Τίτλος Άσκησης: Απευθείας Εκκίνηση Τριφασικού Κινητήρα (DOL - Direct On Line) Πρόβλημα: Θέλουμε να κατασκευάσουμε ένα κύκλωμα με το οποίο να ελέγχουμε τη λειτουργία ενός τριφασικού κινητήρα. Ερώτηση Εκκίνησης (Προβληματισμού): «Τι θα συνέβαινε αν απλώς συνδέαμε έναν τριφασικό κινητήρα απευθείας στο ρεύμα χωρίς καμία προστασία ή έλεγχο;» Παραδείγματα Απευθείας Εκκίνησης Τριφασικού Κινητήρα (DOL) Ανεμιστήρες & Φυγοκεντρικοί Εξαεριστήρες Ισχύς κινητήρα: < 5.5 kW Λόγος χρήσης DOL: Χαμηλή ροπή εκκίνησης, απλός μηχανισμός, σύντομος κύκλος εκκίνησης. Μικροί Αεροσυμπιεστές (Compressor) Ισχύς κινητήρα: έως 7.5 kW Λόγος χρήσης DOL: Οι κινητήρες είναι συνήθως μικροί και δεν προκαλούν μεγάλο ρεύμα εκκίνησης. Αντλίες Νερού (οικιακές ή μικρής γεωργικής χρήσης) Ισχύς κινητήρα: 2–10 kW Λόγος χρήσης DOL: Εάν το δίκτυο είναι ισχυρό και η ροή ξεκινά χωρίς μεγάλη αντίσταση, η απευθείας εκκίνηση είναι αποδεκτή. Μικροί Ταινιόδρομοι (Conveyors) Ισχύς κινητήρα: < 5 kW Λόγος χρήσης DOL: Όταν δεν υπάρχει φορτίο κατά την εκκίνηση (π.χ. ταινιοδρόμος εκκινεί άδειος), η DOL είναι επαρκής. Ανελκυστήρες εμπορευμάτων σε συνεργεία / αποθήκες Ισχύς κινητήρα: συνήθως 3–5.5 kW Λόγος χρήσης DOL: Σε ελαφριά φορτία και χαμηλές ταχύτητες, η ροπή εκκίνησης δεν είναι κρίσιμη. Ερώτηση 1 : Θα μπορούσα να χρησιμοποιήσω έναν απλό διακόπτη για να ελέγξω τη λειτουργία ενός κινητήρα - δηλαδή να ξεκινάω και να σταματάω έναν κινητήρα με τον ίδιο τρόπο που ανάβω και σβήνω μια λάμπα; Τι προβλήματα θα μπορούσε να παρουσιάσει αυτός ο τρόπος ελέγχου ενός κινητήρα; Π.χ. τι θα συνέβαινε σε μια βιομηχανία, στην οποία λειτουργούν δεκάδες κινητήρες, σε περίπτωση διακοπής ρεύματος; Προφανώς οι κινητήρες θα σταμάταγαν να λειτουργούν λόγω έλλειψης τροφοδοσίας. Τι θα συνέβαινε όμως όταν επανέρχονταν η ηλεκτρική παροχή; Δεν θα ήταν προτιμότερο να χρησιμοποιώ κάποιον μηχανισμό ελέγχου του κινητήρα ο οποίος, όταν διακοπτόταν η παροχή για οποιοδήποτε λόγο, να μπορούσε να ξαναενεργοποιηθεί μόνο αν ενεργοποιούσα τον μηχανισμό ελέγχου του - και όχι απλά επειδή επανήλθε η ηλεκτρική παροχή; Σε αυτή την περίπτωση θα πρέπει να χρησιμοποιήσουμε μπουτόν και όχι διακόπτες. Σημείωση: Ποια είναι άραγε η διαφορά μεταξύ μπουτόν και διακόπτη; Όταν πατήσω ένα μπουτόν, παραμένει ενεργοποιημένο όταν το αφήσω ή επανέρχεται στην αρχική του θέση; Αντίστοιχα, όταν πατήσω έναν διακόπτη, παραμένει ενεργοποιημένο όταν το αφήσω ή επανέρχεται στην αρχική του θέση; Ερώτηση 2: Μήπως είναι επικίνδυνο να ελέγχω έναν κινητήρα που λειτουργεί με υψηλή ένταση ρεύματος μέσω ενός απλού διακόπτη; Δεν θα ήταν ασφαλέστερο να ελέγχω το κύκλωμα του κινητήρα μέσω ενός ξεχωριστού κυκλώματος το οποίο να διαρρέεται με ρεύμα χαμηλής έντασης; Λύση: Λύση στα παραπάνω προβλήματα θα μπορούσε να δώσει ένα κύκλωμα το οποίο θα περιλαμβάνει δυο επιμέρους κυκλώματα: το ένα θα τροφοδοτεί το φορτίο και το άλλο θα ελέγχει τη λειτουργία του φορτίου. Επίσης αυτό το κύκλωμα θα πρέπει να ενεργοποιεί το φορτίο μόνο μέσω του χειριστή του. Αυτό το κύκλωμα θα είναι ένα κύκλωμα αυτοματισμού στηριζόμενο σε ηλεκτρονόμους και μπουτόν. Σημείωση: τα κυκλώματα αυτοματισμού χρησιμοποιούν μπουτόν και όχι διακόπτες για τους λόγους που ήδη αναφέραμε. Σε αυτή την περίπτωση