ΒΡΕΙΤΕ ΜΑΣ ΣΤΟ FACΕBOOK (Ηλεκτρολογικές Ενημερώσεις) ΚΑΙ ΚΑΝΤΕ LIKE

Τετάρτη, 17 Ιουνίου 2015

ΑΥΤΟΜΑΤΟΣ ΔΙΑΚΟΠΤΗΣ ΑΣΤΕΡΑ -ΤΡΙΓΩΝΟΥ

Ο αυτόματος διακόπτης αστέρα-τριγώνου χρησιμοποιείται για την εκκίνηση των ασύγχρονων τριφασικών κινητήρων βραχυκυκλωμένου δρομέα με σκοπό να περιορίσουμε το ρεύμα εκκίνησης.

Ο κινητήρας ξεκινάει σε αστέρα και στη συνέχεια λίγο πριν αποκτήσει τον ονομαστικό αριθμό στροφών του γυρνάει σε τρίγωνο.

Στο εσωτερικό των τριφασικών κινητήρων υπάρχουν 3 σύνθετα πηνία (τυλίγματα) τα οποία είναι τα U1-U2, V1-V2, W1-W2 ή V-X, V-Y, W-Z



Οι ασύγχρονοι κινητήρες βραχυκυκλωμένου δρομέα είναι απλοί στην κατασκευή και έχουν χαμηλό κόστος συντήρησης. Για το λόγο αυτό η χρήση τους είναι πλατιά διαδεδομένη. 
Το ρεύμα εκκίνησης τους είναι 4 έως 8 φορές μεγαλύτερο από το ρεύμα κανονικής λειτουργίας. Για το λόγο αυτό, η απ΄ευθείας εκκίνηση του κινητήρα σε συνδεσμολογία τριγώνου, που είναι η συνδεσμολογία λειτουργίας τους, δημιουργεί προβλήματα στο δίκτυο (πτώση τάσης). 
Για να περιοριστεί το ρεύμα εκκίνησης, αλλά και για την προστασία τους, χρησιμοποιείται ο αυτόματος διακόπτης αστέρα-τριγώνου (Υ-Δ), που για συντομία αναφέρεται ως αστεροτρίγωνο
Συνήθως χρησιμοποιείται σε κινητήρες ισχύος πάνω από τρεις ίππους (περίπου 2 ΚW). 
Συνδεσμολογίες Αστέρα Τριγώνου
Στο ξεκίνημα του κινητήρα τα τρία τυλίγματα πρέπει να συνδεθούν σε συνδεσμολογία αστέρα. Για το σκοπό αυτό συνδέονται μαζί τα άκρα U2 ,V2 και W2 μεταξύ τους, ενώ τα άκρα U1, V1 και W1 συνδέονται με τις φάσεις L1, L2 και L3 αντίστοιχα.

Αφού ο κινητήρας λειτουργήσει για ένα χρονικό διάστημα, ώστε να φτάσει περίπου την ονομαστική ταχύτητα περιστροφής του, ο αυτόματος διακόπτης αλλάζει την συνδεσμολογία του κινητήρα από αστέρα σε τρίγωνο. Αυτό γίνεται γεφυρώνοντας τα άκρα U1-W2, V1-U2 και W1-V2 και συνδέοντας τα στις φάσεις L1, L2, L3 αντίστοιχα. 
Το ρεύμα εκκίνησης ενός κινητήρα σε συνδεσμολογία αστέρα, είναι 3 φορές μικρότερο από το ρεύμα εκκίνησης σε συνδεσμολογία τριγώνου.



Σύγκριση των δύο συνδεσμολογιών αστέρα και τριγώνου

Έστω ότι στο ίδιο δίκτυο συνδέω δύο ίδιους κινητήρες (επόμενο σχήμα). Αριστερά σε αστέρα και δεξιά σε τρίγωνο



Στη συνδεσμολογία αστέρα παρατηρούμε ότι ενώ εφαρμόζουμε στον κινητήρα πολική τάση 400V, τα πηνία του τροφοδοτούνται με 230V.
Στη συνδεσμολογία τριγώνου παρατηρούμε ότι ενώ εφαρμόζουμε στον κινητήρα πολική τάση 400V, τα πηνία του τροφοδοτούνται και αυτά με 400V.

