Λύσεις ερωτήσεων θεμάτων 4-6 (σελ. 50, 52, 54, 55, 56) – ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις ερωτήσεων θεμάτων 4-6

Πλήρεις λύσεις και των εννέα ερωτήσεων της ενότητας — οι συνέπειες της διακοπής φάσης στο τύλιγμα και στην τροφοδοτική γραμμή για συνδεσμολογία αστέρα και τριγώνου, ο επαγωγικός χαρακτήρας των ασύγχρονων κινητήρων, τα μειονεκτήματά τους και η εκκίνηση αστέρα-τριγώνου, οι αιτίες μη εκκίνησης, καθώς και η διάγνωση τεσσάρων χαρακτηριστικών βλαβών από τα συμπτώματά τους.

Θέμα 5 · Ερώτηση 1 — Διακοπή μιας φάσης του τυλίγματος του στάτη

Ερώτηση: ΕΡ: Να αναφέρετε τι θα συμβεί, αν κοπεί μια φάση του τυλίγματος του στάτη κινητήρα τριφασικού επαγωγικού.

Απάντηση:

• Η απάντηση του βιβλίου (σελ. 50): Η διακοπή μιας φάσεως του τυλίγματος του στάτη επαγωγικού τριφασικού κινητήρα έχει τις παρακάτω συνέπειες:

  1. Με τα τυλίγματα σε αστέρα (σελ. 50): Αν τα τυλίγματα του στάτη έχουν συνδεθεί κατά αστέρα και η διακοπή της φάσεως μείνει κατά τη λειτουργία του κινητήρα, αυτός θα εξακολουθήσει να εργάζεται, αλλά η ισχύς του θα μείνει ίση με τα 2/3 της κανονικής, κατά συνέπεια αν δεν σηκώσει το φορτίο του, θα σταματήσει ή θα απορροφήσει υπερβολικό ρεύμα και θα θερμανθεί. Μετά το σταμάτημα ο κινητήρας δεν τίθεται σε κίνηση.

  2. Με τα τυλίγματα σε τρίγωνο (σελ. 50): Αν τα τυλίγματα του στάτη έχουν συνδεθεί κατά τρίγωνο, και η διακοπή της φάσεως μείνει κατά τη λειτουργία του κινητήρα, αυτός θα εξακολουθήσει να εργάζεται ως μονοφασικός και η ισχύς του θα είναι ίση με τα 2/3 της κανονικής. Ο κινητήρας μετά το σταμάτημα μπορεί να τεθεί σε κίνηση χωρίς φορτίο ή με πολύ μικρό φορτίο.

    ΑΣΤΕΡΑΣ, κομμένο ένα τύλιγμα      ΤΡΙΓΩΝΟ, κομμένο ένα τύλιγμα
          U ─╳─┐                            U ─╳─ V
               ├─ N                            ╲   │
          V ───┤                                ╲  │
          W ───┘                                  W
    δύο τυλίγματα σε σειρά              δύο τυλίγματα σε σειρά,
    στην πολική τάση                    παράλληλα με το τρίτο σκέλος
    → ισχύς 2/3, ΔΕΝ ξεκινά ξανά        → ισχύς 2/3, ξεκινά ΧΩΡΙΣ φορτίο

  Γιατί δεν ξεκινά ξανά: με δύο μόνο ενεργά τυλίγματα το πεδίο του στάτη είναι παλμικό και όχι στρεφόμενο, οπότε δεν αναπτύσσεται ροπή εκκίνησης. Ο κινητήρας συνεχίζει να γυρίζει μόνο επειδή ήδη περιστρέφεται (αδράνεια + ασύμμετρο πεδίο). Γιατί υπερθερμαίνεται: η ίδια ισχύς κατανέμεται τώρα σε λιγότερα τυλίγματα, οπότε το ρεύμα ανά τύλιγμα αυξάνεται πολύ πάνω από το ονομαστικό, με τετραγωνική αύξηση των απωλειών θέρμανσης. Πώς εντοπίζεται: με τον έλεγχο συνέχειας των τριών τυλιγμάτων που είναι το αντικείμενο του θέματος 5 — η ωμική αντίσταση των τυλιγμάτων ενός τριφασικού κινητήρα παρουσιάζει στην πράξη μικρές αποκλίσεις (σελ. 39)· τύλιγμα με άπειρη αντίσταση είναι κομμένο. Η προστασία που το αποτρέπει: τα διμεταλλικά θερμικά, που προστατεύουν τους κινητήρες από υπερφορτίσεις (θέμα 1, σελ. 14) — ακριβώς αυτή η ασύμμετρη υπερφόρτιση είναι η τυπική τους περίπτωση.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η διακοπή μιας φάσης του τυλίγματος του στάτη έχει διαφορετικές συνέπειες ανάλογα με τη συνδεσμολογία. Αν τα τυλίγματα είναι συνδεδεμένα κατά αστέρα και η διακοπή συμβεί κατά τη λειτουργία, ο κινητήρας θα εξακολουθήσει να εργάζεται, αλλά η ισχύς του θα μείνει ίση με τα δύο τρίτα της κανονικής· αν δεν σηκώσει το φορτίο του, θα σταματήσει ή θα απορροφήσει υπερβολικό ρεύμα και θα θερμανθεί, ενώ μετά το σταμάτημα δεν τίθεται ξανά σε κίνηση. Αν τα τυλίγματα είναι συνδεδεμένα κατά τρίγωνο, ο κινητήρας θα εξακολουθήσει να εργάζεται ως μονοφασικός με ισχύ επίσης ίση με τα δύο τρίτα της κανονικής, ενώ μετά το σταμάτημα μπορεί να τεθεί σε κίνηση χωρίς φορτίο ή με πολύ μικρό φορτίο. Ο λόγος για τον οποίο δεν ξεκινά ξανά υπό φορτίο είναι ότι με δύο μόνο ενεργά τυλίγματα το πεδίο του στάτη γίνεται παλμικό αντί για στρεφόμενο, οπότε δεν αναπτύσσεται ροπή εκκίνησης· ο κινητήρας συνεχίζει να γυρίζει μόνο λόγω αδράνειας. Η υπερθέρμανση οφείλεται στο ότι η ίδια ισχύς κατανέμεται σε λιγότερα τυλίγματα, οπότε το ρεύμα ανά τύλιγμα αυξάνεται πολύ πάνω από το ονομαστικό. Η βλάβη εντοπίζεται με έλεγχο συνέχειας των τριών τυλιγμάτων και προλαμβάνεται με τα διμεταλλικά θερμικά.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Θέμα 5 · Ερώτηση 2 — Διακοπή μιας φάσης της τροφοδοτικής γραμμής

Ερώτηση: ΕΡ: Να αναφέρετε τι θα συμβεί, αν κοπεί μια φάση της τροφοδοτικής γραμμής κινητήρα τριφασικού επαγωγικού.

