Διατάξεις εκκίνησης κινητήρων ΣΡ

Διατάξεις εκκίνησης κινητήρων ΣΡ

Η διάταξη ελέγχου και προστασίας του κινητήρα ΣΡ πρέπει: 1. Να προστατεύει τον κινητήρα από βραχυκυκλώματα στην ίδια τη διάταξη προστασίας 2. Να προστατεύει τον κινητήρα από μεγάλης διάρκειας υπερφορτίσεις 3. Να προστατεύει τον κινητήρα από υψηλά ρεύματα εκκίνησης 4. Να προσφέρει ένα εύκολο τρόπο ελέγχου της ταχύτητας του κινητήρα

Το πρόβλημα κατά την εκκίνηση ενός κινητήρα αφορά στο πολύ μεγάλο ρεύμα εκκίνησης Πριν ακριβώς αρχίσει ο κινητήρας να περιστρέφεται, η τάση που αναπτύσσεται στο εσωτερικό του είναι ίση με μηδέν (ΕΑ=0) Έτσι εκείνη τη χρονική στιγμή θα αναπτυχθεί ένα πολύ μεγάλο ρεύμα I A V = T ( E 0) = R A A Αυτό το ρεύμα μπορεί να είναι πολλαπλάσιο του ονομαστικού (ρεύμα στην πλήρη φόρτιση) και μπορεί να βλάψει τη μηχανή ακόμα και αν εφαρμοστεί για μικρή χρονική διάρκεια

Μία λύση στο πρόβλημα αυτό δίνεται με την εισαγωγή της αντίστασης εκκίνησης σε σειρά με το τύλιγμα οπλισμού του κινητήρα Η αντίσταση εκκίνησης περιορίζει το ρεύμα οπλισμού κατά την εκκίνηση μέχρι η ΕΑ να γίνει αρκετά μεγάλη ώστε να το περιορίζει μόνη της Αυτή η αντίσταση δεν πρέπει να παραμένει μονίμως στο κύκλωμα γιατί προκαλεί πρόσθετες απώλειες και προσδίδει στον κινητήρα μία χαρακτηριστική ροπής ταχύτητας με μεγάλη κλίση Η αντίσταση εκκίνησης απομακρύνεται όταν ο κινητήρας αποκτήσει μία ικανοποιητική αντίσταση Στην πράξη απομακρύνεται σταδιακά

Η σχεδίαση ενός σωστού εκκινητή για κάποιον κινητήρα ΣΡ αποτελείται από 2 στάδια: 1. Στο πρώτο επιλέγεται ο αριθμός των τμημάτων της αντίστασης εκκίνησης και το μέγεθος του καθενός από αυτά ώστε το ρεύμα εκκίνησης να περιορίζεται στα επιθυμητά όρια 2. Στο δεύτερο στάδιο σχεδιάζεται το κύκλωμα ελέγχου που έχει ως σκοπό το κλείσιμο των επαφών ώστε τελικά τα τμήματα να αφαιρούνται από το κύκλωμα ακριβώς την κατάλληλη χρονική στιγμή

Σε προγενέστερους κινητήρες οι εκκινητές χρησιμοποιούσαν μία αντίσταση εκκίνησης που απομακρυνόταν βαθμιαία χειροκίνητα

Αυτοί οι εκκινητές παρουσίαζαν πολλά προβλήματα εφόσον η λειτουργία τους εξαρτιόταν από τον χειριστή Η πολύ γρήγορα απομάκρυνση της αντίστασης (πριν η μηχανή επιταχυνθεί αρκετά) προκαλούσε πολύ μεγάλο ρεύμα εκκίνησης Από την άλλη, μία αργή διαδικασία εκκίνησης μπορούσε να υπερθερμάνει την ίδια την αντίσταση Τελικά η λειτουργία του χειροκίνητου εκκινητή επηρεαζόταν από το ανθρώπινο λάθος

Μετά την εφαρμογή ισχύος στο κύκλωμα, μια σειρά από ρελέ με χρονική καθυστέρηση προκαλούν κλείσιμο κάποιων επαφών που με τη σειρά τους βραχυκυκλώνουν την κατάλληλη στιγμή τα τμήματα της αντίστασης Μετά την πίεση του κομβίου εκκίνησης, ο οπλισμός του κινητήρα τροφοδοτείται από την πηγή τάσης και ο κινητήρας αρχίζει να περιστρέφεται (όλη η αντίσταση εκκίνησης είναι εντός) Με την εκκίνηση του κινητήρα το ρελέ 1TD ενεργοποιείται και μετά από κάποιο χρόνο οι επαφές του κλείνουν αφαιρώντας έτσι ένα τμήμα της αντίστασης εκκίνησης Τότε ενεργοποιείται το ρελέ 2TD του οποίου οι επαφές κλείνουν μετά από κάποιο χρόνο και τελικά απομακρύνουν και το 2 ο τμήμα της αντίστασης

Με το κλείσιμο των επαφών του 2TD, κλείνουν και οι επαφές του 3 ου ρελέ 3TD και επαναλαμβάνεται η διαδικασία Αν οι χρονικές καθυστερήσεις έχουν υπολογιστεί σωστά, οι αντιστάσεις εκκίνησης απομακρύνονται την κατάλληλη στιγμή και το ρεύμα του κινητήρα είναι πλέον δυνατό να περιοριστεί στα καθορισμένα όρια

Υπενθυμίζεται ότι η ταχύτητα ενός κινητήρα ΣΡ ξένης, παράλληλης ή σύνθετης διέγερσης, μπορεί να μεταβάλλεται μέσω: 1. Της αντίστασης διέγερσης 2. Της τάσης οπλισμού 3. Της αντίστασης οπλισμού Η αποτελεσματικότερη μέθοδος είναι η 2 η μέσω της οποίας μπορεί να επιτυγχάνεται μεγάλο εύρος ταχυτήτων χωρίς να επηρεάζεται η μέγιστη ροπή του κινητήρα

Πριν αναπτυχθούν οι ηλεκτρονικοί διακόπτες και οι εφαρμογές τους, ήταν αρκετά δύσκολη η παραγωγή συνεχούς τάσης με μεταβλητή τιμή Έτσι, ο πιο απλός τρόπος που έδινε τη δυνατότητα τροφοδοσίας του οπλισμού ενός κινητήρα με μεταβλητή τάση ήταν η συλλειτουργία του με μία ξεχωριστή γεννήτρια ΣΡ

Σε ένα τέτοιο σύστημα (Ward-Leonard) η τάση οπλισμού του κινητήρα ρυθμίζεται με τη μεταβολή του ρεύματος διέγερσης της γεννήτριας ΣΡ Ο έλεγχος αυτής της τάσης επιτρέπει τη μεταβολή της ταχύτητας του από πολύ μικρές τιμές μέχρι τη βασική του ταχύτητα Πάνω από αυτή την τιμή, η ταχύτητα του κινητήρα μπορεί να ρυθμιστεί με μείωση του ρεύματος διέγερσης Αν αντιστραφεί η φορά του ρεύματος διέγερσης της γεννήτριας, αντιστρέφεται και η πολικότητα της τάσης στα άκρα του οπλισμού του κινητήρα Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την αντιστροφή της φοράς περιστροφής του κινητήρα Άρα με το σύστημα αυτό μπορεί να επιτευχθεί ένα μεγάλο εύρος ταχυτήτων και προς τις 2 κατευθύνσεις περιστροφής

Ένα ακόμη πλεονέκτημα του συστήματος Ward-Leonard είναι ότι με τη βοήθεια του μπορεί να επανακτηθεί ενέργεια, δηλαδή μέρος της κινητικής ενέργειας του κινητήρα να επιστρέψει στις γραμμές τροφοδοσίας του Για παράδειγμα αν ο κινητήρας του συστήματος ανυψώνει ένα βαρύ φορτίο και κατόπιν το κατεβάζει, κατά την πτώση του φορτίου ο κινητήρας λειτουργεί ως γεννήτρια προσφέροντας ισχύ στο σύστημα εναλλασσόμενης ισχύος τροφοδοσίας Έτσι, μεγάλο μέρος της ενέργειας που καταναλώθηκε για την ανύψωση του φορτίου, μπορεί να αναπαραχθεί μειώνοντας το συνολικό κόστος λειτουργίας της μηχανής

Το ένα βασικό μειονέκτημα του συστήματος Ward-Leonard είναι ότι ο χρήστης θα πρέπει να αγοράσει 3 πλήρεις μηχανές με τις ίδιες σχεδόν προδιαγραφές, κάτι αρκετά δαπανηρό Επιπλέον, το σύστημα παρουσιάζει μικρότερο βαθμό απόδοσης σε σχέση από ότι μία μόνο μηχανή Εξαιτίας του κόστους αλλά και του μικρού βαθμού απόδοσης το σύστημα έχει αντικατασταθεί στις νέες εφαρμογές από τα κυκλώματα ελέγχου με SCR

Τα κυριότερα τμήματα μιας διάταξης οδήγησης κινητήρα ΣΡ περιλαμβάνουν: 1. Ένα κύκλωμα που προστατεύει τον κινητήρα από υπερβολικά μεγάλα ρεύματα οπλισμού, από χαμηλές τάσεις εισόδου και από απώλεια του ρεύματος διέγερσης 2. Ένα κύκλωμα σύνδεσης/αποκοπής, που συνδέει και αποσυνδέει τον κινητήρα από τις γραμμές τροφοδοσίας 3. Ένα τμήμα με ηλεκτρονικά ισχύος που μετατρέπουν την εναλλασσόμενη ισχύ σε συνεχή για την τροφοδοσία του οπλισμού και της διέγερσης 4. Ένα τμήμα με ηλεκτρονικά χαμηλής ισχύος που παράγουν τους παλμούς έναυσης των SCR που τροφοδοτούν τον οπλισμό.

Το κύκλωμα προστασίας περιλαμβάνει διατάξεις ελέγχου που είναι: 1. Ασφάλειες περιορισμού του ρεύματος, που αποσυνδέουν γρήγορα και με ασφάλεια τον κινητήρα από τις γραμμές τροφοδοσίας στην περίπτωση βραχυκύκλωσης 2. Ένας στατικός διακόπτης στιγμιαίας ενεργοποίησης, που αποσυνδέει τον κινητήρα αν το ρεύμα οπλισμού του φτάσει το 300% του ονομαστικού ρεύματος. Αν το ρεύμα οπλισμού ξεπεράσει τη μέγιστη επιτρεπόμενη τιμή, το κύκλωμα του διακόπτη ενεργοποιεί το ρελέ σφάλματος το οποίο απενεργοποιεί το ρελέ λειτουργίας ώστε να αποσυνδεθεί ο κινητήρας

3. Ένας διακόπτης υπερφόρτισης αντίστροφου χρόνου, που προφυλάσσει από μακροχρόνιες υπερεντάσεις που δεν είναι αρκετά μεγάλες για να διεγείρουν το στατικό διακόπτη, αλλά είναι αρκετά μεγάλες ώστε να καταστρέψουν τον κινητήρα (αν συνεχιστεί απεριόριστα η δράση τους). 4. Ένας διακόπτης χαμηλής τάσης που διακόπτει τον κινητήρα στην περίπτωση που η τάση εισόδου μειώνεται περισσότερο από 20% 5. Ένας διακόπτης απώλειας της διέγερσης που αποσυνδέει τον κινητήρα σε περίπτωση διακοπής στο κύκλωμα διέγερσης 6. Ένας διακόπτης υπερθέρμανσης που αποσυνδέει τον κινητήρα αν αυτός κινδυνεύει από υπερθέρμανση

Το κύκλωμα των ηλεκτρονικών ισχύος περιλαμβάνει ένα πλήρη τριφασικό ανορθωτή με διόδους (για την τάση τροφοδοσίας της διέγερσης) και ένα πλήρη τριφασικό ανορθωτή με SCR που παράγει τη μεταβλητή τάση τροφοδοσίας (για το κύκλωμα οπλισμού) Το κύκλωμα ηλεκτρονικών χαμηλής ισχύος που προσφέρει τους παλμούς έναυσης Τα υποσυστήματα που περιλαμβάνονται εδώ είναι: 1. Κύκλωμα σταθεροποίησης της ταχύτητας 2. Κύκλωμα περιορισμού του ρεύματος 3. Κύκλωμα επιτάχυνσης/επιβράδυνσης