1. Αν τα πηνία του κινητήρα είναι κατασκευασμένα για 230V, στη συνδεσμολογία αστέρα ο κινητήρας θα λειτουργήσει κανονικά αλλά στη συνδεσμολογία τριγώνου θα καταστραφούν αμέσως λόγω υψηλότερης τάσης.

2. Αν τα πηνία του κινητήρα είναι κατασκευασμένα για 400V, στη συνδεσμολογία τριγώνου ο κινητήρας θα λειτουργήσει κανονικά, αλλά στη συνδεσμολογία αστέρα θα συμβούν τα εξής:

α) Τα πηνία θα δέχονται χαμηλότερη τάση από την κανονική τους
β) Η ισχύς του κινητήρα θα είναι μικρότερη
γ) Δεν θα μπορεί να ανταποκριθεί στο φορτίο του
δ) Θα λειτουργεί σε χαμηλότερες στροφές και η ένταση του ρεύματος στα πηνία θα είναι μεγαλύτερη από την ονομαστική

Το αποτέλεσμα θα είναι να καούν τα τυλίγματα του κινητήρα μετά από λίγη ώρα.
Χωρίς φορτίο στον άξονά του ο κινητήρας θα λειτουργήσει κανονικά χωρίς πρόβλημα

Στη συνδεσμολογία αστέρα το ρεύμα του κινητήρα είναι τρεις φορές μικρότερο από ότι στη συνδεσμολογία τριγώνου, όπως αποδεικνύεται παρακάτω:




ΣΥΝΔΕΣΜΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΕΠΕΞΗΓΗΣΗ

 Στο παρακάτω σχήμα ο ηλεκτρονόμος Κ1Μ λέγεται ηλεκτρονόμος δικτύου και συνδέει τις φάσεις L1, L2 και L3 με τους ακροδέκτες U1, V1 και W1 του κινητήρα αντίστοιχα. 
Ο ηλεκτρονόμος K2M λέγεται ηλεκτρονόμος τριγώνου επειδή, όταν ενεργοποιείται συνδέει τα τυλίγματα σε συνδεσμολογία τριγώνου (γεφυρώνει ανά δύο τα άκρα U1-W2, V1-U2 και W1-V2). 
Τέλος ο ηλεκτρονόμος Κ3Μ λέγεται ηλεκτρονόμος αστέρα διότι με την ενεργοποίησή του, γεφυρώνει τα άκρα U2, V2 και W2 των τυλιγμάτων, συνδέοντας τα σε συνδεσμολογία αστέρα.
Οι ηλεκτρονόμοι K2M και Κ3Μ δεν πρέπει ποτέ να ενεργοποιηθούν ταυτόχρονα, γιατί τότε προκαλείται βραχυκύκλωμα των τριών φάσεων στις θέσεις 1,3,5 του ηλεκτρονόμου K3M.