Απάντηση:

• Η απάντηση του βιβλίου (σελ. 52): Η διακοπή μιας φάσεως της τροφοδοτικής γραμμής επαγωγικού τριφασικού κινητήρα έχει τις παρακάτω συνέπειες:

  1. Με τα τυλίγματα σε αστέρα (σελ. 52): Αν τα τυλίγματα του στάτη έχουν συνδεθεί κατά αστέρα και η διακοπή της φάσεως μείνει κατά τη λειτουργία του κινητήρα, αυτός θα εξακολουθήσει να εργάζεται, αλλά η ισχύς του θα μείνει ίση με τα 2/3 της κανονικής, κατά συνέπεια αν δεν σηκώνει το φορτίο του, θα σταματήσει ή θα απορροφήσει υπερβολικό ρεύμα και θα θερμανθεί. Μετά το σταμάτημα ο κινητήρας δεν τίθεται σε κίνηση.

  2. Με τα τυλίγματα σε τρίγωνο (σελ. 52): Αν τα τυλίγματα του στάση έχουν συνδεθεί κατά τρίγωνο και η διακοπή της φάσεως μείνει κατά τη λειτουργία του κινητήρα, αυτός θα εξακολουθήσει να εργάζεται ως μονοφασικός και η ισχύς του θα είναι το 1/3 της κανονικής και θα σταματήσει. Μετά το σταμάτημα δεν τίθεται σε κίνηση.

  	Διακοπή στο ΤΥΛΙΓΜΑ (σελ. 50)	Διακοπή στη ΓΡΑΜΜΗ (σελ. 52)
  Αστέρας	ισχύς 2/3, δεν ξαναξεκινά	ισχύς 2/3, δεν ξαναξεκινά
  Τρίγωνο	ισχύς 2/3, ξεκινά χωρίς φορτίο	ισχύς 1/3, σταματά και δεν ξαναξεκινά

  Η κρίσιμη διαφορά: στη σύνδεση κατά τρίγωνο η βλάβη της γραμμής είναι σοβαρότερη από τη βλάβη του τυλίγματος — 1/3 αντί για 2/3 της ισχύος. Ο λόγος: όταν κοπεί μια φάση τροφοδοσίας, το ένα σκέλος του τριγώνου μένει εντελώς χωρίς τάση και τα άλλα δύο βρίσκονται σε σειρά πάνω στην εναπομένουσα πολική τάση, οπότε το καθένα παίρνει τη μισή τάση· ενώ όταν κοπεί ένα τύλιγμα, τα υπόλοιπα δύο σκέλη παραμένουν στην πλήρη πολική τάση.

    ΤΡΙΓΩΝΟ, κομμένη γραμμή L3:
  
     L1 ●───┬───[U]───┬─── L2 ●
            │         │
           [W]       [V]
            │         │
            └────╳────┘   (L3 κομμένη)
  
     [U] στην πλήρη πολική τάση, [W] και [V] ΣΕ ΣΕΙΡΑ στην ίδια τάση
     → πολύ ασύμμετρη κατανομή → ισχύς 1/3

  Ο κοινός κίνδυνος και στις δύο περιπτώσεις — η μονοφασική λειτουργία: ο κινητήρας δεν σταματά αμέσως, οπότε η βλάβη περνά απαρατήρητη ενώ τα εναπομένοντα τυλίγματα υπερθερμαίνονται· γι' αυτό είναι απαραίτητα τα διμεταλλικά θερμικά και τα πηνία ελλείψεως τάσης (θέμα 1, σελ. 13-14). Πώς ξεχωρίζουν οι δύο βλάβες στην πράξη: μετρώντας την τάση στους ακροδέκτες του κινητήρα — αν λείπει τάση σε μία φάση, φταίει η γραμμή (ασφάλεια, ρελέ, καλώδιο)· αν οι τρεις τάσεις είναι κανονικές, φταίει το τύλιγμα. Σημείωση για το κείμενο: στη σελίδα 52 τυπώνεται «του στάση» αντί για «του στάτη» — προφανές τυπογραφικό.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η διακοπή μιας φάσης της τροφοδοτικής γραμμής έχει και αυτή διαφορετικές συνέπειες ανάλογα με τη συνδεσμολογία. Αν τα τυλίγματα είναι συνδεδεμένα κατά αστέρα, ο κινητήρας θα εξακολουθήσει να εργάζεται με ισχύ ίση με τα δύο τρίτα της κανονικής και, αν δεν σηκώνει το φορτίο του, θα σταματήσει ή θα απορροφήσει υπερβολικό ρεύμα και θα θερμανθεί, ενώ μετά το σταμάτημα δεν τίθεται σε κίνηση. Αν τα τυλίγματα είναι συνδεδεμένα κατά τρίγωνο, θα εξακολουθήσει να εργάζεται ως μονοφασικός, αλλά η ισχύς του θα είναι μόνο το ένα τρίτο της κανονικής και θα σταματήσει, ενώ μετά το σταμάτημα επίσης δεν τίθεται σε κίνηση. Η κρίσιμη διαφορά από την περίπτωση της διακοπής τυλίγματος εντοπίζεται στη σύνδεση κατά τρίγωνο, όπου η βλάβη της γραμμής είναι σοβαρότερη: όταν κοπεί μια φάση τροφοδοσίας, το ένα σκέλος του τριγώνου παραμένει στην πλήρη πολική τάση ενώ τα άλλα δύο βρίσκονται σε σειρά και μοιράζονται την ίδια τάση, με αποτέλεσμα πολύ ασύμμετρη κατανομή. Και στις δύο περιπτώσεις ο κίνδυνος είναι ότι ο κινητήρας δεν σταματά αμέσως, οπότε η βλάβη περνά απαρατήρητη ενώ τα τυλίγματα υπερθερμαίνονται· γι' αυτό απαιτούνται διμεταλλικά θερμικά και πηνία έλλειψης τάσης. Οι δύο βλάβες ξεχωρίζουν στην πράξη με μέτρηση της τάσης στους ακροδέκτες του κινητήρα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Θέμα 5 · Ερώτηση 3 — Γιατί οι ασύγχρονοι κινητήρες λέγονται και επαγωγικοί

Ερώτηση: III. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΕΡ: Γιατί οι ασύγχρονοι κινητήρες ονομάζονται και επαγωγικοί;

Απάντηση:

• Η απάντηση του βιβλίου (σελ. 54): Οι ασύγχρονοι κινητήρες ονομάζονται και επαγωγικοί, γιατί η μεταβίβαση της ενέργειας από το στάτη στο μη τροφοδοτούμενο ρότορα γίνεται μέσω επαγωγικών φαινομένων.