όμως, όταν πιέζουμε ένα μπουτόν start, η επαφή του κλείνει και λειτουργεί το φορτίο. Όταν όμως αφήσουμε το μπουτόν, η επαφή του ανοίγει και το φορτίο σταματάει. Προφανώς δεν είναι λειτουργικό να πιέζουμε το μπουτόν start για όσο χρονικό διάστημα θέλουμε να λειτουργεί το φορτίο. Θα πρέπει να πατάμε το μπουτόν ώστε να ξεκινήσει το φορτίο και όταν αφήσουμε το μπουτόν, το φορτίο να συνεχίσει να λειτουργεί. Σε αυτή τη διαδικασία συνεισφέρει η επαφή αυτοσυγκράτησης, χάρη στην οποία αρκεί να δώσουμε μια στιγμιαία τροφοδοσία στο πηνίο του ηλεκτρονόμου ώστε αυτό να διεγερθεί και να παραμείνει διεγερμένο - ακόμα, δηλαδή, και όταν αφήσουμε το μπουτόν start. Προσοχή: η επαφή αυτοσυγκράτησης αποτελεί σημαντικότατο στοιχείο του κλασσικού αυτοματισμού, συνεπώς θα πρέπει να επιμείνουμε μέχρι να κατανοήσουμε τη λειτουργία της και να μπορέσουμε να την εφαρμόζουμε. Θα τη συναντήσουμε σε όλα τα υπόλοιπα κυκλώματα αυτοματισμού που πρόκειται να μας απασχολήσουν στη συνέχεια. Άρα αποτελεί προαπαιτούμενη γνώση. Θεωρητικό Μέρος Με την απευθείας εκκίνηση του κινητήρα, συνδέεται κατευθείαν στο τριφασικό δίκτυο τροφοδοσίας του, μέσω διατάξεων προστασίας και ελέγχου (αυτόματος διακόπτης ισχύος ή διακόπτης φορτίου , ασφάλειες και θερμικό προστασίας). Κατά την εκκίνηση, το ρεύμα του κινητήρα (ρεύμα εκκίνησης( είναι 5 έως 8 φορές μεγαλύτερο από το ρεύμα κανονικής λειτουργίας του, αλλά λόγω της μικρής ισχύος του το ρεύμα αυτό είναι σχετικά μικρό και δεν προκαλεί προβλήματα στο δίκτυο τροφοδοσίας. Αν όμως η ισχύ του κινητήρα είναι μεγαλύτερη από 2 KW, τότε η απευθείας εκκίνηση δημιουργεί προβλήματα στο δίκτυο τροφοδοσίας (πτώση τάσης δικτύου). Ανάλυση Λειτουργίας Κυκλώματος Ελέγχου Το κύκλωμα ελέγχου το χρησιμοποιούμε για να εκκινήσουμε και να σταματήσουμε έναν ασύγχρονο τριφασικό κινητήρα βραχυκυκλωμένου δρομέα χαμηλής ισχύος. Επίσης σταματάει τον κινητήρα σε περίπτωση υπερφόρτισης του. Ανάλυση Λειτουργίας Κυκλώματος Ισχύος Το κύκλωμα ισχύος τροφοδοτεί το φοτίο - στην προκειμένη περίπτωση τον κινητήρα Ερώτηση: Τι θα συνέβαινε αν στο παραπάνω κύκλωμα ελέγχου δεν υπήρχε η βοηθητική ανοικτή επαφή του ηλεκτρονόμου; Δείτε στο ακόλουθο σχέδιο αυτοματισμού τα δύο διαφορετικά κυκλωματα - το κύκλωμα ισχύος και το κύκλωμα ελέγχου - καθώς και τον τρόπο που αυτά συνεργάζονται Κύκλωμα Ισχύος και Ελέγχου Ερώτηση: για ποιο λόγο χρησιμοποιούμε το θερμικό ταυτόχρονα με την ασφάλεια τήξης; Τι περισσότερο προσφέρει το θερμικό στο κύκλωμα αυτοματισμού; Θυμηθείτε ότι σε κυκλώματα κινητήρων χρησιμοποιουμε ασφάλειες τήξης τύπου aM (πρώην βραδείας τήξης) οι οποίες προστατεύουν από βραχυκύκλωμα αλλά όχι από υπερφόρτιση - για περισσότερες πληροφορίες δείτε τον διπλανό σύνδεσμο Ερώτηση : Θα μπορούσαμε να προσθέσουμε στο κύκλωμα ελέγχου μια ενδεικτική λυχνία που να ανάβει όταν λειτουργεί ο κινητήρας; Πως θα πρέπει να τοποθετηθεί η ενδεικτική λυχνία στο κύκλωμα; Θυμηθείτε ότι ο κινητήρας λειτουργεί όταν το πηνίο του ηλεκτρονόμου διεγείρεται - όταν δηλαδή το πηνίο του ηλεκτρονόμου βρίσκεται υπό τάση. Ερώτηση: Θα μπορούσαμε να προσθέσουμε στο κύκλωμα ελέγχου μια ενδεικτική λυχνία που να ανάβει όταν ο κινητήρας σταματάει λόγω υπερφόρτισης; Πως θα πρέπει να τοποθετηθεί η ενδεικτική λυχνία στο κύκλωμα; Θυμηθείτε ότι όταν το θερμικό διεγείρεται λόγω υπερφόρτισης, αλλάζουν κατάσταση οι βοηθητικές του επαφές. Η κλειστή επαφή 95 - 96 άνοίγει με αποτέλεσμα να σταματάει η τροφοδοσία του κυκλώματος ελέγχου. Υπάρχει όμως και μια ανοικτή επαφή 97 - 98 στο θερμικό η οποία, σε περίπτωση υπερφόρτησης του κινητήρα, θα κλείσει. Εργασία - σχεδίαση Χρησιμοποιήστε τις γνώσεις σας για να συνδέσετε το κύκλωμα εκκίνησης DOL χωρίς να σας δοθεί έτοιμο το σχέδιο Ποια εξαρτήματα θα βάλετε στο κύκλωμα ισχύος; Ποια εξαρτήματα θα βάλετε στο κύκλωμα ελέγχου; Να σχεδιάσετε τα σύμβολα στο παρακάτω πλαίσιο σύμφωνα με το υπόδειγμα Υλικά Ανάλυση και Ερμηνεία 1. Τι συμβαίνει όταν πατάτε Start; 2. Τι ρόλο παίζει η "επαφή συγκράτησης"; 3. Τι συμβαίνει όταν πατήσετε Stop; 4. Πώς θα καταλάβετε αν λειτουργεί το θερμικό ρελέ; 5. Τι θα συμβεί στο παραπάνω κύκλωμα αυτοσυγκράτησης εάν πατηθούν ταυτόχρονα τα μπουτόν start και stop; Προσπαθήστε να απαντήσετε στην ερώτηση μελετώντας προσεκτικά το κύκλωμα του αυτοματισμού - κύκλωμα ελέγχου και κύκλωμα ισχύος 6 . Ποιο μπουτόν μεταξύ του start και του stop υπερισχύει στο κύκλωμα της άσκησης ; Δηλαδή, αν πατηθούν ταυτόχρονα τα δυο μπουτόν, ο κινητήρας θα ξεκινήσει ή θα σταματήσει; 7. Πόσο κοστίζει η κατασκευή του κυκλώματος αυτοματισμού της άσκησης; (ανατρέξτε σε τιμοκαταλόγους του διαδικτύου για να βρείτε τις τιμές των υλικών που χρησιμοποιήσατε) 8. Ποιες λειτουργίες του συγκεκριμένου κυκλώματoς το χαρακτηρίζουν ως κύκλωμα αυτοματισμού; Για παράδειγμα, ένα κύκλωμα ελέγχου ενός φωτιστικού σημείου από έναν απλό διακόπτη θα μπορούσε να χαρακτηριστεί ως αυτοματισμός; Μελέτη της απευθείας εκκίνησης του κινητήρα Καταγράψτε τις μετρήσεις σας εδώ: Ένταση ρεύματος κατά την εκκίνηση: ___________ Ονομαστική ένταση λειτουργίας: _______________ Συζήτηση: Παρατηρήσατε κάποιο “σκαλοπάτι” στην ένταση ρεύματος κατά την εκκίνηση; Υπήρξε θόρυβος, κραδασμός ή σπινθήρας; Τι μπορεί να σημαίνει αυτό; Ποια είναι τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της απευθείας εκκίνησης; Καταγράψτε 2 παρατηρήσεις και 2 συμπεράσματα: Παρατηρήσεις: Συμπεράσματα: Σενάριο: Ένα μικρό συνεργείο θέλει να εγκαταστήσει έναν τριφασικό κινητήρα 5.5 kW για χρήση σε ανεμιστήρα εξαερισμού. Η τάση του δικτύου είναι 400V. Ερώτηση: Είναι κατάλληλη η απευθείας εκκίνηση σε αυτή την περίπτωση; Τι θα προτείνατε; Απάντηση: _________________________________________________________________________________________________ Αναστοχασμός Συζήτηση στην ομάδα: Υπήρξε κάτι που σας εξέπληξε κατά την εκτέλεση; Ποια προβλήματα συναντήσατε και πώς τα λύσατε; Αναφορά και Συμπεράσματα Συμπληρώστε με βάση την εμπειρία σας: Ο τριφασικός κινητήρας εκκινεί όταν: ________________ Το κύκλωμα διακόπτεται όταν: _______________________ Η λειτουργία του θερμικού ρελέ είναι να: ______________ Αν κάτι δεν λειτουργεί σωστά, τότε: __________________ Αυτοαξιολόγηση Βαθμολογήστε τον εαυτό σας (1 = καθόλου, 5 = πλήρως): Δήλωση Κατάλαβα πώς λειτουργεί η εκκίνηση DOL Συμμετείχα ενεργά στη διαδικασία Μπορώ να περιγράψω τον ρόλο κάθε εξαρτήματος Μπορώ να εντοπίσω προβλήματα στο κύκλωμα Οι ομάδες αξιολογούνται ως προς: Περαιτέρω Μελέτη Θερμικό Ρελέ Ηλεκτρονόμοι Εκκίνηση μικρού Ασύγχρονου Τριφασικού Κινητήρα

