Λύσεις ερωτήσεων θεμάτων 7-10 (σελ. 74, 81, 85, 92, 93) – ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις ερωτήσεων θεμάτων 7-10

Πλήρεις λύσεις και των δεκατεσσάρων ερωτήσεων της ενότητας — η φορά περιέλιξης, η πολικότητα και η παράλληλη λειτουργία των μονοφασικών μετασχηματιστών, τα στοιχεία κατασκευής του τριφασικού μετασχηματιστή, οι διαφορές των εναλλακτήρων από τις γεννήτριες συνεχούς ρεύματος και η ανάγκη σταθερών στροφών, καθώς και οι έλεγχοι, οι ρυθμίσεις και το στέγνωμα της γεννήτριας σύνθετης διέγερσης.

Θέμα 7 · Ερώτηση 1 — Τρόποι τυλίγματος των μονοφασικών μετασχηματιστών

Ερώτηση: III. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ – ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΕΡ: Με ποιους τρόπους τυλίγονται τα τυλίγματα των μονοφασικών μετασχηματιστών ψηλής και χαμηλής τάσεως;

Απάντηση:

• Η απάντηση του βιβλίου (σελ. 74): Τα τυλίγματα των μονοφασικών μετασχηματιστών ψηλής και χαμηλής τάσεως τυλίγονται ή κατά την ίδια ή κατά αντίθετη φορά.

    ΙΔΙΑ ΦΟΡΑ                     ΑΝΤΙΘΕΤΗ ΦΟΡΑ
  
     ●U1  ⌒⌒⌒⌒   ●U2              ●U1  ⌒⌒⌒⌒   ●U2
          ║║║║  πυρήνας                ║║║║  πυρήνας
     ●V1  ⌒⌒⌒⌒   ●V2              ●V2  ⌒⌒⌒⌒   ●V1
  
     τάσεις ΣΕ ΦΑΣΗ                τάσεις ΑΝΤΙΘΕΤΗΣ φάσης
     → προσθετική πολικότητα       → αφαιρετική πολικότητα

  Γιατί έχει σημασία η φορά: η φορά περιέλιξης καθορίζει τη σχετική φάση των δύο τάσεων, δηλαδή την πολικότητα του μετασχηματιστή. Η ίδια η επόμενη ερώτηση του βιβλίου (σελ. 74) το επιβεβαιώνει: η πολικότητα αντιστρέφεται με αλλαγή των εσωτερικών συνδέσεων, δηλαδή, αντιστροφή των συνδέσεων των άκρων του ενός από τα δύο τυλίγματα ψηλής ή χαμηλής τάσεως.

  Πού είναι κρίσιμη η γνώση της φοράς: Στην παράλληλη λειτουργία (σελ. 74): μετασχηματιστές με αντίθετη πολικότητα που συνδέονται παράλληλα δημιουργούν βραχυκύκλωμα μέσω των δευτερευόντων τους. Στη σύνδεση σε σειρά: με λάθος φορά οι δύο τάσεις αλληλοαναιρούνται αντί να προστεθούν. Στους τριφασικούς Μ/Σ (θέμα 8, σελ. 78): η σήμανση U-X, V-Y, W-Z για την Υ.Τ. και υ-x, v-y, w-z για τη Χ.Τ. προϋποθέτει ακριβώς γνωστή και δηλωμένη φορά περιέλιξης σε κάθε κορμό. Πώς κατασκευάζονται τα τυλίγματα (θέμα 8, σελ. 77): τα τυλίγματα κατασκευάζονται από μονωμένους αγωγούς που μπορεί να είναι κυκλικής διατομής, ορθογωνικής διατομής ή από μονωμένα φύλλα αλουμινίου όπως στον πυκνωτή — η φορά καθορίζεται κατά την περιέλιξη και δηλώνεται στην πινακίδα. Η πρακτική συνέπεια: επειδή η φορά δεν φαίνεται από έξω, η πολικότητα πρέπει να προσδιορίζεται πειραματικά — γι' αυτό το βιβλίο αφιερώνει ξεχωριστή ερώτηση στη δοκιμή πολικότητας (σελ. 74).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Τα τυλίγματα των μονοφασικών μετασχηματιστών υψηλής και χαμηλής τάσης τυλίγονται είτε κατά την ίδια είτε κατά αντίθετη φορά. Η φορά της περιέλιξης έχει σημασία, γιατί καθορίζει τη σχετική φάση των δύο τάσεων, δηλαδή την πολικότητα του μετασχηματιστή: με ίδια φορά οι δύο τάσεις είναι σε φάση και η πολικότητα προκύπτει προσθετική, ενώ με αντίθετη φορά είναι αντίθετης φάσης και η πολικότητα αφαιρετική. Το ίδιο το βιβλίο το επιβεβαιώνει, αφού αναφέρει ότι η πολικότητα αντιστρέφεται με αλλαγή των εσωτερικών συνδέσεων, δηλαδή με αντιστροφή των συνδέσεων των άκρων του ενός από τα δύο τυλίγματα. Η γνώση της φοράς είναι κρίσιμη στην παράλληλη λειτουργία, όπου μετασχηματιστές με αντίθετη πολικότητα δημιουργούν βραχυκύκλωμα μέσω των δευτερευόντων τους, καθώς και στη σύνδεση σε σειρά, όπου με λάθος φορά οι τάσεις αλληλοαναιρούνται αντί να προστεθούν. Επειδή η φορά της περιέλιξης δεν φαίνεται από έξω, η πολικότητα πρέπει να προσδιορίζεται πειραματικά, γι' αυτό και το βιβλίο αφιερώνει ξεχωριστή ερώτηση στη δοκιμή πολικότητας.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Θέμα 7 · Ερώτηση 2 — Μέθοδοι αντιστροφής της πολικότητας μονοφασικού Μ/Σ

Ερώτηση: ΕΡ: Με ποιες μεθόδους μπορεί να αντιστραφεί η πολικότητα ενός μονοφασικού μετασχηματιστή;

Απάντηση:

• Η απάντηση του βιβλίου (σελ. 74): Η πολικότητα ενός μονοφασικού μετασχηματιστή μπορεί να αντιστραφεί με τις εξής δύο μεθόδους: 1η μέθοδος: αλλαγή των εσωτερικών συνδέσεων, δηλαδή, αντιστροφή των συνδέσεων των άκρων του ενός από τα δύο τυλίγματα ψηλής ή χαμηλής τάσεως. 2η μέθοδος: εξωτερική αλλαγή, δηλαδή αντιστροφή, απλά, των γραμμάτων, που δηλώνουν τα άκρα του ενός από τα δύο τυλίγματα.

  	1η μέθοδος — εσωτερική	2η μέθοδος — εξωτερική
  Τι αλλάζει	οι πραγματικές συνδέσεις των άκρων	μόνο η σήμανση (τα γράμματα)
  Πού γίνεται	μέσα στον Μ/Σ, στους ακροδέκτες	στην πινακίδα / στα σύμβολα
  Απαιτεί	άνοιγμα και επέμβαση	καμία ηλεκτρική επέμβαση
  Κίνδυνος	λάθος συνδεσμολογία	σύγχυση αν δεν ενημερωθεί το σχέδιο

  Γιατί η δεύτερη μέθοδος «λειτουργεί»: η πολικότητα δεν είναι φυσική ιδιότητα του μετασχηματιστή αλλά σύμβαση για το ποιο άκρο ονομάζεται αρχή και ποιο τέλος. Αν αντιστρέψουμε τα ονόματα, ο ίδιος φυσικά ακροδέκτης αλλάζει ρόλο και άρα η δηλωμένη πολικότητα αντιστρέφεται — χωρίς να αλλάξει τίποτε ηλεκτρικά. Η θεμελίωση στο ίδιο το βιβλίο (σελ. 67): η διάκριση των τυλιγμάτων σε πρωτεύον και δευτερεύον δεν αντιστοιχεί σε κάποιο κατασκευαστικό γεγονός — η ίδια λογική ισχύει και για τη σήμανση των άκρων. Γιατί την χρειαζόμαστε στην πράξη: Για την παράλληλη λειτουργία — να επιτευχθεί συμφωνία φάσης χωρίς αντικατάσταση μονάδας. Για τη σύνδεση σε σειρά — ώστε οι τάσεις να προστίθενται. Για την ομαδοποίηση τριφασικών Μ/Σ σε επιθυμητή ώρα ζεύξης. Η προϋπόθεση ασφάλειας: η αντιστροφή των γραμμάτων πρέπει να αποτυπωθεί στην πινακίδα και στα σχέδια, αλλιώς ο επόμενος τεχνίτης θα εργαστεί με λάθος δεδομένα — και η κρίσιμη επαλήθευση παραμένει η δοκιμή πολικότητας με βολτόμετρο (σελ. 74).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η πολικότητα ενός μονοφασικού μετασχηματιστή μπορεί να αντιστραφεί με δύο μεθόδους. Η πρώτη είναι η αλλαγή των εσωτερικών συνδέσεων, δηλαδή η αντιστροφή των συνδέσεων των άκρων του ενός από τα δύο τυλίγματα, υψηλής ή χαμηλής τάσης. Η δεύτερη είναι η εξωτερική αλλαγή, δηλαδή η απλή αντιστροφή των γραμμάτων που δηλώνουν τα άκρα του ενός από τα δύο τυλίγματα. Η δεύτερη μέθοδος λειτουργεί, γιατί η πολικότητα δεν είναι φυσική ιδιότητα του μετασχηματιστή αλλά σύμβαση για το ποιο άκρο ονομάζεται αρχή και ποιο τέλος· αντιστρέφοντας τα ονόματα, ο ίδιος ακροδέκτης αλλάζει ρόλο και η δηλωμένη πολικότητα αντιστρέφεται χωρίς καμία ηλεκτρική επέμβαση. Η ίδια λογική διατυπώνεται και για τη διάκριση πρωτεύοντος και δευτερεύοντος, η οποία επίσης δεν αντιστοιχεί σε κατασκευαστικό γεγονός. Η αντιστροφή της πολικότητας χρειάζεται στην πράξη για την παράλληλη λειτουργία, ώστε να επιτευχθεί συμφωνία φάσης, για τη σύνδεση σε σειρά, ώστε οι τάσεις να προστίθενται, και για την ομαδοποίηση τριφασικών μετασχηματιστών. Απαραίτητη προϋπόθεση ασφάλειας είναι η αλλαγή των γραμμάτων να αποτυπώνεται στην πινακίδα και στα σχέδια, ενώ η τελική επαλήθευση γίνεται πάντοτε με τη δοκιμή πολικότητας με βολτόμετρο.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Θέμα 7 · Ερώτηση 3 — Πότε η παράλληλη λειτουργία μετασχηματιστών είναι τέλεια

Ερώτηση: ΕΡ: Πότε η παράλληλη λειτουργία δύο ή περισσοτέρων μετασχηματιστών, που έχουν ίδια ή διαφορετική ισχύ, είναι τέλεια στο κενό και υπό φορτίο;

Απάντηση:

• Η απάντηση του βιβλίου (σελ. 74): Η παράλληλη λειτουργία δύο ή περισσοτέρων μετασχηματιστών είναι τέλεια, όταν οι μετασχηματιστές έχουν τον ίδιο λόγο μετασχηματισμού κενής λειτουργίας, την ίδια τάση βραχυκυκλώσεως Vβρ και τον ίδιο συντελεστή ισχύος βραχυκυκλώσεως συνφβρ.

  Προϋπόθεση	Τι εξασφαλίζει	Τι συμβαίνει αν παραβιαστεί
  Ίδιος λόγος μετασχηματισμού κενής λειτουργίας	ίσες δευτερεύουσες τάσεις στο κενό	ρεύμα εξισώσεως κυκλοφορεί ανάμεσα στους Μ/Σ ακόμη και χωρίς φορτίο — άσκοπες απώλειες και θέρμανση
  Ίδια τάση βραχυκυκλώσεως Vβρ	ανάλογη κατανομή του φορτίου στην ισχύ κάθε Μ/Σ	ο Μ/Σ με μικρότερη Vβρ υπερφορτίζεται ενώ ο άλλος μένει αφόρτιστος
  Ίδιος συντελεστής ισχύος βραχυκυκλώσεως συνφβρ	τα δύο ρεύματα είναι σε φάση και προστίθενται αριθμητικά	τα ρεύματα προστίθενται διανυσματικά, οπότε το συνολικό ρεύμα είναι μικρότερο από το άθροισμα — μειωμένη αξιοποίηση

    ΤΕΛΕΙΑ ΠΑΡΑΛΛΗΛΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ
  
     Μ/Σ 1 ──┐            το φορτίο μοιράζεται ΑΝΑΛΟΓΑ
             ├── ΦΟΡΤΙΟ   με την ονομαστική ισχύ καθενός,
     Μ/Σ 2 ──┘            χωρίς ρεύματα εξισώσεως
  
     Προσοχή: η ΙΔΙΑ ΙΣΧΥΣ ΔΕΝ απαιτείται — αρκούν οι τρεις
     παραπάνω προϋποθέσεις, γι' αυτό η ερώτηση λέει
     «που έχουν ίδια ή διαφορετική ισχύ».

  Η προϋπόθεση που εννοείται και δεν αναφέρεται ρητά — η πολικότητα: οι Μ/Σ πρέπει να συνδεθούν με σωστή αντιστοίχιση άκρων, δηλαδή με συμφωνία φάσης· διαφορετικά τα δύο δευτερεύοντα βρίσκονται σε αντίθεση και δημιουργείται βραχυκύκλωμα. Γι' αυτό ακριβώς το βιβλίο περιλαμβάνει και τη δοκιμή πολικότητας (σελ. 74) στο ίδιο μπλοκ ερωτήσεων. Γιατί η ίδια ισχύς δεν είναι προϋπόθεση: οι Μ/Σ μοιράζονται το φορτίο αντιστρόφως ανάλογα με τις τάσεις βραχυκύκλωσής τους· αν αυτές είναι ίσες (σε επί τοις εκατό), τότε το φορτίο κατανέμεται ανάλογα με την ονομαστική ισχύ κάθε μονάδας — ακριβώς το επιθυμητό. Η πρακτική σημασία: η παράλληλη λειτουργία επιτρέπει σταδιακή επέκταση της εγκατάστασης, εφεδρεία σε περίπτωση βλάβης και αποδοτικότερη λειτουργία σε μεταβλητό φορτίο.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η παράλληλη λειτουργία δύο ή περισσότερων μετασχηματιστών είναι τέλεια, τόσο στο κενό όσο και υπό φορτίο, όταν οι μετασχηματιστές έχουν τον ίδιο λόγο μετασχηματισμού κενής λειτουργίας, την ίδια τάση βραχυκύκλωσης και τον ίδιο συντελεστή ισχύος βραχυκύκλωσης. Ο ίδιος λόγος μετασχηματισμού εξασφαλίζει ίσες δευτερεύουσες τάσεις στο κενό· αν διαφέρουν, κυκλοφορεί ρεύμα εξισώσεως ανάμεσα στους μετασχηματιστές ακόμη και χωρίς φορτίο, με άσκοπες απώλειες και θέρμανση. Η ίδια τάση βραχυκύκλωσης εξασφαλίζει ότι το φορτίο κατανέμεται ανάλογα με την ονομαστική ισχύ καθεμιάς μονάδας· αν διαφέρει, ο μετασχηματιστής με τη μικρότερη τάση βραχυκύκλωσης υπερφορτίζεται ενώ ο άλλος μένει σχεδόν αφόρτιστος. Ο ίδιος συντελεστής ισχύος βραχυκύκλωσης εξασφαλίζει ότι τα δύο ρεύματα είναι σε φάση και προστίθενται αριθμητικά· αλλιώς προστίθενται διανυσματικά και η συνολική αξιοποίηση μειώνεται. Σημειώνεται ότι η ίδια ονομαστική ισχύς δεν αποτελεί προϋπόθεση, γι' αυτό και η εκφώνηση αναφέρεται σε μετασχηματιστές ίδιας ή διαφορετικής ισχύος. Εννοείται τέλος και η σωστή πολικότητα, δηλαδή η συμφωνία φάσης κατά τη σύνδεση, αλλιώς τα δύο δευτερεύοντα βρίσκονται σε αντίθεση και δημιουργείται βραχυκύκλωμα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Θέμα 7 · Ερώτηση 4 — Πρακτικός προσδιορισμός της πολικότητας μονοφασικού Μ/Σ

Ερώτηση: ΕΡ: Να αποδειχθεί τρόπος πρακτικού προσδιορισμού της πολικότητας μονοφασικού μετασχηματιστή.

Απάντηση:

• Η απάντηση του βιβλίου (σελ. 74): Η πολικότητα μονοφασικού μετασχηματιστή μπορεί να προσδιορισθεί ως εξής: Βραχυκυκλώνεται κάποιο άκρο του πρωτεύοντος με κάποιο άκρο του δευτερεύοντος. Κατόπιν, τροφοδοτείται το πρωτεύον, και μετριέται με βολτόμετρο η τάση μεταξύ των δύο άλλων άκρων πρωτεύοντος και δευτερεύοντος. Αν η μετρούμενη τάση είναι μικρότερη από τη μεγαλύτερη τάση Ε1 ή Ε2 του μετασχηματιστή, τότε η πολικότητα είναι προσθετική. Αντίθετα, αν η μετρούμενη τάση είναι μεγαλύτερη, τότε η πολικότητα του μετασχηματιστή είναι αφαιρετική.

    ΔΟΚΙΜΗ ΠΟΛΙΚΟΤΗΤΑΣ (σχήμα σελ. 74)
  
          1 ●────────────────● 3
            │   ┌───────┐    │
      ~ Vs  │   │  Μ/Σ  │    │      ●───V───●  βολτόμετρο
    λίγα V  │   └───────┘    │      2       4
          2 ●────────────────● 4
                (τα άκρα 1-3 βραχυκυκλωμένα)
  
    Vμετρ < max(Ε1, Ε2)  →  ΠΡΟΣΘΕΤΙΚΗ πολικότητα
    Vμετρ > max(Ε1, Ε2)  →  ΑΦΑΙΡΕΤΙΚΗ πολικότητα

  Η απόδειξη: με το ένα άκρο κάθε τυλίγματος κοινό, το βολτόμετρο μετρά τη διανυσματική διαφορά ή άθροισμα των δύο τάσεων: Αν τα τυλίγματα είναι σε φάση, οι δύο τάσεις αλληλοαναιρούνται στη μέτρηση, οπότε Vμετρ = |Ε1 − Ε2| — τιμή μικρότερη από τη μεγαλύτερη των δύο. Αν είναι σε αντίθεση φάσης, οι τάσεις προστίθενται, οπότε Vμετρ = Ε1 + Ε2 — τιμή μεγαλύτερη από τη μεγαλύτερη των δύο. Άρα η σύγκριση της μετρούμενης τάσης με το μέγιστο των δύο ονομαστικών τάσεων αποκαλύπτει αμέσως τη σχέση φάσης, δηλαδή την πολικότητα.

  Οι δύο προφυλάξεις της δοκιμής: 1. Χαμηλή τάση δοκιμής — το σχήμα του βιβλίου δηλώνει εναλλασσόμενη τάση λίγων Volt (σελ. 74)· έτσι, αν η πολικότητα αποδειχθεί αφαιρετική και οι τάσεις προστεθούν, το βολτόμετρο δεν κινδυνεύει. 2. Κατάλληλη κλίμακα βολτομέτρου — πρέπει να καλύπτει Ε1 + Ε2, όχι μόνο τη μεγαλύτερη από τις δύο.

  Γιατί χρειάζεται η δοκιμή: όπως δηλώνει η πρώτη ερώτηση του ίδιου μπλοκ (σελ. 74), τα τυλίγματα τυλίγονται ή κατά την ίδια ή κατά αντίθετη φορά — άρα η πολικότητα δεν φαίνεται από την εξωτερική εμφάνιση και πρέπει να προσδιοριστεί πειραματικά πριν από κάθε παράλληλη ή σε σειρά σύνδεση. Ο κίνδυνος αν παραλειφθεί: παράλληλη σύνδεση δύο Μ/Σ με αντίθετη πολικότητα ισοδυναμεί με βραχυκύκλωμα των δευτερευόντων, με άμεση καταστροφή.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο πρακτικός προσδιορισμός της πολικότητας γίνεται ως εξής: βραχυκυκλώνεται κάποιο άκρο του πρωτεύοντος με κάποιο άκρο του δευτερεύοντος, τροφοδοτείται το πρωτεύον και μετριέται με βολτόμετρο η τάση ανάμεσα στα δύο άλλα άκρα. Αν η μετρούμενη τάση είναι μικρότερη από τη μεγαλύτερη ονομαστική τάση του μετασχηματιστή, η πολικότητα είναι προσθετική· αν είναι μεγαλύτερη, η πολικότητα είναι αφαιρετική. Η απόδειξη στηρίζεται στο ότι, με το ένα άκρο κάθε τυλίγματος κοινό, το βολτόμετρο μετρά τη διανυσματική σχέση των δύο τάσεων: αν τα τυλίγματα είναι σε φάση, οι τάσεις αλληλοαναιρούνται και η ένδειξη ισούται με τη διαφορά τους, ενώ αν είναι σε αντίθεση φάσης προστίθενται και η ένδειξη ισούται με το άθροισμά τους. Η δοκιμή απαιτεί δύο προφυλάξεις: να γίνεται με εναλλασσόμενη τάση λίγων volt, ώστε να μην κινδυνεύσει το όργανο αν οι τάσεις προστεθούν, και το βολτόμετρο να έχει κλίμακα που καλύπτει το άθροισμα των δύο τάσεων. Η δοκιμή είναι απαραίτητη, γιατί τα τυλίγματα μπορεί να έχουν τυλιχτεί είτε κατά την ίδια είτε κατά αντίθετη φορά και η πολικότητα δεν φαίνεται εξωτερικά· η παράλειψή της πριν από παράλληλη σύνδεση ισοδυναμεί με βραχυκύκλωμα των δευτερευόντων.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Θέμα 8 · Ερώτηση 1 — Στοιχεία κατασκευής του τριφασικού μετασχηματιστή

Ερώτηση: III. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ 1. Παρατηρήστε την εικόνα και απαριθμήστε τα στοιχεία κατασκευής του τριφασικού Μ/Σ

Απάντηση:

• Η εικόνα δείχνει τριφασικό μετασχηματιστή ξηρού τύπου με χυτευτή ρητίνη — τον τύπο που το ίδιο το βιβλίο περιγράφει (σελ. 78): οι πιο σύγχρονες κατασκευές γίνονται με χυτευτή ρητίνη και τα τυλίγματα είναι στερεά, διατεταγμένα μέσα στη ρητίνη.

  #	Στοιχείο	Τεκμηρίωση από το βιβλίο
  1	Σιδηροπυρήνας με τρεις κορμούς (κολόνες)	ο σιδηροπυρήνας των τριφασικών μετασχηματιστών κατασκευάζεται από σιδηρά ελάσματα μονωμένα μεταξύ τους, έτσι ώστε να αποτελείται από τρεις κορμούς (σελ. 76)
  2	Άνω και κάτω ζυγοί του πυρήνα που κλείνουν τη μαγνητική διαδρομή	ίδια κατασκευή από ελάσματα
  3	Ελάσματα μεταβλητού πλάτους	οι κορμοί δεν έχουν συνήθως τετραγωνική διατομή αλλά μεταβλητή. Αυτό πραγματοποιείται με το κόψιμο των μαγνητικών ελασμάτων με άνισα πλάτη (σελ. 77)
  4	Τρία τυλίγματα χαμηλής τάσης (Χ.Τ.), εσωτερικά σε κάθε κορμό	γύρω από κάθε κορμό τοποθετούνται το τύλιγμα χαμηλής τάσης εσωτερικά (σελ. 77)
  5	Τρία τυλίγματα υψηλής τάσης (Υ.Τ.), εξωτερικά	και το τύλιγμα υψηλής τάσης πάνω από αυτό. Με αυτό τον τρόπο κατασκευής ελαχιστοποιείται ο κίνδυνος διάσπασης του μονωτικού προς τον γειωμένο σιδηροπυρήνα (σελ. 77)
  6	Μόνωση χυτευτής ρητίνης γύρω από τα τυλίγματα	τα τυλίγματα είναι στερεά, διατεταγμένα μέσα στη ρητίνη (σελ. 78)
  7	Μεταλλικά σφιγκτήρια (ζυγοί σύσφιξης) επάνω και κάτω	συγκρατούν τα ελάσματα και τα τυλίγματα
  8	Βάση στήριξης με δοκούς και σημεία ανύψωσης	στήριξη και μεταφορά της μονάδας
  9	Ακροδέκτες Υ.Τ. και Χ.Τ.	οι συνδέσεις των τυλιγμάτων γίνονται μέσα στο Μ/Σ έτσι ώστε οι ακροδέκτες να είναι 3 για σύνδεση Δ και 4 για σύνδεση Υ (σελ. 78)

    ΤΟΜΗ ΕΝΟΣ ΚΟΡΜΟΥ
  
       ┌───── Υ.Τ. (πολλές σπείρες, εξωτερικά) ─────┐
       │  ┌── Χ.Τ. (λίγες σπείρες, εσωτερικά) ──┐   │
       │  │  ┌── ΣΙΔΗΡΟΠΥΡΗΝΑΣ (κορμός) ──┐     │   │
       │  │  │      ελάσματα μονωμένα      │     │   │
       │  │  └─────────────────────────────┘     │   │
       │  └────────────────────────────────────┘   │
       └───────────────────────────────────────────┘

  Γιατί η Χ.Τ. τοποθετείται εσωτερικά: η τάση του εσωτερικού τυλίγματος προς τον γειωμένο πυρήνα είναι μικρότερη, οπότε η απαιτούμενη μόνωση είναι λεπτότερη και ο κίνδυνος διάσπασης μικρότερος. Πώς σημαίνονται τα τυλίγματα (σελ. 78): τα ελεύθερα άκρα των τριών φάσεων της Υ.Τ. είναι χαρακτηρισμένα με τα γράμματα U-X, V-Y, W-Z και τα ελεύθερα άκρα των τριών φάσεων της Χ.Τ. με τα γράμματα υ-x, v-y, w-z. Η εναλλακτική κατασκευή (σελ. 78): οι τριφασικοί μετασχηματιστές μεγάλης ισχύος είναι τοποθετημένοι σε ένα δοχείο μονωτικού λαδιού. Το ειδικό λάδι έχει τη δυνατότητα να ψύχει καλύτερα από τον αέρα, παρέχει μόνωση και αποτρέπει την είσοδο υγρασίας. Επάνω από το δοχείο υπάρχει ένα μικρό δοχείο διαστολής λαδιού.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η εικόνα δείχνει τριφασικό μετασχηματιστή ξηρού τύπου με χυτευτή ρητίνη. Τα στοιχεία κατασκευής του είναι τα εξής. Πρώτον, ο σιδηροπυρήνας, ο οποίος κατασκευάζεται από σιδηρά ελάσματα μονωμένα μεταξύ τους και αποτελείται από τρεις κορμούς. Δεύτερον, οι άνω και κάτω ζυγοί του πυρήνα, που κλείνουν τη μαγνητική διαδρομή. Τρίτον, τα ελάσματα μεταβλητού πλάτους, αφού οι κορμοί δεν έχουν τετραγωνική αλλά μεταβλητή διατομή για την καλύτερη εκμετάλλευση του χώρου. Τέταρτον, τα τρία τυλίγματα χαμηλής τάσης, που τοποθετούνται εσωτερικά γύρω από κάθε κορμό. Πέμπτον, τα τρία τυλίγματα υψηλής τάσης, που τοποθετούνται πάνω από αυτά, ώστε να ελαχιστοποιείται ο κίνδυνος διάσπασης του μονωτικού προς τον γειωμένο σιδηροπυρήνα. Έκτον, η μόνωση χυτευτής ρητίνης, μέσα στην οποία τα τυλίγματα είναι στερεά διατεταγμένα. Έβδομον, τα μεταλλικά σφιγκτήρια και οι ζυγοί σύσφιξης επάνω και κάτω, που συγκρατούν ελάσματα και τυλίγματα. Όγδοον, η βάση στήριξης με τις δοκούς και τα σημεία ανύψωσης. Ένατον, οι ακροδέκτες υψηλής και χαμηλής τάσης, οι οποίοι είναι τρεις για σύνδεση κατά τρίγωνο και τέσσερις για σύνδεση κατά αστέρα. Σημειώνεται ότι οι μετασχηματιστές μεγάλης ισχύος τοποθετούνται εναλλακτικά σε δοχείο μονωτικού λαδιού με δοχείο διαστολής, αφού το λάδι ψύχει καλύτερα από τον αέρα, παρέχει μόνωση και αποτρέπει την είσοδο υγρασίας.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Θέμα 9 · Ερώτηση 1 — Διαφορές εναλλακτήρων στρεφόμενου τυμπάνου και γεννητριών Σ.Ρ.

Ερώτηση: III. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΕΡ: Να αναφέρετε τις κύριες διαφορές που υπάρχουν μεταξύ των εναλλακτήρων με στρεφόμενο τύμπανο και των γεννητριών συνεχούς ρεύματος.

Απάντηση:

• Η απάντηση του βιβλίου (σελ. 85): Οι κύριες διαφορές μεταξύ των εναλλακτήρων με στρεφόμενο τύμπανο και των γεννητριών Σ.Ρ. είναι οι εξής: 1ον. Οι εναλλακτήρες έχουν δακτυλίους αντί για συλλέκτη, με αποτέλεσμα το ρεύμα που αναπτύσσεται στα πλαίσια του τυμπάνου να διοχετεύεται στο εξωτερικό κύκλωμα με την εναλλασσόμενη μορφή, χωρίς να παρεμβάλλεται η ανορθωτική δράση του συλλέκτη. 2ον. Ο εναλλακτήρας δεν είναι αυτοδιεγειρόμενος, αλλά αποκτά ανεξάρτητη διέγερση από ξεχωριστή πηγή συνεχούς ρεύματος. 3ον. Η κατάλληλη διαμόρφωση του τυλίγματος του τυμπάνου εξαρτάται από το αν θα παραχθεί ενέργεια μονοφασικού ή τριφασικού συστήματος.

    ΕΝΑΛΛΑΚΤΗΡΑΣ                    ΓΕΝΝΗΤΡΙΑ Σ.Ρ.
  
     τύμπανο ──► ΔΑΚΤΥΛΙΟΙ          τύμπανο ──► ΣΥΛΛΕΚΤΗΣ
                (απλοί)                        (τμηματικός)
           ↓                                 ↓
     εναλλασσόμενο ρεύμα              ανορθωμένο (συνεχές)
  
     διέγερση: ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΗ            διέγερση: ΑΥΤΟΔΙΕΓΕΡΣΗ
               από πηγή Σ.Ρ.                   (παραμένων μαγνητισμός)

  Γιατί ο συλλέκτης κάνει τη διαφορά: και στις δύο μηχανές το ρεύμα που επάγεται στους αγωγούς του τυμπάνου είναι εναλλασσόμενο. Στη γεννήτρια Σ.Ρ. ο τμηματικός συλλέκτης αντιστρέφει τη σύνδεση κάθε πλαισίου τη στιγμή που αλλάζει το πρόσημο της ΗΕΔ, δηλαδή λειτουργεί ως μηχανικός ανορθωτής. Στον εναλλακτήρα οι απλοί δακτύλιοι απλώς παραλαμβάνουν το ρεύμα, χωρίς καμία ανόρθωση. Γιατί ο εναλλακτήρας δεν αυτοδιεγείρεται: η αυτοδιέγερση προϋποθέτει συνεχή τάση για να τροφοδοτήσει το τύλιγμα διέγερσης· ο εναλλακτήρας όμως παράγει εναλλασσόμενη τάση, οπότε χρειάζεται ξεχωριστή πηγή συνεχούς ρεύματος (ή, στις σύγχρονες μηχανές, ανορθωτή). Το τρίτο σημείο — η διαμόρφωση του τυλίγματος: για μονοφασική παραγωγή αρκεί ένα τύλιγμα στο τύμπανο· για τριφασική απαιτούνται τρία τυλίγματα τοποθετημένα με μετατόπιση 120°, οπότε αλλάζουν και ο αριθμός των δακτυλίων και η γεωμετρία των αυλακιών. Το αντίστοιχο μειονέκτημα του στρεφόμενου τυμπάνου — και γι' αυτό επικράτησαν οι στρεφόμενοι πόλοι (σελ. 85): η παραλαβή της ενέργειας γίνεται πολύ ευκολότερα από το ακίνητο μέρος του εναλλακτήρα. Η κοινή βάση των δύο μηχανών (σελ. 83): η λειτουργία τους στηρίζεται στις αρχές της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής και η ΗΕΔ δίνεται από τη σχέση Ε = κ·n·φ.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Οι κύριες διαφορές είναι τρεις. Πρώτον, οι εναλλακτήρες έχουν δακτυλίους αντί για συλλέκτη, με αποτέλεσμα το ρεύμα που αναπτύσσεται στα πλαίσια του τυμπάνου να διοχετεύεται στο εξωτερικό κύκλωμα με την εναλλασσόμενη μορφή του, χωρίς να παρεμβάλλεται η ανορθωτική δράση του συλλέκτη. Πράγματι, και στις δύο μηχανές το ρεύμα που επάγεται στους αγωγούς είναι εναλλασσόμενο· στη γεννήτρια συνεχούς ρεύματος ο τμηματικός συλλέκτης αντιστρέφει τη σύνδεση κάθε πλαισίου τη στιγμή που αλλάζει το πρόσημο της ηλεκτρεγερτικής δύναμης, λειτουργώντας ως μηχανικός ανορθωτής, ενώ οι απλοί δακτύλιοι του εναλλακτήρα απλώς παραλαμβάνουν το ρεύμα. Δεύτερον, ο εναλλακτήρας δεν είναι αυτοδιεγειρόμενος αλλά αποκτά ανεξάρτητη διέγερση από ξεχωριστή πηγή συνεχούς ρεύματος, ακριβώς επειδή ο ίδιος παράγει εναλλασσόμενη τάση, ενώ το τύλιγμα διέγερσης απαιτεί συνεχή. Τρίτον, η κατάλληλη διαμόρφωση του τυλίγματος του τυμπάνου εξαρτάται από το αν θα παραχθεί ενέργεια μονοφασικού ή τριφασικού συστήματος: για μονοφασική παραγωγή αρκεί ένα τύλιγμα, ενώ για τριφασική απαιτούνται τρία τυλίγματα με μετατόπιση εκατόν είκοσι μοιρών, οπότε αλλάζουν και ο αριθμός των δακτυλίων και η γεωμετρία των αυλακιών.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Θέμα 9 · Ερώτηση 2 — Πλεονεκτήματα των εναλλακτήρων με στρεφόμενους πόλους

Ερώτηση: ΕΡ: Να αναφέρετε τα πλεονεκτήματα των εναλλακτήρων με στρεφόμενους πόλους.

Απάντηση:

• Η απάντηση του βιβλίου (σελ. 85): Τα πλεονεκτήματα των εναλλακτήρων με στρεφόμενους πόλους είναι τα εξής: 1ο Η παραλαβή της ενέργειας γίνεται πολύ ευκολότερα από το ακίνητο μέρος του εναλλακτήρα. 2ο Τα τυλίγματα τοποθετούνται στο στάτη με μεγαλύτερη ευκολία και υπάρχει η δυνατότητα καλύτερης μονώσεως.

    ΣΤΡΕΦΟΜΕΝΟ ΤΥΜΠΑΝΟ              ΣΤΡΕΦΟΜΕΝΟΙ ΠΟΛΟΙ
  
     τύλιγμα ισχύος ΣΤΟΝ ΔΡΟΜΕΑ      τύλιγμα ισχύος ΣΤΟΝ ΣΤΑΤΗ
            │                               │
     ΟΛΗ η ισχύς περνά από           η ισχύς βγαίνει ΑΠΕΥΘΕΙΑΣ
     δακτυλίους και ψήκτρες          από ακίνητους ακροδέκτες
            │                               │
     μεγάλα ρεύματα σε               από τους δακτυλίους περνά
     ολισθαίνουσες επαφές            ΜΟΝΟ το μικρό ρεύμα διέγερσης

  Ανάπτυξη του πρώτου πλεονεκτήματος: στο στρεφόμενο τύμπανο ολόκληρη η παραγόμενη ισχύς — δηλαδή μεγάλα ρεύματα και υψηλές τάσεις — πρέπει να περάσει από ολισθαίνουσες επαφές (δακτύλιοι και ψήκτρες). Οι επαφές αυτές σπινθηρίζουν, φθείρονται και έχουν περιορισμένη ικανότητα ρεύματος και τάσης. Με στρεφόμενους πόλους το τύλιγμα ισχύος είναι ακίνητο στον στάτη, οπότε η ενέργεια λαμβάνεται από σταθερούς ακροδέκτες και από τους δακτυλίους περνά μόνο το πολύ μικρότερο ρεύμα διέγερσης. Ανάπτυξη του δεύτερου πλεονεκτήματος: το ακίνητο τύλιγμα του στάτη δεν υφίσταται φυγόκεντρες δυνάμεις ούτε δονήσεις περιστροφής, οπότε μπορεί να έχει παχύτερη και στιβαρότερη μόνωση, να ψύχεται ευκολότερα και να κατασκευάζεται για πολύ υψηλότερες τάσεις.

  Η κατασκευαστική βάση (σελ. 83): οι δύο τύποι προκύπτουν από τους δύο τρόπους παραγωγής σχετικής κίνησης — 1. Με κίνηση αγωγών, τοποθετημένων σε τύμπανο, μέσα σε μαγνητικό πεδίο, που δημιουργείται από ακίνητους μαγνητικούς πόλους… 2. Με κίνηση των μαγνητικών πόλων, όταν το τύλιγμα βρίσκεται στο στάτη. Γιατί δεν αλλάζει τίποτε ηλεκτρικά: αυτό που παράγει την ΗΕΔ είναι η σχετική κίνηση αγωγών και πεδίου· είναι αδιάφορο ποιο από τα δύο κινείται. Άρα η επιλογή γίνεται με κατασκευαστικά και πρακτικά κριτήρια. Η πρακτική επικράτηση: γι' αυτούς ακριβώς τους λόγους όλες οι γεννήτριες σταθμών παραγωγής είναι μηχανές με στρεφόμενους πόλους — και το τύλιγμα διέγερσης τροφοδοτείται με συνεχές ρεύμα, όπως ορίζει το βιβλίο (σελ. 83): κύριο χαρακτηριστικό των σύγχρονων εναλλακτήρων είναι η τροφοδότηση της διεγέρσεώς τους με συνεχές ρεύμα.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Τα πλεονεκτήματα των εναλλακτήρων με στρεφόμενους πόλους είναι δύο. Πρώτον, η παραλαβή της ενέργειας γίνεται πολύ ευκολότερα από το ακίνητο μέρος του εναλλακτήρα. Στον εναλλακτήρα με στρεφόμενο τύμπανο ολόκληρη η παραγόμενη ισχύς, δηλαδή μεγάλα ρεύματα και υψηλές τάσεις, πρέπει να περάσει από ολισθαίνουσες επαφές, δηλαδή δακτυλίους και ψήκτρες, οι οποίες σπινθηρίζουν, φθείρονται και έχουν περιορισμένη ικανότητα ρεύματος και τάσης· με στρεφόμενους πόλους το τύλιγμα ισχύος είναι ακίνητο στον στάτη, η ενέργεια λαμβάνεται από σταθερούς ακροδέκτες και από τους δακτυλίους περνά μόνο το πολύ μικρότερο ρεύμα διέγερσης. Δεύτερον, τα τυλίγματα τοποθετούνται στον στάτη με μεγαλύτερη ευκολία και υπάρχει η δυνατότητα καλύτερης μόνωσης, αφού το ακίνητο τύλιγμα δεν υφίσταται φυγόκεντρες δυνάμεις ούτε δονήσεις, μπορεί να έχει στιβαρότερη μόνωση, ψύχεται ευκολότερα και κατασκευάζεται για πολύ υψηλότερες τάσεις. Ηλεκτρικά δεν αλλάζει τίποτε, γιατί την ηλεκτρεγερτική δύναμη την παράγει η σχετική κίνηση αγωγών και πεδίου, ανεξάρτητα από το ποιο από τα δύο κινείται· η επιλογή γίνεται με κατασκευαστικά και πρακτικά κριτήρια, γι' αυτό και όλες οι γεννήτριες των σταθμών παραγωγής είναι μηχανές με στρεφόμενους πόλους.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Θέμα 9 · Ερώτηση 3 — Γιατί ο εναλλακτήρας εργάζεται με σταθερές στροφές

Ερώτηση: ΕΡ: Γιατί ένας τετραπολικός εναλλακτήρας πρέπει να εργάζεται με σταθερό αριθμό στροφών ανά λεπτό;

Απάντηση:

• Η απάντηση του βιβλίου (σελ. 85): Ένας εναλλακτήρας πρέπει να εργάζεται με σταθερό αριθμό στροφών, επειδή η ταχύτητα περιστροφής επηρεάζει άμεσα τη συχνότητα εναλλασσόμενου ρεύματος που παράγεται και η οποία πρέπει να κρατιέται αυστηρά σταθερή.

             p · n
       f = ───────      p = ζεύγη πόλων,  n = στροφές/λεπτό
              60
  
    ΤΕΤΡΑΠΟΛΙΚΟΣ  →  p = 2  →  για f = 50 Hz:
  
           50 · 60
       n = ───────── = 1500 στροφές/λεπτό
              2

  Γιατί η συχνότητα πρέπει να μένει αυστηρά σταθερή: Οι σύγχρονοι κινητήρες και τα ρολόγια δικτύου παίρνουν την ταχύτητά τους απευθείας από τη συχνότητα. Οι ασύγχρονοι κινητήρες έχουν σύγχρονη ταχύτητα ανάλογη της συχνότητας — μεταβολή της αλλάζει τις στροφές όλων των μηχανημάτων μιας βιομηχανίας. Οι μετασχηματιστές σχεδιάζονται για δεδομένη συχνότητα· σε χαμηλότερη συχνότητα η μαγνητική ροή αυξάνεται και ο πυρήνας οδηγείται σε κορεσμό με υπερθέρμανση. Η παράλληλη λειτουργία γεννητριών στο διασυνδεδεμένο δίκτυο απαιτεί απόλυτη ταύτιση συχνότητας — διαφορετικά αναπτύσσονται τεράστια ρεύματα εξισώσεως.

  Και η δεύτερη επίδραση των στροφών — η τάση (σελ. 83): Ε = κ·n·φ, δηλαδή η ΗΕΔ είναι ευθέως ανάλογη του αριθμού στροφών. Μεταβολή των στροφών αλλάζει ταυτόχρονα τη συχνότητα και την τάση — διπλή διαταραχή. Πώς διορθώνεται η τάση χωρίς αλλαγή στροφών (σελ. 83): η Η.Ε.Δ. της μηχανής είναι ανάλογη με τη ροή Φ. Η ροή Φ εξαρτάται από τα αμπερελίγματα διεγέρσεως — δηλαδή η τάση ρυθμίζεται με το ρεύμα διέγερσης, ενώ οι στροφές μένουν σταθερές για τη συχνότητα. Ποιος εξασφαλίζει τη σταθερότητα: ο κινητήριος μηχανισμός (υδροστρόβιλος, ατμοστρόβιλος, μηχανή εσωτερικής καύσης) μέσω ρυθμιστή στροφών, ο οποίος αυξομειώνει την παρεχόμενη ισχύ ώστε οι στροφές να παραμένουν σταθερές ανεξάρτητα από το φορτίο. Γιατί η ερώτηση προσδιορίζει «τετραπολικός»: για κάθε αριθμό πόλων αντιστοιχεί διαφορετική σύγχρονη ταχύτητα για την ίδια συχνότητα — 3000 στροφές για διπολικό, 1500 για τετραπολικό, 1000 για εξαπολικό.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ένας εναλλακτήρας πρέπει να εργάζεται με σταθερό αριθμό στροφών, επειδή η ταχύτητα περιστροφής επηρεάζει άμεσα τη συχνότητα του εναλλασσόμενου ρεύματος που παράγεται, η οποία πρέπει να κρατιέται αυστηρά σταθερή. Η συχνότητα ισούται με το γινόμενο των ζευγών πόλων επί τις στροφές ανά λεπτό, διά εξήντα· για τετραπολική μηχανή, δηλαδή δύο ζεύγη πόλων, η συχνότητα των πενήντα hertz αντιστοιχεί σε χίλιες πεντακόσιες στροφές ανά λεπτό. Η σταθερότητα της συχνότητας είναι απαραίτητη, γιατί οι σύγχρονοι κινητήρες και τα ρολόγια δικτύου παίρνουν την ταχύτητά τους απευθείας από αυτήν, οι ασύγχρονοι κινητήρες αλλάζουν στροφές αν αυτή μεταβληθεί, οι μετασχηματιστές οδηγούνται σε κορεσμό και υπερθέρμανση όταν η συχνότητα πέσει, ενώ η παράλληλη λειτουργία γεννητριών στο δίκτυο απαιτεί απόλυτη ταύτιση συχνότητας. Υπάρχει και δεύτερη επίδραση των στροφών: σύμφωνα με τη σχέση της ηλεκτρεγερτικής δύναμης, αυτή είναι ευθέως ανάλογη του αριθμού στροφών, οπότε μεταβολή τους αλλάζει ταυτόχρονα και τη συχνότητα και την τάση. Γι' αυτό η τάση ρυθμίζεται με το ρεύμα διέγερσης, δηλαδή με τη ροή, ενώ οι στροφές διατηρούνται σταθερές από τον ρυθμιστή του κινητήριου μηχανισμού για χάρη της συχνότητας.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Θέμα 10 · Ερώτηση 1 — Εντοπισμός αντίθετων πηνίων διέγερσης σειράς

Ερώτηση: III. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΕΡ: Διαπιστώσατε ότι ένα ή περισσότερα πηνία διεγέρσεως σειράς είναι αντίθετα από τα πηνία παράλληλης διεγέρσεως στον ίδιο πόλο γεννήτριας με σύνθετη διέγερση. Να υποδείξετε τρόπο προκειμένου να βρεθούν τα αντίθετα πηνία σειράς.

Απάντηση:

• Η απάντηση του βιβλίου (σελ. 92): Για να βρούμε τα αντίθετα πηνία σειράς πρέπει να φορτίσουμε τη γεννήτρια και να αρχίσουμε να βραχυκυκλώνουμε ένα προς ένα τα πηνία της διεγέρσεως σειράς, ενώ συγχρόνως πρέπει να βλέπουμε το βολτόμετρο. Όταν το βολτόμετρο δείξει αύξηση της τάσεως, το βραχυκυκλωμένο πηνίο σημαίνει ότι είναι αντίθετο, οπότε αντιστρέφουμε τα άκρα του.

    ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ
  
    1. Φορτίζουμε τη γεννήτρια (χρειάζεται ρεύμα φορτίου,
       γιατί μόνο τότε διαρρέεται το τύλιγμα ΣΕΙΡΑΣ)
    2. Βολτόμετρο στα άκρα της γεννήτριας
    3. Βραχυκυκλώνουμε ΕΝΑ πηνίο σειράς τη φορά:
  
         τάση ΑΥΞΑΝΕΙ  →  το πηνίο ήταν ΑΝΤΙΘΕΤΟ ✔ (το βρήκαμε)
         τάση ΜΕΙΩΝΕΤΑΙ →  το πηνίο ήταν ΣΩΣΤΟ (ενίσχυε το πεδίο)
  
    4. Αντιστρέφουμε τα άκρα του αντίθετου πηνίου

  Η λογική του κριτηρίου: ένα σωστά συνδεδεμένο πηνίο σειράς ενισχύει το πεδίο του αντίστοιχου πόλου· βραχυκυκλώνοντάς το αφαιρούμε τη συνεισφορά του και η τάση πέφτει. Ένα αντίθετο πηνίο εξασθενεί το πεδίο· βραχυκυκλώνοντάς το παύει η αρνητική του δράση και η τάση ανεβαίνει. Άρα η αύξηση της ένδειξης είναι το αλάνθαστο σημάδι.

  Γιατί χρειάζεται φορτίο: το τύλιγμα σειράς… διαρρέεται από ολόκληρο το ρεύμα φορτίου (σελ. 87)· χωρίς φορτίο δεν υπάρχει ρεύμα σειράς, άρα ούτε συνεισφορά του πηνίου στο πεδίο, και το πείραμα δεν δίνει καμία ένδειξη. Γιατί συμβαίνει το σφάλμα: κατά την επανατύλιξη ή την επισκευή, ένα πηνίο μπορεί να συνδεθεί με αντίστροφη φορά· εξωτερικά τίποτε δεν το προδίδει, ενώ ηλεκτρικά η συνέχεια και η αντίσταση μετρώνται κανονικές. Ποια είναι η συνέπεια αν μείνει: η γεννήτρια χάνει τη σύνθετη συμπεριφορά της — αντί να διατηρεί σταθερή την τάση υπό φορτίο (σελ. 87: το πεδίο όμως ενισχύεται από το τύλιγμα σειράς… και έτσι διατηρείται σταθερή η τάση στα άκρα της γεννήτριας), η τάση πέφτει απότομα, δηλαδή η μηχανή γίνεται υποσύνθετη χωρίς να το θέλουμε. Ο εναλλακτικός έλεγχος πολικότητας (σελ. 89): με πυξίδα ή με τη μέθοδο του βιβλίου για τους κύριους πόλους — στον τετραπολικό κινητήρα οι διαδοχικοί πόλοι πρέπει να έχουν αντίθετη πολικότητα.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Για να βρεθούν τα αντίθετα πηνία της διέγερσης σειράς, φορτίζουμε τη γεννήτρια και αρχίζουμε να βραχυκυκλώνουμε ένα προς ένα τα πηνία της διέγερσης σειράς, παρακολουθώντας ταυτόχρονα το βολτόμετρο. Όταν το βολτόμετρο δείξει αύξηση της τάσης, το πηνίο που μόλις βραχυκυκλώσαμε είναι αντίθετο, οπότε αντιστρέφουμε τα άκρα του. Η λογική του κριτηρίου είναι η εξής: ένα σωστά συνδεδεμένο πηνίο σειράς ενισχύει το πεδίο του πόλου, οπότε το βραχυκύκλωμά του αφαιρεί τη συνεισφορά του και η τάση πέφτει· αντίθετα, ένα ανάποδα συνδεδεμένο πηνίο εξασθενεί το πεδίο, οπότε το βραχυκύκλωμά του παύει την αρνητική του δράση και η τάση ανεβαίνει. Η φόρτιση της γεννήτριας είναι απαραίτητη, γιατί το τύλιγμα σειράς διαρρέεται από ολόκληρο το ρεύμα φορτίου· χωρίς φορτίο δεν υπάρχει ρεύμα σειράς και το πείραμα δεν δίνει καμία ένδειξη. Το σφάλμα συνήθως προκύπτει κατά την επανατύλιξη ή την επισκευή και δεν προδίδεται ούτε οπτικά ούτε από μετρήσεις συνέχειας και αντίστασης. Αν μείνει αδιόρθωτο, η γεννήτρια χάνει τη σύνθετη συμπεριφορά της και η τάση της πέφτει απότομα υπό φορτίο, δηλαδή γίνεται ακούσια υποσύνθετη.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Θέμα 10 · Ερώτηση 2 — Ένδειξη βολτομέτρου με στρεφόμενο επαγώγιμο και διακοπές βραχυκύκλωσης

