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