κατόπιν στον έλεγχο του κυκλώματος και στη εύρεση του λάθους. Στο τέλος της συρμάτωσης θα πρέπει να έχετε τελικώς δύο καλώδια για την τροφοδοσία του κυκλώματος (R - ΜΡ) τα οποία μαζί με τον υπεύθυνο αφού ελέγξει το κύκλωμα θα τα βιδώσετε σε κλέμα τροφοδότησης για να δώσετε τάση και να ελέγξετε τη λειτουργία του κυκλώματος αν είναι σωστή. Όταν τελειώσετε με την άσκηση αποσυναρμολογήστε το κύκλωμα και παραδώστε τα υλικά στον υπεύθυνο. 75

79 Άσκηση 13: ΑΛΛΑΓΗ ΦΟΡΑΣ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΗΣ 3ΦΚΙΝΗΤΗΡΑ 3x230(V) ΡΥΘΜΙΣΗ ΤΑΧΥΤΗΤΩΝ ΜΕ INVERTER Σκοπός της εργασίας αυτής είναι ο χειρισμός ενός κινητήρα μέσω ενός Ινβέρτερ.Ο συγκεκριμένος κινητήρας θα τροφοδοτείται με τριφασικό ρεύμα (3φ) 3x230(V) σε συνδεσμολογία (Δ), εως 4,2(Α). Ο κινητήρας θα δύναται να κινηθεί είτε δεξιόστροφα είτε αριστερόστροφα ανάλογα την επιθυμία του χειριστή με ταυτόχρονη ρύθμιση της ταχύτητας. Ο χειρισμός 3φ κινητήρα με Inverter, είναι πλέον ένας διαδεδομένος τρόπος λειτουργίας των κινητήρων. Στη συγκεκριμένη εργασία χρησιμοποιούμε ένα Inverter FR-DF EC (0,7 kw), το οποίο τροφοδοτείται με τάση 230(v) και παρέχει στον κινητήρα 3x230(v) το ονομαστικό του ρεύμα είναι 4,2(Α). Οι δυνατότητες που μας παρέχει ο κινητήρας μέσω του Inverter, είναι η αλλαγή φοράς περιστροφής (δεξιά, αριστερά) του κινητήρα μέσω των εντολών που δίνουμε στο Inverter. Επίσης, μπορούμε να ρυθμίσουμε την ταχύτητα μέσω παραμέτρων που έχει το Inverter. Η ρύθμιση των στροφών μπορεί να γίνει αλλάζοντας τη συχνότητα (Hz) ή τα Ampere (A), βάζοντας διαφορετικές π.χ (συχνότητες), μπορούμε να χρησιμοποιούμε τον κινητήρα σε τρεις σκάλες ταχύτητας π.χ RL 10(Hz) χαμηλή ταχύτητα RM 30(Hz) μέση ταχύτητα, RH 50(Hz) υψηλή ταχύτητα, το ίδιο μπορεί να γίνει και με τα Ampere (A) μέχρι το ονομαστικό ρεύμα 4,2(A). Για το χειρισμό του κινητήρα, υπάρχουν στην πάνω όψη του κινητήρα τέσσερις διακόπτες. Ο 1ος για απευθείας τροφοδότηση στους διακόπτες, αλλαγή φοράς και ρύθμιση ταχύτητας, ο 2ος δίνει τροφοδότηση στον κινητήρα μόνο μέσω των καλωδίων ασφαλείας στην εκπαιδευτική του χρήση, ο 3ος κίνηση αριστερά και δεξιά ο 4ος αλλαγή ταχύτητας σύμφωνα με τις ρυθμίσεις που έχουμε κάνει στο Inverter. Λειτουργία Inverter Τροφοδοτούμε το Inverter με τάση 230(V), σηκώνουμε τους δύο μικροαυτόματους L-N (ανάβει το Inverter) και μας δείχνει στην οθόνη 0.00 καθώς και στις ενδείξεις σταθερά αναμένων των MON και EXT. Για να ρυθμίσουμε το Inverter να δουλεύει σε μια πρότυπη λειτουργία, πάμε στις παραμέτρους πιέζοντας mode εμφανίζει το γράμμα PO, περιστρέφοντας τη ροδέλα μεταβαίνουμε στις άλλες παραμέτρους. Για να αλλάξουμε μια παράμετρο πατάμε set π.χ (P.30) μπαίνει στην παράμετρο και μετά περιστρέφοντας τη ροδέλα επιλέγουμε την τιμή της παραμέτρου που επιθυμουμε πιεζουμε setπαρατεταμενα και αποθηκευετε.η παραμετρος πουεχει αλαχθει ειναι η( P 79) σε θεση 2. Για να μεταβούμε από (Hz) σε (Α) πιέζουμε το set όταν το Inverter γράφει 0.00 πιέζοντας διαδοχικά επανέρχεται στην αρχική θέση π.χ (Hz).Σηκώνοντας τον τριπολικό, τροφοδοτούμε τον κινητήρα με 3x230(v). Η εκκίνησή του μπορεί να γίνει είτε με τους διακόπτες είτε χειροκίνητα από το Inverter αυξάνοντας ή μειώνοντας τα (Hz) ή (Α) μέσω της ροδέλας, η εναλλαγή από (Hz) σε (Α) γίνεται πιέζοντας set. Μπορούμε να κάνουμε επανεκκίνηση το Inverter (reset) αν παραστεί ανάγη διαγράφοντας όλες τις αλλαγές στις παραμέτρους που είχαμε αποθηκεύσει πιεζοντας το reset. 76

80 Απαιτούμενος εξοπλισμός Inverter Τριπολικός διακόπτης 16(Α) Μικροαυτόματοι 16(Α) Διακόπτες τριών θέσεων Λυχνίες Μπόρνες καλώδια Διαδικασία άσκησης Συνδέουμε στην πάνω όψη της πινακίδας τα καλώδια ασφαλείας, σύμφωνα με το σχέδιο τα καλώδια τα οποία συνδέουμε είναι αυτά με τις διακεκομμένες γραμμές, ενώ οι ολόκληρες γραμμές μας δείχνουν τις εσωτερικές συνδέσεις που υπάρχουν στο κουτί. Εφόσον κάνουμε τη συνδεσμολογία και την επαληθεύσει ο καθηγητής, σηκώνουμε τους διακόπτες τροφοδοσίας Inverter και κινητήρα, ρυθμίζουμε τις παραμέτρους αν χρειαστεί και μπορούμε να εκκινήσουμε τον κινητήρα. Προσοχή: Δεν θέτουμε σε φάση 1 και τους δύο διακόπτες Κυρίως και Εκπαιδευτικό. Θέτουμε σε φάση 1, έναν από τους δύο π.χ (Εκπαιδευτικό) και μετά εκκίνουμε τον κινητήρα με το διακόπτη STF αριστερή κίνηση, STR δεξιά κίνηση καθώς και ταχύτητες RH υψηλή ταχύτητα, RM μέση ταχύτητα, RL χαμηλή ταχύτητα 77

81 ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΚΥΚΛΩΜΑ 78

82 79

83 Άσκηση 14: ΕKΚΙΝΗΣΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ ΜΕ ΑΠΛΟ ΔΙΑΚΟΠΤΗ ΜΕ PLC Σκοπός αυτής της άσκησης είναι της γνώσης του τεχνίτη/ εγκαταστάτη ηλεκτρολόγου ως προς τη συνδεσμολογία σε προγραμματιζόμενο λογικό εκλεκτή (PLC) του συγκεκριμένου κυκλώματος αυτοματισμού του απλούστερου εκκινητή με τη χρήση μπουτόν (αυτοσυγκράτηση) και επίσης ως προς την εξοικείωση του με τον παραγραμματισμό και την χρήση του PLC. Στο παρακάτω σχήμα δίνεται το κύκλωμα του συμβατικού αυτοματισμού και η μετατροπή του σε διάγραμμα Ladder. Ο εξεταζόμενος οφείλει να προγραμματίσει τις εισόδου και τις εξόδους του PLC σύμφωνα με το διάγραμμα Ladder, έτσι ώστε να ελέγξει έναν κινητήρα με το κύκλωμα του απλού αυτοματισμού. Απαιτούμενος εξοπλισμός Μονάδα PLC Fatek B1z-10M. Μικροαυτόματος Schneider C 6 A. Ηλεκτρονόμος Schneider 3-φασικός +1 ανοιχτή βοηθητική (NO). Θερμικό Schneider 3-φασικό + 2 βοηθητικές (NO-NC). Μπουτονιέρα Start Stop. Δύο ενδεικτικές λυχνίες. 50 μπόρνες. Βραχυκυκλωτήρες (αγωγοί). Διαδικασία άσκησης Στο παρακάτω σχήμα δίνεται το κύκλωμα του συμβατικού αυτοματισμού και η μετατροπή του σε διάγραμμα Ladder. Ο εξεταζόμενος οφείλει να προγραμματίσει τις εισόδου και τις εξόδους του PLC σύμφωνα με το διάγραμμα Ladder, έτσι ώστε να ελέγξει έναν κινητήρα με το κύκλωμα του απλού αυτοματισμού. 80

84 Συνδεσμολογία PLC. Στο παρακάτω σχήμα εμφανίζεται η πραγματική συνδεσμολογία του PLC. Το σήμα της χαμηλής τάσης χειρισμού της εισόδου δίνεται από την επαφή (+) 24 Vdc στις επαφές εισόδου των διακοπτών. Γεφυρώνουμε την επαφή (-) 24Vdc με την επαφή S/S. Στην είσοδο Χ0 συνδέουμε την κλειστή επαφή του θερμικού ( θα προγραμματιστεί σαν κλειστή επαφή για να δώσει πρόσθετη ασφάλεια). Στην είσοδο Χ1 το μπουτόν STOP. Στην είσοδο Χ2 το μπουτόν START. Στην επαφή L συνδέουμε την φάση του δικτύου 220 V. Στην επαφή N συνδέουμε τον ουδέτερο του δικτύου 220 V. Στην επαφή G συνδέουμε την γείωση του δικτύου 220 V. Γεφυρώνουμε την φάση L με την επαφή C0. Στην έξοδο συνδέεται στην επαφή Y0 το πηνίο του ηλεκτρονόμου Κ1Μ σε σειρά με την κλειστή επαφή του θερμικού Όταν οι είσοδοι του PLC ( Χ0,Χ1,Χ2) έρθουν σε τέτοια κατάσταση έτσι ώστε το διάγραμμα Ladder ενεργοποιήσει την έξοδο Y0 τότε η φάση από το C0 θα περάσει στο Y0 και μετά μέσω της κλειστής επαφής του θερμικού στο άκρο Α1 του πηνίου του ηλεκτρονόμου Κ1Μ. Το άλλο άκρο Α2 είναι συνδεμένο στον ουδέτερο κι έτσι το πηνίο του ηλεκτρονόμου θα βρεθεί υπό τάση και ο κινητήρας θα ξεκινήσει. Στην κανονικά ανοιχτή επαφή του ηλεκτρονόμου δίνουμε συνεχή τροφοδοσία 24v dc στην επαφή 13 και από την επαφή 14 πάμε στην είσοδο X3 του PLC Πιέζουμε το μπουτόν START για εκκίνηση. Πιέζουμε το μπουτόν STOP για διακοπή λειτουργίας.- 81