    ΣΤΑΤΗΣ (τροφοδοτείται)          ΡΟΤΟΡΑΣ (ΔΕΝ τροφοδοτείται)
     τριφασικό ρεύμα                 βραχυκυκλωμένες ράβδοι
            │                               ▲
            ▼                               │
     στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο ──ΕΠΑΓΩΓΗ──┘
            │                        (ΗΕΔ → ρεύματα → πεδίο)
            └──── αλληλεπίδραση πεδίων → ΡΟΠΗ

  Η αλυσίδα των φαινομένων: 1. Τα τρία τυλίγματα του στάτη, διαρρεόμενα από τριφασικό ρεύμα, δημιουργούν στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο. 2. Το πεδίο αυτό τέμνει τις ράβδους του δρομέα και επάγει σε αυτές ηλεκτρεγερτική δύναμη (νόμος του Faraday). 3. Επειδή οι ράβδοι είναι βραχυκυκλωμένες — ράβδοι μεταλλικοί βραχυκυκλώνονται με δακτυλίδια στα άκρα τους (σελ. 33) — η ΗΕΔ προκαλεί ρεύματα. 4. Τα ρεύματα αυτά δημιουργούν δικό τους πεδίο, που αλληλεπιδρά με το πεδίο του στάτη και παράγει τη ροπή.

  Γιατί «ασύγχρονοι»: ο δρομέας δεν μπορεί ποτέ να φθάσει τη σύγχρονη ταχύτητα του πεδίου, γιατί τότε δεν θα υπήρχε σχετική κίνηση, άρα ούτε τομή των γραμμών του πεδίου, ούτε επαγωγή, ούτε ροπή. Η διαφορά ονομάζεται ολίσθηση.

  Η δομική επιβεβαίωση (σελ. 33): ο δρομέας του κινητήρα είναι συμπαγής και δεν συνδέεται ηλεκτρικά με άλλο τμήμα του κινητήρα — δεν υπάρχουν ψήκτρες, δακτύλιοι ή συλλέκτης, άρα καμία αγώγιμη διαδρομή προς τον ρότορα· η ενέργεια περνά αποκλειστικά μαγνητικά. Το πρακτικό πλεονέκτημα (σελ. 33): οι ασύγχρονοι κινητήρες βραχυκυκλωμένου δρομέα είναι απλοί στην κατασκευή τους και έχουν χαμηλό κόστος συντήρησης — ακριβώς επειδή δεν υπάρχουν φθειρόμενες ηλεκτρικές επαφές προς τον δρομέα. Και η αντοχή τους (σελ. 57): οι κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος, εξ αιτίας της κατασκευής τους και της ελλείψεως συλλέκτη, παθαίνουν λιγότερες βλάβες σε σύγκριση με τους κινητήρες συνεχούς ρεύματος.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Οι ασύγχρονοι κινητήρες ονομάζονται και επαγωγικοί, γιατί η μεταβίβαση της ενέργειας από τον στάτη στον μη τροφοδοτούμενο ρότορα γίνεται μέσω επαγωγικών φαινομένων. Ειδικότερα, τα τυλίγματα του στάτη, διαρρεόμενα από τριφασικό ρεύμα, δημιουργούν στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο· το πεδίο αυτό τέμνει τις ράβδους του δρομέα και επάγει σε αυτές ηλεκτρεγερτική δύναμη, σύμφωνα με τον νόμο της επαγωγής. Επειδή οι ράβδοι είναι βραχυκυκλωμένες με δακτυλίδια στα άκρα τους, η ηλεκτρεγερτική δύναμη προκαλεί ρεύματα, τα οποία με τη σειρά τους δημιουργούν δικό τους μαγνητικό πεδίο· η αλληλεπίδραση των δύο πεδίων παράγει τη ροπή. Ο χαρακτηρισμός ασύγχρονοι οφείλεται στο ότι ο δρομέας δεν μπορεί ποτέ να φτάσει τη σύγχρονη ταχύτητα του πεδίου, γιατί τότε θα έπαυε η σχετική κίνηση και μαζί της η επαγωγή και η ροπή. Δομικά, ο δρομέας είναι συμπαγής και δεν συνδέεται ηλεκτρικά με κανένα άλλο τμήμα του κινητήρα, δηλαδή δεν υπάρχουν ψήκτρες ή συλλέκτης και η ενέργεια περνά αποκλειστικά μαγνητικά· γι' αυτό οι κινητήρες αυτοί είναι απλοί στην κατασκευή, έχουν χαμηλό κόστος συντήρησης και παθαίνουν λιγότερες βλάβες.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Θέμα 5 · Ερώτηση 4 — Μειονεκτήματα των ασύγχρονων κινητήρων και η αντιμετώπισή τους

Ερώτηση: ΕΡ: Να αναφέρετε τα κυριότερα μειονεκτήματα των ασύγχρονων κινητήρων και τους τρόπους που αντιμετωπίζονται στους ασύγχρονους κινητήρες βραχυκυκλωμένου δρομέα.

Απάντηση:

• Η απάντηση του βιβλίου (σελ. 54): Τα κυριότερα μειονεκτήματα των ασύγχρονων κινητήρων είναι το ψηλό ρεύμα εκκινήσεως και το πρόβλημα ρυθμίσεως της ταχύτητας περιστροφής.

  Η αντιμετώπιση του ρεύματος εκκίνησης (σελ. 54): Στους ασύγχρονους κινητήρες βραχυκυκλωμένου δρομέα το ρεύμα εκκινήσεως περιορίζεται με τον εξής τρόπο: τα τυλίγματα του στάτη συνδέονται κατά αστέρα στην εκκίνηση του κινητήρα, ώστε να υφίστανται τη μειωμένη φασική τάση του αστέρα. Έτσι το ρεύμα εκκινήσεως περιορίζεται σημαντικά σε σχέση με την εκκίνηση υπό τρίγωνο. Κατόπιν τα τυλίγματα συνδέονται κατά τρίγωνο, οπότε βρίσκονται υπό την πλήρη πολική τάση του δικτύου και ο κινητήρας λειτουργεί κανονικά.

    ΕΚΚΙΝΗΣΗ ΑΣΤΕΡΑ - ΤΡΙΓΩΝΟΥ (Υ/Δ)
  
    ΒΗΜΑ 1 — ΑΣΤΕΡΑΣ                ΒΗΜΑ 2 — ΤΡΙΓΩΝΟ
     κάθε τύλιγμα στα  U/√3          κάθε τύλιγμα στην πλήρη U
     ρεύμα ≈ 1/3 του τριγώνου        κανονική λειτουργία
     ροπή  ≈ 1/3 της κανονικής
  
     → μικρό ρεύμα, αλλά ΚΑΙ μικρή ροπή: η εκκίνηση σε αστέρα
       γίνεται χωρίς φορτίο ή με μικρό φορτίο.

