Λύσεις Ερωτήσεων (σελ. 192-193) – ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ Γ΄ ΕΠΑΛ

ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ Γ΄ ΕΠΑΛ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ Γ΄ ΕΠΑΛ – ΛΥΣΕΙΣ – ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ Ασκήσεων Σχολικού Βιβλίου Λύσεις Ερωτήσεων (σελ. 192-193) – ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις Ερωτήσεων

Ερωτήσεις κεφαλαίου 4

Μέρη των ηλεκτρικών μηχανών

Ερώτηση: Από ποια μέρη αποτελούνται όλες οι ηλεκτρικές μηχανές;

Απάντηση:

§4.1, §4.2. Μια ηλεκτρική μηχανή επαγωγής αποτελείται από ένα σταθερό μέρος, το στάτη, ο οποίος έχει στις αύλακές του ένα μονοφασικό, διφασικό ή τριφασικό τύλιγμα, και ένα στρεφόμενο μέρος, το δρομέα.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Κάθε ηλεκτρική μηχανή (κινητήρας ή γεννήτρια) αποτελείται βασικά από δύο μέρη: το στάτη, το σταθερό (ακίνητο) μέρος της μηχανής, που φέρει στις αύλακές του το τύλιγμα (μονοφασικό, διφασικό ή τριφασικό) το οποίο δημιουργεί το μαγνητικό πεδίο, και το δρομέα, το στρεφόμενο μέρος στο εσωτερικό της μηχανής, που περιστρέφεται λόγω της αλληλεπίδρασης με το μαγνητικό πεδίο του στάτη και μεταφέρει τη μηχανική ισχύ στον άξονα εξόδου.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Στάτης (σταθερό μέρος, τύλιγμα) + δρομέας (στρεφόμενο μέρος)

Ονομαστικά μεγέθη ηλεκτροκινητήρων

Ερώτηση: Ποια είναι τα ονομαστικά μεγέθη των ηλεκτροκινητήρων;

Απάντηση:

§4.1.3 (πινακίδα κινητήρα). «Οι ενδείξεις της πινακίδας διαβάζονται ως εξής: τριφασικός κινητήρας, σε σύνδεση αστέρα, η τροφοδοσία γίνεται με τάση 380 V και συχνότητα 50 Hz, το ονομαστικό ρεύμα είναι 4,5 Α, η ονομαστική ισχύς είναι 1,5 kW, η ονομαστική ταχύτητα είναι 1435 ΣΑΛ, ο συντελεστής ισχύος cosφ είναι 0,8 και το βάρος του κινητήρα είναι 10 kg».

Σύνοψη: (ενδεικτική) Τα ονομαστικά μεγέθη ενός ηλεκτροκινητήρα, όπως αναγράφονται στην πινακίδα του, είναι: ο τύπος σύνδεσης (μονοφασικός/τριφασικός, αστέρα/τρίγωνο), η ονομαστική τάση τροφοδοσίας (V), η συχνότητα (Hz), το ονομαστικό ρεύμα (A), η ονομαστική ισχύς (kW), η ονομαστική ταχύτητα περιστροφής (ΣΑΛ/min), ο συντελεστής ισχύος (cosφ), ο βαθμός προστασίας (IP) και το βάρος του κινητήρα. Αυτά τα μεγέθη εκφράζουν τις κανονικές, ασφαλείς συνθήκες λειτουργίας του κινητήρα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Τάση, συχνότητα, ρεύμα, ισχύς, ταχύτητα, cosφ, IP, βάρος — όλα στην πινακίδα

Αρχή λειτουργίας κινητήρων επαγωγής

Ερώτηση: Ποια είναι η αρχή λειτουργίας των κινητήρων επαγωγής;

Απάντηση:

§4.1.2, §4.2.1. Η ηλεκτρομηχανική μετατροπή ενέργειας βασίζεται στην αρχή διατήρησης της ενέργειας. Μια μηχανή επαγωγής έχει εναλλασσόμενα ρεύματα τόσο στο τύλιγμα του στάτη όσο και στο τύλιγμα του δρομέα, το οποίο είναι ηλεκτρικώς κλειστό (βραχυκυκλωμένο).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Στον κινητήρα επαγωγής, το τριφασικό (ή πολυφασικό) τύλιγμα του στάτη, τροφοδοτούμενο από εναλλασσόμενο ρεύμα, δημιουργεί ένα στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο. Αυτό το πεδίο «κόβει» τους αγωγούς του δρομέα (που είναι ηλεκτρικώς κλειστός/βραχυκυκλωμένος) και επάγει σε αυτούς ηλεκτρεγερτική δύναμη και ρεύμα (φαινόμενο επαγωγής, εξ ου και το όνομα «κινητήρας επαγωγής»). Το επαγόμενο ρεύμα του δρομέα, μέσα στο μαγνητικό πεδίο του στάτη, δημιουργεί δύναμη (και άρα ροπή) που αναγκάζει τον δρομέα να ακολουθήσει το στρεφόμενο πεδίο, περιστρεφόμενος με ταχύτητα ελαφρώς μικρότερη από αυτή του πεδίου (ολίσθηση).

Κριτήρια αξιολόγησης:

Στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο στάτη → επαγωγή ρεύματος στο δρομέα → ροπή περιστροφής (με ολίσθηση)

Οι τρεις τύποι δρομέων κινητήρων επαγωγής

Ερώτηση: Ποιοι είναι οι τρεις τύποι δρομέων των κινητήρων επαγωγής;

Απάντηση:

§4.2.1. «Για όλες τις μηχανές επαγωγής κατασκευάζονται τρεις τύποι δρομέων: με τύλιγμα κλωβού ή βραχυκυκλωμένος δρομέας, τυλιγμένος δρομέας με δακτυλίους και δρομέας χωρίς αύλακες».

