5.3 OVLÁDANIE ASYNCHRÓNNEHO MOTORA 5.3.1 Spúš anie a reverzácia asynchrónneho motora pomocou stýka ovej automatiky Teoretické poznatky Vzh adom na ve ký spúš ací prúd asynchrónnych motorov a prípustné úbytky napätia v sieti je dovolené priamym pripojením na sie spúš a asynchrónne motory len do výkonu 3 kW. Vä šie klietkové motory sa naj astejšie pripájajú na sie v spojení statorového vinutia do hviezdy a po rozbehnutí motora sa vinutie prepojí do trojuholníka. V tomto zapojení potom motor trvalo pracuje. Pri spojení do hviezdy, motor odoberá zo siete prúd 3-krát menší jako v spojení do trojuholníka. Reverzácia asynchrónneho motora sa dosiahne zmenou sledu fáz v statorovom vinutí. Na to sta í prepoji navzájom dva prívody k vinutiu statora. Pre spínanie napájacieho obvodu môžeme použi stýka e. Stýka e majú stabilnú len vypnutú polohu. V zopnutej polohe sú držané cudzou silou proti sile pružín alebo vlastnej váhe pohyblivej asti stýka a. Po zániku prí ažlivej cudzej sily, stýka odsko í do vypnutej polohy. Najpoužívanejšie sú stýka e elektromagnetické s možnos ou napájania spínacieho elektromagnetu priamo zo siete, alebo zo zvláštneho zdroja. Stla ením tla idla cievka elektromagnetu dostáva prúd a kotva spojí kontakty hlavného prúdového obvodu. Po prerušení prúdu kotva odpadne. Okrem hlavných kontaktoch majú stýka e ešte pomocné S1 kontakty (obr. 5.30), ktoré sa používajú k signalizácii a bloko2S1 1S1 vaniu iných stýka ov (zamedzenie sú asného zapnutia iných stýka ov). Pomocné kontakty sú spojovacie (v k udovej polohe rozpojené - 1) a rozpojovacie (v k udovej polohe spojené - 2). Pri hlavné pomocné cievka ovládaní stýka a dvojicou tla idiel sa využije spojovacích konkontakty kontakty stýka a taktov ako tzv. samodružných kontaktov, ktoré uzatvárajú obObr. 5.30 Základné zapojenie stýka a vod cievky elektromagnetu i po odsko ení zapínacieho tla idla. Vypnutie stýka a sa uskuto ní stla ením vypínacieho tla idla. a jeho kontakty
Úloha merania 1. 2.
Zapojte hlavný a ovládací obvod pre spúš anie motora pomocou prepínania hviezda-trojuholník a vykonajte skúšku zapojenia. Zapojte hlavný a ovládací obvod pre reverzáciu motora a vykonajte skúšku zapojenia.
Pracovný postup 1. Spúš anie motora pomocou prepínania hviezda-trojuholník Schéma hlavných obvodov je na obr. 5.31. Pri zopnutých stýka och S1 a S2 je vinutie zapojené do hviezdy pod a obr. 5.32a. Pri zopnutých stýka och S1 a S3 je vinutie zapojené do trojuholníka pod a obr. 5.32b. Stla ením tla idla A1 sa motor rozbieha pri zapojenom vinutí do hviezdy a postla ení tla idla A2 sa prepojí vinutie do trojuholníka. Motor sa môže prepnú do trojuholníka po nieko kých okamžikoch od spustenia, ke už záberový prúd dostato ne klesol. Prepnutie sa môže uskuto ni automaticky, ak použijeme pomocné relé s nastavením požadovanej hodnoty asu alebo prúdu.
Riadková ovládacia schéma pre spúš anie asynchrónneho motora pomocou prepínania hviezdatrojuholník je na obr. 5.33.
L1 L2 L3 N P2
S3
S1
S2
2F1 L1 L2 L3 U0 V0
U
V
U0 V0 W0
U0 V0
W0
U
U
W
W
Obr. 5.31 Hlavný obvod pre spúš anie motora pomocou prepínania hviezda-trojuholník
W
V
V
a) do hviezdy b) do trojuhoníka Obr. 5.32 Zapojenia vinutia motora
L1 P2
L1 L2 L3
W0
N A0
A1
2F1
S1 1’
1
1S1 2
3S1
2A2
3
S2 3’
1A2 4 5
2S3 2S2
S3 4’
1S3
Obr. 5.33 Riadková schéma ovládania stýka ov pri spúš aní motora pomocou prepínania hviezda-trojuholník
2. Reverzácia motora a)
Schéma hlavných obvodov je na obr. 5.34. Pri spojení kontaktov stýka a S1 sa motor rozto í v jednom smere, pri spojení kontaktov stýka a S2 v smere opa nom. Možnos sú asného spojenia oboch stýka ov sa musí vylú i , aby nevzniklo krátke spojenie medzi fázami.
b) Riadková schéma pre ovládanie reverza ného pohonu je na obr. 5.35. Stla ením tla idla A1 sa uzavrie prúdový obvod cez kontakty rozpínacieho tla idla A0, cez spínacie kontakty tla idla A1, rozpínacie kontakty tla idla A2, rozpínacie kontakty druhého stýka a 2S2 a cievku prvého stýka a S1. Tým sa spoja hlavné kontakty prvého stýka a S1 a motor sa rozbehne. Zárove sa spoja pomocné kontakty prvého stýka a 1S1, ktoré zostanú pritiahnuté jeho cievkou aj po návrate tla idla A1 do k udovej polohy. c)
Pokia chceme zmeni smer otá ania motora, musíme rozpoji stýka S1 a zapnú stýka S2. Stýka S1 sa rozpojí po stla ení tla idla A0. Motor do opa ného smeru to enia spustíme stla ením tla idla A2.
d) Tla idlo A1 resp. A2 sú blokované pomocou rozpínacích pomocných kontaktov 2S2 resp. 2S1, ktoré v danej chvíli odtlá a príslušný elektromagnet cievky bu stýka a S2 alebo S1. Takto je znemožnené sú asným stla ením tla idiel A1 resp. A2 spoji sú asne oba stýka e S1 resp. S2. L1 L2 L3 N P1
P2
S2
S1
2F1
U
V
W
u
v
w
Obr. 5.34 Hlavný obvod pre zapojenie asynchrónneho motora s možnos ou reverzácie Pokia chceme zmeni smer otá ania motora, musíme najprv stla i rozpínacie tla idlo A0.
L1 P2 A0
2F1
N
1S1
2S2
S1
Stla ením tla idla A1 sa zárove spoja spínacie pomocné kontakty prvého stýka a 1S1, ktoré zostanú pritiahnuté jeho cievkou aj po návrate tla idla A1 do k udovej polohy.
1’
1 A1
A2 Príslušný rozpínací pomocný kontakt blokuje sú asné zopnutie stýka a S2.
2 3
1S2
2S1
S2
4
4’
Obr. 5.35 Popisová riadková schéma pre ovládanie reverza ného pohonu
5.3.2 Regulácia otá ok asynchrónneho motora zmenou frekvencie napájacieho napätia Cie merania Cie om merania je objasni si spôsob zmeny otá ok asynchrónneho motora pomocou frekvenného meni a.
Teoretické poznatky Zmenou frekvencie napájacieho napätia môžeme dosiahnu jeden z najhospodárnejších a najú innejších spôsobov regulácie otá ok asynchrónnych motorov. Týmto spôsobom môžeme ako zvyšova , tak aj znižova otá ky v porovnaní s menovitými otá kami daného stroja. Pri regulácii musí by zachovaný vz ah Napájacie napätie Frekvencia napájacieho napätia
= konšt.
(5.53)
preto momentové charakteristiky budú ma priebeh pod a obr. 5.36. Medzi hlavné výhody tohto spôsobu regulácie patrí: • Možnos regulácie otá ok u asynchrónnych motorov s kotvou krúžkovou i s kotvou nakrátko. • Motor môžeme v celom regula nom rozsahu za ažova menovitým momentom (obr. 5.36), pri om sa prúd odoberaný zo siete a straty v stroji podstatne nemenia. Asynchrónny motor môžeme potom použi prakticky pre ubovolnú zá až a vlastnosti takto zostaveného pohonu sa blížia vlastnostiam pohonov s jednosmernými motormi s cudzím budením.
M
f1 < f2 < f3 < f4 Mmax
nS
nS
nS
nS
(1)
(2) (3)
(4)
n
Obr. 5.36 Momentové charakteristiky asynchrónneho motora pri rôznych frekvenciách napájacieho napätia
Ako zdroje premenlivej frekvencie sa používajú rôzne druhy frekven ných meni ov. Na obr. 5.37a je zobrazený výkonový obvod, v ktorom ako zdroj premenlivej frekvencie je použitý frekven ný meni . alší možný spôsob zmeny frekvencie je zobrazený na obr. 5.37b, pri ktorom sa využíva jednosmerný medziobvod. Na usmernenie sa používajú ako neriadené, tak aj riadené usmer ova e. Z usmerneného napätia požadovanú zmenu frekvencie dosiahneme pomocou strieda ov. V porovnaní s predchádzajúcim riešením je toto riešenie cenovo náro nejšie.
f1, U1 f1, U1
= Ud
f2, U2 f2, U2 AM AM a) priamy frekven ný meni b) frekven ný meni s medziobvodom Obr. 3.37 Principiálne zapojenie motora s frekven ným meni om
Úloha merania 1. Oboznámte sa s funkciou frekven ného meni a. 2. Sledujte a zaznamenajte asový priebeh výstupného napätia frekven ného meni a na osciloskope. 3. Porovnajte prúdové a príkonové pomery na asynchrónnom motore pri regulácii otá ok zmenou frekvencie a pri regulácii otá ok zmenou napájacieho napätia.
Pracovný postup 1. Regulácia otá ok motora zmenou frekvencie Zadané meranie uskuto níme pomocou zapojenia uvedeného na obr. 5.38. Frekven ný meni je napájaný trojfázovým harmonickým napätím konštantnej efektívnej hodnoty. Zmenou frekvencie na výstupe meni a f2 meníme ve kos výstupného napätia U2, a tým po et otá ok n asynchrónneho motora. Frekvenciu postupne meníme z 50 až na 10 Hz.
FM L1 L2
AU
W1
AV
W2 V2
L3 AW
AM
n osc.
Obr. 5.38 Schéma zapojenia pre reguláciu otá ok asynchrónneho motora pomocou zmeny frekvencie
Priebeh neharmonického výstupného napätia frekven ného meni a sledujeme na jednej fáze pomocou osciloskopu. Pri spracovaní nameraných hodnôt použijeme tieto vz ahy:
•
stredná hodnotu prúdu 1 I = ⋅ (I U + I V + I W ) 3
•
(5.54)
príkon P0 = P1 + P2
(5.55)
Namerané a vypo ítané hodnoty zaznamenáme do tab. 5.18. Do jedného grafu spracujeme regula né závislosti f2 = f (U2), I = f (U2), P = f (U2) a n = f (U2). U1 = ...........V, f1 = 50 Hz
Tab. 5.18
f2 [Hz]
50
45
40
35
30
25
20
15
10
U2 [V] n [min-1] IU [A] IV [A] IW [A] P1 [W] P2 [W] I [A] P [W]
2. Regulácia otá ok motora zmenou napájacieho napätia Zadané meranie uskuto níme pomocou zapojenia uvedeného na obr. 5.39. Otá ky asynchrónneho motora regulujeme pomocou trojfázového autotransformátora. Nastavujeme napätie na výstupe autotransformátora pri konštantnej sie ovej frekvencii 50 Hz. Pre porovnanie prúdových a výkonových pomerov s predchádzajúcim meraním, napätie nastavujeme na také hodnoty, aké sme dosiahli pri regulácii s frekven ným meni om. Pri spracovaní nameraných hodnôt použijeme vz ahy (5.54) a (5.55). Namerané a vypo ítané hodnoty zaznamenáme do tab. 5.19. Do jedného grafu spracujeme regula né závislosti I = f (U2), P = f (U2) a n = f (U2).
U V
RAT
AU
W1
AV
W2
AM
n
V2 W N
AW Obr. 5.39 Schéma zapojenia pre reguláciu otá ok asynchrónneho motora pomocou zmeny napájacieho napätia
U1 = ...........V, f = 50 Hz = konšt.
Tab. 5.19
U2 [V] n [min-1] IU [A] IV [A] IW [A] P1 [W] P2 [W] I [A] P [W]
Súpis prístrojov a zariadení Tab. 5.20
.
Ozna enie
1
FM - frekven ný meni
2
RAT - regul. autotransformátor
3
AU - ampérmeter
4
AV
5
AW
6
V2 - voltmeter
7
W1 - wattmeter
8
W2
9
n - otá komer
Popis
10 osc. - osciloskop
Obr. 40 Príklad trojfázového frekven ného meni a pre asynchrónne motory