  Το άλυτο πρόβλημα (σελ. 54): Το πρόβλημα ρυθμίσεως της ταχύτητας περιστροφής στους κινητήρες βραχυκυκλωμένου δρομέα παραμένει άλυτο. Γι' αυτό πρέπει αυτοί οι κινητήρες να χρησιμοποιούνται ως κινητήρες σταθερής ταχύτητας. Γιατί δεν ρυθμίζεται η ταχύτητα: η ταχύτητα του στρεφόμενου πεδίου καθορίζεται από τη συχνότητα του δικτύου και τον αριθμό των πόλων, μεγέθη που ο κινητήρας από μόνος του δεν μπορεί να μεταβάλει· και επειδή ο δρομέας είναι βραχυκυκλωμένος, δεν μπορούμε ούτε να παρεμβάλουμε αντιστάσεις στο κύκλωμά του, όπως γίνεται στους δακτυλιοφόρους. Η σύγχρονη λύση που καταγράφει το ίδιο το βιβλίο (σελ. 33): η ανάπτυξη των ηλεκτρονικών ισχύος και η κατασκευή αντιστροφέων (inverters) με χαμηλό κόστος ανοίγει νέες προοπτικές για χρήση των ασύγχρονων κινητήρων βραχυκυκλωμένου δρομέα, ακόμα και σε παραδοσιακές εφαρμογές κινητήρων συνεχούς ρεύματος όπως ηλεκτρική έλξη - κίνηση (ηλεκτρικά τρένα - αυτοκίνητα) — ο αντιστροφέας μεταβάλλει τη συχνότητα και λύνει και τα δύο προβλήματα ταυτόχρονα. Η άλλη πλευρά της εκκίνησης Υ/Δ (θέμα 1, σελ. 12): οι διακόπτες χειρισμού κατασκευάζονται ακριβώς για αυτόν τον σκοπό, με ζεύξεις Ο-Υ-Δ και Δ-Υ-Ο· η λανθασμένη τους συνδεσμολογία δίνει το χαρακτηριστικό σύμπτωμα της μιας θερμότερης φάσης (σελ. 55).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Τα κυριότερα μειονεκτήματα των ασύγχρονων κινητήρων είναι το ψηλό ρεύμα εκκίνησης και το πρόβλημα ρύθμισης της ταχύτητας περιστροφής. Στους κινητήρες βραχυκυκλωμένου δρομέα το ρεύμα εκκίνησης περιορίζεται με τη σύνδεση των τυλιγμάτων του στάτη κατά αστέρα κατά την εκκίνηση, ώστε αυτά να υφίστανται τη μειωμένη φασική τάση· έτσι το ρεύμα περιορίζεται σημαντικά σε σχέση με την εκκίνηση υπό τρίγωνο. Κατόπιν τα τυλίγματα συνδέονται κατά τρίγωνο, βρίσκονται υπό την πλήρη πολική τάση του δικτύου και ο κινητήρας λειτουργεί κανονικά. Το τίμημα είναι ότι κατά την εκκίνηση σε αστέρα μειώνεται και η ροπή, οπότε η εκκίνηση πρέπει να γίνεται χωρίς φορτίο ή με μικρό φορτίο. Αντίθετα, το πρόβλημα της ρύθμισης της ταχύτητας παραμένει άλυτο στους κινητήρες αυτούς, γι' αυτό και πρέπει να χρησιμοποιούνται ως κινητήρες σταθερής ταχύτητας: η ταχύτητα του στρεφόμενου πεδίου καθορίζεται από τη συχνότητα του δικτύου και τον αριθμό των πόλων, ενώ ο βραχυκυκλωμένος δρομέας δεν επιτρέπει την παρεμβολή αντιστάσεων όπως στους δακτυλιοφόρους. Το ίδιο το βιβλίο σημειώνει ότι η ανάπτυξη των ηλεκτρονικών ισχύος και η κατασκευή αντιστροφέων με χαμηλό κόστος λύνει σήμερα το πρόβλημα, ανοίγοντας νέες προοπτικές ακόμη και σε εφαρμογές ηλεκτρικής έλξης.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Θέμα 5 · Ερώτηση 5 — Αιτίες μη εκκίνησης ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα

Ερώτηση: ΕΡ: Να αναφέρετε τις πιθανές αιτίες, λόγω των οποίων δεν τίθεται σε κίνηση ασύγχρονος τριφασικός κινητήρας με βραχυκυκλωμένο δρομέα.

Απάντηση:

• Η απάντηση του βιβλίου (σελ. 54): Οι πιθανές αιτίες, λόγω των οποίων δεν τίθεται σε κίνηση 3φ κινητήρας με βραχυκυκλωμένο δρομέα είναι οι εξής: 1. έλλειψη τάσεως στους ακροδέκτες του κινητήρα. 2. διακοπή της μιας φάσεως του τυλίγματος του στάτη.

  Ο πλήρης πίνακας αιτίων του βιβλίου (σελ. 49) — Ο κινητήρας δεν τίθεται σε κίνηση:

  #	Αιτία (σελ. 49)
  1	Έλλειψη τάσεως στους ακροδέκτες του κινητήρα
  2	Διακοπή μιας φάσεως του τυλίγματος του στάτη του κινητήρα
  3	Ελαττωματική σύνδεση μιας φάσεως του κινητήρα
  4	Ελαττωματική επαφή στις ενώσεις των συνδέσεων των πηνίων
  5	Βραχυκύκλωμα μεταξύ δύο πηνίων διαφορετικών φάσεων
  6	Βραχυκύκλωμα σε ένα ή περισσότερα πηνία μιας φάσεως
  7	Υπερβολικό φορτίο στον άξονα του κινητήρα
  8	Μικρότερη τάση από την κανονική της τροφοδοτικής γραμμής

  Η μεθοδική διερεύνηση:

    ΒΗΜΑ 1  Μέτρηση τάσης στους ΑΚΡΟΔΕΚΤΕΣ (και στις 3 φάσεις)
              λείπει τάση  →  γραμμή / ασφάλειες / ρελέ / διακόπτης
              τάση χαμηλή  →  πτώση τάσης γραμμής, υποδιαστασιολόγηση
    ΒΗΜΑ 2  Έλεγχος ΣΥΝΕΧΕΙΑΣ των τριών τυλιγμάτων (ωμόμετρο)
              άπειρη σε ένα → κομμένο τύλιγμα ή κακή σύνδεση
              πολύ διαφορετικές τιμές → βραχυκυκλωμένα πηνία
    ΒΗΜΑ 3  Μέτρηση ΜΟΝΩΣΗΣ με το ΜΕΓΓΕΡ (τυλίγματα προς στάτη)
    ΒΗΜΑ 4  Μηχανικός έλεγχος: γυρίζει ελεύθερα ο άξονας με το χέρι;
              όχι → υπερβολικό φορτίο, κολλημένα ρουλεμάν, τριβή ρότορα

