Λύσεις — Ενότητα 2.3: Διάκριση και χρήσεις των γεννητριών Σ.Ρ. (σελ. 106-107) – ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ Γ΄ ΕΠΑΛ
Λύσεις — Ενότητα 2.3: Διάκριση και χρήσεις των γεννητριών Σ.Ρ. (σελ. 106-107)
Λύσεις των 23 ερωτήσεων της ενότητας 2.3: 15 ανοιχτές, 2 αριθμητικές και 6 πολλαπλής επιλογής.
Ερώτηση 1 — Ο σκοπός του τυλίγματος του επαγωγικού τυμπάνου
Ερώτηση: Ποιος είναι ο σκοπός του τυλίγματος του επαγωγικού τυμπάνου;
Απάντηση:
- Το τύλιγμα του επαγωγικού τυμπάνου είναι το σπουδαιότερο μέρος των ηλεκτρικών μηχανών, γιατί μέσα σε αυτό γίνεται η μετατροπή της ενέργειας (σελ. 93): στις γεννήτριες αναπτύσσονται στους αγωγούς του οι Η.Ε.Δ. από επαγωγή (Ε = Β·ℓ·υ·ημα) καθώς στρέφεται μέσα στο πεδίο των πόλων, και στους κινητήρες αναπτύσσονται τα ζεύγη δυνάμεων (F = Β·ℓ·I·ημα) που δημιουργούν τη ροπή περιστροφής. Οι πολλές σπείρες του, κατάλληλα συνδεδεμένες, εξασφαλίζουν σημαντικές τάσεις και εντάσεις (ή δυνάμεις) και μειώνουν την κυμάτωση του ρεύματος της στοιχειώδους γεννήτριας.
Σύνοψη: (ενδεικτική) Σε αυτό γίνεται η μετατροπή ενέργειας: Η.Ε.Δ. στις γεννήτριες, ζεύγη δυνάμεων/ροπή στους κινητήρες· οι πολλές σπείρες δίνουν σημαντικές τάσεις-εντάσεις και μικρή κυμάτωση.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Η.Ε.Δ. / δυνάμεις + ρόλος πολλών σπειρών.
Ερώτηση 2 — Απόσταση πλευρικών αγωγών κάθε σπείρας
Ερώτηση: Πόσο απέχουν οι πλευρικοί αγωγοί κάθε σπείρας στο επαγωγικό τύμπανο;
Απάντηση:
- Ανεξάρτητα από τον τρόπο σύνδεσης των σπειρών, οι πλευρικοί (ενεργοί) αγωγοί κάθε σπείρας απέχουν μεταξύ τους όσο περίπου απέχουν οι άξονες δύο γειτονικών πόλων (ένα πολικό βήμα) (σελ. 93). Έτσι, όταν ο ένας αγωγός βρίσκεται κάτω από βόρειο πόλο, ο άλλος βρίσκεται κάτω από τον γειτονικό νότιο: οι Η.Ε.Δ. που αναπτύσσονται στους δύο αγωγούς έχουν αντίθετη φορά ως προς τον χώρο αλλά, επειδή διατρέχουν τη σπείρα κατά την ίδια φορά, προστίθενται — αντί να αλληλοαναιρούνται.
Σύνοψη: (ενδεικτική) Όσο περίπου απέχουν οι άξονες δύο γειτονικών πόλων (πολικό βήμα), ώστε οι Η.Ε.Δ. των δύο αγωγών (κάτω από Ν και S) να προστίθενται.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Πολικό βήμα + γιατί.
Ερώτηση 3 — Γιατί πολλές σπείρες στις γεννήτριες Σ.Ρ.
Ερώτηση: Ποιος είναι ο λόγος που χρησιμοποιούμε περισσότερες από μια σπείρες στις γεννήτριες Σ.Ρ.;
Απάντηση:
- Η στοιχειώδης γεννήτρια με μία σπείρα δίνει μικρή Η.Ε.Δ. και, μετά την ανόρθωση με συλλέκτη δύο τομέων, τάση με πολύ μεγάλη κυμάτωση (μηδενίζεται δύο φορές ανά στροφή). Χρησιμοποιούμε λοιπόν πολλές σπείρες, κατάλληλα συνδεδεμένες (τύλιγμα τυμπάνου με συλλέκτη πολλών τομέων), για δύο λόγους (σελ. 93): ① για να παράγονται σημαντικές τάσεις και εντάσεις — οι Η.Ε.Δ. των σπειρών σε σειρά προστίθενται (τάση), οι παράλληλοι κλάδοι αθροίζουν ρεύμα· ② για να μειωθεί η κυμάτωση του ρεύματος — οι σπείρες, σε διαφορετικές γωνίες γύρω από το τύμπανο, δίνουν κάθε στιγμή σχεδόν σταθερή συνολική τάση στις ψήκτρες. Αντίστοιχα στους κινητήρες έχουμε αύξηση των δυνάμεων (ροπής).