Σύνοψη: Οι τρεις τύποι δρομέων είναι: α) Δρομέας με τύλιγμα κλωβού (βραχυκυκλωμένος) — ράβδοι αλουμινίου ή χαλκού βραχυκυκλωμένες στα άκρα με δακτυλίους, ο πιο απλός/οικονομικός τύπος. β) Τυλιγμένος δρομέας με δακτυλίους — συμμετρικά τριφασικά τυλίγματα (όπως στο στάτη), συνδεδεμένα σε αστέρα, πιο ακριβός επειδή απαιτεί δακτυλίους και ψήκτρες, αλλά επιτρέπει σύνδεση εξωτερικών αντιστάσεων εκκίνησης. γ) Δρομέας χωρίς αύλακες — ολόσωμος σίδηρος όπου επάγονται δινορρεύματα για την παραγωγή ροπής, με μεγάλη μηχανική αντοχή αλλά χαμηλότερο βαθμό απόδοσης.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Κλωβού, τυλιγμένος με δακτυλίους, χωρίς αύλακες (ολόσωμος)

Αλλαγή φοράς περιστροφής του δρομέα

Ερώτηση: Πώς γίνεται η αλλαγή της φοράς περιστροφής του δρομέα;

Απάντηση:

§4.2 (τριφασικοί κινητήρες επαγωγής). Η φορά περιστροφής του δρομέα ακολουθεί τη φορά περιστροφής του στρεφόμενου μαγνητικού πεδίου του στάτη, που καθορίζεται από τη σειρά διαδοχής των φάσεων τροφοδοσίας.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η φορά περιστροφής ενός τριφασικού κινητήρα επαγωγής καθορίζεται από τη σειρά διαδοχής των τριών φάσεων που τροφοδοτούν το τύλιγμα του στάτη. Για να αλλάξει η φορά περιστροφής, αρκεί να εναλλαγούν δύο οποιεσδήποτε από τις τρεις φάσεις τροφοδοσίας (π.χ. να αντιστραφούν οι συνδέσεις των αγωγών L2 και L3, αφήνοντας τον L1 σταθερό) — έτσι αντιστρέφεται η φορά περιστροφής του στρεφόμενου μαγνητικού πεδίου, και άρα και του δρομέα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Εναλλαγή δύο από τις τρεις φάσεις τροφοδοσίας του στάτη

Εκκίνηση μονοφασικού κινητήρα επαγωγής

Ερώτηση: Πώς μπορεί να εκκινήσει ο μονοφασικός κινητήρας επαγωγής;

Απάντηση:

§4.3.1-4.3.2. «Στη λειτουργία αυτή, ο κινητήρας δεν μπορεί να αναπτύξει την ονομαστική του ισχύ [...] θα εκκινήσει μόνο εάν δεχθεί ώθηση». Χρησιμοποιείται βοηθητικό τύλιγμα εκκίνησης, ηλεκτρικά μετατοπισμένο ως προς το κύριο.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ένας καθαρά μονοφασικός κινητήρας επαγωγής δεν μπορεί να δημιουργήσει από μόνος του στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο, άρα δεν εκκινεί μόνος του. Για να εκκινήσει, χρησιμοποιείται ένα βοηθητικό τύλιγμα εκκίνησης, ηλεκτρικά μετατοπισμένο (σε διαφορά φάσης) ως προς το κύριο τύλιγμα — η μετατόπιση επιτυγχάνεται με αντίσταση σε σειρά (κινητήρας με αντίσταση), με πυκνωτή σε σειρά (κινητήρας με πυκνωτή) ή με βραχυκυκλωμένες σπείρες σε τμήμα του πόλου (κινητήρας σκιασμένου πόλου). Ο συνδυασμός κύριου και βοηθητικού τυλίγματος δημιουργεί το απαραίτητο στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο για την εκκίνηση.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Βοηθητικό τύλιγμα εκκίνησης (με αντίσταση, πυκνωτή ή σκιασμένο πόλο) σε συνδυασμό με το κύριο τύλιγμα

Ρόλος του φυγοκεντρικού διακόπτη

Ερώτηση: Ποιος είναι ο ρόλος του φυγοκεντρικού διακόπτη;

Απάντηση:

§4.3.2. «Το βοηθητικό τύλιγμα εκκίνησης πρέπει να αποσυνδεθεί όταν ο κινητήρας έχει αναπτύξει το 75%-80% της ονομαστικής του ταχύτητας [...] Για την αποσύνδεση του βοηθητικού τυλίγματος συνδέεται ένας φυγοκεντρικός διακόπτης».

Σύνοψη: Ο φυγοκεντρικός διακόπτης προσαρμόζεται στον άξονα του κινητήρα και αποσυνδέει το βοηθητικό τύλιγμα εκκίνησης μόλις ο κινητήρας φτάσει το 75%-80% της ονομαστικής του ταχύτητας — από εκείνο το σημείο και μετά, ο κινητήρας συνεχίζει να λειτουργεί μόνο με το κύριο τύλιγμα (χωρίς το βοηθητικό, που θα προκαλούσε υπερθέρμανση αν παρέμενε συνδεδεμένο επ' αόριστον). Το τόξο που δημιουργεί κατά το άνοιγμα/κλείσιμο επιτρέπει τη χρήση του μόνο σε ανοικτούς (μη αεροστεγείς) κινητήρες, όχι σε ψυκτικό μέσο.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Αποσυνδέει το βοηθητικό τύλιγμα εκκίνησης στο 75-80% της ονομαστικής ταχύτητας

Μονοφασικός κινητήρας επαγωγής με αντίσταση

Ερώτηση: Περιγράψτε τη λειτουργία των μονοφασικών κινητήρων επαγωγής με αντίσταση.