  Γιατί οι δύο αιτίες που ξεχωρίζει η απάντηση: είναι οι δύο πρώτες που ελέγχονται και οι συχνότερες — η μία εκτός του κινητήρα (τροφοδοσία) και η άλλη εντός (τύλιγμα). Η σύνδεση με τον έλεγχο του θέματος 5: η ωμική αντίσταση των τυλιγμάτων ενός τριφασικού κινητήρα παρουσιάζει στην πράξη μικρές αποκλίσεις (σελ. 39) — άρα μεγάλη απόκλιση μεταξύ των τριών μετρήσεων προδίδει βραχυκυκλωμένα πηνία, ενώ άπειρη ένδειξη προδίδει διακοπή. Ο έλεγχος των εδράνων (σελ. 57): σηκώστε τον άξονα του κινητήρα πάνω - κάτω, το πλάτος της κίνησης δείχνει τον πιθανό χρόνο αντοχής των εδράνων (τριβέων) — φθαρμένα έδρανα μπορούν να προκαλέσουν τριβή του ρότορα στον πυρήνα του στάτη (σελ. 64) και άρα αδυναμία εκκίνησης.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Σύμφωνα με το βιβλίο, οι πιθανές αιτίες για τις οποίες δεν τίθεται σε κίνηση τριφασικός κινητήρας με βραχυκυκλωμένο δρομέα είναι δύο: η έλλειψη τάσης στους ακροδέκτες του κινητήρα και η διακοπή της μιας φάσης του τυλίγματος του στάτη. Ο πλήρης πίνακας αιτίων που δίνει το ίδιο θέμα περιλαμβάνει επιπλέον την ελαττωματική σύνδεση μιας φάσης, την ελαττωματική επαφή στις ενώσεις των συνδέσεων των πηνίων, το βραχυκύκλωμα μεταξύ δύο πηνίων διαφορετικών φάσεων, το βραχυκύκλωμα σε ένα ή περισσότερα πηνία της ίδιας φάσης, το υπερβολικό φορτίο στον άξονα και τη μικρότερη από την κανονική τάση της τροφοδοτικής γραμμής. Η μεθοδική διερεύνηση ξεκινά με μέτρηση της τάσης και στις τρεις φάσεις στους ακροδέκτες, οπότε η απουσία ή η χαμηλή τάση παραπέμπει σε γραμμή, ασφάλειες ή διακόπτη. Ακολουθεί έλεγχος συνέχειας των τριών τυλιγμάτων με ωμόμετρο, όπου άπειρη ένδειξη προδίδει διακοπή και μεγάλη απόκλιση μεταξύ των τριών τιμών προδίδει βραχυκυκλωμένα πηνία, αφού κανονικά οι αποκλίσεις είναι μικρές. Έπεται η μέτρηση της μόνωσης με το μέγγερ και τέλος ο μηχανικός έλεγχος, δηλαδή αν ο άξονας γυρίζει ελεύθερα με το χέρι, ώστε να αποκλειστούν υπερβολικό φορτίο, κολλημένα ρουλεμάν ή τριβή του ρότορα στον στάτη.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Θέμα 5 · Ερώτηση 6 — Ίδιο ρεύμα με και χωρίς φορτίο, διπλάσιο του κανονικού

Ερώτηση: ΕΡ: Να αναφέρετε την πιθανή αιτία, λόγω της οποίας κινητήρας τριφασικός ασύγχρονος με βραχυκυκλωμένο δρομέα παρουσιάζει τα εξής συμπτώματα:

Απάντηση:

• Τα συμπτώματα (σελ. 55): 1. η ένταση του ρεύματος του κινητήρα κατά την αφόρτιστη λειτουργία του είναι ίση με την ένταση του ρεύματος κατά τη λειτουργία του κινητήρα υπό φορτίο. 2. η ένταση του ρεύματος κατά τη λειτουργία του υπό φορτίο είναι διπλάσια από την κανονική.

  Η απάντηση του βιβλίου (σελ. 55): Η πιθανή αιτία λόγω της οποίας ο κινητήρας παρουσιάζει τα πιο πάνω συμπτώματα είναι η εξής: Ένας δίσκος του ρότορα έχει μετακινηθεί κατά το χύσιμο του αλουμινίου ή κατά τη λειτουργία του κινητήρα, με αποτέλεσμα να έχει διακοπεί η ηλεκτρική ένωση μεταξύ των δύο στεφανιών βραχυκυκλώσεων.

    ΥΓΙΗΣ ΡΟΤΟΡΑΣ                  ΡΟΤΟΡΑΣ ΜΕ ΜΕΤΑΚΙΝΗΜΕΝΟ ΔΙΣΚΟ
  
     ╔═══ στεφάνη ═══╗              ╔═══ στεφάνη ═══╗
     ║ ║ ║ ║ ║ ║ ║ ║               ║ ║ ║ ╳ ║ ║ ║ ║   ← διακοπή ράβδων
     ╚═══ στεφάνη ═══╝              ╚═══ στεφάνη ═══╝
     ρεύματα ρότορα κανονικά        μειωμένα ρεύματα ρότορα
     → κανονική ροπή                → ελάχιστη ροπή, μεγάλη ολίσθηση
                                     → τεράστιο ρεύμα στάτη

  Γιατί τα δύο συμπτώματα δείχνουν τον ρότορα και όχι τον στάτη: Το πρώτο σύμπτωμα — ίδιο ρεύμα με και χωρίς φορτίο — σημαίνει ότι ο κινητήρας δεν αντιδρά στη μεταβολή του φορτίου, δηλαδή δεν μπορεί να μεταφέρει ισχύ στον άξονα. Αν το πρόβλημα ήταν στον στάτη, το ρεύμα θα ήταν ασύμμετρο μεταξύ φάσεων. Το δεύτερο σύμπτωμα — διπλάσιο ρεύμα — σημαίνει ότι ο κινητήρας απορροφά ισχύ που δεν μετατρέπεται σε μηχανικό έργο· η ενέργεια καταναλώνεται ως θερμότητα στα τυλίγματα και στον δρομέα.

  Η φυσική εξήγηση: η διακοπή της ένωσης ανάμεσα στις δύο στεφάνες βραχυκύκλωσης διακόπτει τη διαδρομή των επαγόμενων ρευμάτων του δρομέα. Χωρίς αυτά τα ρεύματα δεν αναπτύσσεται πεδίο δρομέα, άρα ούτε ροπή· ο κινητήρας συμπεριφέρεται σαν μετασχηματιστής με ανοιχτό δευτερεύον, οπότε το ρεύμα του στάτη είναι μαγνητίζον και υψηλό. Πώς ελέγχεται ο ρότορας (σελ. 65): με εξωτερικό γκρόουλερ — έλεγχος επαγώγιμου με εξωτερικό γκρόουλερ — ή οπτικά, αναζητώντας ίχνη υπερθέρμανσης στις ράβδους και στις στεφάνες. Πώς μετριέται το ρεύμα (σελ. 55): με αμπεροτσιμπίδα — μέτρηση της έντασης του ρεύματος με αμπεροτσιμπίδα — χωρίς να διακοπεί το κύκλωμα. Η επισκευή: επανάχυση του δρομέα ή αντικατάστασή του· η επιτόπια επισκευή σπασμένης ράβδου χυτού δρομέα αλουμινίου δεν είναι πρακτικά εφικτή. Σημείωση: η εκφώνηση συνεχίζεται στην επόμενη σελίδα του βιβλίου, όπου παρατίθενται τα δύο αριθμημένα συμπτώματα.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Τα συμπτώματα που περιγράφει η εκφώνηση είναι ότι η ένταση του ρεύματος κατά την αφόρτιστη λειτουργία είναι ίση με εκείνη υπό φορτίο και ότι η ένταση υπό φορτίο είναι διπλάσια από την κανονική. Η πιθανή αιτία, σύμφωνα με το βιβλίο, είναι ότι ένας δίσκος του ρότορα έχει μετακινηθεί κατά το χύσιμο του αλουμινίου ή κατά τη λειτουργία του κινητήρα, με αποτέλεσμα να έχει διακοπεί η ηλεκτρική ένωση ανάμεσα στις δύο στεφάνες βραχυκύκλωσης. Τα δύο συμπτώματα δείχνουν τον ρότορα και όχι τον στάτη: το γεγονός ότι το ρεύμα δεν μεταβάλλεται με το φορτίο σημαίνει ότι ο κινητήρας δεν μπορεί να μεταφέρει ισχύ στον άξονα, ενώ αν το πρόβλημα βρισκόταν στον στάτη το ρεύμα θα ήταν ασύμμετρο μεταξύ των φάσεων. Το διπλάσιο ρεύμα σημαίνει ότι απορροφάται ισχύς που δεν μετατρέπεται σε μηχανικό έργο αλλά σε θερμότητα. Φυσικά, η διακοπή της ένωσης ανάμεσα στις στεφάνες διακόπτει τη διαδρομή των επαγόμενων ρευμάτων του δρομέα, οπότε δεν αναπτύσσεται πεδίο δρομέα ούτε ροπή και ο κινητήρας συμπεριφέρεται σαν μετασχηματιστής με ανοιχτό δευτερεύον. Ο έλεγχος του δρομέα γίνεται με εξωτερικό γκρόουλερ ή οπτικά, ενώ η μέτρηση του ρεύματος με αμπεροτσιμπίδα. Η αποκατάσταση απαιτεί επανάχυση ή αντικατάσταση του δρομέα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Θέμα 5 · Ερώτηση 7 — Θερμαινόμενος ρότορας με μειωμένη ταχύτητα και ισχύ

Ερώτηση: ΕΡ: Να αναφέρετε την πιθανή αιτία, λόγω της οποίας κινητήρας τριφασικός ασύγχρονος βραχυκυκλωμένου δρομέα παρουσιάζει τα εξής συμπτώματα: 1. ο ρότορας του κινητήρα θερμαίνεται 2. η ταχύτητα του κινητήρα είναι μικρότερη από την κανονική 3. η ισχύς του κινητήρα είναι μικρότερη από την κανονική

Απάντηση:

• Η απάντηση του βιβλίου (σελ. 55): Η πιθανή αιτία, λόγω της οποίας ο κινητήρας παρουσιάζει τα πιο πάνω συμπτώματα είναι η εξής: Η επαφή των ράβδων του ρότορα με τις στεφάνες είναι ελαττωματική.

  Πώς εξηγεί και τα τρία συμπτώματα η μία αιτία:

  Σύμπτωμα	Εξήγηση
  Ο ρότορας θερμαίνεται	η ελαττωματική επαφή έχει αυξημένη αντίσταση μετάβασης· όλο το ρεύμα του δρομέα περνά από αυτήν και εκλύει θερμότητα ακριβώς εκεί (P = I²·R)
  Η ταχύτητα μειώνεται	η αυξημένη αντίσταση δρομέα μεγαλώνει την ολίσθηση για την ίδια ροπή — ο δρομέας «μένει πίσω» από το πεδίο
  Η ισχύς μειώνεται	μέρος της ισχύος καταναλώνεται ως απώλειες στον δρομέα αντί να αποδοθεί στον άξονα

    ΥΓΙΗΣ ΕΠΑΦΗ                    ΕΛΑΤΤΩΜΑΤΙΚΗ ΕΠΑΦΗ
     ράβδος ══╬══ στεφάνη          ράβδος ══╫╫══ στεφάνη
     R ≈ 0                          R αυξημένη
     μικρή ολίσθηση                 μεγάλη ολίσθηση
     ψυχρός δρομέας                 θερμός δρομέας

  Η διαφορά από την προηγούμενη βλάβη (σελ. 55): εκεί η ένωση είχε διακοπεί εντελώς και ο κινητήρας δεν απέδιδε καθόλου χρήσιμη ισχύ· εδώ η επαφή είναι ελαττωματική αλλά υπαρκτή, οπότε ο κινητήρας δουλεύει — απλώς χειρότερα και θερμότερα. Γιατί συμβαίνει: κακή χύτευση του αλουμινίου με πόρους στη ζώνη ένωσης, κόπωση από επαναλαμβανόμενες θερμικές διαστολές, ή μηχανική καταπόνηση από συχνές εκκινήσεις υπό φορτίο. Πώς επιβεβαιώνεται: με εξωτερικό γκρόουλερ (σελ. 65) και με θερμική παρατήρηση — άνιση θέρμανση κατά μήκος της περιφέρειας του δρομέα. Η γενική αρχή που καθιστά τα συμπτώματα διαγνωστικά: κάθε αύξηση της αντίστασης του δρομέα μεταφράζεται σε αύξηση της ολίσθησης· γι' αυτό ακριβώς στους δακτυλιοφόρους κινητήρες η ρύθμιση της ταχύτητας γίνεται με σκόπιμη παρεμβολή αντιστάσεων στον δρομέα — εδώ όμως η «ρύθμιση» είναι ανεπιθύμητη και ανεξέλεγκτη. Η συνέπεια αν αγνοηθεί: η συνεχής υπερθέρμανση αποσυνθέτει τη μόνωση των γειτονικών τυλιγμάτων του στάτη και οδηγεί σε ολική βλάβη.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η πιθανή αιτία, σύμφωνα με το βιβλίο, είναι ότι η επαφή των ράβδων του ρότορα με τις στεφάνες είναι ελαττωματική. Η ίδια αυτή αιτία εξηγεί και τα τρία συμπτώματα. Η θέρμανση του ρότορα οφείλεται στο ότι η ελαττωματική επαφή έχει αυξημένη αντίσταση μετάβασης, από την οποία περνά όλο το ρεύμα του δρομέα και εκλύεται θερμότητα ανάλογη του τετραγώνου του ρεύματος. Η μείωση της ταχύτητας οφείλεται στο ότι η αυξημένη αντίσταση του δρομέα μεγαλώνει την ολίσθηση για την ίδια ροπή, οπότε ο δρομέας μένει πίσω από το στρεφόμενο πεδίο. Η μείωση της ισχύος οφείλεται στο ότι μέρος της ισχύος καταναλώνεται ως απώλειες στον δρομέα αντί να αποδοθεί στον άξονα. Η βλάβη διαφέρει από την πλήρη διακοπή της ένωσης των στεφανών, όπου ο κινητήρας δεν αποδίδει καθόλου χρήσιμη ισχύ· εδώ η επαφή είναι ελαττωματική αλλά υπαρκτή, οπότε ο κινητήρας δουλεύει χειρότερα και θερμότερα. Αίτια είναι η κακή χύτευση του αλουμινίου με πόρους, η κόπωση από θερμικές διαστολές και η μηχανική καταπόνηση από συχνές εκκινήσεις υπό φορτίο. Η επιβεβαίωση γίνεται με εξωτερικό γκρόουλερ και με παρατήρηση της άνισης θέρμανσης, ενώ αν η βλάβη αγνοηθεί η συνεχής υπερθέρμανση καταστρέφει και τη μόνωση των τυλιγμάτων του στάτη.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Θέμα 5 · Ερώτηση 8 — Μία θερμότερη φάση και αδυναμία λειτουργίας υπό φορτίο