Βαθμός Δυσκολίας Άσκησης: 1

Θυμηθείτε πως λειτουργεί ο Ηλεκτρονόμος

Θυμηθείτε πως λειτουργεί το θερμικό

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΩΝ

Οι τριφασικοί επαγωγικοί κινητήρες χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανία λόγω της απλής κατασκευής και της αξιοπιστίας τους. Για την εκκίνησή τους χρησιμοποιούνται διάφορες μέθοδοι, με απλούστερη την άμεση εκκίνηση (DOL), όπου ο κινητήρας συνδέεται απευθείας στο δίκτυο.

Μαθησιακοί Στόχοι Μετά την ολοκλήρωση της δραστηριότητας, οι μαθητές θα είναι σε θέση να: Περιγράφουν τα βασικά στοιχεία ενός κυκλώματος εκκίνησης τριφασικού κινητήρα. Αναγνωρίζουν τον ρόλο κάθε εξαρτήματος μέσα από πειραματισμό. Εξηγούν τη λειτουργία του κυκλώματος μέσω της δικής τους διερεύνησης. Εφαρμόζουν βασικές αρχές ηλεκτρικής προστασίας και αυτοματισμού. Ερμηνεύουν προβλήματα κατά την εκκίνηση και προτείνουν διορθωτικές ενέργειες.

Η άμεση εκκίνηση κινητήρα στο δίκτυο (DOL) είναι όταν ένας κινητήρας ξεκινά με πλήρες φορτίο, με πλήρη τάση γραμμής που εφαρμόζεται στους ακροδέκτες του. Καθώς αυτό προκαλεί την κατανάλωση μεγάλης ποσότητας ρεύματος από τον κινητήρα, είναι κατάλληλη μόνο για ισχύ κινητήρα έως 2KW συνδεδεμένο με αυτόν τον τρόπο. Οι κινητήρες άνω των 2KW θα πρέπει να συνδέονται με τη μέθοδο Αστέρα – Τρίγωνο (Star – Delta). Εάν οι κινητήρες υψηλότερης ισχύος συνδέονται ως DOL, μπορεί να προκληθεί υπερβολική πτώση τάσης στο κύκλωμα τροφοδοσίας. Πολλά αντλιοστάσια βρίσκονται κοντά σε οικιστικά συγκροτήματα και τόσο οι εκκινητές DOL (Direct On Line) όσο και οι εκκινητές ASD (Automatic Star Delta) μπορούν να προκαλέσουν χαμήλωμα των φώτων σε ακίνητα κάθε φορά που ξεκινούν οι κινητήρες.

Με βάση τη γνώση σας, προβλέψτε: Ποιος διακόπτης πρέπει να ενεργοποιηθεί πρώτος; Πώς προστατεύεται ο κινητήρας από υπερφόρτιση; Ποια είναι η λειτουργία του βοηθητικού κυκλώματος;

Προσοχή: Η απευθείας εκκίνηση ΔΕΝ είναι κατάλληλη: Όταν η ισχύς του κινητήρα > 2kW (ανάλογα με το δίκτυο). Όταν απαιτείται ήπια εκκίνηση λόγω φορτίου (π.χ. αντλίες με υψηλή αντίσταση). Όταν υπάρχουν περιορισμοί από τον πάροχο ηλεκτρικής ενέργειας (λόγω υψηλού ρεύματος εκκίνησης).