Aυτόματος διακόπτης αστέρα-τριγώνου
Για να μπεί σε λειτουργία ο κινητήρας, πρέπει πρώτα να κλείσει χειροκίνητα ο διακόπτης Q1 και στη συνέχεια να πατηθεί το μπουτόν εκκίνησης (START). Τότε διέρχεται ηλεκτρικό ρεύμα από τα πηνία του ηλεκτρονόμου Κ3Μ και του χρονικού Κ1Τ ενεργοποιώντας τα.
Ας εξετάσουμε τώρα τι συμβαίνει με την ενεργοποίηση του ηλεκτρονόμου Κ3Μ.
·   κλείνουν οι κανονικά ανοικτές επαφές ισχύος 1-2, 3-4, 5-6 του Κ3Μ
·   κλείνει η κανονικά ανοικτή επαφή του 13-14
·   ανοίγει η κανονικά κλειστή επαφή του 21-22
Το κλείσιμο των επαφών 1-2, 3-4 και 5-6 του Κ3Μ, συνδέει τα τυλίγματα του κινητήρα σε συνδεσμολογία αστέρα. Το κλείσιμο της επαφής 13-14 έχει σαν συνέπεια την ενεργοποίηση του ρελέ Κ1Μ, που μέσω των επαφών 1-2, 3-4 και 5-6 ισχύος του συνδέει,μέσω του θερμικού, τις τρεις φάσεις L1, L2, L3 του δικτύου με τους ακροδέκτες U1, V1, W1 των τυλιγμάτων του κινητήρα. Έτσι ο κινητήρας ξεκινά σε συνδεσμολογία αστέρα. Το άνοιγμα της επαφής 21-22 του Κ3Μ, αποκλείει την ενεργοποίηση του ηλεκτρονόμου K2M παράλληλα με τον Κ3Μ, που θα είχε σαν συνέπεια την βραχυκύκλωση των τριών φάσεων.
Με την ενεργοποίηση του ηλεκτρονόμου Κ1Μ:
·   κλείνει η κανονικά ανοικτή επαφή του 13-14 τροφοδοτώντας με ρεύμα το κύκλωμα ελέγχου του αυτοματισμού και μετά την απελευθέρωση του κομβίου εκκίνησης START. Αυτή είναι η επαφή αυτοσυγκράτησης
·   ανάβει η ενδεικτική λύχνία Η1 λειτουργίας του κινητήρα.
Όπως αναφέρθηκε με πάτημα του START, ενεργοποιήθηκε επίσης το χρονικό Κ1Τ. Όταν περάσει ο χρόνος για τον οποίο έχει ρυθμιστεί, ανοίγει η επαφή του 15-16. Τότε απενεργοποιείται ο ηλεκτρονόμος αστέρα K3M, με αποτέλεσμα να κλείσει η επαφή του 21-22 ενεργοποιώντας τον ηλεκτρονόμο τριγώνου Κ2Μ, που ενώνει τα τυλίγματα του κινητήρα σε συνδεσμολογία τριγώνου.
Η ενεργοποίηση του Κ2Μ, ανοίγει την επαφή του 11-12, αποκλείοντας έτσι την ταυτόχρονη ενεργοποίηση του ηλεκτρονόμου αστέρα Κ3Μ.
Τέλος πατώντας το κομβίο STOP, διακόπτεται η τροφοδοσία όλου του κυκλώματος ελέγχου, απενεργοποιώντας όλους τους ηλεκτρονόμους και διακόπτοντας τη λειτουργία του κινητήρα. Τότε σβήνει και η ενδεικτική λυχνία λειτουργίας Η1.

Η αποστολή των θερμικών είναι η προστασία του κινητήρα από συνεχή υπερφόρτιση, η οποία μπορεί να καταστρέψει τα τυλίγματα του. Έτσι αν ο χρόνος υπερφόρτισης του κινητήρα, υπερβεί το χρονικό διάστημα στο οποίο έχει ρυθμιστεί το θερμικό F3, τότε αυτό ενεργοποιείται: Η επαφή 95-96 ανοίγει, ενώ η 97-98 κλείνει. Το άνοιγμα της επαφής 95-96 έχει σαν συνέπεια τη διακοπή της τροφοδοσίας των πηνίων των ηλεκτρονόμων και το σταμάτημα του κινητήρα. Η ενδεικτική λυχνία λειτουργίας H1 σβήνει, ενώ ανάβει η λυχνία βλάβης H2. Στο σημείο αυτό αναφέρουμε ότι το ρεύμα του θερμικού ρυθμίζεται στο 0,58.Ιον (δηλ. στο φασικό ρεύμα τριγώνου), όπου Ιον είναι το ονομαστικό ρεύμα λειτουργίας του κινητήρα.
Μετά την εξάλειψη του αιτίου που προκάλεσε την υπερφόρτιση του κινητήρα, για να μπορέσει να ξαναλειτουργήσει ο κινητήρας, πιέζουμε το μπουτόν επαναφοράς του θερμικού.