Σύνοψη: (ενδεικτική) Για σημαντικές τάσεις και εντάσεις (άθροιση Η.Ε.Δ. και ρευμάτων) και για μείωση της κυμάτωσης του ρεύματος· στους κινητήρες αύξηση των δυνάμεων.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Οι δύο λόγοι + κινητήρες.
Ερώτηση 4 — Πού χρησιμοποιούνται βροχοτυλίγματα και πού κυματοτυλίγματα
Ερώτηση: Που χρησιμοποιούνται τα βροχοτυλίγματα και που τα κυματοτυλίγματα;
Απάντηση:
- Βροχοτυλίγματα: σε μηχανές χαμηλής τάσης και υψηλής έντασης ρεύματος — οι αγωγοί τους έχουν μεγάλη διατομή και οι περιελίξεις συνδέονται παράλληλα (σχ. 2.7), με τόσους παράλληλους κλάδους όσοι οι πόλοι· τέτοια τύμπανα έχουν οι μίζες (εκκινητές) των αυτοκινήτων (σελ. 93). Κυματοτυλίγματα: σε μηχανές υψηλής τάσης και χαμηλής έντασης — οι περιελίξεις συνδέονται σε σειρά (σχ. 2.8: οι τάσεις προστίθενται, το ρεύμα μένει ίδιο), πάντοτε δύο παράλληλοι κλάδοι· π.χ. οι μικρές χειροκίνητες γεννήτριες MEGGER (μέγκερ, όργανα μέτρησης μόνωσης) (σελ. 94). Τα μικτά τυλίγματα (σειρά + παράλληλα) για μεσαία τάση/ένταση — τα πιο συνηθισμένα στις μεγάλες μηχανές Σ.Ρ.
Σύνοψη: (ενδεικτική) Βροχοτυλίγματα: χαμηλή τάση / μεγάλο ρεύμα (παράλληλοι κλάδοι), π.χ. μίζες αυτοκινήτων· κυματοτυλίγματα: υψηλή τάση / μικρό ρεύμα (σε σειρά), π.χ. γεννήτριες MEGGER· μικτά: μεγάλες μηχανές.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Δύο περιπτώσεις + παραδείγματα.
Ερώτηση 5 — Αριθμός ψηκτρών σε βροχο- και κυματοτυλίγματα
Ερώτηση: Ποιος είναι ο αριθμός των ψηκτρών στα βροχοτυλίγματα και ποιος στα κυματοτυλίγματα;
Απάντηση:
- Βροχοτυλίγματα: δημιουργούνται τόσοι παράλληλοι κλάδοι όσοι οι πόλοι της μηχανής, οπότε τα ζεύγη ψηκτρών είναι όσα και τα ζεύγη πόλων — δηλαδή τόσες ψήκτρες όσοι οι πόλοι (σελ. 93). Κυματοτυλίγματα: δημιουργούνται πάντοτε δύο παράλληλοι κλάδοι ανεξάρτητα από τους πόλους, οπότε χρειάζονται μόνο δύο ψήκτρες (μία θετική, μία αρνητική)· επειδή όμως τότε από κάθε ψήκτρα περνά διπλάσιο ρεύμα (θα χρειαζόταν διπλάσια διατομή), στην πράξη χρησιμοποιούνται τόσες ψήκτρες όσοι οι πόλοι — μόνο δύο ψήκτρες όταν είναι δυσχερής η προσέγγιση σε όλη την περιφέρεια του συλλέκτη (σελ. 94).
Σύνοψη: (ενδεικτική) Βροχοτυλίγματα: ζεύγη ψηκτρών = ζεύγη πόλων (ψήκτρες όσοι οι πόλοι)· κυματοτυλίγματα: αρκούν δύο (2 κλάδοι), αλλά για να μη διπλασιάζεται το ρεύμα ανά ψήκτρα βάζουμε όσες οι πόλοι — δύο μόνο αν η προσέγγιση είναι δυσχερής.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Οι δύο κανόνες με την αιτιολόγηση.