Ερώτηση: ΕΡ: Να αναφέρετε την πιθανή αιτία, λόγω της οποίας τριφασικός κινητήρας ασύγχρονος βραχυκυκλωμένου δρομέα παρουσιάζει τα εξής συμπτώματα: (πρέπει να σημειωθεί ότι τα τυλίγματα του στάτη έχουν συνδεθεί κατά τρίγωνο και ότι η εκκίνηση γίνεται με διακόπτη αστέρος / τριγώνου Υ/Δ). 1. η μία φάση του στάτη του κινητήρα είναι θερμότερη από τις άλλες. 2. ο κινητήρας τίθεται σε κίνηση χωρίς φορτίο, αλλά μόλις φορτιστεί με το κανονικό φορτίο σταματά.

Απάντηση:

• Η απάντηση του βιβλίου (σελ. 55): Η πιθανή αιτία, λόγω της οποίας ο κινητήρας παρουσιάζει τα παραπάνω συμπτώματα είναι η εξής: Η συνδεσμολογία του διακόπτη αστέρος τριγώνου είναι εσφαλμένη.

  Γιατί τα δύο συμπτώματα οδηγούν εκεί:

  Σύμπτωμα 1 — μία φάση θερμότερη: σε σωστή τριφασική λειτουργία τα τρία τυλίγματα φορτίζονται συμμετρικά και θερμαίνονται εξίσου. Η ασυμμετρία προδίδει ότι η τάση δεν κατανέμεται σωστά στα τρία σκέλη — δηλαδή σφάλμα στη σειρά ή στην αντιστοίχιση των ακροδεκτών του διακόπτη. Σύμπτωμα 2 — ξεκινά χωρίς φορτίο, σταματά με φορτίο: ο κινητήρας παράγει μειωμένη ροπή, επαρκή μόνο για την αφόρτιστη λειτουργία. Αυτό συμβαίνει όταν ο κινητήρας παραμένει σε αστέρα αντί να μεταβεί σε τρίγωνο, ή όταν η μετάβαση γίνεται με λάθος αντιστοίχιση άκρων.

    ΣΩΣΤΗ ΜΕΤΑΒΑΣΗ Υ/Δ            ΕΣΦΑΛΜΕΝΗ ΣΥΝΔΕΣΜΟΛΟΓΙΑ
  
    Υ: U1V1W1 βραχυκυκλωμένα       τα άκρα U2V2W2 συνδέονται
       τάση/√3 σε κάθε τύλιγμα      με λάθος σειρά ή μένουν
    Δ: U1-W2, V1-U2, W1-V2          σε αστέρα
       πλήρης τάση σε κάθε τύλιγμα  → ασύμμετρη τάση
                                     → μία φάση φορτίζεται περισσότερο
                                     → μειωμένη ροπή

  Γιατί η ένδειξη είναι στη σελίδα του διακόπτη και όχι του κινητήρα: η εκφώνηση προειδοποιεί ρητά ότι τα τυλίγματα του στάτη έχουν συνδεθεί κατά τρίγωνο και ότι η εκκίνηση γίνεται με διακόπτη αστέρος / τριγώνου Υ/Δ — δηλαδή μας δίνει το στοιχείο ότι στη διαδρομή υπάρχει ένας επιπλέον μηχανισμός που μπορεί να φταίει, πριν αναζητήσουμε βλάβη μέσα στον κινητήρα.

  Πώς επαληθεύεται: Οπτικά: σύγκριση της καλωδίωσης του διακόπτη με το σχέδιο του κατασκευαστή και με το πινακάκι του κινητήρα (σελ. 39: τα άκρα των τυλιγμάτων του στάτη καταλήγουν στην πινακίδα του κινητήρα). Με μετρήσεις: τάση στους ακροδέκτες σε κάθε θέση του διακόπτη — στη θέση Υ πρέπει να μετρηθεί φασική τάση στα τυλίγματα, στη θέση Δ πολική. Με αμπεροτσιμπίδα (σελ. 55): τα τρία ρεύματα πρέπει να είναι ίσα· άνιση ένδειξη επιβεβαιώνει την ασυμμετρία. Η σωστή λειτουργία που αναιρείται (σελ. 54): σκοπός του Υ/Δ είναι ότι τα τυλίγματα του στάτη συνδέονται κατά αστέρα στην εκκίνηση… Κατόπιν τα τυλίγματα συνδέονται κατά τρίγωνο, οπότε βρίσκονται υπό την πλήρη πολική τάση του δικτύου και ο κινητήρας λειτουργεί κανονικά — αν το δεύτερο βήμα δεν ολοκληρωθεί σωστά, χάνεται η κανονική λειτουργία. Ο κίνδυνος αν αγνοηθεί: η μόνιμα υπερφορτισμένη φάση θα καεί· γι' αυτό οι διακόπτες χειρισμού κατασκευάζονται με τέτοιο τρόπο, ώστε να αποκλείονται τα βραχυκυκλώματα ή οι ενώσεις με τη γη (θέμα 1, σελ. 13).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η πιθανή αιτία, σύμφωνα με το βιβλίο, είναι ότι η συνδεσμολογία του διακόπτη αστέρα τριγώνου είναι εσφαλμένη. Το πρώτο σύμπτωμα, δηλαδή ότι μία φάση του στάτη είναι θερμότερη από τις άλλες, οδηγεί εκεί γιατί σε σωστή τριφασική λειτουργία τα τρία τυλίγματα φορτίζονται συμμετρικά και θερμαίνονται εξίσου· η ασυμμετρία προδίδει ότι η τάση δεν κατανέμεται σωστά στα τρία σκέλη, δηλαδή σφάλμα στη σειρά ή στην αντιστοίχιση των ακροδεκτών του διακόπτη. Το δεύτερο σύμπτωμα, δηλαδή ότι ο κινητήρας ξεκινά χωρίς φορτίο αλλά σταματά μόλις φορτιστεί, δείχνει μειωμένη ροπή, όπως συμβαίνει όταν ο κινητήρας παραμένει σε αστέρα αντί να μεταβεί σε τρίγωνο ή όταν η μετάβαση γίνεται με λάθος αντιστοίχιση άκρων. Η ίδια η εκφώνηση μάς κατευθύνει, αφού σημειώνει ρητά ότι τα τυλίγματα είναι σε τρίγωνο και η εκκίνηση γίνεται με διακόπτη αστέρα τριγώνου, δηλαδή ότι στη διαδρομή υπάρχει ένας επιπλέον μηχανισμός που μπορεί να φταίει. Η επαλήθευση γίνεται με σύγκριση της καλωδίωσης με το σχέδιο του κατασκευαστή και το πινακάκι του κινητήρα, με μέτρηση της τάσης στους ακροδέκτες σε κάθε θέση του διακόπτη, όπου στη θέση αστέρα πρέπει να μετρηθεί φασική και στη θέση τριγώνου πολική τάση, και με έλεγχο της ισότητας των τριών ρευμάτων με αμπεροτσιμπίδα. Αν η βλάβη αγνοηθεί, η μόνιμα υπερφορτισμένη φάση θα καεί.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Θέμα 5 · Ερώτηση 9 — Στροφές ίσες με το ένα έβδομο των κανονικών