Ας δούμε βήμα -βήμα πάλι τη λειτουργία του κυκλώματος







Σε μικρούς κινητήρες αντί για διακόπτη φορτίου, ασφάλειες και θερμικό μπορώ να χρησιμοποιήσω ένα μαγνητοθερμικό, όπως στο παρακάτω κύκλωμα





Ας δούμε και ένα εναλλακτικό κύκλωμα αυτοματισμού με χρονικό 2 βοηθητικών επαφών (17-18 άμεσης ενεργοποίησης και 27-28 χρονικής καθυστέρησης)




Εκλογή ρελέ ανάλογα με την ισχύ του κινητήρα




Ποιοι κινητήρες μπορούν να συνδεθούν με διακόπτη αστέρα τριγώνου Υ/Δ


Για να συνδεθεί ένας τριφασικός κινητήρας στο δίκτυο, πρέπει η πολική τάση του δικτύου να συμπίπτει με μια από τις τάσεις λειτουργίας του κινητήρα, οι οποίες αναγράφονται στο ταμπελάκι του. Οι δυνατότητες σύνδεσης με το δίκτυο δίνονται στον παρακάτω πίνακα (η τάση που δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί γράφεται με ψιλά γράμματα)


Ρεύμα εκκίνησης

Κατά την εκκίνηση των τριφασικών κινητήρων παρουσιάζονται μεγάλα ρεύματα εκκίνησης. Τα ρεύματα αυτά προκαλούν στιγμιαία βύθιση της τάσης στα δίκτυα που τροφοδοτούν τους κινητήρες και οι οποίες προκαλούν ανωμαλίες στη σωστή λειτουργία συσκευών που θέλουν σταθερή τάση λειτουργίας.
Αυτές οι πτώσεις τάσης δεν εξαρτώνται μόνο από το ρεύμα εκκίνησης Ιεκ, αλλά και από την ικανότητα του δικτύου ηλεκτροδότησης.
Για τους τριφασικούς κινητήρες στην πράξη ισχύουν με αρκετά καλή προσέγγιση οι παρακάτω τιμές:

Μονοφασικός κινητήρας (απ'ευθείας εκκίνηση) Ιεκ=6Ιον
Τριφασικός κινητήρας (απ'ευθείας εκκίνηση) Ιεκ=6Ιον
Τριφασικός κινητήρας (εκκίνηση με Υ/Δ) Ιεκ=2Ιον
Δακτυλιοφόρος κινητήρας Ιεκ=1,25Ιον

Σε γενικές γραμμές, στους Α.Τ.Κ.β.δ. το ρεύμα εκκίνησής τους ή ρεύμα αιχμής τους (Ιεκ) είναι πολλαπλάσιο του ονομαστικού τους ρεύματος (ΙΝ) ανάλογα με τον χαρακτηρισμό του κινητήρα ως προς τον αριθμό των πόλων του και θεωρούμε πως ακολουθεί τα στοιχεία του παρακάτω πίνακα:


Ο ακριβής υπολογισμός το ρεύματος εκκίνησης ή ρεύματος αιχμής (ΙΑ) των Α.Τ.Κ.β.δ., προκύπτει από τον συντελεστή εκκίνησής τους (k) - ο οποίος δίνεται στα τεχνικά χαρακτηριστικά τους από την κατασκευάστρια εταιρία τους - επί το ονομαστικό τους ρεύμα (ΙΝ), δηλαδή: Ιεκ = k . ΙΝ
Τα όρια της ανώτατης ζήτησης  του ρεύματος εκκίνησης που ορίζεται από τη ΔΕΗ σε σχέση με το πλήθος των εκκινήσεων του κινητήρα αφορούν το είδος του δικτύου χαμηλής τάσης (Χ.Τ.) που ηλεκτροδοτεί την εγκατάσταση, δηλαδή, αν αυτό είναι εναέριο ή υπόγειο.
Τα όρια αυτά δίνονται στον παρακάτω πίνακα:



Στην περίπτωση που ο καταναλωτής διαθέτει τον δικό του υποσταθμό, τότε το όριο του επιτρεπόμενου ρεύματος εκκίνησης που ορίζεται από τη ΔΕΗ, εξαρτάται από την φαινομένη ισχύ (KVA) του ιδιωτικού υποσταθμού.
Τα όρια αυτά δίνονται στον παρακάτω πίνακα:



Αν δεν τηρείται τίποτα από τα παραπάνω θα πρέπει να περιορίσουμε το ρεύμα εκκίνησης με έναν από τους τρόπους να είναι ο αυτόματος διακόπτης Υ/Δ


Ρύθμιση του χρόνου μεταγωγής των τυλιγμάτων

Η ρύθμιση του χρόνου μεταγωγής των τυλιγμάτων θέλει ιδιαίτερη προσοχή. Όπως προαναφέρθηκε η μεταγωγή πρέπει να γίνει, όταν ο κινητήρας πλησιάσει την ταχύτητα λειτουργίας του.

Αν γίνει νωρίτερα, μπορεί να καίγονται οι ασφάλειες τήξης (γιατί ο κινητήρας δεν έχει πάρει τον κανονικό αριθμό στροφών του και το ρεύμα θα αυξηθεί απότομα σε μεγάλη τιμή κατά την πρόωρη μεταγωγή σε τρίγωνο) και μετά από μερικές εκκινήσεις καταστρέφονται οι επαφές του ηλεκτρονόμου τριγώνου.
Εάν γίνεται καθυστερημένα, έχουμε μείωση της ισχύος και της ροπής στρέψης του κινητήρα, που και αυτό μπορεί να δημιουργεί προβλήματα.

Ο χρόνος μεταγωγής μπορεί να υπολογιστεί εμπειρικά από τον θόρυβο του κινητήρα, καθώς επιταχύνεται.
Ακριβέστερα όμως μπορεί να υπολογιστεί μετρώντας το ρεύμα του κινητήρα.
 Η μεταγωγή πρέπει να γίνει όταν το ρεύμα εκκίνησης, καθώς μειώνεται, πέσει στο διπλάσιο του ονομαστικού ρεύματος του κινητήρα. Αυτό το ρεύμα μπορεί να μετρηθεί με ένα αμπερόμετρο και έτσι να βρεθεί ο χρόνος μεταγωγής.





Ας δούμε και κάποια χρονικά με διπλό χρόνο ρύθμισης

Σε αυτά τα χρονικά ρυθμίζουμε εκτός από το χρόνο που θα γίνει η μεταγωγή από αστέρα σε τρίγωνο και ένα ακόμα χρόνο ρύθμισης σε msec.
Κατά τη μεταγωγή από αστέρα σε τρίγωνο οπλίζει το ρελέ του τριγώνου και ξεοπλίζει το ρελέ του αστέρα ταυτόχρονα. Αυτό προκαλεί καταπόνηση στον κινητήρα και στα ρελέ γιατί δημιουργείται στιγμιαίο βραχυκύκλωμα και σπινθηρισμός κατά τη μεταγωγή από αστέρα σε τρίγωνο Σε μεγάλους κινητήρες προτιμάμαι να ξεοπλίζει πρώτα το ρελέ του αστέρα και μετά από κάποια msec να οπλίζει το ρελέ του τριγώνου.



Ειδικό χρονικό για εκκίνηση κινητήρων με αστέρα τρίγωνο

Υπάρχουν και κάποια ειδικά χρονικά για να αποφύγουμε την δύσκολη συνδεσμολογία του βοηθητικού κυκλώματος όταν χρησιμοποιούμε ένα απλό χρονικό.Επίσης η χρησιμοποίησή του μεγαλώνει τη διάρκεια ζωής των επαφών του ρελέ και σε περίπτωση βλάβης του χρονικού, ο κινητήρας δεν ξεκινάει σε αστέρα όπως συμβαίνει με τα απλά χρονικά.



Ρυθμιζόμενη καθυστέρηση στην ενεργοποίηση από 1-20 sec.
Καθυστέρηση από 40-60 msec στην ενεργοποίηση του τριγώνου. 
LED για ένδειξη λειτουργίας σε τρίγωνο. 
Λειτουργεί συνεχώς υπό τάση.

Δείτε εκκίνηση κινητήρα 30 KW (40,7HP) με διακόπτη αστέρα-τριγώνου. Η αλλαγή από αστέρα σε τρίγωνο γίνεται στα 40 περίπου δευτερόλεπτα όπως μπορείτε να καταλάβετε και από την αλλαγή στο θόρυβο του κινητήρα στο παρακάτω video


ΡΥΘΜΙΣΗ ΘΕΡΜΙΚΟΥ

Το θερμικό ρυθμίζεται στο 0,58 του ονομαστικού ρεύματος του κινητήρα

Αλλά ας δούμε παρακάτω γιατί 


Έστω ότι το ονομαστικό ρεύμα ενός  3Φ κινητήρα 400Δ είναι 10Α.

Αν ο κινητήρας ξεκινούσε απευθείας σε Δ θα τραβούσε 6*10=60Α
Όταν ο κινητήρας ξεκινάει σε αστέρα Υ το θερμικό θα διαρρέεται από 60/3=20Α (IY=IΔ/3) για λίγα δευτερόλεπτα μέχρι να αποκτήσει τον ονομαστικό αριθμό στροφών.
Όταν ο κινητήρας γυρίσει σε τρίγωνο Δ το θερμικό θα διαρρέεται από 10/2=5 Α.

Γιαυτό το λόγο ρυθμίζω το θερμικό στα 0,58*10=5,8Α 


ΠΡΟΒΛΗΜΑ

Έχουμε ένα κινητήρα 10
KW και συνφ=0,8
Να βρεθούν:

1.Η ρύθμιση του θερμικού του κινητήρα αν εκκινήσει απευθείας
2.Το ρεύμα εκκίνησης του κινητήρα αν εκκινήσει απευθείας

3.Η ρύθμιση του θερμικού του κινητήρα αν εκκινήσει με διακόπτη Υ/Δ
4.Το ρεύμα που διαρρέει  το θερμικό του κινητήρα κατά τη στιγμή της εκκίνησης σε αστέρα Υ, αν εκκινήσει με διακόπτη Υ/Δ

5.Το ρεύμα που διαρρέει  το θερμικό του κινητήρα κατά τη διάρκεια της λειτουργίας του κινητήρα σε τρίγωνο Δ, αν εκκινήσει με διακόπτη Υ/Δ 


ΛΥΣΗ

Το ρεύμα του κινητήρα θα είναι

Ι=P/(1,73*V*συνφ)=10000/(1,73*400*0,8)=18 Α

Απευθείας εκκίνηση

1.  ρύθμιση θερμικού στα 18 Α

2. ρεύμα εκκίνησης κινητήρα Ιεκ=6*Ι=6*18=108 Α


Εκκίνηση με διακόπτη Υ/Δ

3. ρύθμιση θερμικού στα 0,58*Ι=0,58*18=10,44 Α

4. Το ρεύμα που διαρρέει  το θερμικό του κινητήρα κατά τη στιγμή της εκκίνησης σε αστέρα Υ είναι Ιεκ(Υ)=Ιεκ/3=108/3=36 Α

 5.Το ρεύμα που διαρρέει  το θερμικό του κινητήρα κατά τη διάρκεια της λειτουργίας του κινητήρα σε τρίγωνο Δ είναι 0,5*Ι=0,5*18=9 Α (το θερμικό το ρυθμίζω στα 10,44 Α)


Χειροκίνητος διακόπτης αστέρα-τριγώνου

Εκτός από τον αυτόματος διακόπτη αστέρα τριγώνου παλιά χρησιμοποιούσαν και τον χειροκίνητο όπου η μεταγωγή από αστέρα σε τρίγωνο γίνεται χειροκίνητα, καταπονώντας όμως τον κινητήρα γιατί ο χρόνος μεταγωγής γίνεται κατά τη βούληση του χειριστή