Ερώτηση 6 — Πού χρησιμοποιούνται τα μικτά τυλίγματα
Ερώτηση: Πού χρησιμοποιούνται τα μικτά τυλίγματα;
Απάντηση:
- Τα μικτά τυλίγματα χρησιμοποιούνται σε μηχανές μεσαίας τάσης και μεσαίας έντασης ρεύματος. Είναι τα πλέον χρησιμοποιούμενα τυλίγματα στις μεγάλες μηχανές Σ.Ρ.· οι περιελίξεις τους συνδέονται σε σειρά και παράλληλα (σχ. 2.9, σελ. 94-95), συνδυάζοντας την άθροιση τάσεων του κυματοτυλίγματος με την άθροιση ρευμάτων του βροχοτυλίγματος.
Σύνοψη: (ενδεικτική) Σε μηχανές μεσαίας τάσης και έντασης — τα συνηθέστερα τυλίγματα των μεγάλων μηχανών Σ.Ρ. (σειρά + παράλληλα).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Μεσαία τάση/ένταση + μεγάλες μηχανές.
Ερώτηση 7 — Γιατί μια γεννήτρια λέγεται ξένης / παράλληλης / σειράς / σύνθετης διέγερσης
Ερώτηση: Γιατί μια γεννήτρια Σ.Ρ. ονομάζεται: α) ξένης διέγερσης; β) παράλληλης διέγερσης; γ) διέγερσης σειράς; δ) σύνθετης διέγερσης;
Απάντηση:
- Η ονομασία προκύπτει από τον τρόπο με τον οποίο τροφοδοτείται το τύλιγμα διέγερσης (τα πηνία των πόλων) (σελ. 95-96): α) Ξένης (ανεξάρτητης) διέγερσης — όταν το ρεύμα διέγερσης παρέχεται από ξένη πηγή, μια συστοιχία ή μια άλλη μικρή γεννήτρια Σ.Ρ. (διεγέρτρια), ανεξάρτητη από το ρεύμα που παράγει η ίδια η μηχανή (σχ. 2.10, 2.14). β) Παράλληλης διέγερσης (διακλάδωσης) — όταν τα πηνία των πόλων τροφοδοτούνται από το παραγόμενο ρεύμα της μηχανής, συνδεδεμένα παράλληλα προς το κύκλωμα του τυμπάνου και το εξωτερικό κύκλωμα (σχ. 2.11, 2.15). γ) Διέγερσης σειράς — όταν τα πηνία τροφοδοτούνται από το παραγόμενο ρεύμα, συνδεδεμένα σε σειρά με το τύμπανο και το εξωτερικό κύκλωμα (φορτίο), οπότε το ρεύμα φόρτισης είναι και ρεύμα διέγερσης (σχ. 2.12, 2.16). δ) Σύνθετης διέγερσης — όταν τα πηνία των πόλων αποτελούνται από δύο τυλίγματα, ένα σε σειρά με τύμπανο και φορτίο και ένα παράλληλα προς αυτά (σχ. 2.13, 2.17).
Σύνοψη: (ενδεικτική) Από την τροφοδότηση του τυλίγματος διέγερσης: ξένης = από εξωτερική πηγή (συστοιχία/διεγέρτρια)· παράλληλης = από τη μηχανή, παράλληλα με τύμπανο και φορτίο· σειράς = από τη μηχανή, σε σειρά με τύμπανο και φορτίο· σύνθετης = δύο τυλίγματα, ένα σειράς και ένα παράλληλο.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Τα τέσσερα με την αιτία της ονομασίας.
Ερώτηση 8 — Αθροιστική και διαφορική σύνθετη διέγερση
Ερώτηση: Πότε μια γεννήτρια ονομάζεται: α) αθροιστικής σύνθετης διέγερσης; β) διαφορικής σύνθετης διέγερσης;
Απάντηση:
- Στη γεννήτρια σύνθετης διέγερσης το τύλιγμα σειράς μπορεί να συνδεθεί με δύο τρόπους ως προς το παράλληλο (σελ. 102): α) Αθροιστικής (υπερσύνθετης) σύνθετης διέγερσης: όταν το τύλιγμα σειράς συνδέεται έτσι ώστε το μαγνητικό του πεδίο να ενισχύει (να προστίθεται στο) πεδίο του παράλληλου τυλίγματος. Με την αύξηση του φορτίου αυξάνει το ρεύμα του τυλίγματος σειράς και η διέγερση, οπότε η τάση παρουσιάζει μικρή μεταβολή με το φορτίο και η γεννήτρια δίνει μεγάλο ρεύμα βραχυκύκλωσης — κατάλληλη για δίκτυα μεταβαλλόμενου φορτίου με μεγάλες πτώσεις τάσης (δίκτυα μεγάλου μήκους, κίνησης, έλξης). β) Διαφορικής σύνθετης διέγερσης: όταν το τύλιγμα σειράς συνδέεται σε αντίζευξη (αλλαγή της σύνδεσης S1-S2), ώστε το πεδίο του να εξασθενεί το πεδίο του παράλληλου. Η γεννήτρια παρουσιάζει μεγάλη πτώση τάσης με το φορτίο και μικρό ρεύμα βραχυκύκλωσης — κατάλληλη για συσκευές όπου το βραχυκύκλωμα είναι σύνηθες, π.χ. ηλεκτροσυγκόλληση βολταϊκού τόξου.
Σύνοψη: (ενδεικτική) Αθροιστική: το τύλιγμα σειράς ενισχύει το πεδίο του παράλληλου → σχεδόν σταθερή τάση, μεγάλο ρεύμα βραχυκύκλωσης (δίκτυα κίνησης/έλξης)· διαφορική: σε αντίζευξη, εξασθενεί το πεδίο → μεγάλη πτώση τάσης, μικρό ρεύμα βραχυκύκλωσης (ηλεκτροσυγκόλληση).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Δύο ορισμοί + συμπεριφορά + χρήση.
Ερώτηση 9 — Τι είναι οι βοηθητικοί πόλοι και ο σκοπός τους
Ερώτηση: Τι είναι οι βοηθητικοί πόλοι και ποιος ο σκοπός τοποθέτησής τους;
Απάντηση:
- Οι βοηθητικοί πόλοι είναι μικροί μαγνητικοί πόλοι που τοποθετούνται στις ουδέτερες ζώνες της μηχανής (ανάμεσα στους κύριους πόλους, εκεί όπου βρίσκονται οι ψήκτρες) (σελ. 97). Αποτελούνται, όπως οι κύριοι, από πυρήνα και τύλιγμα· τα τυλίγματά τους συνδέονται σε σειρά με το τύλιγμα του τυμπάνου (ακροδέκτες C1-C2/S3-S4), γι' αυτό έχουν λίγες σπείρες χοντρού μονωμένου σύρματος — διαρρέονται από όλο το ρεύμα φορτίου.
- Σκοπός: η δημιουργία ενός μαγνητικού πεδίου αντιστάθμισης στις ουδέτερες ζώνες, που εξουδετερώνει το πεδίο του τυμπάνου (αντίδραση τυμπάνου) και τις Η.Ε.Δ. αυτεπαγωγής κατά τη μεταγωγή, ώστε να αποφεύγονται οι σπινθηρισμοί μεταξύ ψηκτρών και τομέων του συλλέκτη. Επειδή είναι σε σειρά με το τύμπανο, το πεδίο τους αυξομειώνεται αυτόματα με το φορτίο. Χρησιμοποιούνται στις περισσότερες μηχανές μέσης και μεγάλης ισχύος.
Σύνοψη: (ενδεικτική) Μικροί πόλοι (πυρήνας + τύλιγμα λίγων χονδρών σπειρών σε σειρά με το τύμπανο) στις ουδέτερες ζώνες· σκοπός το πεδίο αντιστάθμισης που αποτρέπει τους σπινθηρισμούς ψηκτρών-συλλέκτη· σε μηχανές μέσης/μεγάλης ισχύος.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Ορισμός/θέση/σύνδεση + σκοπός (σπινθηρισμοί).
Ερώτηση 10 — Διαδοχή βοηθητικών πόλων μετά τους κύριους στις γεννήτριες
Ερώτηση: Ποια είναι η διαδοχή των βοηθητικών πόλων στις γεννήτριες μετά από τους κύριους πόλους;
Απάντηση:
- Στις γεννήτριες τα τυλίγματα των βοηθητικών πόλων συνδέονται έτσι ώστε, κατά τη φορά περιστροφής του τυμπάνου, μετά από κάθε βόρειο (Ν) κύριο πόλο να υπάρχει ένας νότιος (S) βοηθητικός πόλος και μετά από κάθε νότιο κύριο πόλο να ακολουθεί ένας βόρειος βοηθητικός (σελ. 97) — δηλαδή ο βοηθητικός πόλος έχει την πολικότητα του επόμενου κύριου πόλου κατά τη φορά περιστροφής. Στους κινητήρες ισχύει το αντίθετο: μετά από βόρειο κύριο πόλο βόρειος βοηθητικός κ.ο.κ. (πολικότητα του προηγούμενου κύριου πόλου).
Σύνοψη: (ενδεικτική) Γεννήτριες: κατά τη φορά περιστροφής, μετά από Ν κύριο → S βοηθητικός, μετά από S κύριο → Ν βοηθητικός (πολικότητα του επόμενου κύριου πόλου)· στους κινητήρες αντίστροφα (Ν → Ν).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Η διαδοχή Ν→S / S→Ν + αντίθεση με κινητήρες.
Ερώτηση 11 — Παραμένων μαγνητισμός και η χρησιμότητά του
Ερώτηση: Τι είναι ο παραμένων μαγνητισμός και σε τι χρησιμεύει;
Απάντηση:
- Παραμένων μαγνητισμός είναι ο μαγνητισμός που διατηρούν οι πυρήνες των πόλων (το σιδηρομαγνητικό υλικό) αφού διακοπεί το ρεύμα διέγερσης — μια μικρή μαγνητική ροή, που λαμβάνεται συνήθως ίση με το 2-8 % της ροής που απαιτείται για την κανονική λειτουργία (σελ. 99).
- Χρησιμεύει για την αυτοδιέγερση των γεννητριών παράλληλης (και σειράς, σύνθετης) διέγερσης: όταν ο δρομέας στραφεί μέσα στο ασθενές πεδίο του παραμένοντος μαγνητισμού, παράγεται μια αρχική μικρή τάση εξόδου· η τάση αυτή στέλνει ρεύμα μέσα από το τύλιγμα διέγερσης, το ρεύμα ενισχύει το μαγνητικό πεδίο (αν τα πηνία δίνουν πεδίο ίδιας πολικότητας με τον παραμένοντα μαγνητισμό — αλλιώς η μηχανή δεν αυτοδιεγείρεται), η τάση αυξάνει, το ρεύμα διέγερσης αυξάνει κ.ο.κ., μέχρι μια μέγιστη τιμή που εξαρτάται από την ταχύτητα, τις σπείρες του τυμπάνου και των πόλων. Χωρίς παραμένοντα μαγνητισμό (π.χ. καινούργια ή απομαγνητισμένη μηχανή) η γεννήτρια δεν «πιάνει» τάση και πρέπει να μαγνητιστεί από εξωτερική πηγή.
Σύνοψη: (ενδεικτική) Η μικρή ροή (2-8 % της κανονικής) που μένει στους πόλους μετά τη διακοπή της διέγερσης· χρησιμεύει για την αυτοδιέγερση: δίνει την αρχική τάση που τροφοδοτεί το τύλιγμα διέγερσης, ενισχύει το πεδίο και ανεβάζει σταδιακά την τάση στη μέγιστη τιμή (με σωστή πολικότητα πηνίων).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Ορισμός + ποσοστό + μηχανισμός αυτοδιέγερσης.
Ερώτηση 12 — Ποιες γεννήτριες ονομάζονται αυτοδιεγειρόμενες
Ερώτηση: Ποιες γεννήτριες ονομάζονται αυτοδιεγειρόμενες;
Απάντηση:
- Αυτοδιεγειρόμενες ονομάζονται οι γεννήτριες που παίρνουν το ρεύμα διέγερσής τους από το ίδιο τους το τύμπανο (από το ρεύμα που παράγουν), χωρίς εξωτερική πηγή, ξεκινώντας από τον παραμένοντα μαγνητισμό των πόλων. Είναι οι γεννήτριες παράλληλης διέγερσης (σελ. 99), διέγερσης σειράς (σελ. 100 — με το φορτίο μόνιμα συνδεδεμένο, ώστε να κυκλοφορεί ρεύμα διέγερσης) και σύνθετης διέγερσης. Αντίθετα, οι γεννήτριες ξένης (ανεξάρτητης) διέγερσης τροφοδοτούνται από συστοιχία ή διεγέρτρια και δεν είναι αυτοδιεγειρόμενες.
Σύνοψη: (ενδεικτική) Οι γεννήτριες παράλληλης, σειράς και σύνθετης διέγερσης — παίρνουν τη διέγερση από το δικό τους τύμπανο, ξεκινώντας από τον παραμένοντα μαγνητισμό· όχι οι ξένης διέγερσης.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Τα τρία είδη + ο μηχανισμός.
Ερώτηση 13 — Ονομαστική ισχύς γεννήτριας Σ.Ρ.
Ερώτηση: Τι ονομάζεται ονομαστική ισχύς γεννήτριας Σ.Ρ.;
Απάντηση:
- Ονομαστική ισχύς γεννήτριας καλείται η μεγαλύτερη τιμή ισχύος που μπορεί να προσφέρει συνεχώς η γεννήτρια, όταν εργάζεται με την ονομαστική τάση και την ονομαστική ταχύτητα περιστροφής της (σελ. 102) — χωρίς υπερθέρμανση ή βλάβη. Η ισχύς που λαμβάνεται από τη γεννήτρια Σ.Ρ. είναι P = U·I (W) ή U·I/1000 (kW) (2.4), με U την τάση στους ακροδέκτες και I το παραγόμενο ρεύμα· η ονομαστική τάση είναι η τάση για την οποία έχει κατασκευαστεί να λειτουργεί (V ή kV). Τα μεγέθη αυτά αναγράφονται στην πινακίδα της μηχανής.
Σύνοψη: (ενδεικτική) Η μέγιστη ισχύς που αποδίδει συνεχώς η γεννήτρια με την ονομαστική τάση και ταχύτητα (P = U·I).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Ορισμός με «συνεχώς» και τις ονομαστικές συνθήκες.
Ερώτηση 14 — Κατηγορίες απωλειών· απώλειες υστέρησης και δινορρευμάτων
Ερώτηση: Σε ποιες κατηγορίες διακρίνονται οι απώλειες των γεννητριών Σ.Ρ.; Που οφείλονται οι απώλειες υστέρησης και δινορρευμάτων;
Απάντηση:
- Οι απώλειες (κινητική ενέργεια που γίνεται θερμότητα αντί για ηλεκτρική) διακρίνονται σε (σελ. 102-104): Σταθερές απώλειες — ανεξάρτητες του φορτίου: α. μηχανικές (τριβές άξονα στα έδρανα, ψηκτρών-συλλέκτη, αέρα με τον δρομέα, έργο του ανεμιστήρα· ανάλογες των στροφών, που είναι σταθερές) και β. μαγνητικές: υστέρησης και δινορρευμάτων. Μεταβλητές απώλειες — μεταβαλλόμενες με το φορτίο: οι ηλεκτρικές (θερμότητα RI² στα κυκλώματα: RT·IT² + Rσ·Iσ² + Rδ·Iδ² — από αυτές μόνο οι απώλειες του παράλληλου τυλίγματος μένουν σταθερές).
- Απώλειες υστέρησης: οφείλονται στις διαδοχικές μεταβολές της μαγνήτισης του πυρήνα του επαγωγικού τυμπάνου, όταν αυτός περιστρέφεται μέσα στο σταθερό πεδίο των πόλων (κάθε σημείο του μαγνητίζεται εναλλάξ Ν-S — ενέργεια για την αντιστροφή των μαγνητικών περιοχών)· ανάλογες των στροφών και της ροής, άρα σταθερές για σταθερές στροφές/διέγερση. Απώλειες δινορρευμάτων: οφείλονται στα ρεύματα Foucault που κυκλοφορούν μέσα στον πυρήνα του τυμπάνου λόγω της περιστροφής του μέσα στο πεδίο (επαγόμενες τάσεις σε κλειστές τροχιές)· είναι απώλειες θερμότητας ανάλογες του τετραγώνου της έντασής τους, άρα του τετραγώνου των στροφών και της ροής — σταθερές για σταθερές στροφές/διέγερση· περιορίζονται με μονωμένα ελάσματα.
Σύνοψη: (ενδεικτική) Σταθερές (μηχανικές: τριβές/αέρας/ανεμιστήρας· μαγνητικές: υστέρησης, δινορρευμάτων) και μεταβλητές (ηλεκτρικές RI²)· υστέρηση: διαδοχικές μεταβολές μαγνήτισης του πυρήνα του τυμπάνου κατά την περιστροφή· δινορρεύματα: επαγόμενα ρεύματα μέσα στον πυρήνα (ανάλογα του τετραγώνου στροφών-ροής).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Δύο κατηγορίες με υποδιαιρέσεις + οι δύο αιτίες.
Ερώτηση 15 — Βαθμός απόδοσης γεννήτριας Σ.Ρ.
Ερώτηση: Τι ονομάζεται βαθμός απόδοσης γεννήτριας Σ.Ρ.;
Απάντηση:
- Βαθμός απόδοσης γεννήτριας καλείται ο λόγος της ηλεκτρικής ισχύος που αποδίδει η γεννήτρια προς την κινητική ισχύ που προσδίδεται στον άξονά της από την κινητήρια μηχανή (σελ. 104): \( η = \frac{P}{P_{εισ}} = \frac{P}{P + P_{απ}} < 1 \) (2.7), όπου Pαπ = Pεισ − P οι συνολικές απώλειες (σταθερές + μεταβλητές). Είναι πάντοτε μικρότερος από τη μονάδα, δεν είναι σταθερός αλλά μεταβάλλεται με το φορτίο, και γίνεται μέγιστος όταν οι σταθερές απώλειες εξισωθούν με τις μεταβλητές — για τις περισσότερες γεννήτριες σε ισχύ λίγο μικρότερη ή ίση με την ονομαστική. Παράδειγμα: P = 10 kW, Pεισ = 12 kW → η = 0,83 (83 %).
Σύνοψη: (ενδεικτική) η = P/Pεισ = P/(P + Pαπ) < 1 — αποδιδόμενη ηλεκτρική προς προσδιδόμενη κινητική ισχύ· μεταβάλλεται με το φορτίο, μέγιστος όταν σταθερές = μεταβλητές απώλειες.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Ορισμός + τύπος + ιδιότητες.
Ερώτηση 16 — Ένταση γεννήτριας 3 kW / 120 V
Ερώτηση: Ποια ένταση ρεύματος μπορεί να δώσει μια γεννήτρια Σ.Ρ., ονομαστικής ισχύος 3kW και τάσης 120V;
Απάντηση:
- Από τη σχέση ισχύος της γεννήτριας Σ.Ρ. \( P = U \cdot I \) (2.4): \( I = \frac{P}{U} = \frac{3000\,W}{120\,V} = 25\,A \). Η γεννήτρια μπορεί να δίνει συνεχώς ρεύμα 25 A στην ονομαστική της τάση.
Σύνοψη: I = P/U = 3000/120 = 25 A.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Σωστός τύπος και αποτέλεσμα.
Ερώτηση 17 — Συνολικές απώλειες της γεννήτριας 3 kW με η = 0,8
Ερώτηση: Ποιες είναι οι συνολικές απώλειες της γεννήτριας της προηγούμενης ερώτησης, αν ο βαθμός απόδοσής της είναι η=0,8;
Απάντηση:
- Από \( η = \frac{P}{P_{εισ}} \) η απαιτούμενη κινητική ισχύς είναι \( P_{εισ} = \frac{P}{η} = \frac{3000}{0{,}8} = 3750\,W \). Οι συνολικές απώλειες (2.5): \( P_{απ} = P_{εισ} - P = 3750 - 3000 = 750\,W \). (Ισοδύναμα Pαπ = P·(1/η − 1) = 3000·0,25 = 750 W.)
Σύνοψη: Pεισ = 3000/0,8 = 3750 W· Pαπ = 3750 − 3000 = 750 W.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Pεισ από το η + διαφορά.
Ερώτηση 18 (πολλαπλής επιλογής) — Πού χρησιμοποιούνται τα βροχοτυλίγματα
Ερώτηση: Τα βροχοτυλίγματα χρησιμοποιούνται σε μηχανές: α. χαμηλής έντασης και υψηλής τάσης. β. υψηλής έντασης και χαμηλής τάσης. γ. μεγάλου βαθμού απόδοσης.
Απάντηση:
- Σωστή απάντηση: β. υψηλής έντασης και χαμηλής τάσης — «τα βροχοτυλίγματα χρησιμοποιούνται σε μηχανές χαμηλής τάσης και υψηλής έντασης ρεύματος» (σελ. 93)· το α αφορά τα κυματοτυλίγματα.
Σύνοψη: β — υψηλή ένταση, χαμηλή τάση.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Σωστό γράμμα.
Ερώτηση 19 (πολλαπλής επιλογής) — Τι είναι το ρεύμα διέγερσης
Ερώτηση: Ρεύμα διέγερσης είναι το ρεύμα που διαρρέει: α. το πηνίο κάθε πόλου. β. το επαγωγικό τύμπανο. γ. τους βοηθητικούς πόλους.
Απάντηση:
- Σωστή απάντηση: α. το πηνίο κάθε πόλου — «το ρεύμα το οποίο διαρρέει το πηνίο κάθε πόλου, καλείται ρεύμα διέγερσης» (σελ. 95)· το τύμπανο και οι βοηθητικοί πόλοι διαρρέονται από το ρεύμα φορτίου.
Σύνοψη: α — το πηνίο κάθε (κύριου) πόλου.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Σωστό γράμμα.
Ερώτηση 20 (πολλαπλής επιλογής) — Οι μηχανικές απώλειες είναι
Ερώτηση: Οι μηχανικές απώλειες στις γεννήτριες είναι: α. μεταβλητές. β. σταθερές. γ. σύνθετες.
Απάντηση:
- Σωστή απάντηση: β. σταθερές — οι μηχανικές απώλειες είναι ανάλογες των στροφών, που κατά κανόνα είναι σταθερές, άρα σταθερές και ανεξάρτητες του φορτίου (σελ. 103).
Σύνοψη: β — σταθερές.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Σωστό γράμμα.
Ερώτηση 21 (πολλαπλής επιλογής) — Ο βαθμός απόδοσης των γεννητριών είναι
Ερώτηση: Ο βαθμός απόδοσης των γεννητριών Σ.Ρ. είναι πάντα: α. σταθερός και δεν μεταβάλλεται με το φορτίο τους. β. μεταβλητός και μεταβάλλεται με το φορτίο τους. γ. ανεξάρτητος από το φορτίο τους.
Απάντηση:
- Σωστή απάντηση: β. μεταβλητός και μεταβάλλεται με το φορτίο τους — «ο βαθμός απόδοσης των γεννητριών δεν είναι σταθερός, αλλά μεταβάλλεται ανάλογα με το φορτίο τους» — μέγιστος όταν σταθερές = μεταβλητές απώλειες (σελ. 104).
Σύνοψη: β — μεταβάλλεται με το φορτίο.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Σωστό γράμμα.
Ερώτηση 22 (πολλαπλής επιλογής) — Η.Ε.Δ. γεννήτριας 220 V με διακύμανση 5 %
Ερώτηση: Γεννήτρια Σ.Ρ. 220V, 10kW με διακύμανση τάσης 5% παράγει Η.Ε.Δ. (τάση χωρίς φορτίο): α. 211V. β. 231V. γ. 240V. δ. 250V.
Απάντηση:
- Σωστή απάντηση: β. 231 V — από ε% = (U0 − UN)/UN·100 → U0 = UN·(1 + ε/100) = 220·1,05 = 231 V (η ονομαστική τάση 220 V είναι η τάση πλήρους φορτίου UN).
Σύνοψη: β — U0 = 220·1,05 = 231 V.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Σωστό γράμμα + υπολογισμός.
Ερώτηση 23 (πολλαπλής επιλογής) — Ισχύς γεννήτριας με Rφ = 10 Ω και I = 10 A
Ερώτηση: Γεννήτρια Σ.Ρ. που τροφοδοτεί εξωτερικό κύκλωμα (φορτίο) Rφ=10Ω, με ρεύμα έντασης Ι=10Α, έχει ισχύ: α. 1kW. β. 2kW. γ. 5kW. δ. 10kW.
Απάντηση:
- Σωστή απάντηση: α. 1 kW — η τάση στο φορτίο είναι U = Rφ·I = 10·10 = 100 V και η ισχύς P = U·I = 100·10 = 1000 W = 1 kW (ή P = I²·Rφ = 100·10 = 1000 W).
Σύνοψη: α — P = I²·R = 10²·10 = 1000 W = 1 kW.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Σωστό γράμμα + υπολογισμός.