Ερώτηση: ΕΡ: Να αναφέρετε την πιθανή αιτία και τον τρόπο επισκευής της, λόγω της οποίας κινητήρας τριφασικός με βραχυκυκλωμένο δρομέα παρουσιάζει τα εξής συμπτώματα: 1. Ο κινητήρας τίθεται σε κίνηση. 2. Οι στροφές του κινητήρα στο κανονικό του φορτίο είναι ίσες με το 1/7 των κανονικών του στροφών.

Απάντηση:

• Η απάντηση του βιβλίου (σελ. 56): Η πιθανή αιτία, λόγω της οποίας ο κινητήρας παρουσιάζει τα πιο πάνω συμπτώματα είναι η ύπαρξη έβδομης ορμονικής, που σχηματίζεται με την εκκίνηση του κινητήρα και όταν οι στροφές του φθάσουν στο 1/7 των κανονικών του.

  Οι τρόποι επισκευής (σελ. 56): 1. Αύξηση ή μείωση της τάσεως τροφοδοτήσεως του κινητήρα. 2. Μικρή ελάττωση του φορτίου κατά την εκκίνηση. 3. Αύξηση της ωμικής αντιστάσεως του ρότορα. 4. Ξανατύλιγμα του στάτη με μείωση του βήματος κατά ένα αυλάκι.

  Τι είναι το φαινόμενο: το τύλιγμα του στάτη δεν παράγει μόνο το θεμελιώδες στρεφόμενο πεδίο, αλλά και αρμονικές συνιστώσες. Η 7η αρμονική παράγει ένα δικό της στρεφόμενο πεδίο με ταχύτητα 1/7 της σύγχρονης, το οποίο αναπτύσσει δική του ροπή. Αν η ροπή αυτή είναι αρκετά ισχυρή, ο κινητήρας «κλειδώνει» εκεί και δεν επιταχύνει άλλο — φαινόμενο γνωστό ως crawling.

    ΡΟΠΗ
     │        ╱‾‾‾‾╲              ╱‾‾‾‾‾‾‾╲
     │      ╱       ╲___________╱          ╲
     │    ╱   ▲ βύθισμα 7ης αρμονικής       ╲
     │  ╱     │  ο κινητήρας κολλάει εδώ     ╲
     └──┴─────┴──────────────────────────────┴──► ΣΤΡΟΦΕΣ
        0    ns/7                            ns

  Πώς δουλεύει καθένας από τους τέσσερις τρόπους επισκευής: 1. Μεταβολή της τάσης: η ροπή είναι ανάλογη του τετραγώνου της τάσης· μεταβάλλοντάς την μετατοπίζεται η σχετική ισχύς της θεμελιώδους έναντι της αρμονικής και ο κινητήρας ξεπερνά το βύθισμα. 2. Ελάττωση του φορτίου στην εκκίνηση: με μικρότερη αντίρροπη ροπή, η διαθέσιμη επιτάχυνση αρκεί για να διασχιστεί η περιοχή του βυθίσματος πριν ο κινητήρας ισορροπήσει εκεί. 3. Αύξηση της ωμικής αντίστασης του ρότορα: εξομαλύνει την καμπύλη ροπής-ολίσθησης και γεμίζει το βύθισμα με πρόσθετη ροπή στις χαμηλές στροφές. 4. Ξανατύλιγμα με μείωση του βήματος κατά ένα αυλάκι: το βραχυμένο βήμα (short pitch) είναι η ριζική λύση — εξασθενεί τις ανώτερες αρμονικές του πεδίου στην πηγή τους, δηλαδή στη γεωμετρία του τυλίγματος.

  Γιατί η βλάβη είναι «κατασκευαστική» και όχι φθοράς: το φαινόμενο οφείλεται στον σχεδιασμό του τυλίγματος σε συνδυασμό με τον αριθμό των αυλακιών στάτη και δρομέα — γι' αυτό εμφανίζεται από την αρχή και όχι μετά από χρόνια λειτουργίας. Σημείωση για το κείμενο του βιβλίου: τυπώνεται «έβδομης ορμονικής» αντί για «έβδομης αρμονικής» — προφανές τυπογραφικό.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η πιθανή αιτία, σύμφωνα με το βιβλίο, είναι η ύπαρξη έβδομης αρμονικής, η οποία σχηματίζεται με την εκκίνηση του κινητήρα και εκδηλώνεται όταν οι στροφές του φτάσουν στο ένα έβδομο των κανονικών. Το τύλιγμα του στάτη δεν παράγει μόνο το θεμελιώδες στρεφόμενο πεδίο αλλά και αρμονικές συνιστώσες· η έβδομη αρμονική παράγει δικό της στρεφόμενο πεδίο με ταχύτητα ίση με το ένα έβδομο της σύγχρονης και αναπτύσσει δική της ροπή, οπότε ο κινητήρας κλειδώνει στις στροφές αυτές και δεν επιταχύνει άλλο. Οι τρόποι επισκευής που δίνει το βιβλίο είναι τέσσερις. Πρώτον, η αύξηση ή μείωση της τάσης τροφοδοσίας, αφού η ροπή είναι ανάλογη του τετραγώνου της τάσης και έτσι μεταβάλλεται η σχετική ισχύς της θεμελιώδους έναντι της αρμονικής. Δεύτερον, η μικρή ελάττωση του φορτίου κατά την εκκίνηση, ώστε η διαθέσιμη επιτάχυνση να αρκεί για να διασχιστεί η κρίσιμη περιοχή. Τρίτον, η αύξηση της ωμικής αντίστασης του ρότορα, που εξομαλύνει την καμπύλη ροπής και προσθέτει ροπή στις χαμηλές στροφές. Τέταρτον, το ξανατύλιγμα του στάτη με μείωση του βήματος κατά ένα αυλάκι, που αποτελεί τη ριζική λύση, αφού εξασθενεί τις ανώτερες αρμονικές στην πηγή τους, δηλαδή στη γεωμετρία του τυλίγματος. Πρόκειται για κατασκευαστικό και όχι για φθορικό πρόβλημα, γι' αυτό εμφανίζεται από την αρχή της λειτουργίας.

Κριτήρια αξιολόγησης: