upuštanje asinkronog motora preklopkom zvijezda-trokut s promjenom smjera vrtnje
TRANSCRIPT
1. Uvod
Moj zadatak za završni rad je izrada univerzalnog pulta za vježbe daljinskog upravljanja za
trofazne i jednofazne motore snage do 11kW i na tom pultu izvesti vježbu upuštanja
asinkronog motora preklopkom zvijezda-trokut s promjenom smjera vrtnje, snage 3kW.
S obzirom da se za ovu vježbu koristi asinkroni motor, pobliže ću ga opisti u uvodu, s
naglaskom na načine pokretanja (upuštanja).
1.1. Asinkroni motori
Asinkroni motori su najčešće korišteni motori u praksi. Osnovni dijelovi asikronih motora su
stator i rotor.
slika 1
Stator je izveden od dinamolimova debljine 0,5mm koji su izolirani da bi se smanjili gubici
zbog vrtložnih struja. Stator ima oblik šupljeg valjka, a u unutarnjem obodu statora ištancani
su utori u koje se postavlja statorski namot. Statorski paket limova mora biti dobro mehanički
učvršćen. Rotor je također izveden od dinamolimova koji se navuku na osovinu i dobro
mehanički učvrste na tzv. rotorski paket. Rotor ima oblik valjka, a po vanjskom obodu su
ištancani utori u koje se postavlja rotorski namot.
Stator i rotor su aktivni dijelovi motora.
U ostale konstruktivne dijelove motora spadaju kućište, leževni štitovi, nogari, osovina,
ležajevi, priključna pločica, ventilator i dr.
1.2.Vrste asinkronih motora
Postoje dvije osnovne vrste asinkronih motora:
1. kavezni
2. klizno-kolutni
Kavezni asinkroni motori su dobili ime po izvedbi rotorskog namota. Rotorski namot ovih
strojeva radi se tako da se u utore rotora postave štapovi (od aluminija ili bakra) koji su nešto
duži od rotorskog paketa limova. Svi štapovi s jedne i druge strane rotora kratko se spoje
pomću jednog prstena, pa namot izgleda kao kavez.
Klizno-kolutni asinkroni motori imaju na osovini tri klizna prstena na koje su spojeni počeci i
završeci rotorskog namota. Klizni prsteni moraju biti međusobno i prema osovini izolirani.
Preko kliznih prstena i četkica može se u krug rotora uključiti neki vanjski otpor koji može
služiti samo za pokretanje i upuštanje asinkronih motora pa se naziva pokretač ili upuštač, ili
može služiti za regulaciju brzine vrtnje. Ako se koristi samo kao upuštač onda je grubo
stupnjevan u nekoliko koraka i dimenzioniran za kratkotrajni pogon. Ako se koristi za
regulaciju brzine vrtnje onda je fino stupnjevan i dimenzioniran za trajni pogon.
slika 2
1.3. Princip rada asinkronih motora
Asinkroni motori rade na principu okretnog magnetskog polja. Okretno magnetsko polje
stvoreno je na statoru i inducira napon u namotu rotora. Ako je namot rotora zatvoren njime
će poteći struja, pa imamo vodiče kroz koje teče struja, a nalaze se u polju, pa na svaki vodič
djeluje sila koja zakrene rotor u smjeru vrtnje okretnog magnetskog polja ali nešto manjom
brzinom od okretnog magnetskog polja, zbog čega se ovakvi motori i nazivaju asinkroni.
Zaostajanje brzine vrtnje rotora za okretnim magnetkim poljem naziva se klizanje i označava
se sa s.
gdje je: s – klizanje
gdje je: n1 – brzina vrtnje okretnog magnetskog polja
gdje je: n2 – brzina vrtnje rotora
1.4. Moment i momentna karakteristika
Da bi mogao svladati na osovinu priljučen vanjski teret, motor mora razviti odgovarajući
moment ili okretni moment. Moment vrtnje koji razvija asinkroni motor kod konstantnog
napona i kratkospojenog namota rotora nije stalan kod raznih brojeva okretaja, odnosno
klizanja, već se mijenja s promjenom broja okretaja odnosno klizanja po krivulji prikazanoj
na slici 3. Ta krivulja se naziva momentna karakteristika asinkronog motora.
Analiziravši ovu krivulju dolazimo do više zaključaka o mogućnosti razvijanja momenta
vrtnje asinkronog motora kod različitih pogonskih stanja.
slika 3
U trenutku pokretanja s=1, n=0, motor može razviti moment vrtnje određen točkom C. Taj se
moment vrtnje naziva potezni moment i označuje se sa Mp. Potezni moment omogućuje
motoru da se pokrene sam u trenutku priključenja na mrežu. Nakon što se motor pokrene
brzina mu počinje rasti, a klizanje opada i motor razvija sve veći moment vrtnje i to do točke
D u kojoj je motor razvio maksimalni moment vrtnje. Taj moment se naziva prekretni
moment. S daljnjim porastom brzine veličina momenta vrtnje koji razvija motor opada sve do
nule, tj. točke u kojoj asnikroni motor poprimi sinkronu brzinu. U toj točki vrijedi M=0, n=ns,
s=0.
Dakle, dolazimo do zaključka da je pokretanje proces koji počinje priključenjem motora na
mrežu, a završava u trenutku kad motor razvije moment vrtnje jednak momentu tereta kod
odgovarajuće brzine vrtnje (najčešće se radi o nominalnoj brzini vrtnje). U trenutku
pokretanja asinkronih motora struje pokretanja su vrlo velike i izazivaju naponske promjene u
mreži, te dinamička i razna električna naprezanja uz veliko zagrijavanje u motoru. Pri
pokretnju je potrebno povećati pokretni moment, a smanjiti struju pokretanja.
Stanje koje počinje priključkom motora na mrežu, a završava postizanjem nominalne brzine
vrtnje naziva se zalet. Vrijeme zaleta motora ovisi o momentu tereta Mt i o momentu tromosti
masa koje se pokreću te o karakteru momentne karakteristike asinkronog motora.
1.5. Vrste zaleta
Razlikujemo četiri vrste zaleta asinkronih motora:
1. neopterećeni zalet – teret se priključuje kad je motor završio zalet, npr. kod alatnih
strojeva
2. zalet sa pola tereta – moment tereta raste sa brzinom, npr. kod ventilatora ili
centrifugalne pumpi
3. zalet sa punim teretom – moment tereta u toku zaleta je isti, npr. kod dizalica ili
transpontera
4. teški zalet – moment tereta u trenutku pokretanja je veći nego na kraju zaleta, npr. kod
valjaoničkih pruga
1.6. Pokretanje trofaznih kaveznih asinkronih motora
Pokretanje kaveznih motora može se obaviti na različite načine. Način pokretanja kaveznih
motora zavisi uglavnom od jačine mreže, vrste zaleta, veličine motora, spoja namotaja i
primjenjenog namotaja u motoru. Najčešći načini pokretanja su:
1. direktno pokretanje
2. pokretanje pomoću prigušnica
3. pokretanje pomoću autotransformtora
4. pokretanje preklopkom zvijezda-trokut
Postoje još i razni drugi načini.
1.6.1 Direktno pokretanje
Na današnji industrijske, odnosno gradske mreže mogu se direktno pokrenuti motori snage do 5kW, a u praznom hodu i do 7kW.
slika 4
1.6.2 Pokretnje pomoću prigušnica
U seriji sa statorskim namotom priključene su prigušnice (vidi sliku 5) Najprije se uključi sklopka S1
i motor se napaja preko prigušnice. Kod nekog klizanja s1 (slika 6) uključuje se sklopka S2,
prigušnice se premoste i motor dobije puni napon mreže. Prigušnice snizuju napona na 60%Un.
slika5
slka 6
1.6.3. Pokretanje pomoću autotransformatora
Najprije se uključuju sklopke S1 i S3, klizači se pomiču prema gore i kad dođu u krajnji gornji
položaj motor dobiva puni napon mreže. Zatim se uključi sklopka S2, a S3 se isključi. Motor
prilikom uključivanja preko autotransformatora dobiva 50 do 70%Un.
slika 7
1.6.4. Pokretanje preklopkom zvijezda-trokut
Ovo je jedan od najčešćih načina pokretanja asinkronih kaveznih motora. Upuštanje
preklopkom zvijezda-trokut primjenjuje se kod motora snaga od 3 do 20 kW. Za takav način
upuštanja motor prije svega mora biti građen za nazivni napon u spoju trokut. Motor se na
mrežu priključuje prema shemi na slici 8.
slika 8
Preklopka je tako konstruirana da se pri uključivanju statorski namot najprije spoji u zvijezdu
(položaj na slici označen sa Y). Tek pri daljnjem prebacivanju preklopke, nakon određenog
vremena, u idući položaj (na slici označen sa Δ) motor na svom statorskom namotu dobije
puni nazivni napon. Tada je namot spojen u trokut.
U trenutku uključivanja asinkroni kavezni motor je u kratkom spoju (s=1). Izraz za
impedanciju kratkog spoja glasi:
gdje je: R1 – radni otpor statorskog namota
gdje je: R2' – radni otpor u krugu rotorskog namota sveden na statorski namot
gdje je: X1 – induktivni otpor statorskog namota
gdje je: X2' – induktivni otpor rotorskog namota sveden na statorski namot
gdje je: Zk – fazna impedancija kratkog spoja asinkronog motora
gdje je: – faktor rasipanja, kod normalno izvedenih asinkronih motora iznosi 1,04-1,08
U trenutku uključivanja na mrežu preklopkom zvijezda-trokut, namot statora asinkronog
motora spojen je u zvijezdu. Linijska struja motora u tom trenutku iznosi:
Da je motor u tom trenutku spojen u trokut, linijska struja upuštanja bi iznosila:
Usporedimo li obje struje, dobit ćemo:
slika 9
Dakle, time što smo prikladnom konstrukcijom preklopke u trenutku pokretanja namot
kaveznog asinkronog motora spojili u zvijezdu, postigli smo da se struja pokretanja smanjila
na trećinu vrijednosti koju bi dosegla da se motor direktno upustio u spoju namota statora u
trokut.
Elektromagnetski moment je proporcionalan sa kvadratom priključnog napona, dakle može se
pisati:
Za spoj namota u zvijezdu vrijedi:
,
a za spoj u trokut:
,
pa se može postaviti odnos ovih dvaju momenata:
gdje je: My – pokretni moment koji motor razvija ako je njegov namot spojen u zvijezdu
gdje je: MΔ – pokretni moment koji motor razvije ako je njegov namot spojen u trokut
Dakle, upotrijebivši preklopku zvijezda-trokut, smanjili smo struju pokretanja tri puta, ali i
pokretni moment motora smo također smanjili tri puta. Ta se činjenica ne smije zanemariti,
pogotovo u slučaju kad je motor mehanički direktno vezan sa strojem koji pokreće.
Na slici 9 prikazano je na dijagramu momenta asinkronog motora kako teče zalet pri
pokretanju preklopkom zvijezda-trokut.
slika 9
Trenutku uključivanja odgovara na dijagramu momenta točka A. Od točke A do točke B na
momentnoj krivulji traje zalet motora kod položaja sklopke u spoju zvijezda. U točki B
preklapa se sklopkom u spoj trokut. Trenutku preklapanja odgovara na dijagramu točka C.
Promjena momenta odvija se dalje po momentnoj krivulji za spoj trokut do točke D koja
odgovara momentu tereta Mt. Na istoj slici se može analogno pratiti i tok struje pri upuštanju
preklopkom zvijezda-trokut.
Pri upuštanju motora preklopkom zvijezda-trokut potrebno je paziti da preklopka ne ostane u
položaju zvijezda. Iako bi eventualno moment motora bio dovoljan da svlada teret, u pogledu
veličine fazne struje i načina hlađenja to bi bilo nedopustivo. Kako se može ustanoviti iz
dijagrama na slici , za određeni bi teret Mt linijska struja bila ista u oba spoja. Međutim u
spoju zvijezda linijska bi struja bila istodobno i fazna. Kako je uvjet za upuštanje preklopkom
zvijezda-trokut da namot bude građen za trajni rad u spoju trokut, kroz namot bi sada tekla
struja koja bi bila puta veća od trajno dopuštene. Zbog toga bi dolazilo do pojačanog
zagrijavanja namota. Istodobno bi, kako se to također može vidjeti iz dijagrama na slici u
spoju zvijezda za isti moment, klizanje bilo veće nego u spoju trokut. To znači da bi se rotor,
a s njime i ventilator kojim se prisiljava cirkulacija rashladnog zraka kroz otor, vrtio
polaganije, pa bi i hlađenje bilo slabije. Slabije odvođenje topline još bi više pogoršalo
toplinske prilike u motoru. Zbog navedenih problema koji bi se dogodili u slučaju da motor
ostane spojen u zvijezdu, danas se u većini slučajeva kod upuštanja preklopkom zvijezda-
trokut, ona sastavlja od sklopa kontaktora s odgovarajućim vremenskim relejem. Takvom se
konstrukcijom postiže automatsko prebacivanje iz spoja zvijezda u spoj trokut.
2. Opis praktičnog rada
Na pultu izrađenom od drva izveo sam vježbu upuštanja trofaznog asinkronog motora
preklopkom zvijezda-trokut.
2.1. Karakteristike motora
Motor je trofazni asinkroni, ZK100L-2, 380/660V, trokut/zvijezda 6,2/3,6A, P=3kW,
n=2880o/min, f=50Hz, cos=0,84, oblik B3, klasa izolacije B, zaštita IP54, trajni pogon S1,
granična vrijednost vibracije klasa R.
Pojašnjenja oznaka:
ZK – zatvoreni kavezni motor
100 – visina motora od ležeće baze do središta osovine (oblik B3)
L – izvedba statorskog paketa limova
2 – 2p (dvopolni motor)
IP 54 – mehanička zaštita (prva brojka -5- zaštita od dodira sitne prašine, druga
brojka -4- zaštita od prskanja vode iz svih smjerova)
klasa izolacije B 130oC – standardna izvedba
S1 – trajni pogon
granične vrijednosti vibracija: klasa N-normal, klasa R-reducir, klasa S-
specijal
2.2. Odabir elemenata
Prema specifikacijama motora, iz tablice 1 odabrani su odgovarajući elementi koji su popisani
u tablici 2 te instalirani na pult.
Napomena: za upuštanje motora većih snaga potrebno je odabrati odgovarajuće
osigurače, kao i provodnike za glavne strujne krugove prema tablici 1.
Nazivna Nazivna struja Uklapanje direktno Uklapanje zvijezda-trokut preklopkom ili
snaga
motora
motora In u A pri
naponu
(Ik=6In ; tz=5s) pokretačen
(Ik=2In ; tz=15s)
Struje osigurača u A
za napon
Presjeci vodova u
mm2 Cu za napon
Struje osigurača u A
za napon
Presjeci vodova u
mm2 Cu za napon
220V 380V 500V 220V 380V 500V 220V 380V 500V 220V 380V 500V 220V 380V 500V
0,18 0,95 0,55 0,42 2,0 2,0 2,0 1,5 1,5 1,5 - - - - - -0,25 1,28 0,74 0,56 2,0 2,0 2,0 1,5 1,5 1,5 - - - - - -0,37 1,82 1,05 0,80 4,0 2,0 2,0 1,5 1,5 1,5 - - - - - -0,55 2,6 1,48 1,13 4,0 4,0 2,0 1,5 1,5 1,5 4,0 2,0 2,0 1,5 1,5 1,50,8 3,6 2,1 1,6 6,0 40, 4,0 1,5 1,5 1,5 4,0 4,0 2,0 1,5 1,5 1,51,1 4,7 2,7 2,1 10,0 6,0 4,0 1,5 1,5 1,5 6,0 4,0 4,0 1,5 1,5 1,51,5 6,2 3,6 2,7 10,0 6,0 6,0 1,5 1,5 1,5 6,0 4,0 4,0 1,5 1,5 1,52,2 8,7 5,0 3,8 16,0 10,0 6,0 2,5 1,5 1,5 10,0 6,0 4,0 1,5 1,5 1,53,0 11,6 6,2 5,1 20,0 10,0 10,0 4,0 1,5 1,5 16,0 10,0 6,0 2,5 1,5 1,54,0 15,1 8,7 6,6 25,0 16,0 10,0 6,0 2,5 1,5 16,0 10,0 10,0 2,5 1,5 1,55,5 21,0 12,0 9,1 35,0 20,0 16,0 10,0 4,0 2,5 25,0 16,0 10,0 4,0 2,5 1,57,5 28,0 16,0 12,2 50,0 25,0 20,0 16,0 6,0 4,0 35,0 20,0 16,0 10,0 4,0 2,511 40,0 23,0 17,5 63,0 35,0 25,0 25,0 10,0 6,0 50,0 25,0 20,0 16,0 6,0 4,0
tablica 1
tablica 2: popis elemenata instaliranih na pult
Red. br. Shem. oznaka
Naziv ugrađenog elementa i proizvođač
List nabavnog elementa
Broj djela
Broj komada
Cijene pojed. elem.
Ukupna cijena
1. F1, F2, F3, F4
Osnova osigurača EZM25 sa plast. zašt. poklopcem i kapom
DII
N431202 958402 4 15,60 62,40
2. F1, F2, F3
Kalibrirani prsten DII 10A
N421221 103853 3 3,10 9,30
3. F1, F2, F3
Uložak 10A-tromi N433221 824321 3 4,20 12,60
4. F4 Kalibrirani prsten DII 6A -brzi
N421221 888425 1 3,00 3,00
5. F4 Uložak brzi 6A N444202 920452 1 3,00 3,006. Nosač NV1 za
osigurače (kupuje se 2m dužine)
N822402 (l=0,5m)
931221 1 12,00 12,00
7. Vijak M4 x 20 M.B1.103
N842530 44821 6 0,50 3,00
8. K1M K2M K3M K4M
Sklopnik (kontaktor) KO53 220V, 50Hz
«ISKRA» (5 otvorenih i 3
zatvorena kontakta)
N142002 538126 4 230,20 920,80
9. K1T Podnožje vremenskog releja
85.33.FINDER
N222420 534829 1 16,00 16,00
10. K1T Vremenski relej 220V, 50Hz,
FINDER, područje regulacije u rasponu
od 0,1sek – 10h
N283243 634211 1 320,00 320,00
11. Nosač NV 1 za sklopnike i
vremenski relej (2m)
N283513 (l=0,54m)
824310 1 20,20 20,20
12. Bimetalni relej TRB-2 (5-8.5A) ISKRA
N214321 854301 1 182,40 182,40
13. L1, L2, L3, N, W1...
Redne stezaljke 5RS-6 Rade Končar
N421103 321204 11 15,40 169,40
14. Stezaljke 6 za zaštitni vodič Rade Končar
N438321 113344 2 20,30 40,60
15. Krajna pločica VS6 Rade Končar
N432502 687331 1 3,00 3,00
16. Krajni držači – metalni VS6 - 8
N845531 628002 2 3,20 6,40
17. Komandna ploča – N427620 428331 1 34,40 34,40
bakelitna 47x20x5 2x1x0,005(m)18. S3 Preklopnika sa
ključem SDN1 – 2 CEMA
N281450 321892 1 182,00 182,00
19. S0 Gljivasto tipkalo PR-2 crveno; dvostruki
kontakti CEMA
N324321 825341 1 145,00 145,00
20. S1, S2 Tipkalo PN – 2 – crno; dvostruki kontakt CEMA
N802442 318541 2 138,00 276,00
21. h1, h1', h2, h2'
Signalne lampice SSH 110/6V CEMA
N953122 111322 4 140,20 140,20
22. Natpisna pločica (0-1)
342421 1 2,20 2,20
23. Natpisna pločica START
433012 2 2,20 4,40
24. Natpisna pločica STOP (žuta okrugla
50)
431023 1 2,20 2,20
25. Provodnik P/F 1.5 crni
N824312 421332 30(m) 1,10 33,00
26. Provodnik P/F 1.5 crveni
N833333 221321 20(m) 1,10 22,00
27. Provodnik P/F 1.5 svjetlo plavi
N842312 223890 8(m) 1,10 8,80
28. Kabelska stopica RF-U4
N102332 122202 62 0,80 49,60
29. Kabelska stopica RF-U5
N102428 302102 8 0,90 7,20
30. Kabelski utikač CEM RF-P12
N102832 881001 13 0,40 5,20
31. Kabelska stopica-natikač RF-F60
N102432 338893 4 1,20 4,80
32. Konstrukcija razvodne ploče 90x50x2(cm)
421319 1 120,00 120,00
33. Komandna ploča 47x20x10 (drva 2cm)
822111 1 30,00 30,00
34. Kabel za ožičenje POK 0 2/4
STROJOPLAST
N321432 213321 2,54m 16 40,64
35. Vijak M4x16 M.B1.103
321002 30 0,30 9,00
36. Šarnir za vrata 40x20 pocinčano
N821333 489111 2 2,30 4,60
UKUPNO 3326,74
elementi van razvodne ploče:
37. Priključni kabel PP/J-Y 5x2,5 500V
N321402 318999 15m 3,80 57,00
38. Motorno zaštitna sklopka DM 25 (10-
16A)
N823331 283102 1 198,00 198,00
39. Grlo sijalice E27 N423110 310242 6 5,40 32,4040. Sijalica 220V, 60W,
E27N423301 899324 6 2,70 16,20
41. M Trofazni asinkroni motor ZK 100L-2
380V/660V trokut/zvijezda,
6,2/3,6A, P=3kW, f=50HZ, cos=0,84, n=2880o/min, oblik
B3, mehanička zaštita IP54, kl. iz. B,
trajni pogon S1, granična vrijednost vibracije klasa R,
ugrađeni PTC termistori za
termičku zaštitu za klasu izolacije B
N281432 314232 1 2000,00 2000,00
UKUPNO 2303,00
2.3. Princip rada vježbe
Principijelna shema nalazi se na stranicama 18. i 19.
Uključimo preklopnik s ključem S3. Pritiskom na tipkalo S1 (vrtnja motora u smjeru kazaljke
na satu) aktiviramo vremenski relej i dovedemo pod napon svitak K3M koji prespoji motor u
zvijezdu. K3M zatvara svoje radne kontakte 43-44 i 53-54. Zatvaranjem kontakta 53-54 pod
napon dovodi signalne lampe i svitak K1M (zato što je mirni kontakt od S2 zatvoren, a od S1
otvoren) koji zatvara svoje radne kontakte 43-44 i 53-54 (čime drži motor i čitav krug pod
naponom), a otvara svoje mirne kontakte 61-62 i 71-72. Otvaranjem kontakata 71-72
onemogućuje uključivanje K4M, odnosno istovremeni rad K1M i K4M jer bi u tom slučaju
došlo do kratkog spoja. Nakon što proradi vremenski relej K1T, s napona se isključuje K3M i
njegov radni kontakt 53-54 se otvara, mirni kontakt 61-62 se zatvara, čime pod napon dolazi
K2M koji prespaja motor u trokut. Tipkalom S0 (stop tipkalo) čitav krug odvajamo od napona
i svi kontaktori se isključuju te motor prestaje s radom. Pritiskom na tipkalo S2 (vrtnja motora
u smjeru obrnutom od kazaljke na satu) aktiviramo vremeski relej i pod napon dovodimo
K3M koji prespoji motor u zvijezdu. K3M zatvara svoje radne kontakte 43-44 i 53-54.
Zatvaranjem kontakta 53-54 pod napon dovodi signalne lampe i svitak od K4M (zato što je
mirni kontakt 1-2 od S1 zatvoren, a od S2 otvoren) koji zatvara svoje radne kontakte 43-44 i
53-54 (čime drži motor i čitav krug pod naponom), a otvara svoje mirne kontakte 61-62 i 71-
72. Otvaranjem kontakta 71-72 onemogućuje uključivanje K1M i istovremeni rad sa K4M.
Nakon što proradi vremenski relej K1T, s napona se isključuje K3M i njegov radni kontakt
53-54 se otvara, mirni kontakt 61-62 se zatvara, čime pod napon dolazi K2M koji prespaja
motor u trokut.
Korištena literatura
Hartl: «Električni strojevi»
Sever: «Niskonaponski asinkroni motori»
Internet