Ερώτηση: ΕΡ: Σε γεννήτρια με σύνθετη διέγερση και με στρεφόμενο επαγώγιμο συνδέουμε ένα βολτόμετρο στα άκρα της παράλληλης διεγέρσεως και με ένα καλώδιο κάνουμε διακοπές βραχυκυκλώσεως. Τι ένδειξη θα μας δείξει το βολτόμετρο;

Απάντηση:

• Η απάντηση του βιβλίου (σελ. 92): Το βολτόμετρο θα μας δείξει τάση που θα πλησιάζει την κανονική τάση της γεννήτριας.

  Η εξήγηση: με το επαγώγιμο στρεφόμενο, η γεννήτρια παράγει τάση χάρη στον παραμένοντα μαγνητισμό των πόλων και, μόλις το κύκλωμα διέγερσης αποκατασταθεί, ξεκινά η διαδικασία της αυτοδιέγερσης. Οι διακοπές βραχυκύκλωσης που κάνουμε με το καλώδιο προκαλούν απότομες μεταβολές του ρεύματος διέγερσης, οι οποίες ενισχύουν το φαινόμενο και επιτρέπουν στη μηχανή να ανεβάσει την τάση της κοντά στην κανονική.

    ΣΤΡΕΦΟΜΕΝΟ ΕΠΑΓΩΓΙΜΟ
  
     περιστροφή + παραμένων μαγνητισμός
              ↓
       μικρή αρχική ΗΕΔ  Ε = κ·n·φ
              ↓
     ρεύμα στην παράλληλη διέγερση
              ↓
       ενίσχυση της ροής φ  ──┐
              ↓                │ ΑΥΤΟΔΙΕΓΕΡΣΗ
       μεγαλύτερη ΗΕΔ  ────────┘
              ↓
     Βολτόμετρο ≈ ΚΑΝΟΝΙΚΗ ΤΑΣΗ ΤΗΣ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑΣ

  Ποιο είναι το διαγνωστικό νόημα του πειράματος: αν το βολτόμετρο δεν φθάσει κοντά στην κανονική τάση, κάτι δεν πάει καλά — π.χ. χαμένος παραμένων μαγνητισμός, διακοπή στο τύλιγμα παράλληλης διέγερσης, λάθος φορά περιστροφής ή λάθος πολικότητα σύνδεσης της διέγερσης, ή κακή θέση ψηκτρών. Η σύνδεση με το επόμενο ερώτημα (σελ. 93): το ίδιο αναμενόμενο αποτέλεσμα — κανονική τάση — χρησιμοποιείται εκεί ως κριτήριο για τη σωστή θέση των ψηκτρών. Η θεωρητική βάση (σελ. 83): Ε = κ·n·φ — η τάση εξαρτάται από τις στροφές και τη ροή· εδώ οι στροφές είναι κανονικές (στρεφόμενο επαγώγιμο) και η ροή αναπτύσσεται μέσω της αυτοδιέγερσης, οπότε προκύπτει η κανονική τάση. Η προϋπόθεση: πρέπει να υπάρχει παραμένων μαγνητισμός· αν έχει χαθεί, η μηχανή δεν αυτοδιεγείρεται και απαιτείται αρχικοποίηση της διέγερσης από εξωτερική πηγή συνεχούς ρεύματος. Η προσοχή κατά την εκτέλεση: οι διακοπές βραχυκύκλωσης σε τύλιγμα με μεγάλη αυτεπαγωγή προκαλούν υπερτάσεις — η δοκιμή γίνεται με προσοχή και με βολτόμετρο κατάλληλης κλίμακας.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Το βολτόμετρο θα δείξει τάση που πλησιάζει την κανονική τάση της γεννήτριας. Η εξήγηση είναι ότι, με το επαγώγιμο στρεφόμενο, η γεννήτρια παράγει μια μικρή αρχική ηλεκτρεγερτική δύναμη χάρη στον παραμένοντα μαγνητισμό των πόλων· αυτή τροφοδοτεί το τύλιγμα παράλληλης διέγερσης, η ροή ενισχύεται, η τάση μεγαλώνει και έτσι εξελίσσεται η διαδικασία της αυτοδιέγερσης. Οι διακοπές βραχυκύκλωσης που κάνουμε με το καλώδιο προκαλούν απότομες μεταβολές του ρεύματος διέγερσης, οι οποίες ενισχύουν το φαινόμενο και επιτρέπουν στη μηχανή να ανεβάσει την τάση της κοντά στην κανονική. Το πείραμα έχει διαγνωστικό νόημα: αν το βολτόμετρο δεν φτάσει κοντά στην κανονική τάση, υπάρχει πρόβλημα, όπως χαμένος παραμένων μαγνητισμός, διακοπή στο τύλιγμα της παράλληλης διέγερσης, λάθος φορά περιστροφής ή λάθος πολικότητα σύνδεσης, ή κακή θέση των ψηκτρών. Θεωρητικά, η τάση δίνεται από το γινόμενο της σταθεράς της μηχανής επί τις στροφές επί τη ροή· εδώ οι στροφές είναι κανονικές και η ροή αναπτύσσεται μέσω της αυτοδιέγερσης. Απαραίτητη προϋπόθεση είναι η ύπαρξη παραμένοντος μαγνητισμού, ενώ η δοκιμή απαιτεί προσοχή, γιατί οι διακοπές σε τύλιγμα με μεγάλη αυτεπαγωγή προκαλούν υπερτάσεις.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Θέμα 10 · Ερώτηση 3 — Ένδειξη βολτομέτρου με ακίνητο επαγώγιμο

Ερώτηση: ΕΡ: Σε γεννήτρια με σύνθετη διέγερση και με ακίνητο το επαγώγιμο συνδέουμε ένα βολτόμετρο στα άκρα της γεννήτριας και τροφοδοτούμε την παράλληλη διέγερση με διακοπές από εξωτερική πηγή. Τι τάση θα μας δείξει το βολτόμετρο;

Απάντηση:

• Η απάντηση του βιβλίου (σελ. 93): Το βολτόμετρο θα μας δείξει την κανονική τάση της γεννήτριας.

  Γιατί, ενώ το επαγώγιμο είναι ακίνητο: η ηλεκτρομαγνητική επαγωγή απαιτεί μεταβολή της μαγνητικής ροής, η οποία μπορεί να προέλθει είτε από κίνηση είτε από χρονική μεταβολή του ρεύματος διέγερσης. Εδώ οι διακοπές στην τροφοδοσία της διέγερσης δημιουργούν ακριβώς αυτή τη μεταβαλλόμενη ροή, οπότε η μηχανή λειτουργεί προσωρινά σαν μετασχηματιστής: το τύλιγμα διέγερσης παίζει τον ρόλο του πρωτεύοντος και το τύλιγμα του επαγώγιμου τον ρόλο του δευτερεύοντος.

    ΑΚΙΝΗΤΟ ΕΠΑΓΩΓΙΜΟ + ΔΙΑΚΟΠΕΣ ΔΙΕΓΕΡΣΗΣ
  
     εξωτερική πηγή Σ.Ρ. ──╱ ── τύλιγμα παράλληλης διέγερσης
                          διακοπές          │
                                      dΦ/dt ≠ 0
                                            │
                                επαγωγή στο ΕΠΑΓΩΓΙΜΟ
                                            │
                                Βολτόμετρο = ΚΑΝΟΝΙΚΗ ΤΑΣΗ
  
     Λειτουργία «μετασχηματιστή»: πρωτεύον = διέγερση,
     δευτερεύον = τύλιγμα επαγώγιμου

  Ποια είναι η χρησιμότητα της δοκιμής: αποτελεί γρήγορο έλεγχο χωρίς να χρειαστεί να περιστραφεί η μηχανή — δηλαδή χωρίς κινητήρα, χωρίς ιμάντες, χωρίς κίνδυνο. Με αυτή τη διάταξη ελέγχεται: Η συνέχεια και των δύο κυκλωμάτων (διέγερσης και επαγώγιμου). Η σωστή θέση των ψηκτρών — ακριβώς η επόμενη ερώτηση του βιβλίου (σελ. 93). Η κατάσταση των πόλων — αν κάποιο πηνίο είναι αντίθετο ή βραχυκυκλωμένο, η ένδειξη είναι μικρότερη από την κανονική.

  Η διαφορά από την προηγούμενη δοκιμή (σελ. 92): εκεί το επαγώγιμο στρεφόταν και η τάση προέκυπτε από αυτοδιέγερση· εδώ το επαγώγιμο είναι ακίνητο και η τάση προκύπτει από μεταβολή του ρεύματος διέγερσης — αλλά και στις δύο περιπτώσεις η αναμενόμενη ένδειξη είναι η κανονική τάση της γεννήτριας. Η προϋπόθεση για την ερμηνεία: η τροφοδοσία πρέπει να γίνεται με διακοπές· με συνεχή τροφοδοσία και ακίνητο επαγώγιμο η ροή είναι σταθερή, οπότε καμία τάση δεν επάγεται. Η σχετική προσοχή: όπως και στην προηγούμενη δοκιμή, οι απότομες διακοπές σε επαγωγικό κύκλωμα προκαλούν σπινθηρισμό στην επαφή και υπερτάσεις.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Το βολτόμετρο θα δείξει την κανονική τάση της γεννήτριας. Αυτό συμβαίνει παρότι το επαγώγιμο είναι ακίνητο, γιατί η ηλεκτρομαγνητική επαγωγή απαιτεί μεταβολή της μαγνητικής ροής, η οποία μπορεί να προέλθει είτε από κίνηση είτε από χρονική μεταβολή του ρεύματος διέγερσης. Οι διακοπές στην τροφοδοσία της παράλληλης διέγερσης δημιουργούν ακριβώς αυτή τη μεταβαλλόμενη ροή, οπότε η μηχανή λειτουργεί προσωρινά σαν μετασχηματιστής, με το τύλιγμα διέγερσης στον ρόλο του πρωτεύοντος και το τύλιγμα του επαγώγιμου στον ρόλο του δευτερεύοντος. Η δοκιμή είναι χρήσιμη, γιατί επιτρέπει γρήγορο έλεγχο χωρίς να χρειαστεί να περιστραφεί η μηχανή, δηλαδή χωρίς κινητήρα και χωρίς κίνδυνο· ελέγχει τη συνέχεια και των δύο κυκλωμάτων, τη σωστή θέση των ψηκτρών και την κατάσταση των πόλων, αφού ένα αντίθετο ή βραχυκυκλωμένο πηνίο δίνει ένδειξη μικρότερη από την κανονική. Διαφέρει από την προηγούμενη δοκιμή, όπου το επαγώγιμο στρεφόταν και η τάση προέκυπτε από αυτοδιέγερση, αλλά και στις δύο περιπτώσεις η αναμενόμενη ένδειξη είναι η κανονική τάση. Απαραίτητη προϋπόθεση είναι η τροφοδοσία να γίνεται με διακοπές, γιατί με συνεχή τροφοδοσία και ακίνητο επαγώγιμο η ροή είναι σταθερή και δεν επάγεται καμία τάση.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Θέμα 10 · Ερώτηση 4 — Έλεγχος της σωστής θέσης των ψηκτρών

Ερώτηση: ΕΡ: Να προτείνετε μέθοδο προκειμένου να ελέγξουμε τη σωστή θέση των ψηκτρών σε μία γεννήτρια.

Απάντηση:

• Η απάντηση του βιβλίου (σελ. 93): Για να ελέγξουμε τη σωστή θέση των ψηκτρών σε μία γεννήτρια, αφήνουμε ακίνητο το επαγώγιμο, τροφοδοτούμε την παράλληλη διέγερση από εξωτερική πηγή με διακοπές και συνδέουμε ένα βολτόμετρο στα άκρα της μηχανής. Αν οι ψήκτρες είναι στην κανονική τους θέση το βολτόμετρο θα δείξει την κανονική τάση της γεννήτριας, διαφορετικά πρέπει να μεταθέσουμε τις ψήκτρες.

    ΔΙΑΤΑΞΗ ΕΛΕΓΧΟΥ
  
     εξωτερική πηγή Σ.Ρ. ──╱── παράλληλη διέγερση
           (με διακοπές)
     επαγώγιμο: ΑΚΙΝΗΤΟ
     βολτόμετρο: στα άκρα της μηχανής
  
     ΜΕΓΙΣΤΗ ένδειξη (≈ κανονική τάση)  →  ψήκτρες ΣΩΣΤΑ
     ΜΙΚΡΟΤΕΡΗ ένδειξη                  →  μεταθέτουμε τις ψήκτρες
                                            ώσπου η ένδειξη να μεγιστοποιηθεί

  Γιατί η θέση των ψηκτρών έχει σημασία: οι ψήκτρες πρέπει να βρίσκονται στην ουδέτερη ζώνη, δηλαδή εκεί όπου τα πλαίσια του τυμπάνου βρίσκονται μεταξύ των πόλων και η ΗΕΔ τους μηδενίζεται τη στιγμή της μεταγωγής. Τότε: Η τάση εξόδου είναι μέγιστη, γιατί όλα τα πλαίσια συνεισφέρουν στη σωστή φορά. Η μεταγωγή γίνεται χωρίς σπινθήρες, οπότε ο συλλέκτης και οι ψήκτρες δεν φθείρονται. Αν οι ψήκτρες μετατοπιστούν, μέρος των πλαισίων συνεισφέρει αντίθετα, η τάση πέφτει και εμφανίζεται σπινθηρισμός.

  Γιατί η μέθοδος είναι έξυπνη: εκμεταλλεύεται τη διάταξη της προηγούμενης δοκιμής (σελ. 93) — ακίνητο επαγώγιμο, διακοπές στη διέγερση — και έτσι ο έλεγχος γίνεται: Χωρίς περιστροφή, άρα χωρίς κινητήριο μηχάνημα και χωρίς κινδύνους. Με σαφές κριτήριο: η μέγιστη ένδειξη αντιστοιχεί στη σωστή θέση — ίδια λογική με τη ρύθμιση αζιμουθίου στα μαγνητόφωνα. Επαναλαμβανόμενα: μπορούμε να μετακινούμε τις ψήκτρες σταδιακά και να παρατηρούμε την ένδειξη.

  Η ενδεχόμενη σύγχυση με άλλες βλάβες: μικρή ένδειξη μπορεί να οφείλεται και σε βραχυκυκλωμένα ή αντίθετα πηνία (σελ. 92, 94) — γι' αυτό ο έλεγχος των ψηκτρών γίνεται αφού έχει επιβεβαιωθεί η συνέχεια και η πολικότητα των τυλιγμάτων με δοκιμαστική λυχνία (σελ. 88) και με πυξίδα (σελ. 89: στον τετραπολικό κινητήρα οι διαδοχικοί πόλοι πρέπει να έχουν αντίθετη πολικότητα). Το εναλλακτικό, «κλασικό» κριτήριο σε λειτουργία: παρατήρηση του σπινθηρισμού στον συλλέκτη υπό φορτίο — οι ψήκτρες μετατοπίζονται ώσπου ο σπινθηρισμός να ελαχιστοποιηθεί.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο έλεγχος γίνεται ως εξής: αφήνουμε ακίνητο το επαγώγιμο, τροφοδοτούμε την παράλληλη διέγερση από εξωτερική πηγή με διακοπές και συνδέουμε βολτόμετρο στα άκρα της μηχανής. Αν οι ψήκτρες βρίσκονται στην κανονική τους θέση, το βολτόμετρο θα δείξει την κανονική τάση της γεννήτριας· διαφορετικά πρέπει να μεταθέσουμε τις ψήκτρες μέχρι η ένδειξη να μεγιστοποιηθεί. Η θέση των ψηκτρών έχει σημασία, γιατί πρέπει να βρίσκονται στην ουδέτερη ζώνη, δηλαδή εκεί όπου τα πλαίσια του τυμπάνου βρίσκονται μεταξύ των πόλων και η ηλεκτρεγερτική τους δύναμη μηδενίζεται τη στιγμή της μεταγωγής. Τότε η τάση εξόδου είναι μέγιστη, γιατί όλα τα πλαίσια συνεισφέρουν στη σωστή φορά, και η μεταγωγή γίνεται χωρίς σπινθήρες, οπότε συλλέκτης και ψήκτρες δεν φθείρονται· αν οι ψήκτρες μετατοπιστούν, μέρος των πλαισίων συνεισφέρει αντίθετα, η τάση πέφτει και εμφανίζεται σπινθηρισμός. Η μέθοδος αξιοποιεί τη διάταξη της προηγούμενης δοκιμής, οπότε ο έλεγχος γίνεται χωρίς περιστροφή της μηχανής, με σαφές κριτήριο τη μέγιστη ένδειξη και με δυνατότητα σταδιακής ρύθμισης. Επειδή μικρή ένδειξη μπορεί να οφείλεται και σε βραχυκυκλωμένα ή αντίθετα πηνία, ο έλεγχος των ψηκτρών γίνεται αφού πρώτα επιβεβαιωθούν η συνέχεια και η πολικότητα των τυλιγμάτων.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Θέμα 10 · Ερώτηση 5 — Πού χρησιμοποιείται η γεννήτρια σύνθετης διέγερσης

Ερώτηση: ΕΡ: Να αναφέρετε πού χρησιμοποιείται η γεννήτρια με σύνθετη διέγερση.

Απάντηση:

• Η απάντηση του βιβλίου (σελ. 93): Η γεννήτρια με σύνθετη διέγερση αποτελεί τυπική μορφή γεννήτριας σταθμού παραγωγής. Είναι κατάλληλη για δίκτυα φωτισμού, κινήσεως, έλξεως και γενικά για δίκτυα με απότομες και γρήγορες μεταβολές φορτίων.

  Γιατί ταιριάζει σε αυτές τις εφαρμογές (σελ. 87): το τύλιγμα σειράς, το οποίο γίνεται από λίγες στροφές και χονδρό σύρμα, διαρρέεται από ολόκληρο το ρεύμα φορτίου. Όταν το φορτίο μεγαλώνει η τάση τείνει να πέσει. Το πεδίο όμως ενισχύεται από το τύλιγμα σειράς το οποίο διαρρέεται από το αυξημένο ρεύμα φορτίου και έτσι διατηρείται σταθερή η τάση στα άκρα της γεννήτριας.

    Η ΑΥΤΟΜΑΤΗ ΑΝΤΙΣΤΑΘΜΙΣΗ
  
     φορτίο ↑  →  ρεύμα ↑  →  πτώση τάσης στο τύμπανο ↑
                      │                                 │
                      │  αλλά ΤΑΥΤΟΧΡΟΝΑ                 │
                      ▼                                 ▼
              ρεύμα τυλίγματος σειράς ↑           τάση τείνει ↓
                      │                                 │
                      ▼                                 │
                ροή φ ↑ → ΗΕΔ ↑ ─────────αντισταθμίζει──┘
  
     ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑ: η τάση εξόδου παραμένει πρακτικά ΣΤΑΘΕΡΗ

  Γιατί είναι κρίσιμο σε κάθε μία από τις αναφερόμενες εφαρμογές: Δίκτυα φωτισμού: η σταθερή τάση σημαίνει σταθερή φωτεινότητα — διακυμάνσεις γίνονται αμέσως αντιληπτές ως τρεμόσβημα. Δίκτυα κινήσεως: οι κινητήρες θα άλλαζαν στροφές και ροπή με κάθε μεταβολή της τάσης. Δίκτυα έλξεως (τρένα, τραμ): οι εκκινήσεις προκαλούν απότομα και μεγάλα ρεύματα· χωρίς αντιστάθμιση η τάση θα βύθιζε σε κάθε αναχώρηση συρμού. Δίκτυα με απότομες και γρήγορες μεταβολές φορτίων: η αντιστάθμιση είναι αυτόματη και ακαριαία, αφού γίνεται μαγνητικά και όχι μέσω ρυθμιστή.

  Η ρύθμιση της συμπεριφοράς (σελ. 87): η συμπεριφορά της γεννήτριας με σύνθετη διέγερση εξαρτάται από το βαθμό συνθέσεως. Βαθμός συνθέσεως λέγεται η κατανομή της διεγέρσεως μεταξύ του τυλίγματος σειράς και του παράλληλου τυλίγματος — επιλέγοντας κατάλληλα τον βαθμό συνθέσεως έχουμε υπερσύνθετη, υποσύνθετη ή σταθερής τάσεως μηχανή. Πότε επιλέγεται η υπερσύνθετη: όταν η γραμμή διανομής είναι μακριά — η επιπλέον τάση σε πλήρη φόρτιση αντισταθμίζει και την πτώση τάσης της γραμμής, ώστε ο καταναλωτής να βλέπει σταθερή τάση. Το βασικό μειονέκτημα: η σύνθετη διέγερση απαιτεί σωστή πολικότητα κάθε πηνίου σειράς — ένα αντίθετο πηνίο (σελ. 92) ακυρώνει ακριβώς αυτή την ιδιότητα που κάνει τη μηχανή κατάλληλη για τις παραπάνω εφαρμογές.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η γεννήτρια με σύνθετη διέγερση αποτελεί τυπική μορφή γεννήτριας σταθμού παραγωγής και είναι κατάλληλη για δίκτυα φωτισμού, κίνησης, έλξης και γενικά για δίκτυα με απότομες και γρήγορες μεταβολές φορτίων. Ο λόγος βρίσκεται στο τύλιγμα σειράς, το οποίο διαρρέεται από ολόκληρο το ρεύμα φορτίου: όταν το φορτίο μεγαλώνει και η τάση τείνει να πέσει, το πεδίο ενισχύεται από το αυξημένο ρεύμα του τυλίγματος σειράς και έτσι η τάση στα άκρα της γεννήτριας διατηρείται σταθερή. Η αντιστάθμιση αυτή είναι αυτόματη και ακαριαία, γιατί γίνεται μαγνητικά και όχι μέσω ρυθμιστή. Σε δίκτυα φωτισμού η σταθερή τάση σημαίνει σταθερή φωτεινότητα, χωρίς αντιληπτές διακυμάνσεις· σε δίκτυα κίνησης εξασφαλίζει σταθερές στροφές και ροπή στους κινητήρες· σε δίκτυα έλξης αντιμετωπίζει τα απότομα και μεγάλα ρεύματα των εκκινήσεων, που αλλιώς θα βύθιζαν την τάση σε κάθε αναχώρηση συρμού. Η συμπεριφορά της ρυθμίζεται μέσω του βαθμού συνθέσεως, δηλαδή της κατανομής της διέγερσης ανάμεσα στο τύλιγμα σειράς και στο παράλληλο, δίνοντας υπερσύνθετη, υποσύνθετη ή σταθερής τάσεως μηχανή· η υπερσύνθετη επιλέγεται όταν η γραμμή διανομής είναι μακριά, ώστε να αντισταθμίζεται και η πτώση τάσης της γραμμής.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Θέμα 10 · Ερώτηση 6 — Μέθοδος στεγνώματος γεννήτριας σύνθετης διέγερσης

Ερώτηση: ΕΡ: Να προτείνετε μέθοδο για το στέγνωμα γεννήτριας σύνθετης διεγέρσεως με βοηθητικούς πόλους.

Απάντηση:

• Η απάντηση του βιβλίου (σελ. 93): Για να στεγνώσει μία γεννήτρια σύνθετης διεγέρσεως με βοηθητικούς πόλους πρέπει να ακολουθηθεί η παρακάτω διαδικασία: 1. Να αντιστραφούν τα πηνία της διεγέρσεως σειράς, ώστε οι πόλοι να είναι αντίθετοι προς τους πόλους της παράλληλης διεγέρσεως. 2. Να βραχυκυκλωθεί το επαγώγιμο με τους βοηθητικούς πόλους και με τη διέγερση σειράς. 3. Να τροφοδοτηθεί η παράλληλη διέγερση από εξωτερική πηγή.

    Η ΛΟΓΙΚΗ ΤΗΣ ΜΕΘΟΔΟΥ
  
     Στόχος: να κυκλοφορήσει ΡΕΥΜΑ σε όλα τα τυλίγματα,
             ώστε η ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ τους να εξατμίσει την υγρασία,
             ΧΩΡΙΣ όμως η μηχανή να αναπτύξει ΤΑΣΗ και ΡΟΠΗ.
  
     Βήμα 1: αντίθετα πηνία σειράς → το πεδίο τους ΑΝΑΙΡΕΙ
             το πεδίο της παράλληλης → μικρή συνολική ροή
     Βήμα 2: βραχυκύκλωμα επαγώγιμου → κυκλοφορεί ρεύμα
             στο επαγώγιμο, στους βοηθητικούς πόλους
             και στη διέγερση σειράς
     Βήμα 3: εξωτερική τροφοδοσία της παράλληλης διέγερσης
             → ελέγχουμε την ένταση του ρεύματος, άρα και
               τη θερμοκρασία, ρυθμίζοντας την πηγή

  Γιατί χρειάζεται το στέγνωμα: η υγρασία μειώνει δραστικά την αντίσταση μόνωσης των τυλιγμάτων. Το ίδιο το βιβλίο ορίζει το όριο (θέμα 5, σελ. 39): η ελάχιστη αντίσταση μόνωσης σύμφωνα με τους κανονισμούς, άρθρο 304, είναι 0,5 ΜΩ για τάση 250V έναντι γης μέσα σε ξηρούς χώρους και 0,25 ΜΩ για τάσεις πάνω από 250V μέσα σε βρεγμένους χώρους. Μηχανή που έμεινε εκτός λειτουργίας σε υγρό χώρο, ή που πλημμύρισε, πέφτει κάτω από το όριο και δεν επιτρέπεται να τεθεί σε τάση.

  Γιατί το στέγνωμα γίνεται με ρεύμα και όχι με εξωτερική θερμότητα: η θέρμανση από μέσα, με διέλευση ρεύματος στα ίδια τα τυλίγματα, φθάνει εκεί ακριβώς όπου βρίσκεται η υγρασία — στη μόνωση — και είναι ομοιόμορφη. Εξωτερική θέρμανση (φούρνος, αερόθερμο) είναι αργή και ανομοιόμορφη και μπορεί να υπερθερμάνει την επιφάνεια πριν στεγνώσει το βάθος. Γιατί αντιστρέφονται τα πηνία σειράς: για να μην αναπτυχθεί ισχυρή ροή και άρα ούτε σημαντική τάση — η μηχανή πρέπει να θερμανθεί χωρίς να λειτουργήσει. Γιατί βραχυκυκλώνεται το επαγώγιμο: έτσι εξασφαλίζεται κλειστός δρόμος για ρεύμα και στο επαγώγιμο, στους βοηθητικούς πόλους και στη διέγερση σειράς — δηλαδή θερμαίνονται όλα τα τυλίγματα, όχι μόνο η παράλληλη διέγερση. Η παρακολούθηση της διαδικασίας: το στέγνωμα ελέγχεται με περιοδικές μετρήσεις μόνωσης με το Μέγγερ (θέμα 5, σελ. 40) — η αντίσταση αρχικά πέφτει (καθώς η υγρασία εξατμίζεται και κινείται), ύστερα ανεβαίνει σταθερά και τέλος σταθεροποιείται: τότε το στέγνωμα έχει ολοκληρωθεί. Η προσοχή: η θερμοκρασία των τυλιγμάτων δεν πρέπει να ξεπεράσει το όριο της κλάσης μόνωσης, αλλιώς η μόνωση καταστρέφεται αντί να αποκατασταθεί· γι' αυτό η εξωτερική πηγή του βήματος 3 πρέπει να είναι ρυθμιζόμενη.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η μέθοδος που προτείνει το βιβλίο περιλαμβάνει τρία βήματα. Πρώτον, αντιστρέφονται τα πηνία της διέγερσης σειράς, ώστε οι πόλοι τους να είναι αντίθετοι προς τους πόλους της παράλληλης διέγερσης. Δεύτερον, βραχυκυκλώνεται το επαγώγιμο με τους βοηθητικούς πόλους και με τη διέγερση σειράς. Τρίτον, τροφοδοτείται η παράλληλη διέγερση από εξωτερική πηγή. Στόχος είναι να κυκλοφορήσει ρεύμα σε όλα τα τυλίγματα, ώστε η θερμότητά τους να εξατμίσει την υγρασία, χωρίς όμως η μηχανή να αναπτύξει τάση και ροπή· γι' αυτό ακριβώς αντιστρέφονται τα πηνία σειράς, ώστε το πεδίο τους να αναιρεί το πεδίο της παράλληλης διέγερσης. Το βραχυκύκλωμα του επαγώγιμου εξασφαλίζει κλειστό δρόμο για ρεύμα και στο επαγώγιμο και στους βοηθητικούς πόλους, ώστε να θερμανθούν όλα τα τυλίγματα, ενώ η εξωτερική τροφοδοσία επιτρέπει τον έλεγχο της έντασης και άρα της θερμοκρασίας. Το στέγνωμα είναι απαραίτητο, γιατί η υγρασία μειώνει δραστικά την αντίσταση μόνωσης κάτω από τα κανονιστικά όρια, και γίνεται με ρεύμα αντί για εξωτερική θερμότητα, γιατί έτσι η θέρμανση φτάνει ομοιόμορφα εκεί ακριβώς όπου βρίσκεται η υγρασία. Η πρόοδος παρακολουθείται με περιοδικές μετρήσεις μόνωσης με το μέγγερ, ενώ πρέπει να προσέχουμε ώστε η θερμοκρασία των τυλιγμάτων να μην ξεπεράσει το όριο της κλάσης μόνωσης.

Κριτήρια αξιολόγησης: