T MoraviceTehniar za elektrine strojeve s primjenjenim raunalstvom

Automatsko pokretanje motora sklopkom zvijezda-trokut

Mentor: Uenik:Danijel Vrbanc, prof. Marino agar, IV.eSADRAJ

1.UVODMoj zadatak za zavni maturalni rad bila je tema Automatsko pokretanje motora sklopkom zvijezda-trokut. U svom radu pisati u openito o trofaznim asinkronim motorima, njegovim osnovnim dijelovima. Takoer u navesti vrste asinkronih motora i kako se izvode. Pisat u o principu rada i momentnoj karakteristici.

2.UVOD U TROFAZNE ASINKRONE MOTOREAsinkroni strojevi su rotacijski strojevi kojima je brzina vrtnje motora razliita od brzine vrtnje okretnog magnetskog polja u rasporu. Uglavnom se koriste kao motori od najmanjih snaga do najveih, ak do 60MW, a ponekad kao generatori (vjetroelektrane). Najee se izvode trofazno, a samo kod manjih snaga jednofazno. Ovi motori su najee koriteni motori u praksi.Osnovi djelovi su mu stator i rotor. Stator je izveden od dinamolimova debljine 0,5mm koji su izolirani da bi se smanjili gubici zbog vrtlonih struja. Stator ima oblik upljeg valjka, a u unutarnjem obodu statora itancani su utori u koje se postavlja statorski namot. Statorski paket limova mora biti dobro mehaniki uvren. Rotor je takoer izveden od dinamolimova koji se navuku na osovinu i dobro mehaniki uvrste na tzv. rotorski paket. Rotor ima oblik valjka, a po vanjskom obodu su itancani utori u koje se postavlja rotorski namot.Stator i rotor su aktivni dijelovi motora.U ostale konstruktivne dijelove motora spadaju kuite, leevni titovi, nogari, osovina, leajevi, prikljuna ploica, ventilator i dr.

2.1. VRSTE ASINKRONIH MOTORAPostoje dvije osnovne vrste asinkronih motora:1.kavezni2.klizno-kolutniKavezni asinkroni motori - su dobili ime po izvedbi rotorskog namota. Rotorski namot ovih strojeva radi se tako da se u utore rotora postave tapovi (od aluminija ili bakra) koji su neto dui od rotorskog paketa limova. Svi tapovi s jedne i druge strane rotora kratko se spoje pomu jednog prstena, pa namot izgleda kao kavez. S obzirom na izvedbu kaveza mogu biti:-Obini kavezni motori s kavezom od okruglih ili pravokutnih tapova-Motori s uskotapnim rotorom (imaju uske i duboke profilirane tapove) kako bi se providno poveao radni otpor pri pokretanju-Dvokavezni ili viekavezni motori, najpoznatiji su Boucherotovi motori, koji imaju dva ili vie odvojenih kaveza. Takoer zato da se prividno povea radni otpor pri pokretanju.

Pokretni moment:To je moment vrtnje kojeg asinkroni motor moe razviti u trenutku pokretanja.Izraava se u postocima ili kao viekratnik nazivnog momenta. Pri izravnom prikljuivanju na mreu pokretni moment iznosi-Kod obinih kaveznih motora male snage: 160%-290%-Kod kaveznih motora srednje snage: 120%-200%-Kod dvokaveznih motora od 100%-300%Struja pokretanja:Ako se izrazi u postocima u odnosu na nazivnu struju, tada pri izravnom ukljuivanju struja pokretanja iznosi:-Kod obinih kaveznih motora: 300%-700%-Kod uskotapnih dubokih utora 250%-500%-Kod dvokaveznih motora: 200%-500%Klizno-kolutni asinkroni motori imaju na osovini tri klizna prstena na koje su spojeni poeci i zavreci rotorskog namota. Klizni prsteni moraju biti meusobno i prema osovini izolirani. Preko kliznih prstena i etkica moe se u krug rotora ukljuiti neki vanjski otpor koji moe sluiti samo za pokretanje i uputanje asinkronih motora pa se naziva pokreta ili uputa, ili moe sluiti za regulaciju brzine vrtnje. Ako se koristi samo kao uputa 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.

Pokretni moment:Klizno-kolutni motor ima veliki pokretni moment zahvaljujui upravo pokretau u rotorskom strujnom krugu. Pokretni moment iznosi 200%-400% od nazivnog momenta, a njegova stvarna vrijednost ovisi o prikladno odabranom pokretauStruja pokretanja:Kod klizno-kolutnih motora je mnogo manja nego kod kaveznih. Izraena u postocima od nazivne struje ona iznosi:-Pri pokretanju s pola tereta 65%-75% od nazivne struje-Pri pokretanju s punim teretom 130%-150% od nazivne struje-Pri tekom pokretanju 170%-200% od nazivne struje

2.2. PRINCIP RADA ASINKRONIH STROJEVAAsinkroni 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 e potei struja, pa imamo vodie kroz koje tee struja, a nalaze se u polju, pa na svaki vodi djeluje sila koja zakrene rotor u smjeru vrtnje okretnog magnetskog polja ali neto manjom brzinom od okretnog magnetskog polja, zbog ega se ovakvi motori i nazivaju asinkroni. Zaostajanje brzine vrtnje rotora za okretnim magnetSkim poljem naziva se klizanje i oznaava se sa s.

gdje je: s klizanjegdje je: n1 brzina vrtnje okretnog magnetskog poljagdje je: n2 brzina vrtnje rotora

2.3. MOMENT I MOMENTNA KARAKTERISTIKADa bi mogao svladati na osovinu priljuen vanjski teret, motor mora razviti odgovarajui 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, ve se mijenja s promjenom broja okretaja odnosno klizanja po krivulji prikazanoj na slici dolje. Ta krivulja se naziva momentna karakteristika asinkronog motora.Analiziravi ovu krivulju dolazimo do vie zakljuaka o mogunosti razvijanja momenta vrtnje asinkronog motora kod razliitih pogonskih stanja.U trenutku pokretanja s=1, n=0, motor moe razviti moment vrtnje odreen tokom C. Taj se moment vrtnje naziva potezni moment i oznauje se sa Mp. Potezni moment omoguuje motoru da se pokrene sam u trenutku prikljuenja na mreu. Nakon to se motor pokrene brzina mu poinje rasti, a klizanje opada i motor razvija sve vei moment vrtnje i to do toke D u kojoj je motor razvio maksimalal moment vrtnje. Taj moment se naziva prekretni moment. S daljnjim porastom brzine veliina momenta vrtnje koji razvija motor opada sve do nule, tj. toke u kojoj asnikroni motor poprimi sinkronu brzinu. U toj toki vrijedi M=0, n=ns, s=0.3. POKRETANJE KLIZNO-KOLUTNIH ASINKRONIH MOTORARotor klizno- kolutnih motora graen je tako da se u njegov strujni krug moe ukljuiti vanjski otpor preko kliznih koluta. Ukljuujui u strujnu krug rotora kolutnih motora prikladan je radni otpor, moe se postii najvei potezni moment pri znatno manjim strujama pokretanja nego u kratkospojenim kaveznim motorima izravno prikljuenim na mreu stalnog napona i frekvencije.Pokreta je graen kao zaseban element, prikljuuje se na rotor pomou dobro dimenzioniranih spojnih vodova. Otpor se moe podeavati, tj. maksimalna vrijednoost moe se ukljuiti u trenutku pokretanja i postupno smanjivati s porastom brzine rotora te kod nazivne brzine rotora potpuno iskljuiti.

Pri pokretanju kolutnih motora pokretaem treba postupiti na sljedei nain.1.Treba provjeriti jesu li etkice prislonjene i pritiu li dovoljno klizne kolute2.Treba ispitati jesu li ukljueni svi otpori pokretaa 3.Motor se prikljuuje u mreu4.Sa zaletom motora pokreta se potpuno iskljuuje, tako da je kod nazivne brzine potpuno iskljuen5.Podiu se etkice s kliznih koluta i oni se kratko spajaju ako motor ima ureaj za kratko spajanje kliznih koluta. Ako motor nema takav ureaj, tada se etkice ne diu, jer su klizni koluti ustvari preko njih i pokretaa ve spojeni

Pokreta za trofazne asinkrone motore izrauje se od specijalnih legiranih vodia koji prolaskom struje pruaju veliki otpor, pri emu se zagrijavaju i troe elektrinu energiju. Ima tri jednaka stupnjevita otpora, u svakoj fazi po jedan, a podeavaju se kontinuirano ili u stupnjevima kako bi ukljueni otpori u svim fazama bili jednaki. Grade se za pokretanje malih i srednjih snaga pod polovinim ili punim teretom. Budui da se zagrijavaju, treba ih hladiti, a to se kod manjih pokretaa ini zrakom, a kod velikih pokretaa uljem.Da bi pokreta ispunio svoj zadatak mora, mora biti dobro dimenzioniran, zato prilikom nabave kolutnih motora treba od proizvoaa traiti podatke o pokretau koji odgovara motoru, odnosno uvijetima u kojima e motor raditi.

4. POKRETANJE TROFAZNIH KAVEZNIH MOTORAPokretanje kaveznih motora moe se obaviti na razliite naine. Nain pokretanja kaveznih motora zavisi uglavnom od jaine mree, vrste zaleta, veliine motora, spoja namotaja i primjenjenog namotaja u motoru. Najei naini pokretanja su:-direktno pokretanje-pokretanje pomou prigunica-pokretanje pomou autotransformtora-pokretanje preklopkom zvijezda-trokutPostoje jo i razni drugi naini.

4.1. DIREKTNO POKRETANJENa dananje industrijske, odnosno gradske mree mogu se direktno pokrenuti motori snage do 5kW, a u praznom hodu i do 7kW.

4.2 POKRETANJE POMOU PRIGUNICAU seriji sa statorskim namotom prikljuene su prigunice. Najprije se ukljui sklopka S1 i motor se napaja preko prigunice. Kod nekog klizanja s1 ukljuuje se sklopka S2, prigunice se premoste i motor dobije puni napon mree. Prigunice snizuju napona na 60%Un.

4.3. POKRETANJE POMOU AUTOTRANSFORMATORAKavezni motori velikih snaga pokreu se pomou regulacijskih transformatora u tednom spoju.Najprije se ukljuuju sklopke S1 i S3, klizai se pomiu prema gore i kad dou u krajnji gornji poloaj motor dobiva puni napon mree. Zatim se ukljui sklopka S2, a S3 se iskljui. Motor prilikom ukljuivanja preko autotransformatora dobiva 50 do 70%Un

4.4. POKRETANJE PREKLOPKOM ZVIJEZDA-TROKUTOvo je jedan od najeih naina pokretanja asinkronih kaveznih motora. Uputanje preklopkom zvijezda-trokut primjenjuje se kod motora snaga od 3 do 20 kW. Za takav nain uputanja motor prije svega mora biti graen za nazivni napon u spoju trokut. Motor se na mreu prikljuuje prema shemi na slici.

Preklopka je tako konstruirana da se pri ukljuivanju statorski namot najprije spoji u zvijezdu (poloaj na slici oznaen sa Y). Tek pri daljnjem prebacivanju preklopke, nakon odreenog vremena, u idui poloaj (na slici oznaen sa ) motor na svom statorskom namotu dobije puni nazivni napon. Tada je namot spojen u trokut.

U trenutku ukljuivanja asinkroni kavezni motor je u kratkom spoju (s=1). Izraz za impedanciju kratkog spoja glasi:gdje je: R1 radni otpor statorskog namotagdje je: R2' radni otpor u krugu rotorskog namota sveden na statorski namotgdje je: X1 induktivni otpor statorskog namotagdje je: X2' induktivni otpor rotorskog namota sveden na statorski namotgdje je: Zk fazna impedancija kratkog spoja asinkronog motoragdje je: faktor rasipanja, kod normalno izvedenih asinkronih motora iznosi 1,04-1,08

Dakle, time to smo prikladnom konstrukcijom preklopke u trenutku pokretanja namot kaveznog asinkronog motora spojili u zvijezdu, postigli smo da se struja pokretanja smanjila na treinu vrijednosti koju bi dosegla da se motor direktno upustio u spoju namota statora u trokut.

Za spoj namota u zvijezdu vrijedi:

a za spoj u trokut:

pa se moe postaviti odnos ovih dvaju momenata:

gdje je: My pokretni moment koji motor razvija ako je njegov namot spojen u zvijezdugdje je: M pokretni moment koji motor razvije ako je njegov namot spojen u trokutDakle, upotrijebivi preklopku zvijezda-trokut, smanjili smo struju pokretanja tri puta, ali i pokretni moment motora smo takoer smanjili tri puta.

Pri uputanju motora preklopkom zvijezda-trokut potrebno je paziti da preklopka ne ostane u poloaju zvijezda. Iako bi eventualno moment motora bio dovoljan da svlada teret, u pogledu veliine fazne struje i naina hlaenja to bi bilo nedopustivo. Kako se moe ustanoviti iz dijagrama na slici , za odreeni bi teret Mt linijska struja bila ista u oba spoja. Meutim u spoju zvijezda linijska bi struja bila istodobno i fazna. Kako je uvjet za uputanje preklopkom zvijezda-trokut da namot bude graen za trajni rad u spoju trokut, kroz namot bi sada tekla struja koja bi bila puta vea od trajno doputene. Zbog toga bi dolazilo do pojaanog zagrijavanja namota. Istodobno bi, kako se to takoer moe vidjeti iz dijagrama na slici u spoju zvijezda za isti moment, klizanje bilo vee nego u spoju trokut. To znai da bi se rotor, a s njime i ventilator kojim se prisiljava cirkulacija rashladnog zraka kroz otor, vrtio polaganije, pa bi i hlaenje bilo slabije. Slabije odvoenje topline jo bi vie pogoralo toplinske prilike u motoru. Zbog navedenih problema koji bi se dogodili u sluaju da motor ostane spojen u zvijezdu, danas se u veini sluajeva kod uputanja preklopkom zvijezda-trokut, ona sastavlja od sklopa kontaktora s odgovarajuim vremenskim relejem. Takvom se konstrukcijom postie automatsko prebacivanje iz spoja zvijezda u spoj trokut.

Preklopka je tako konstruirana da se pri ukljuivanju statorski namot najprije spoji u zvijezdu.Tek pri daljnjem prebacivanju preklopke nakon odreenog vremena, u idui poloaj motor na svom statorskom namotu dobije puni nazivni napon. Tada je namot spojen u trokut. U trenutku ukljuivanja asinkroni kavezni motor je u kratkom spoju (s=1). Izraz za impedanciju kratkog spoja glasi:

gdje je: R1 radni otpor statorskog namotagdje je: R2' radni otpor u krugu rotorskog namota sveden na statorski namotgdje je: X1 induktivni otpor statorskog namotagdje je: X2' induktivni otpor rotorskog namota sveden na statorski namotgdje je: Zk fazna impedancija kratkog spoja asinkronog motoragdje je: faktor rasipanja, kod normalno izvedenih asinkronih motora iznosi 1,04-1,08

5.POKRETANJE TROFAZNOG ASINKRONOG MOTORA U SPOJU ZVIJEZDA-TROKUT IZVEDENOM POMOU TRI SKLOPNIKA I VREMENSKOG RELEJA

K1-Glavni sklopnik K3-Sklopnik zvijezda M-Prikljuite motoraK2-Sklopnik trokut RF-Bimetalna zatita F1...F3-Osigurai energetskog kruga

5.1. UPRAVLJAI STRUJNI KRUG RAZVIJENA SHEMA

K1-Glavni sklopnik K2-Sklopnik trokut K3-Sklopnik zvijezda RF-Bimetalna zatitaTR-Vremenski relej S1-Tipkalo start S2-Tipkalo stopF4-Osigura upravljakog kruga

6. ZAKLJUAKPokretanje trofaznih asinkronih motora preklopkom zvijezda-trokut (Y/D) je jedan od najee rabljenih naina. Motor se pokree u spoju zvijezda te se ovisno o vremenu na vremenskom releju prebaci na spoj trokut. Koritenjem ove metode potezna struja smanjuje se 3 puta u odnosu na spoj u trokutu. Iako se ovaj spoj esto koristi on takoer ima i nedostatke a to su dva skoka struje motora, jedan prilikom zaleta a drugi prilikom prebacivanja motora iz zvijezde u trokut te naglo poveanje momenta za vrijeme prebacivanja u trokut. S napretkom tehnologije oekuje se da e se i taj problem rijeiti.

Literatura:-Hartl: Elektrini strojevi-Sever: Niskonaponski asinkroni motori-Internetske stranice

POSLJEDNJA STRANICA ZAVRNG RADA

Datum predaje rada: _______________________________

Potpis mentora: _______________________________

Ocjena pisanog rada: _______________________________

Datum obrane rada: _______________________________

Ocjena obrane rada: _______________________________

Konana ocjena: _______________________________Povjerenstvo:1.mentor:____________________________________2.lan: ____________________________________3.lan:____________________________________4.lan:____________________________________5.lan:____________________________________Prostor za izdvojeno miljenje ili eventualni komentar:3

1