Απάντηση:

§4.3.2. Μια αντίσταση συνδέεται σε σειρά με το βοηθητικό τύλιγμα εκκίνησης· η αποσύνδεση γίνεται με φυγοκεντρικό διακόπτη στο 75-80% της ονομαστικής ταχύτητας.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Στον μονοφασικό κινητήρα επαγωγής με αντίσταση, μια αντίσταση συνδέεται σε σειρά με το βοηθητικό τύλιγμα εκκίνησης. Επειδή το βοηθητικό τύλιγμα (με την αντίσταση) έχει διαφορετική σύνθετη αντίσταση από το κύριο τύλιγμα, τα ρεύματα στα δύο τυλίγματα αναπτύσσουν μεταξύ τους μια διαφορά φάσης, αρκετή για να δημιουργηθεί στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο και ροπή εκκίνησης. Μόλις ο κινητήρας φτάσει το 75%-80% της ονομαστικής του ταχύτητας, ένας φυγοκεντρικός διακόπτης τοποθετημένος στον άξονα αποσυνδέει το βοηθητικό τύλιγμα, και ο κινητήρας συνεχίζει να λειτουργεί κανονικά μόνο με το κύριο τύλιγμα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Αντίσταση σε σειρά με βοηθητικό τύλιγμα → διαφορά φάσης → ροπή εκκίνησης· φυγοκεντρικός διακόπτης αποσυνδέει στο 75-80%

Μονοφασικός κινητήρας επαγωγής με πυκνωτή

Ερώτηση: Περιγράψτε τη λειτουργία των μονοφασικών κινητήρων επαγωγής με πυκνωτή.

Απάντηση:

§4.3.3. «Οι μονοφασικοί κινητήρες επαγωγής με πυκνωτή έχουν έναν πυκνωτή συνδεμένο σε σειρά με το βοηθητικό τύλιγμα [...] το ρεύμα στο βοηθητικό τύλιγμα προπορεύεται της τάσης του δικτύου (χωρητική συμπεριφορά), ενώ το ρεύμα στο κύριο τύλιγμα μεταπορεύεται [...] (επαγωγική συμπεριφορά)».

Σύνοψη: (ενδεικτική) Στον μονοφασικό κινητήρα με πυκνωτή, ένας πυκνωτής συνδέεται σε σειρά με το βοηθητικό τύλιγμα (για κινητήρες έως 1,5 kW). Λόγω του πυκνωτή, το ρεύμα στο βοηθητικό τύλιγμα προπορεύεται της τάσης δικτύου (χωρητική συμπεριφορά), ενώ στο κύριο τύλιγμα το ρεύμα μεταπορεύεται (επαγωγική συμπεριφορά) — η μεγάλη διαφορά φάσης ανάμεσα στα δύο ρεύματα δημιουργεί ισχυρό στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο και μεγαλύτερη ροπή εκκίνησης απ' ό,τι ο κινητήρας με αντίσταση. Το βιβλίο περιγράφει τρεις συνδεσμολογίες: (1) όταν η ροπή εκκίνησης επαρκεί, μετά την εκκίνηση και την επιτάχυνση αφαιρούνται το βοηθητικό τύλιγμα και ο πυκνωτής (με φυγοκεντρικό διακόπτη)· (2) για αύξηση της ροπής εκκίνησης στο 50%-70% της ονομαστικής, ο πυκνωτής και το βοηθητικό τύλιγμα παραμένουν συνδεδεμένα σε όλη τη λειτουργία, οπότε ο συντελεστής ισχύος γίνεται περίπου ίσος με τη μονάδα· (3) για ακόμη μεγαλύτερη ροπή εκκίνησης (200%-250% της ονομαστικής) συνδέονται δύο πυκνωτές: ένας πυκνωτής λειτουργίας που παραμένει σε σειρά με τη βοηθητική φάση και βελτιώνει τον συντελεστή ισχύος, και ένας πυκνωτής εκκίνησης που τίθεται εκτός με τον φυγοκεντρικό διακόπτη μόλις ο κινητήρας επιταχύνει.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Πυκνωτής σε σειρά με βοηθητικό τύλιγμα → μεγάλη διαφορά φάσης → μεγάλη ροπή εκκίνησης· τρεις συνδεσμολογίες: μόνο εκκίνησης, μόνιμα συνδεδεμένος (ροπή 50%-70%), δύο πυκνωτές εκκίνησης+λειτουργίας (ροπή 200%-250%)

Μονοφασικός κινητήρας χαμηλής ροπής εκκίνησης (σκιασμένου πόλου)

Ερώτηση: Περιγράψτε τη λειτουργία των μονοφασικών κινητήρων επαγωγής με χαμηλή ροπή εκκίνησης (σκιασμένου πόλου – shaded pole).

Απάντηση:

§4.3.4. «Ο στάτης του κινητήρα σκιασμένου πόλου [...] έχει έκτυπους πόλους [...] Το τύλιγμα εκκίνησης αποτελείται από 2-3 βραχυκυκλωμένες σπείρες [...] τοποθετημένο σε ένα τμήμα του άκρου του κάθε πόλου [...] Στις σπείρες αυτές επάγεται ρεύμα και δημιουργείται το στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο».

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο κινητήρας σκιασμένου πόλου είναι μικρός κινητήρας (30-50 W) για εφαρμογές χαμηλής απαίτησης ροπής εκκίνησης (ανεμιστήρες οικιακών συσκευών, Η/Υ, φωτοτυπικά, στεγνωτήρες μαλλιών). Ο στάτης έχει έκτυπους πόλους από σιδηρομαγνητικά ελάσματα, και σε ένα τμήμα κάθε πόλου είναι τοποθετημένες 2-3 βραχυκυκλωμένες σπείρες («σκιασμένο» τμήμα). Στις σπείρες αυτές επάγεται ρεύμα από το κύριο τύλιγμα, το οποίο καθυστερεί τη μεταβολή της μαγνητικής ροής στο σκιασμένο τμήμα σε σχέση με το υπόλοιπο του πόλου — αυτή η χρονική/χωρική μετατόπιση της ροής δημιουργεί ένα ασθενές στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο, αρκετό για μικρή ροπή εκκίνησης, χωρίς να χρειάζεται καθόλου φυγοκεντρικός διακόπτης ή πυκνωτής.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Βραχυκυκλωμένες σπείρες σε τμήμα κάθε πόλου → μετατόπιση μαγνητικής ροής → ασθενές στρεφόμενο πεδίο, χωρίς φυγοκεντρικό διακόπτη

Χρήση ηλεκτρικών κινητήρων σε εγκαταστάσεις ψύξης-κλιματισμού

Ερώτηση: Ποια είναι η χρήση των ηλεκτρικών κινητήρων στις εγκαταστάσεις ψύξης και κλιματισμού;

Απάντηση:

§4.7.1. «Στις εγκαταστάσεις ψύξης και κλιματισμού, οι ηλεκτρικοί κινητήρες χρησιμοποιούνται για την περιστροφή των μηχανισμών κίνησης του αέρα, του νερού και του ψυκτικού υγρού [...] εγκατεστημένοι στους συμπιεστές, στους ανεμιστήρες και στις αντλίες».

Σύνοψη: (ενδεικτική) Στις εγκαταστάσεις ψύξης και κλιματισμού, οι ηλεκτρικοί κινητήρες κινούν κυρίως τρία είδη μηχανισμών: τους συμπιεστές (συμπίεση του ψυκτικού ρευστού), τους ανεμιστήρες (κίνηση του αέρα στον συμπυκνωτή/εξατμιστή) και τις αντλίες (κίνηση νερού ή άλλων υγρών σε υδρόψυκτα συστήματα). Ορισμένοι από αυτούς λειτουργούν σε δυσμενή περιβάλλοντα — βρόμικα ή μέσα στο ίδιο το ψυκτικό υγρό (ερμητικοί/ημιερμητικοί συμπιεστές).

Κριτήρια αξιολόγησης:

Κίνηση συμπιεστών, ανεμιστήρων και αντλιών (αέρα, νερού, ψυκτικού υγρού)

Περιβάλλοντα λειτουργίας ηλεκτρικών κινητήρων σε ψύξη-κλιματισμό

Ερώτηση: Ποια είναι τα περιβάλλοντα λειτουργίας των ηλεκτρικών κινητήρων στις εγκαταστάσεις ψύξης και κλιματισμού;

Απάντηση:

§4.7.1. «Υπάρχουν κάποιοι κινητήρες που λειτουργούν σε περιβάλλοντα βρόμικα ή σε ψυκτικά υγρά».

Σύνοψη: (ενδεικτική) Στις εγκαταστάσεις ψύξης και κλιματισμού, οι ηλεκτρικοί κινητήρες μπορεί να λειτουργούν σε διαφορετικά περιβάλλοντα: κινητήρες στον ανοικτό αέρα (π.χ. ανεμιστήρες συμπυκνωτή), κινητήρες σε βρόμικα περιβάλλοντα (σκόνη, υγρασία, ρύποι) και κινητήρες μέσα στο ίδιο το ψυκτικό υγρό (ερμητικοί και ημιερμητικοί συμπιεστές, όπου ο κινητήρας είναι εντελώς ή μερικώς βυθισμένος/σε επαφή με το ψυκτικό ρευστό και το λάδι λίπανσης). Το περιβάλλον καθορίζει και τον τρόπο κατασκευής/προστασίας του κινητήρα (π.χ. αεροστεγής κατασκευή, απουσία φυγοκεντρικού διακόπτη στο ψυκτικό υγρό).

Κριτήρια αξιολόγησης:

Ανοικτός αέρας, βρόμικα περιβάλλοντα, μέσα σε ψυκτικό υγρό (ερμητικοί/ημιερμητικοί συμπιεστές)

Παράμετροι πριν την εγκατάσταση ηλεκτρικών κινητήρων σε ψύξη-κλιματισμό

Ερώτηση: Ποιες παραμέτρους πρέπει να γνωρίζουμε πριν από την εγκατάσταση των ηλεκτρικών κινητήρων στις εγκαταστάσεις ψύξης και κλιματισμού;

Απάντηση:

§4.7.1. «Πριν από την εγκατάσταση του ηλεκτροκινητήρα, πρέπει να γίνει επιλογή για το ποιος τύπος κινητήρα είναι κατάλληλος για κάθε εφαρμογή, ώστε να λειτουργεί με καλό βαθμό απόδοσης και σταθερά σε συνθήκες συνεχούς λειτουργίας».

Σύνοψη: (ενδεικτική) Πριν την εγκατάσταση ενός ηλεκτροκινητήρα σε εγκατάσταση ψύξης-κλιματισμού, πρέπει να γνωρίζουμε: το είδος και το μέγεθος του μηχανικού φορτίου που θα κινήσει (συμπιεστής, ανεμιστήρας, αντλία), τις απαιτήσεις ροπής και ρεύματος εκκίνησης (ειδικά όταν χρειάζεται εκκίνηση με φορτίο, όπως στους συμπιεστές), τις συνθήκες περιβάλλοντος λειτουργίας (θερμοκρασία, υγρασία, επαφή με ψυκτικό υγρό — αν απαιτείται αεροστεγής/ερμητικός κινητήρας), και τις απαιτήσεις για συνεχή, σταθερή λειτουργία με καλό βαθμό απόδοσης, ώστε ο κινητήρας να επιλεγεί κατάλληλος για την εφαρμογή και να έχει μεγάλο χρόνο ζωής με τακτική συντήρηση.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Είδος φορτίου, απαιτήσεις ροπής/ρεύματος εκκίνησης, συνθήκες περιβάλλοντος (θερμοκρασία/υγρασία/ψυκτικό υγρό), ανάγκη συνεχούς λειτουργίας

Προβλήματα στην εκκίνηση κινητήρων επαγωγής

Ερώτηση: Ποια είναι τα σημαντικότερα προβλήματα στην εκκίνηση των κινητήρων επαγωγής;

Απάντηση:

§4.4.1. «Τα σημαντικότερα προβλήματα στην εκκίνηση των κινητήρων επαγωγής είναι: η ροπή εκκίνησης, το ρεύμα εκκίνησης».

Σύνοψη: Τα δύο βασικά προβλήματα στην εκκίνηση κινητήρων επαγωγής είναι: η ροπή εκκίνησης (πρέπει να είναι μεγαλύτερη από τη ροπή που επιβάλλει το φορτίο στον άξονα, ώστε ο δρομέας να ξεκινήσει να περιστρέφεται — συχνά απαιτείται ροπή ίση ή και μεγαλύτερη της ονομαστικής, π.χ. σε συμπιεστές) και το ρεύμα εκκίνησης (δεν πρέπει να ξεπερνά τα όρια που θέτει το εξωτερικό δίκτυο τροφοδοσίας, γιατί μεγάλο ρεύμα εκκίνησης προκαλεί σημαντική πτώση τάσης στο δίκτυο, επηρεάζοντας φωτισμό και άλλες συσκευές συνδεδεμένες στο ίδιο δίκτυο).

Κριτήρια αξιολόγησης:

Η ροπή εκκίνησης (πρέπει να υπερβαίνει τη ροπή φορτίου) και το ρεύμα εκκίνησης (πρέπει να μη ξεπερνά τα όρια του δικτύου)

Αντιμετώπιση προβλημάτων εκκίνησης

Ερώτηση: Πώς αντιμετωπίζονται τα προβλήματα εκκίνησης;

Απάντηση:

§4.4.3-4.4.7. Μέθοδοι μείωσης ρεύματος/ρύθμισης ροπής εκκίνησης: επαγωγική αντίδραση σε σειρά, αυτομετασχηματιστής, διακόπτης αστέρα-τρίγωνο, μερικό τύλιγμα, πρόσθετη αντίσταση στο δρομέα (τυλιγμένος δρομέας).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Τα προβλήματα εκκίνησης αντιμετωπίζονται με ειδικές μεθόδους εκκίνησης που μειώνουν το ρεύμα εκκίνησης, διατηρώντας παράλληλα επαρκή ροπή: για κινητήρες με δρομέα κλωβού χρησιμοποιείται εκκίνηση με επαγωγική αντίδραση σε σειρά, με αυτομετασχηματιστή, με διακόπτη αστέρα-τρίγωνο (Υ-Δ) ή με μερικό τύλιγμα· για κινητήρες με τυλιγμένο δρομέα, συνδέεται πρόσθετη αντίσταση στο κύκλωμα του δρομέα, η οποία αφαιρείται σταδιακά καθώς ο κινητήρας φτάνει την ονομαστική ταχύτητα. Η επιλογή της μεθόδου εξαρτάται από την ισχύ του κινητήρα και την απαιτούμενη ροπή εκκίνησης της εφαρμογής.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Ειδικές μέθοδοι εκκίνησης (επαγωγική αντίδραση, αυτομετασχηματιστής, Υ-Δ, μερικό τύλιγμα, αντίσταση δρομέα) που μειώνουν το ρεύμα διατηρώντας επαρκή ροπή

Τρόποι εκκίνησης κινητήρων με δρομέα κλωβού

Ερώτηση: Ποιοι τρόποι εκκίνησης υπάρχουν για τους κινητήρες με δρομέα κλωβού;

Απάντηση:

§4.4.3-4.4.6. «4.4.3 Εκκίνηση με Επαγωγική Αντίδραση σε Σειρά», «4.4.4 Εκκίνηση με Αυτομετασχηματιστή», «4.4.5 Εκκίνηση με Διακόπτη Αστέρα-Τρίγωνο», «4.4.6 Εκκίνηση με Μερικό Τύλιγμα».

Σύνοψη: Για κινητήρες επαγωγής με δρομέα κλωβού υπάρχουν τέσσερις βασικοί τρόποι εκκίνησης: 1) Επαγωγική αντίδραση σε σειρά με το τύλιγμα του στάτη (απλή μέθοδος, μικρή ροπή εκκίνησης). 2) Αυτομετασχηματιστής, που μειώνει την τάση τροφοδοσίας κλιμακωτά κατά την εκκίνηση (καλύτερη ροπή απ' ό,τι η επαγωγική αντίδραση). 3) Διακόπτης αστέρα-τρίγωνο (Υ-Δ): σύνδεση σε αστέρα κατά την εκκίνηση (ρεύμα/ροπή στο 1/3 της σύνδεσης τρίγωνο), σύνδεση σε τρίγωνο στην κανονική λειτουργία. 4) Μερικό τύλιγμα: το τύλιγμα του στάτη χωρίζεται σε παράλληλους κλάδους, που συνδέονται σταδιακά ο ένας μετά τον άλλο.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Επαγωγική αντίδραση σε σειρά, αυτομετασχηματιστής, διακόπτης Υ-Δ, μερικό τύλιγμα

Τρόπος εκκίνησης κινητήρων με τυλιγμένο δρομέα

Ερώτηση: Ποιοι τρόποι εκκίνησης υπάρχουν για τους κινητήρες με τυλιγμένο δρομέα;

Απάντηση:

§4.4.7. «Το ρεύμα εκκίνησης ενός κινητήρα επαγωγής με τυλιγμένο δρομέα μειώνεται και η ροπή αυξάνεται με σύνδεση πρόσθετης αντίστασης στο κύκλωμα του δρομέα [...] Όταν ο κινητήρας επιταχύνει και αναπτύξει την ονομαστική του ταχύτητα, τότε οι αντιστάσεις εκκίνησης αφαιρούνται».

Σύνοψη: Για κινητήρες με τυλιγμένο δρομέα (με δακτυλίους), η εκκίνηση γίνεται με σύνδεση πρόσθετης αντίστασης στο κύκλωμα του δρομέα (μέσω των δακτυλίων ολίσθησης). Αυτή η εξωτερική αντίσταση ταυτόχρονα μειώνει το ρεύμα εκκίνησης και αυξάνει τη ροπή εκκίνησης — πλεονέκτημα που δεν έχουν οι μέθοδοι εκκίνησης του δρομέα κλωβού. Καθώς ο κινητήρας επιταχύνει και πλησιάζει την ονομαστική του ταχύτητα, η πρόσθετη αντίσταση αφαιρείται σταδιακά (σε βαθμίδες), μέχρι ο δρομέας να βραχυκυκλωθεί πλήρως στην κανονική λειτουργία.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Πρόσθετη (εξωτερική) αντίσταση στο κύκλωμα του δρομέα, αφαιρούμενη σταδιακά κατά την επιτάχυνση

Λόγοι ψύξης των ηλεκτροκινητήρων

Ερώτηση: Για ποιους λόγους πρέπει να ψύχονται οι ηλεκτροκινητήρες;

Απάντηση:

§4.6. «Κατά τη διαδικασία της ηλεκτρομηχανικής μετατροπής ενέργειας εμφανίζονται απώλειες ισχύος, με συνέπεια την αύξηση της θερμοκρασίας των ηλεκτρικών μηχανών. Ως συνέπεια, όλες οι ηλεκτρικές μηχανές πρέπει να ψύχονται».

Σύνοψη: (ενδεικτική) Κατά τη μετατροπή ηλεκτρικής σε μηχανική ενέργεια αναπτύσσονται αναπόφευκτα απώλειες ισχύος (χαλκού, σιδήρου, μηχανικές), οι οποίες μετατρέπονται σε θερμότητα και ανεβάζουν τη θερμοκρασία της μηχανής. Αν η θερμότητα αυτή δεν απομακρύνεται (ψύξη), η θερμοκρασία μπορεί να ξεπεράσει τα όρια αντοχής της μόνωσης των τυλιγμάτων (ανάλογα με την κατηγορία μόνωσης Α/Β/F/Η), προκαλώντας φθορά ή καταστροφή της μόνωσης, μείωση του χρόνου ζωής της μηχανής και κίνδυνο βλάβης/βραχυκυκλώματος. Γι' αυτό όλες οι ηλεκτρικές μηχανές χρειάζονται κατάλληλο σύστημα ψύξης (φυσική ψύξη, αυτοανεμισμό ή υδρόψυξη, ανάλογα με το μέγεθος).

Κριτήρια αξιολόγησης:

Οι απώλειες ισχύος μετατρέπονται σε θερμότητα που, αν δεν απομακρυνθεί, καταστρέφει τη μόνωση και μειώνει τον χρόνο ζωής της μηχανής

Σημαντικότερες απώλειες ισχύος στις ηλεκτρικές μηχανές

Ερώτηση: Ποιες είναι οι πιο σημαντικές απώλειες ισχύος στις ηλεκτρικές μηχανές;

Απάντηση:

§4.6. «Οι πλέον σημαντικές απώλειες ισχύος στις ηλεκτρικές μηχανές είναι: Οι απώλειες χαλκού στα τυλίγματα... Οι απώλειες σιδήρου στα μαγνητικά υλικά... Οι μηχανικές απώλειες από τριβές στα κινούμενα μέρη».

Σύνοψη: Οι σημαντικότερες απώλειες ισχύος στις ηλεκτρικές μηχανές είναι τριών ειδών: α) Απώλειες χαλκού — στα τυλίγματα, τους αγωγούς, τις ψήκτρες, τους δακτυλίους ολίσθησης και τον συλλέκτη (λόγω ωμικής αντίστασης, Ρ=R·I²). β) Απώλειες σιδήρου — στα μαγνητικά υλικά που βρίσκονται μέσα σε μεταβαλλόμενα μαγνητικά πεδία, προερχόμενες από δινορρεύματα και υστέρηση, και μεταβάλλονται με τη συχνότητα της τάσης και την πυκνότητα της μαγνητικής ροής. γ) Μηχανικές απώλειες — από τριβές στα κινούμενα μέρη (τριβείς, ψήκτρες) και από αντίσταση του αέρα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Απώλειες χαλκού (τυλίγματα), σιδήρου (δινορρεύματα/υστέρηση) και μηχανικές (τριβές)

Κατηγορίες μόνωσης και μέγιστες επιτρεπτές θερμοκρασίες

Ερώτηση: Ποιες είναι οι κατηγορίες μόνωσης και ποιες είναι οι αντίστοιχες μέγιστες επιτρεπτές θερμοκρασίες;

Απάντηση:

§4.6. «1. Κατηγορία Α, με Δθ < 60°C [...] 2. Κατηγορία Β, με Δθ < 80°C [...] 3. Κατηγορία F, με Δθ < 105°C [...] 4. Κατηγορία Η, με Δθ < 125°C».

Σύνοψη: Οι κατηγορίες μόνωσης των ηλεκτρικών μηχανών, με τη μέγιστη επιτρεπτή αύξηση θερμοκρασίας Δθ, είναι: Κατηγορία Α: Δθ < 60°C (βαμβάκι, χαρτί, συνθετικά υλικά). Κατηγορία Β: Δθ < 80°C (ρητίνες, βερνίκι). Κατηγορία F: Δθ < 105°C (μίκα, εποξίνη). Κατηγορία Η: Δθ < 125°C (αμίαντος, λάστιχο σιλικόνης, ίνες γυαλιού). Όσο «ανώτερη» η κατηγορία (Α→Β→F→Η), τόσο μεγαλύτερη είναι η αντοχή του υλικού μόνωσης στη θερμότητα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Α: Δθ<60°C, Β: Δθ<80°C, F: Δθ<105°C, Η: Δθ<125°C

Κατηγορίες ψύξης ηλεκτρικών κινητήρων

Ερώτηση: Ποιες είναι οι κατηγορίες ψύξης των ηλεκτρικών κινητήρων;

Απάντηση:

§4.6. «υπάρχουν οι ακόλουθες κατηγορίες ηλεκτρικών κινητήρων, οι οποίες προσδιορίζονται από τη μέθοδο που χρησιμοποιείται για την ψύξη τους: Μηχανές με φυσική ψύξη [...] Μηχανές με αυτοανεμισμό [...] Μηχανές με εξωτερική ψύξη [...] Μηχανές με ανεξάρτητη ψύξη».

Σύνοψη: Ανάλογα με τη μέθοδο που χρησιμοποιείται για την ψύξη τους, οι ηλεκτρικοί κινητήρες κατατάσσονται σε: α) Μηχανές με φυσική ψύξη — δεν διαθέτουν ειδικές διατάξεις για την αποβολή της θερμότητας· συνήθως είναι οι μικρές μηχανές. β) Μηχανές με αυτοανεμισμό — διαθέτουν ανεμιστήρες στον ίδιο άξονα με τον δρομέα για τη διασκόρπιση της θερμότητας. γ) Μηχανές με εξωτερική ψύξη — χρησιμοποιούνται σε περιβάλλοντα με εκρηκτικά και διαβρωτικά αέρια· είναι τελείως κλειστές, ώστε τα επικίνδυνα αέρια να μην εισχωρούν στη μηχανή, και η ψύξη γίνεται μόνο εξωτερικά με έναν ανεμιστήρα. δ) Μηχανές με ανεξάρτητη ψύξη — ψυκτικό ρευστό (νερό, υδρογόνο ή αέρας) ρέει σε κλειστό κύκλωμα ανακύκλωσης και ψύχει το εσωτερικό της μηχανής· χρησιμοποιείται μόνο σε μηχανές πολύ μεγάλης ισχύος. Στις ψυκτικές εγκαταστάσεις το βιβλίο διακρίνει επιπλέον τον ηλεκτροκινητήρα που ψύχεται με το ψυκτικό υγρό (υψηλή απόδοση, δυσκολότερη αλλαγή) από τον αερόψυκτο ηλεκτροκινητήρα (εκτός κυκλώματος ψύξης, εύκολη αλλαγή).

Κριτήρια αξιολόγησης:

Φυσική ψύξη, αυτοανεμισμός, εξωτερική ψύξη, ανεξάρτητη ψύξη

Συσκευές προστασίας ηλεκτροκινητήρων

Ερώτηση: Ποιες είναι οι συσκευές προστασίας των ηλεκτροκινητήρων;

Απάντηση:

§4.5. «Για την προστασία των ηλεκτρικών κυκλωμάτων με ηλεκτροκινητήρες συχνά χρησιμοποιούνται ασφάλειες [...] Οι κύριες συσκευές προστασίας των ηλεκτροκινητήρων είναι: ο ηλεκτρονόμος, ο επαφέας και ο αυτόματος διακόπτης» (§4.5.1-4.5.5, με ειδικές μορφές ηλεκτρονόμου το ρελέ τάσης και το ρελέ ρεύματος).

Σύνοψη: Οι κύριες συσκευές προστασίας των ηλεκτροκινητήρων είναι: ο ηλεκτρονόμος (ρελέ), που κλείνει ή ανοίγει ένα ηλεκτρικό κύκλωμα και έτσι θέτει σε λειτουργία ή διακόπτει τη λειτουργία του μηχανήματος, ο επαφέας, που συνδέει/αποσυνδέει τον κινητήρα στο κύκλωμα εκκίνησης, και ο αυτόματος διακόπτης, που χρησιμοποιείται για κινητήρες επαγωγής από 1 kW μέχρι μερικές εκατοντάδες kW. Ειδικές μορφές ηλεκτρονόμου είναι το ρελέ τάσης (αποσυνδέει τον πυκνωτή εκκίνησης του μονοφασικού κινητήρα συμπιεστή στο 75% της ονομαστικής ταχύτητας) και το ρελέ ρεύματος (σε μονοφασικούς κινητήρες χαμηλής ισχύος με συχνές και παρατεταμένες υπερφορτίσεις κατά την εκκίνηση, π.χ. ψυκτικούς συμπιεστές). Επιπλέον, για την προστασία των κυκλωμάτων με ηλεκτροκινητήρες χρησιμοποιούνται συχνά ασφάλειες.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Κύριες: ηλεκτρονόμος, επαφέας, αυτόματος διακόπτης (+ ρελέ τάσης, ρελέ ρεύματος, ασφάλειες)

Κινητήρες συμπιεστών με δύο ταχύτητες

Ερώτηση: Γιατί οι ηλεκτροκινητήρες που κινούν τους συμπιεστές των κλιματιστικών λειτουργούν με δύο διαφορετικές ταχύτητες;

Απάντηση:

§4.7.2. «Τα κλιματιστικά των κατοικιών λειτουργούν με διαφορετικό θερμικό φορτίο το χειμώνα από το καλοκαίρι. Οι ηλεκτροκινητήρες που κινούν τους συμπιεστές των κλιματιστικών παρουσιάζουν καλύτερο ετήσιο βαθμό απόδοσης, αν έχουν τη δυνατότητα λειτουργίας με δύο διαφορετικές ταχύτητες: μια υψηλή ταχύτητα για το καλοκαίρι, όταν το θερμικό φορτίο είναι μεγάλο και μία χαμηλή ταχύτητα για το χειμώνα, όταν το θερμικό φορτίο του είναι μικρό».

Σύνοψη: (ενδεικτική) Τα κλιματιστικά των κατοικιών λειτουργούν με διαφορετικό θερμικό φορτίο τον χειμώνα από ό,τι το καλοκαίρι. Γι' αυτό οι ηλεκτροκινητήρες των συμπιεστών τους λειτουργούν με δύο ταχύτητες: υψηλή ταχύτητα το καλοκαίρι, όταν το θερμικό φορτίο είναι μεγάλο, και χαμηλή ταχύτητα τον χειμώνα, όταν το θερμικό φορτίο είναι μικρό. Με τον τρόπο αυτό ο κινητήρας προσαρμόζεται στο φορτίο και παρουσιάζει καλύτερο ετήσιο βαθμό απόδοσης (μικρότερη κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας).

Κριτήρια αξιολόγησης:

Διαφορετικό θερμικό φορτίο χειμώνα-καλοκαιριού: υψηλή ταχύτητα το καλοκαίρι (μεγάλο φορτίο), χαμηλή τον χειμώνα (μικρό φορτίο) → καλύτερος ετήσιος βαθμός απόδοσης

Τρόποι λειτουργίας κινητήρων συμπιεστών δύο ταχυτήτων

Ερώτηση: Με ποιους τρόπους γίνεται η λειτουργία των ηλεκτροκινητήρων των συμπιεστών με δύο ταχύτητες;

Απάντηση:

§4.7.2. «Η λειτουργία του ηλεκτροκινητήρα με δύο ταχύτητες γίνεται με τη μέθοδο της αλλαγής του αριθμού των πόλων [...] Η αλλαγή του αριθμού των πόλων μπορεί να γίνει με δύο τρόπους: Χειροκίνητα [...] Αυτόματα».

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η λειτουργία με δύο ταχύτητες γίνεται με τη μέθοδο της αλλαγής του αριθμού των πόλων του κινητήρα: ως διπολικός κινητήρας λειτουργεί με υψηλή ταχύτητα (3000 στροφές ανά λεπτό) και ως τετραπολικός με χαμηλή ταχύτητα (1500 στροφές ανά λεπτό, δηλαδή το μισό). Στην πράξη αλλάζει η σύνδεση των δύο τυλιγμάτων κάθε φάσης του στάτη (σε σειρά για τη χαμηλή, παράλληλα για την υψηλή ταχύτητα, Σχήμα 4.7.1). Η αλλαγή του αριθμού των πόλων γίνεται με δύο τρόπους: α) Χειροκίνητα, όταν το κλιματιστικό έχει διακόπτη δύο θέσεων «χειμώνα» – «καλοκαίρι». β) Αυτόματα, όταν το κλιματιστικό έχει θερμοστάτη χώρου και αυτόματο επαφέα, ο οποίος αλλάζει από τη θέση «χειμώνα» στη θέση «καλοκαίρι».

Κριτήρια αξιολόγησης:

Αλλαγή αριθμού πόλων (διπολικός 3000 ΣΑΛ / τετραπολικός 1500 ΣΑΛ)· χειροκίνητα με διακόπτη «χειμώνα-καλοκαίρι» ή αυτόματα με θερμοστάτη χώρου και αυτόματο επαφέα

Μονοφασικοί ή τριφασικοί κινητήρες σε εγκαταστάσεις κλιματιστικών

Ερώτηση: Σε ποιες εγκαταστάσεις κλιματιστικών χρησιμοποιούνται μονοφασικοί κινητήρες και σε ποιες τριφασικοί;

Απάντηση:

§4.7.2. «Στις κατοικίες και στα γραφεία τα οποία τροφοδοτούνται με μονοφασικό ρεύμα, χρησιμοποιούνται στα κλιματιστικά μηχανήματα μονοφασικοί ηλεκτροκινητήρες συμπιεστών. Σε μεγάλες βιομηχανικές μονάδες, σε κτίρια γραφείων, σε εμπορικά κέντρα και γενικότερα σε πολυώροφα κτίρια όπου υπάρχει κεντρικός κλιματισμός, υπάρχει τριφασική τάση τροφοδότησης [...] και επομένως χρησιμοποιούνται τριφασικοί ηλεκτροκινητήρες συμπιεστών».

Σύνοψη: (ενδεικτική) Οι μονοφασικοί κινητήρες συμπιεστών χρησιμοποιούνται στα κλιματιστικά μηχανήματα των κατοικιών και των γραφείων που τροφοδοτούνται με μονοφασικό ρεύμα. Οι τριφασικοί κινητήρες συμπιεστών χρησιμοποιούνται σε μεγάλες βιομηχανικές μονάδες, κτίρια γραφείων, εμπορικά κέντρα και γενικότερα σε πολυώροφα κτίρια με κεντρικό κλιματισμό, όπου υπάρχει τριφασική τάση τροφοδότησης και όλος ο εξοπλισμός ψύξης και κλιματισμού είναι τριφασικός. Ο τριφασικός κινητήρας συμπιεστή αναγνωρίζεται από τους τρεις ακροδέκτες U, V, W με ίδια ωμική αντίσταση μεταξύ τους, ενώ ο μονοφασικός έχει ακροδέκτες S, C, R με διαφορετική αντίσταση ανά ζεύγος.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Μονοφασικοί: κατοικίες και γραφεία με μονοφασική παροχή · Τριφασικοί: βιομηχανίες, κτίρια γραφείων, εμπορικά κέντρα, πολυώροφα κτίρια με κεντρικό κλιματισμό (τριφασική παροχή)