Sterowanie silnikiem asynchronicznym trójfazowym, Automatyka Ksiażki, Automatyka

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
ZESPÓŁ SZKÓŁ TECHNICZNYCH w Cieszynie
Specjalizacja: Automatyka przemysłowa
Temat ćwiczenia:
Sterowanie silnikiem asynchronicznym trójfazowym
1
1.
Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest rozwijanie umiejętności tworzenia programowalnych systemów sterowania
sekwencyjnego. Poznanie elementarnych zasad podziału programu na „kroki sterowania” z
uwzględnieniem instrukcji języka STEP-7.
2. Wyposażenie stanowiska
· Komputer PC ;
· Sterownik S7-222;
· Silnik asynchroniczny trójfazowy 1,1kW ;
· Instrukcja do ćwiczenia.
3. Przebieg ćwiczenia
Wykonaj kolejne punkty instrukcji.
Ćwiczenie dokumentuj na dyskietce i w zeszycie do specjalizacji.
4. Podstawy teoretyczne.
Silnik asynchroniczny jako element sterowany
4.1.1. Budowa i zastosowanie silnika asynchronicznego
Oglądając z zewnątrz silnik indukcyjny (rys. 4.1) widzimy obudowę silnika z tabliczką
znamionową i tabliczką zaciskową oraz wał napędowy.
2
Rys. 4.1. Silnik indukcyjny
l
- tabliczka znamionowa, 2 - obudowa tabliczki zaciskowej, 3 - wał napędowy, 4 -
obudowa silnika
Tabliczka znamionowa zawiera podstawowe informacje o silniku, do których należą:
- znamionowe parametry elektryczne silnika (prąd, napięcie, częstotliwość, współczynnik mocy),
- znamionowe parametry mechaniczne (moc, sprawność, prędkość wirowania, masa),
- informacje uzupełniające (typ silnika, nazwa lub symbol producenta, rok produkcji, numer
fabryczny).
Wszystkie te dane są niezbędne do prawidłowego doboru i eksploatacji silnika.
Tabliczka zaciskowa zawiera zaciski przyłączeniowe, za pomocą, których obwody
elektryczne maszyny łączą się z siecią zasilającą. Silniki indukcyjne trójfazowe mają zazwyczaj
sześć zacisków, do których są przyłączone końce uzwojeń stojana. Początki tych uzwojeń oznacza
się literami
U1, V1, W1,
a odpowiednie końce
U2, V2, W2.
Dzięki wzajemnemu ułożeniu
poszczególnych zacisków, tak jak to pokazano na rys. 4.2, w prosty sposób można połączyć
uzwojenia stojana w gwiazdę lub w trójkąt. Należy przy tym pamiętać, że układ połączeń uzwojeń
stojana musi być ściśle dopasowany do napięcia znamionowego tych uzwojeń.
Rys. 4.2. Połączenie uzwojeń stojana na tabliczce zaciskowej:
a) w gwiazdę; b) w trójkąt
Rozruch silnika asynchronicznego
Rozruch silników klatkowych i pierścieniowych, trwający od chwili przyłączenia obwodu
stojana do sieci zasilającej do chwili osiągnięcia przez wirnik ustalonej prędkości obrotowej,
przebiega w odmienny sposób.
3/ 15
Rozruch silnika klatkowego
charakteryzuje się tym, że po przyłączeniu uzwojeń stojana do
sieci zasilającej, prąd pobierany jest kilkakrotnie większy od prądu znamionowego. Jest to
zjawisko niekorzystne, gdyż w czasie rozruchu spadki napięcia w sieci zasilającej zwiększają się i
pogarszają się warunki zasilania rozpatrywanego silnika; jak również innych odbiorników. Czas
trwania rozruchu jest zależny od momentu obciążającego wał silnika i momentu znamionowego
silnika. Gdy wartość ilorazu
M
obc
/M
N
jest niewielka, rozruch trwa najwyżej kilka sekund. Gdy
natomiast
M
obc
/M
N
> l, wówczas, rozruch może trwać kilkanaście, a nawet kilkadziesiąt sekund.
Prąd rozruchowy silnika klatkowego można zmniejszyć, obniżając w czasie rozruchu napięcie
zasilające uzwojenia stojana. Stosuje się kilka sposobów zmniejszania tego napięcia, z których
najczęściej spotyka się załączanie silnika za pomocą przełącznika
gwiazda-trójkąt.
Rozruch z
przełącznikiem
gwiazda-trójkąt
polega na tym, że uzwojenia stojana, przeznaczone normalnie do
pracy w połączeniu w trójkąt, na czas rozruchu łączy się w gwiazdę. Dopiero po osiągnięciu przez
silnik odpowiednich obrotów uzwojenia te przełącza się w trójkąt. Uzyskuje się to w wyniku
zmniejszenia napięcia fazowego √3 razy w stosunku do napięcia znamionowego. Prąd rozruchowy
zmniejsza się wtedy 3-krotnie w stosunku do prądu rozruchowego występującego przy rozruchu
bezpośrednim. Jednocześnie jednak występuje zjawisko, które może okazać się niekorzystne, a
mianowicie moment rozruchowy silnika zmniejsza się 3-krotnie. Przebieg zależności momentu
obrotowego i prądu pobieranego przez silnik podczas rozruchu przełącznikiem
gwiazda-trójkat
pokazano na rys. 4.10.
Rys. 4.10. Przebieg momentu obrotowego i prądu podczas rozruchu silnika klatkowego za
pomocą przełącznika
gwiazda-trójkąt,
w zależności od prędkości obrotowej
Innymi sposobami zmniejszania prądu rozruchowego silników klatkowych jest obniżanie na
czas rozruchu napięcia zasilającego, poprzez włączenie szeregowo autotransformatorów
rozruchowych lub dodatkowych rezystorów, a ostatnio coraz częściej tyrystorowych regulatorów
napięcia (przekształtników tyrystorowych) w obwody zasilające stojany silników. W odróżnieniu
od rozruchu za pomocą przełącznika
gwiazda-trójkąt,
sposoby te umożliwiają wielostopniową
4/ 15
regulację napięcia. Otrzymuje się wtedy rodziny charakterystyk mechanicznych zapewniających
większą płynność rozruchu. Ze względu na znaczny koszt takich urządzeń rozruchowych mają one
ograniczony zakres zastosowania.
4.3.4. Zmiana kierunku wirowani
Przebieg momentu obrotowego i prądu rozruchowego - w zależności od prędkości
obrotowej silnika przy skokowym, czterostopniowym zmniejszaniu rezystancji rozrusznika
połączonego z uzwojeniami wirnika (rys.4.10) - można regulować dobierając odpowiednią wartość
maksymalną rezystancji i liczbę stopni rozruchowych (aż do regulacji płynnej). Silniki
pierścieniowe umożliwiają wprawdzie skuteczne zmniejszenie prądu rozruchowego, lecz ich
zastosowanie jest ograniczone. Wynika to stąd, że silniki te - w porównaniu z silnikami klatkowymi
- mają bardzo złożoną budowę, są kosztowniejsze, a ich rozruch jest bardziej skomplikowany.
W silnikach indukcyjnych kierunek wirowania zależy od kolejności przyłączenia faz
uzwojenia stojana do odpowiednich faz sieci zasilającej. Zmianę kierunku wirowania uzyskuje się
zamieniając między sobą dwa dowolne przewody zasilające, przyłączane do tabliczki zaciskowej
silnika (rys. 4.12)
Rys.4.12. Połączenie uzwojeń stojana: a) w gwiazdę; b) w trójkąt
4.3.5. Regulacja prędkości obrotowej
Regulacja prędkości obrotowej przez zmianę liczby par biegunów jest możliwa tylko przy
zastosowaniu silników indukcyjnych o specjalnej budowie, zwanych silnikami wielobiegunowymi.
Silniki te umożliwiają skokową regulację prędkości, tzn. uzyskanie dwu, trzech, a nawet czterech
prędkości znamionowych. W najczęściej spotykanych silnikach dwubiegowych uzwojenie stojana
jest takie samo jak uzwojenie silnika jednobiegowego, z tym, że na tabliczkę zaciskową silnika są
wyprowadzone: początek, koniec i środek uzwojeń każdej fazy. Uzwojenie trójfazowe ma, więc
dziewięć zacisków przyłączowych. Przy zasilaniu jedynie początku i końca uzwojenia każdej fazy,
silnik wytwarza pole magnetyczne dwubiegunowe (
p
= 1). Przy wzajemnym połączeniu obu
końców uzwojeń i zasileniu jednego z tych końców oraz środka uzwojenia, silnik będzie
5/ 15
[ Pobierz całość w formacie PDF ]