Λύσεις Ασκήσεων — Κεφάλαιο 8: Ηλεκτρικές Μηχανές – σελ. 261, 299-300 – ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ Α΄ ΕΠΑΛ

(Πηγή: Βιβλίο Μαθητή, σελ. 261, 299-300. Οι εκφωνήσεις είναι του σχολικού βιβλίου· οι λύσεις πρωτότυπες, διασταυρωμένες με το επίσημο Βιβλίο Λύσεων. Οι υπολογισμοί έχουν επαληθευτεί.)

Άσκηση 1 (σελ. 261)

Από την παρακάτω πινακίδα χαρακτηριστικών στοιχείων ενός ασύγχρονου κινητήρα βραχυκυκλωμένου δρομέα ζητείται: α) Να αναγνωρίσετε τα βασικά χαρακτηριστικά του, όπως την αποδιδόμενη στον άξονα ισχύ και την ένταση λειτουργίας (ρεύμα γραμμής). β) Από τον αριθμό στροφών/λεπτό του κινητήρα να εκτιμήσετε τα ζεύγη πόλων του τυλίγματός του και να υπολογίσετε την ολίσθηση. γ) Ποια ηλεκτρική ισχύς απορροφάται από το δίκτυο; δ) Ποιος είναι ο βαθμός απόδοσης του κινητήρα; — Στοιχεία πινακίδας: 3~ Mot., σύνδεση Υ, 380 V, 13,1 A, 5,5 kW, S1, cos φ = 0,76, 960 /min, 50 Hz, Isol.-Kl. B, IP 44, 64 kg.

Σκέψη / Μεθοδολογία: Η πινακίδα δίνει ό,τι χρειάζεται — αρκεί να ξέρεις τι σημαίνει κάθε νούμερο. ΚΡΙΣΙΜΟ: τα 5,5 kW είναι η ισχύς στον ΑΞΟΝΑ (ωφέλιμη, μηχανική), ΟΧΙ αυτή που απορροφά από το δίκτυο. Τα ζεύγη πόλων δεν γράφονται: τα βρίσκουμε από τις στροφές, ψάχνοντας τη σύγχρονη ταχύτητα που είναι λίγο πάνω από τις 960.

Λύση:

1. α) Από την πινακίδα διαβάζουμε άμεσα: αποδιδόμενη στον άξονα ισχύς \(P_{ωφ} = 5{,}5\ \mathrm{kW}\) και ένταση λειτουργίας (ρεύμα γραμμής) \(I = 13{,}1\ \mathrm{A}\), σε τριφασικό δίκτυο 380 V με σύνδεση αστέρα (Υ), \(\cos\varphi = 0{,}76\), \(f = 50\ \mathrm{Hz}\), \(n = 960\ \text{στρ/min}\).
2. β) Η σύγχρονη ταχύτητα δίνεται από \(n_s = \dfrac{f \times 60}{P}\). Δοκιμάζουμε: για P=1 -> 3000, για P=2 -> 1500, για P=3 -> 1000 στρ/min.
3. Ο δρομέας στρέφεται πάντα λίγο πιο αργά από το μαγνητικό πεδίο, άρα το \(n_s\) πρέπει να είναι λίγο πάνω από τις 960: ταιριάζει το \(n_s = 1000\), δηλαδή 3 ζεύγη πόλων.
4. Ολίσθηση: \(s = \dfrac{n_s - n}{n_s} = \dfrac{1000 - 960}{1000} = 0{,}04 = 4\%\).
5. γ) Στο τριφασικό: \(P_{ηλ} = \sqrt{3} \cdot U \cdot I \cdot \cos\varphi = 1{,}73 \times 380 \times 13{,}1 \times 0{,}76 \approx 6553\ \mathrm{W} \approx 6{,}55\ \mathrm{kW}\).
6. δ) \(\eta = \dfrac{P_{ωφ}}{P_{ηλ}} = \dfrac{5500}{6553} \approx 0{,}84\), δηλαδή περίπου 84%.

Απάντηση: α) Άξονας \(P_{ωφ} = 5{,}5\ \mathrm{kW}\), ρεύμα γραμμής \(I = 13{,}1\ \mathrm{A}\). β) \(n_s = 1000\ \text{στρ/min}\) -> 3 ζεύγη πόλων, ολίσθηση \(s = \dfrac{1000-960}{1000} = 4\%\). γ) \(P_{ηλ} = \sqrt{3}\,U\,I\cos\varphi \approx 6553\ \mathrm{W} \approx 6{,}55\ \mathrm{kW}\). δ) \(\eta = \dfrac{5500}{6553} \approx 0{,}84\) (84%).

Πρόσεξε:

• Η ΠΙΟ ΣΥΧΝΗ ΠΑΓΙΔΑ: τα 5,5 kW της πινακίδας είναι η ισχύς στον ΑΞΟΝΑ, όχι η απορροφούμενη. Γι' αυτό στο δ) διαιρούμε 5500 διά 6553 — αν τα μπερδέψεις, βγάζεις η > 1, που είναι αδύνατο.
• Τα ζεύγη πόλων ΔΕΝ γράφονται στην πινακίδα: προκύπτουν από τις στροφές. Ζήτα πάντα το \(n_s\) που είναι λίγο μεγαλύτερο από τις ονομαστικές στροφές — αν ήταν ίσο, η ολίσθηση θα ήταν μηδέν και ο κινητήρας δεν θα έβγαζε ροπή.
• Στο τριφασικό ο τύπος έχει \(\sqrt{3}\) και \(\cos\varphi\). Αν ξεχάσεις το \(\sqrt{3}\) ή γράψεις σκέτο \(U\cdot I\), το αποτέλεσμα βγαίνει λάθος.
• S1 σημαίνει συνεχής λειτουργία, IP 44 βαθμός προστασίας, Isol.-Kl. B κλάση μόνωσης.

Ερώτηση 2 (σελ. 299)

Τι σκοπό εξυπηρετεί μια ηλεκτρική μηχανή όταν λειτουργεί: α) ως γεννήτρια; β) ως κινητήρας;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Και οι δύο είναι ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΙΣ ενέργειας — απλώς προς αντίθετη κατεύθυνση. Η ίδια μηχανή μπορεί συχνά να λειτουργήσει και με τους δύο τρόπους.

Λύση:

1. α) Ως γεννήτρια: μετατρέπει τη μηχανική ενέργεια σε ηλεκτρική.
2. β) Ως κινητήρας: μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική.

Ενδεικτική απάντηση: Η γεννήτρια μετατρέπει μηχανική ενέργεια σε ηλεκτρική. Ο κινητήρας μετατρέπει ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική.

Πρόσεξε:

• Είναι η ίδια αρχή προς δύο κατευθύνσεις: πολλές μηχανές μπορούν να λειτουργήσουν και ως γεννήτριες και ως κινητήρες.

Ερώτηση 3 (σελ. 299)

Ποια είναι τα βασικά μέρη μιας ηλεκτρικής μηχανής (γεννήτρια ή κινητήρας);

Σκέψη / Μεθοδολογία: Το κριτήριο διάκρισης είναι απλό: τι μένει ακίνητο και τι περιστρέφεται.

Λύση:

1. Ο στάτης, ο οποίος μαζί με τα πλευρικά κελύφη του αποτελεί το σταθερό (μη κινούμενο) μέρος της μηχανής.
2. Ο δρομέας (ή επαγώγιμο ή τύμπανο), που αποτελεί το κινητό (περιστρεφόμενο) μέρος της μηχανής.

Ενδεικτική απάντηση: Δύο βασικά μέρη: ο στάτης (με τα πλευρικά κελύφη) που είναι το σταθερό μέρος, και ο δρομέας (ή επαγώγιμο ή τύμπανο) που είναι το περιστρεφόμενο μέρος.

Πρόσεξε:

• Ο δρομέας έχει τρία ονόματα στο βιβλίο: δρομέας, επαγώγιμο, τύμπανο. Είναι το ίδιο εξάρτημα.

Ερώτηση 4 (σελ. 299)

Ποια είναι η αρχή λειτουργίας α) της γεννήτριας; β) του κινητήρα;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Δύο συμπληρωματικά φαινόμενα: η γεννήτρια στηρίζεται στην ΕΠΑΓΩΓΗ (κίνηση αγωγού σε πεδίο -> τάση), ο κινητήρας στη ΔΥΝΑΜΗ LAPLACE (ρευματοφόρος αγωγός σε πεδίο -> δύναμη).

Λύση:

1. α) ΓΕΝΝΗΤΡΙΑ: στηρίζεται στην ηλεκτρομαγνητική επαγωγή. Όταν ένας αγωγός κινείται μέσα σε μαγνητικό πεδίο και «κόβει» τις μαγνητικές γραμμές, αναπτύσσεται στα άκρα του ηλεκτρεγερτική δύναμη (\(E = B\,l\,v\)).
2. Περιστρέφοντας μηχανικά τον δρομέα, τα πλαίσια κόβουν συνεχώς τις μαγνητικές γραμμές και παράγεται τάση.
3. β) ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ: στηρίζεται στη δύναμη που ασκείται σε ρευματοφόρο αγωγό όταν βρίσκεται μέσα σε μαγνητικό πεδίο.
4. Οι δυνάμεις αυτές στα πλαίσια του δρομέα δημιουργούν ροπή στρέψης, που τον περιστρέφει.

Ενδεικτική απάντηση: α) Η γεννήτρια στηρίζεται στην ηλεκτρομαγνητική επαγωγή: αγωγός που κινείται μέσα σε μαγνητικό πεδίο και κόβει τις γραμμές του αναπτύσσει ΗΕΔ. β) Ο κινητήρας στηρίζεται στη δύναμη που δέχεται ρευματοφόρος αγωγός μέσα σε μαγνητικό πεδίο — οι δυνάμεις αυτές δημιουργούν ροπή στρέψης που περιστρέφει τον δρομέα.

Πρόσεξε:

• Τα δύο φαινόμενα είναι αντίστροφα: στη γεννήτρια δίνουμε κίνηση και παίρνουμε ρεύμα· στον κινητήρα δίνουμε ρεύμα και παίρνουμε κίνηση.
• Δες τις παραγράφους 8.2.1 (σελ. 244) και 8.2.2 (σελ. 245) του βιβλίου για τα σχήματα.

Ερώτηση 5 (σελ. 299)

Τι είναι περίοδος και τι συχνότητα Ε.Ρ.;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Τα δύο μεγέθη είναι αντίστροφα το ένα του άλλου: το ένα μετράει χρόνο, το άλλο πλήθος ανά χρόνο.

Λύση:

1. Περίοδος T (σε s): είναι ο χρόνος που χρειάζεται για να γίνει μία πλήρης εναλλαγή της εναλλασσόμενης ημιτονοειδούς τάσης.
2. Συχνότητα f (σε c/s ή Hz): είναι ο αριθμός των περιόδων (πλήρων εναλλαγών) της ημιτονοειδούς τάσης σε 1 s.
3. Ισχύει: \(T = \dfrac{1}{f}\) και \(f = \dfrac{1}{T}\).

Ενδεικτική απάντηση: Περίοδος T (σε s) είναι ο χρόνος για μία πλήρη εναλλαγή της εναλλασσόμενης τάσης. Συχνότητα f (σε Hz) είναι ο αριθμός των περιόδων σε 1 s. Συνδέονται με τις σχέσεις \(T = \dfrac{1}{f}\) και \(f = \dfrac{1}{T}\).

Πρόσεξε:

• Στο δίκτυο της ΔΕΗ f = 50 Hz, άρα T = 1/50 = 0,02 s = 20 ms.

Ερώτηση 6 (σελ. 299)

Τι είναι η σύγχρονη ταχύτητα \(n_s\); Από ποια στοιχεία εξαρτάται;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Η σύγχρονη ταχύτητα είναι η ταχύτητα του ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΠΕΔΙΟΥ, όχι απαραίτητα του δρομέα. Εξαρτάται από δύο μόνο μεγέθη: τη συχνότητα και τα ζεύγη πόλων.

Λύση:

1. Σύγχρονη ταχύτητα \(n_s\) ονομάζουμε την ταχύτητα με την οποία πρέπει να περιστραφεί ο εναλλακτήρας για να δώσει ορισμένη συχνότητα (π.χ. για το δίκτυο της ΔΕΗ, f = 50 Hz).
2. Δίνεται από τη σχέση \(n_s = \dfrac{f \times 60}{P}\), όπου P ο αριθμός των ζευγών πόλων.
3. Ανάλογα με τα ζεύγη πόλων: για P=1 -> \(n_s = 3000\) στρ/min· για P=2 -> \(n_s = 1500\)· για P=3 -> \(n_s = 1000\).

Ενδεικτική απάντηση: Σύγχρονη ταχύτητα \(n_s\) είναι η ταχύτητα περιστροφής που αντιστοιχεί σε ορισμένη συχνότητα, δηλαδή η ταχύτητα του στρεφόμενου μαγνητικού πεδίου: \(n_s = \dfrac{f \times 60}{P}\). Εξαρτάται από τη συχνότητα f και τον αριθμό ζευγών πόλων P. Για f = 50 Hz: P=1 -> 3000, P=2 -> 1500, P=3 -> 1000 στρ/min.

Πρόσεξε:

• Όσο περισσότερα τα ζεύγη πόλων, τόσο ΜΙΚΡΟΤΕΡΗ η ταχύτητα — είναι αντιστρόφως ανάλογη.
• Ο ΑΣΥΓΧΡΟΝΟΣ κινητήρας ΔΕΝ στρέφεται με \(n_s\): στρέφεται λίγο πιο αργά (δες την ολίσθηση).

Ερώτηση 7 (σελ. 299)

Τι εξυπηρετεί η διάταξη συλλέκτη-ψηκτρών;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Η ίδια διάταξη κάνει ΑΝΤΙΘΕΤΗ δουλειά στη γεννήτρια και στον κινητήρα — γι' αυτό η απάντηση πρέπει να καλύπτει και τις δύο περιπτώσεις.

Λύση:

1. ΣΤΙΣ ΓΕΝΝΗΤΡΙΕΣ Σ.Ρ.: χρησιμεύει για τη μετατροπή της εναλλασσόμενης τάσης, που αναπτύσσεται στα περιστρεφόμενα πλαίσια της μηχανής, σε συνεχή (ανορθωμένη) τάση.
2. ΣΤΟΥΣ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ Σ.Ρ.: μετατρέπει τη συνεχή τάση τροφοδοσίας σε εναλλασσόμενη στα πλαίσια, ώστε να δημιουργείται η απαιτούμενη μηχανική ροπή στρέψης.

Ενδεικτική απάντηση: Στις γεννήτριες Σ.Ρ. μετατρέπει την εναλλασσόμενη τάση των περιστρεφόμενων πλαισίων σε συνεχή (ανορθωμένη). Στους κινητήρες Σ.Ρ. κάνει το αντίστροφο: μετατρέπει τη συνεχή τάση τροφοδοσίας σε εναλλασσόμενη στα πλαίσια, ώστε να δημιουργείται συνεχώς ροπή στρέψης.

Πρόσεξε:

• Χωρίς τον συλλέκτη, ο κινητήρας Σ.Ρ. θα σταματούσε μετά από μισή στροφή: η ροπή θα άλλαζε φορά και θα τον γύριζε πίσω.

Ερώτηση 8 (σελ. 299)

Ποια είναι η διάκριση των μηχανών Σ.Ρ. ανάλογα με τον τρόπο σύνδεσης του τυλίγματος διέγερσης με το τύλιγμα του τυμπάνου;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Τέσσερις τύποι, με κριτήριο πώς συνδέεται το τύλιγμα διέγερσης σε σχέση με το τύμπανο: παράλληλα, σε σειρά, και τα δύο, ή καθόλου (ξένη πηγή).

Λύση:

1. ΜΕ ΠΑΡΑΛΛΗΛΗ ΔΙΕΓΕΡΣΗ: το τύλιγμα διέγερσης συνδέεται παράλληλα με το τύλιγμα του επαγωγικού τυμπάνου.
2. ΜΕ ΔΙΕΓΕΡΣΗ ΣΕΙΡΑΣ: το τύλιγμα διέγερσης συνδέεται σε σειρά με το τύλιγμα του επαγωγικού τυμπάνου.
3. ΜΕ ΣΥΝΘΕΤΗ ΔΙΕΓΕΡΣΗ: έχουν δύο τυλίγματα διέγερσης — ένα με σύνδεση παράλληλη προς το τύλιγμα τυμπάνου και ένα με σύνδεση σειράς.
4. ΜΕ ΞΕΝΗ ΔΙΕΓΕΡΣΗ: το τύλιγμα διέγερσης τροφοδοτείται από ξένη πηγή.

Ενδεικτική απάντηση: Τέσσερις τύποι: παράλληλη διέγερση (το τύλιγμα διέγερσης παράλληλα με το τύμπανο), διέγερση σειράς (σε σειρά με το τύμπανο), σύνθετη διέγερση (δύο τυλίγματα — ένα παράλληλο και ένα σε σειρά) και ξένη διέγερση (τροφοδοτείται από ξένη πηγή).

Πρόσεξε:

• Ο τρόπος διέγερσης καθορίζει τα χαρακτηριστικά της μηχανής (ροπή, ταχύτητα) — γι' αυτό επιλέγεται ανάλογα με την εφαρμογή. Δες τον πίνακα 8.2.β (σελ. 253).

Ερώτηση 9 (σελ. 299)

Τι ονομάζουμε βαθμό απόδοσης ηλεκτροκινητήρα;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ίδιος ορισμός με κάθε συσκευή: λόγος ωφέλιμης προς απορροφούμενη ισχύ. Στον κινητήρα, «ωφέλιμη» σημαίνει η μηχανική ισχύς στον άξονα.

Λύση:

1. Βαθμός απόδοσης η ονομάζεται το πηλίκο της ωφέλιμης (μηχανικής) ισχύος στον άξονα προς την ηλεκτρική ισχύ που απορροφά ο κινητήρας από το δίκτυο.
2. Δηλαδή \(\eta = \dfrac{P_{ωφ}}{P_{απορρ}}\).
3. Είναι πάντα μικρότερος της μονάδας, γιατί υπάρχουν απώλειες (θερμικές στα τυλίγματα, μαγνητικές, μηχανικές τριβές).

Ενδεικτική απάντηση: Βαθμός απόδοσης η είναι το πηλίκο της ωφέλιμης (μηχανικής) ισχύος στον άξονα προς την ηλεκτρική ισχύ που απορροφά από το δίκτυο: \(\eta = \dfrac{P_{ωφ}}{P_{απορρ}}\). Είναι πάντα μικρότερος της μονάδας λόγω των απωλειών.

Πρόσεξε:

• Στην πινακίδα ενός κινητήρα, τα kW που αναγράφονται είναι η ΩΦΕΛΙΜΗ ισχύς (άξονας). Η απορροφούμενη είναι μεγαλύτερη.

Ερώτηση 10 (σελ. 299)

Ποια η διαφορά μεταξύ σύγχρονου και ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Η διαφορά είναι μία και μόνο: αν ο δρομέας ακολουθεί ακριβώς τη σύγχρονη ταχύτητα ή υστερεί.

Λύση:

1. Η διαφορά αφορά την ταχύτητα περιστροφής τους.
2. Οι σύγχρονοι κινητήρες στρέφονται ΜΕ τη σύγχρονη ταχύτητα περιστροφής \(n_s\).
3. Οι ασύγχρονοι κινητήρες ΔΕΝ στρέφονται με τη σύγχρονη ταχύτητα, αλλά με μικρότερη ταχύτητα.

Ενδεικτική απάντηση: Η διαφορά είναι στην ταχύτητα περιστροφής: ο σύγχρονος στρέφεται με τη σύγχρονη ταχύτητα \(n_s\), ενώ ο ασύγχρονος στρέφεται με μικρότερη ταχύτητα από αυτήν.

Πρόσεξε:

• Η υστέρηση του ασύγχρονου δεν είναι ελάττωμα — είναι ΑΠΑΡΑΙΤΗΤΗ. Χωρίς διαφορά ταχύτητας δεν υπάρχει επαγωγή στον δρομέα, άρα ούτε ροπή (δες την ολίσθηση).

Ερώτηση 11 (σελ. 299)

Τι ονομάζουμε φασική και τι πολική τάση; Ποια η σχέση μεταξύ τους;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Οι δύο τάσεις υπάρχουν ΤΑΥΤΟΧΡΟΝΑ στο ίδιο τριφασικό δίκτυο — απλώς μετριούνται ανάμεσα σε διαφορετικά σημεία.

Λύση:

1. Φασική τάση \(U_φ\): η τάση ανάμεσα στην κάθε φάση και τον ουδέτερο.
2. Πολική τάση \(U_π\): η τάση ανάμεσα σε δύο φάσεις.
3. Σχέση: \(U_π = \sqrt{3} \cdot U_φ\), με \(\sqrt{3} \approx 1{,}73\).

Ενδεικτική απάντηση: Φασική τάση \(U_φ\) είναι η τάση ανάμεσα σε μία φάση και τον ουδέτερο. Πολική τάση \(U_π\) είναι η τάση ανάμεσα σε δύο φάσεις. Συνδέονται με τη σχέση \(U_π = \sqrt{3}\,U_φ\), όπου \(\sqrt{3} \approx 1{,}73\).

Πρόσεξε:

• Έλεγχος με τα νούμερα του δικτύου: \(1{,}73 \times 220 \approx 380\ \mathrm{V}\). Γι' αυτό λέμε «220/380».
• Η πολική είναι ΠΑΝΤΑ μεγαλύτερη από τη φασική — αν σου βγει το αντίστροφο, έχεις αντιστρέψει τον τύπο.

Ερώτηση 12 (σελ. 299)

Γιατί επιβλήθηκαν στο σύνολο σχεδόν των εφαρμογών οι ασύγχρονοι κινητήρες βραχυκυκλωμένου δρομέα;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ο λόγος είναι καθαρά πρακτικός-οικονομικός, όχι τεχνικής υπεροχής σε επιδόσεις.

Λύση:

1. Έχουν μικρότερο κόστος κατασκευής σε σχέση με τους άλλους τύπους ηλεκτρικών κινητήρων.
2. Έχουν επίσης μικρότερο κόστος συντήρησης.

Ενδεικτική απάντηση: Επειδή έχουν μικρότερο κόστος κατασκευής και συντήρησης σε σχέση με τους άλλους τύπους ηλεκτρικών κινητήρων.

Πρόσεξε:

• Ο βραχυκυκλωμένος δρομέας δεν έχει ψήκτρες ούτε συλλέκτη — δηλαδή δεν έχει μέρη που φθείρονται και θέλουν αντικατάσταση. Εκεί οφείλεται η φθηνή συντήρηση.

Ερώτηση 13 (σελ. 299)

Τι καλούμε ολίσθηση;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Η ολίσθηση μετράει ΠΟΣΟ υστερεί ο δρομέας σε σχέση με το μαγνητικό πεδίο — και εκφράζεται ως ποσοστό, όχι ως απόλυτη διαφορά στροφών.

Λύση:

1. Ολίσθηση είναι η σχετική διαφορά ανάμεσα στη σύγχρονη ταχύτητα \(n_s\) και στην πραγματική ταχύτητα n του δρομέα.
2. Δίνεται από τη σχέση \(s = \dfrac{n_s - n}{n_s} \times 100\%\).
3. Είναι καθαρός αριθμός (ή ποσοστό) και είναι πάντα μεγαλύτερη του μηδενός στους ασύγχρονους κινητήρες.

Ενδεικτική απάντηση: Ολίσθηση είναι η σχετική διαφορά της πραγματικής ταχύτητας n του δρομέα από τη σύγχρονη \(n_s\): \(s = \dfrac{n_s - n}{n_s} \times 100\%\).

Πρόσεξε:

• Η ολίσθηση είναι ΑΠΑΡΑΙΤΗΤΗ: αν s = 0 (δηλαδή \(n = n_s\)), ο δρομέας δεν κόβει μαγνητικές γραμμές, δεν επάγεται ρεύμα σε αυτόν και δεν αναπτύσσεται ροπή. Γι' αυτό ο ασύγχρονος δεν φτάνει ποτέ τη σύγχρονη ταχύτητα.
• Τυπικές τιμές: 3–5% στην ονομαστική λειτουργία.

Ερώτηση 14 (σελ. 299)

Πώς αντιμετωπίζουμε το μειονέκτημα, που εμφανίζουν οι ασύγχρονοι κινητήρες βραχυκυκλωμένου δρομέα να απορροφούν κατά την εκκίνηση ρεύμα 10πλάσιο του ρεύματος κανονικής λειτουργίας;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Το πρόβλημα είναι το ρεύμα εκκίνησης. Η λύση είναι διατάξεις που το μειώνουν — με επικρατέστερη τον διακόπτη αστέρα-τριγώνου.

Λύση:

1. Για τη μείωση του ρεύματος εκκίνησης χρησιμοποιούνται κατάλληλες διατάξεις, οι εκκινητές.
2. Η πιο διαδεδομένη διάταξη εκκίνησης είναι ο διακόπτης αστέρα-τριγώνου (Υ-Δ).

Ενδεικτική απάντηση: Με τη χρήση κατάλληλων διατάξεων εκκίνησης (εκκινητών). Η πιο διαδεδομένη είναι ο διακόπτης αστέρα-τριγώνου (Υ-Δ).

Πρόσεξε:

• Το μεγάλο ρεύμα εκκίνησης δεν βλάπτει τόσο τον κινητήρα όσο το ΔΙΚΤΥΟ: προκαλεί πτώση τάσης που ενοχλεί άλλους καταναλωτές (π.χ. τα φώτα «χαμηλώνουν»).

Ερώτηση 15 (σελ. 300)

Ποιοι είναι οι βασικοί τρόποι σύνδεσης τριφασικών καταναλωτών;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Δύο μόνο τρόποι — και η επιλογή τους καθορίζει τι τάση «βλέπει» κάθε τύλιγμα.

Λύση:

1. α) Σύνδεση σε αστέρα (Υ).
2. β) Σύνδεση σε τρίγωνο (Δ).

Ενδεικτική απάντηση: Δύο βασικοί τρόποι: σύνδεση σε αστέρα (Υ) και σύνδεση σε τρίγωνο (Δ).

Πρόσεξε:

• Η διαφορά τους δεν είναι σχεδιαστική: στον αστέρα κάθε τύλιγμα βλέπει τη ΦΑΣΙΚΗ τάση (220 V), στο τρίγωνο την ΠΟΛΙΚΗ (380 V) — δες την ερώτηση 19.

Ερώτηση 16 (σελ. 300)

Με ποιον τρόπο μπορείτε να ρευματοδοτήσετε έναν ασύγχρονο κινητήρα βραχυκυκλωμένου δρομέα ισχύος < 2 HP σε δίκτυο της ΔΕΗ;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Το όριο των 2 HP είναι το κλειδί: κάτω από αυτό το ρεύμα εκκίνησης είναι αρκετά μικρό ώστε να μη χρειάζεται ειδική διάταξη.

Λύση:

1. Εφόσον η ισχύς είναι μικρότερη των 2 HP, ο κινητήρας τροφοδοτείται όπως οι ωμικοί καταναλωτές.
2. Δηλαδή μέσω διακόπτη και ασφαλειών.
3. Σε αυτή την περίπτωση ΔΕΝ απαιτείται διάταξη μείωσης του ρεύματος εκκίνησης.

Ενδεικτική απάντηση: Τροφοδοτείται όπως οι ωμικοί καταναλωτές, δηλαδή απλά μέσω διακόπτη και ασφαλειών. Επειδή η ισχύς είναι κάτω από 2 HP, δεν απαιτείται διάταξη μείωσης του ρεύματος εκκίνησης.

Πρόσεξε:

• Πάνω από τα 2 HP χρειάζεται εκκινητής (π.χ. αστέρα-τριγώνου), γιατί το ρεύμα εκκίνησης γίνεται αρκετά μεγάλο ώστε να ενοχλήσει το δίκτυο.

Ερώτηση 17 (σελ. 300)

Τι θα συμβεί, αν σε έναν ασύγχρονο κινητήρα βραχυκυκλωμένου δρομέα γίνει διακοπή σε μία από τις τρεις φάσεις του δικτύου π.χ. από πτώση ασφάλειας;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Η απάντηση εξαρτάται από το ΑΝ ο κινητήρας ήδη γυρίζει. Είναι μία από τις πιο ύπουλες βλάβες, γιατί ο κινητήρας φαίνεται να «δουλεύει».

Λύση:

1. Αν ο κινητήρας εργάζεται ΧΩΡΙΣ φορτίο ή με μικρό φορτίο και διακοπεί ένας τροφοδοτικός αγωγός, ο κινητήρας ΕΞΑΚΟΛΟΥΘΕΙ να περιστρέφεται.
2. Αν όμως τον σταματήσουμε και θελήσουμε να τον ξαναθέσουμε σε κίνηση, ΔΕΝ ξεκινά — εκτός αν του δώσουμε περιστροφική ώθηση με το χέρι, προς οποιαδήποτε κατεύθυνση.
3. Υπό τις συνθήκες αυτές δεν μπορεί να αποδώσει όλη του την ισχύ: αποδίδει περίπου τη ΜΙΣΗ, και αντίστοιχα μειωμένη ροπή.
4. Αν ο κινητήρας εργαζόταν υπό ΠΛΗΡΕΣ φορτίο, θα ακινητοποιούνταν και θα βούιζε χαρακτηριστικά.
5. Σε αυτή την περίπτωση πρέπει ΑΜΕΣΑ να διακοπεί η τροφοδότησή του.

Ενδεικτική απάντηση: Αν λειτουργεί χωρίς ή με μικρό φορτίο, ο κινητήρας εξακολουθεί να περιστρέφεται, αλλά αποδίδει περίπου τη μισή ισχύ — και αν σταματήσει, δεν ξεκινά μόνος του (μόνο με ώθηση στο χέρι). Αν λειτουργούσε υπό πλήρες φορτίο, θα ακινητοποιούνταν και θα βούιζε χαρακτηριστικά. Σε κάθε περίπτωση πρέπει αμέσως να διακοπεί η τροφοδοσία.

Πρόσεξε:

• Το χαρακτηριστικό «βούισμα» είναι το σήμα κινδύνου: ο ακινητοποιημένος κινητήρας τραβάει τεράστιο ρεύμα και καίγεται σε λίγα λεπτά αν δεν κοπεί το ρεύμα.
• Γι' αυτό υπάρχουν τα θερμικά στον αυτόματο διακόπτη: ανιχνεύουν ακριβώς αυτή την υπερφόρτιση των δύο εναπομεινασών φάσεων.

Ερώτηση 18 (σελ. 300)

Πώς μπορούμε να λειτουργήσουμε έναν ασύγχρονο τριφασικό κινητήρα βραχυκυκλωμένου δρομέα ως μονοφασικό;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Είναι εφικτό μόνο για ΜΙΚΡΟΥΣ κινητήρες και με τίμημα: μειωμένη ισχύς. Χρειάζεται και βοηθητικό στοιχείο για να ξεκινήσει μόνος του.

Λύση:

1. Μικροί τριφασικοί κινητήρες μπορούν να λειτουργήσουν ως μονοφασικοί, με ΜΕΙΩΜΕΝΗ ισχύ.
2. Χρησιμοποιείται κατάλληλη συνδεσμολογία των τυλιγμάτων με βοηθητικό πυκνωτή.
3. Ο πυκνωτής δημιουργεί τη διαφορά φάσης που χρειάζεται ώστε ο κινητήρας να εκκινεί μόνος του.

Ενδεικτική απάντηση: Μικροί τριφασικοί κινητήρες μπορούν να λειτουργήσουν ως μονοφασικοί με μειωμένη ισχύ, με κατάλληλη συνδεσμολογία των τυλιγμάτων και βοηθητικό πυκνωτή, ο οποίος δημιουργεί τη διαφορά φάσης ώστε ο κινητήρας να εκκινεί μόνος του.

Πρόσεξε:

• Ο πυκνωτής είναι απαραίτητος: χωρίς αυτόν το μαγνητικό πεδίο δεν είναι στρεφόμενο αλλά παλλόμενο, οπότε ο κινητήρας δεν ξεκινά μόνος του (το ίδιο πρόβλημα με την απώλεια φάσης).
• Η λύση αφορά ΜΙΚΡΟΥΣ κινητήρες και συνοδεύεται πάντα από μείωση ισχύος.

Ερώτηση 19 (σελ. 300)

Πώς επιτυγχάνουμε αλλαγή της φοράς περιστροφής σε έναν τριφασικό κινητήρα βραχυκυκλωμένου δρομέα;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ο δρομέας ακολουθεί το μαγνητικό πεδίο. Άρα για να αλλάξει φορά ο κινητήρας, αρκεί να αλλάξει φορά το πεδίο — και αυτό γίνεται αλλάζοντας τη σειρά των φάσεων.

Λύση:

1. Η φορά περιστροφής του κινητήρα είναι ίδια με τη φορά περιστροφής του μαγνητικού πεδίου του στάτη.
2. Αλλάζουμε τη φορά με αντιμετάθεση των συνδέσεων (στο κιβώτιο ακροδεκτών) σε ΔΥΟ από τους τρεις αγωγούς τροφοδοσίας.

Ενδεικτική απάντηση: Με αντιμετάθεση δύο από τους τρεις αγωγούς τροφοδοσίας στο κιβώτιο ακροδεκτών. Έτσι αντιστρέφεται η φορά περιστροφής του μαγνητικού πεδίου του στάτη — και ο δρομέας, που το ακολουθεί, γυρίζει αντίστροφα.

Πρόσεξε:

• ΔΥΟ αγωγοί, όχι τρεις: αν αντιμεταθέσεις και τους τρεις, επανέρχεται η αρχική σειρά φάσεων και η φορά μένει ίδια.
• Δες το σχήμα 8.3.4 (σελ. 269) του βιβλίου.

Ερώτηση 20 (σελ. 300)

Ποια είναι η σχέση ρευμάτων γραμμής και ρευμάτων τυλίγματος ασύγχρονου κινητήρα βραχυκυκλωμένου δρομέα σε σύνδεση Υ και σύνδεση Δ;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Πρέπει να ξεχωρίσεις δύο ρεύματα: αυτό που έρχεται από τη γραμμή και αυτό που περνά μέσα από κάθε τύλιγμα. Στον αστέρα ταυτίζονται· στο τρίγωνο όχι.

Λύση:

1. ΣΥΝΔΕΣΗ ΑΣΤΕΡΑ (Υ): το ρεύμα της γραμμής είναι ΙΣΟ με το ρεύμα κάθε τυλίγματος (φάσης του κινητήρα): \(I_{γρ} = I_1 = I_2 = I_3\).
2. Στον αστέρα το κάθε τύλιγμα βρίσκεται υπό τάση 220 V (φασική).
3. ΣΥΝΔΕΣΗ ΤΡΙΓΩΝΟΥ (Δ): το ρεύμα της γραμμής είναι \(\sqrt{3} \approx 1{,}73\) φορές ΜΕΓΑΛΥΤΕΡΟ από το ρεύμα του τυλίγματος: \(I_{γρ} = \sqrt{3}\,I_φ\).
4. Στο τρίγωνο το κάθε τύλιγμα βρίσκεται υπό τάση 380 V (πολική).

Ενδεικτική απάντηση: Στη σύνδεση αστέρα (Υ): \(I_{γρ} = I_φ\) (το ρεύμα γραμμής ισούται με το ρεύμα τυλίγματος) και κάθε τύλιγμα βρίσκεται υπό 220 V. Στη σύνδεση τριγώνου (Δ): \(I_{γρ} = \sqrt{3}\,I_φ \approx 1{,}73\,I_φ\) και κάθε τύλιγμα βρίσκεται υπό 380 V.

Πρόσεξε:

• Πρόσεξε τη συμμετρία: στον αστέρα ίδιο ΡΕΥΜΑ αλλά μικρότερη ΤΑΣΗ· στο τρίγωνο μεγαλύτερο ρεύμα γραμμής και μεγαλύτερη τάση τυλίγματος.
• Ακριβώς σε αυτή τη διαφορά στηρίζεται ο εκκινητής αστέρα-τριγώνου (ερώτηση 20).

Ερώτηση 21 (σελ. 300)

Τι εξυπηρετεί ο διακόπτης Υ-Δ;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ο σκοπός είναι η μείωση του ρεύματος εκκίνησης. Η ιδέα: εκκινεί στη σύνδεση με τη ΜΙΚΡΟΤΕΡΗ τάση τυλίγματος (αστέρας) και μόλις πάρει στροφές αλλάζει στην κανονική (τρίγωνο).

Λύση:

1. Στους ασύγχρονους τριφασικούς κινητήρες βραχυκυκλωμένου δρομέα, η πιο συνηθισμένη διάταξη εκκίνησης είναι ο διακόπτης αστέρα-τριγώνου.
2. Ο κινητήρας ΕΚΚΙΝΕΙ με τα τυλίγματά του συνδεδεμένα σε ΑΣΤΕΡΑ.
3. Έτσι το ρεύμα εκκίνησης είναι μεν αυξημένο (έως και 10 φορές) σε σχέση με το ρεύμα λειτουργίας του σε σύνδεση αστέρα — όχι όμως σε σχέση με την κανονική σύνδεση σε τρίγωνο, οπότε θα ήταν τριπλάσιο.
4. Όταν ο κινητήρας αποκτήσει τις ονομαστικές του στροφές, η συνδεσμολογία μετατρέπεται ΑΥΤΟΜΑΤΑ σε σύνδεση κατά ΤΡΙΓΩΝΟ.

Ενδεικτική απάντηση: Χρησιμεύει στη μείωση του ρεύματος εκκίνησης. Ο κινητήρας εκκινεί σε αστέρα (όπου κάθε τύλιγμα βλέπει μόνο 220 V) και, μόλις αποκτήσει τις ονομαστικές του στροφές, η συνδεσμολογία μετατρέπεται αυτόματα σε τρίγωνο για την κανονική λειτουργία.

Πρόσεξε:

• Το όφελος είναι ότι το ρεύμα εκκίνησης γίνεται περίπου το 1/3 εκείνου που θα ήταν με απευθείας εκκίνηση σε τρίγωνο.
• Τίμημα: και η ροπή εκκίνησης μειώνεται στο 1/3 — γι' αυτό η μέθοδος δεν είναι κατάλληλη για κινητήρες που ξεκινούν με μεγάλο φορτίο.

Ερώτηση 22 (σελ. 300)

Τι εξυπηρετεί ο αυτόματος διακόπτης στο κύκλωμα ρευματοδότησης ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Το «αυτόματος» δεν είναι διακοσμητικό: σημαίνει ότι επεμβαίνει ΜΟΝΟΣ ΤΟΥ, χωρίς χειριστή, όταν κάτι πάει στραβά.

Λύση:

1. Οι αυτόματοι διακόπτες είναι εξοπλισμένοι με διατάξεις προστασίας.
2. Οι διατάξεις αυτές επεμβαίνουν αυτόματα και διακόπτουν το κύκλωμα σε περίπτωση ανωμαλίας ή κινδύνου.
3. Γι' αυτόν ακριβώς τον λόγο ονομάζονται «αυτόματοι».

Ενδεικτική απάντηση: Ο αυτόματος διακόπτης φέρει διατάξεις προστασίας που επεμβαίνουν αυτόματα και διακόπτουν το κύκλωμα σε περίπτωση ανωμαλίας ή κινδύνου — εξ ου και η ονομασία «αυτόματος».

Πρόσεξε:

• Συνδυάζει δύο προστασίες σε μία συσκευή: θερμική (υπερφόρτιση) και ηλεκτρομαγνητική (βραχυκύκλωμα) — δες την επόμενη ερώτηση.

Ερώτηση 23 (σελ. 300)

Από τι μας προστατεύουν α) οι ασφάλειες, β) τα θερμικά, γ) το πηνίο του αυτόματου διακόπτη;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Τρεις διαφορετικές προστασίες για τρεις διαφορετικούς κινδύνους. Το κλειδί: το θερμικό είναι ΑΡΓΟ (υπερφόρτιση διαρκείας), το ηλεκτρομαγνητικό ΑΚΑΡΙΑΙΟ (βραχυκύκλωμα).

Λύση:

1. Οι διατάξεις προστασίας των αυτόματων διακοπτών στηρίζονται σε δύο φαινόμενα: τη θερμική διαστολή ενός διμεταλλικού ελάσματος και την ηλεκτρομαγνητική έλξη του πυρήνα ενός ηλεκτρομαγνήτη.
2. α) ΑΣΦΑΛΕΙΕΣ: προστατεύουν τη γραμμή και τον κινητήρα από ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΜΑ.
3. β) ΘΕΡΜΙΚΑ: το θερμικό στοιχείο (διμεταλλικό έλασμα) αντιδρά και διακόπτει το κύκλωμα σε περίπτωση ΥΠΕΡΦΟΡΤΙΣΗΣ ΜΕΓΑΛΗΣ ΔΙΑΡΚΕΙΑΣ — π.χ. διακοπή μιας φάσης, που συνεπάγεται υπερφόρτιση των δύο άλλων.
4. γ) ΤΟ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΣΤΟΙΧΕΙΟ (πηνίο): αντιδρά σε περίπτωση ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ.
5. Επιπλέον, το πηνίο έλλειψης τάσης ανοίγει το κύκλωμα όταν η τάση μειωθεί σημαντικά κάτω από την κανονική τιμή — έτσι οι κινητήρες δεν ξεκινούν αυτόματα μόλις επανέλθει το ρεύμα.

Ενδεικτική απάντηση: α) Οι ασφάλειες προστατεύουν από βραχυκύκλωμα. β) Τα θερμικά (διμεταλλικό έλασμα) από υπερφόρτιση μεγάλης διάρκειας — π.χ. όταν πέσει μια φάση και υπερφορτιστούν οι άλλες δύο. γ) Το πηνίο (ηλεκτρομαγνητικό στοιχείο) από βραχυκύκλωμα· επιπλέον, το πηνίο έλλειψης τάσης ανοίγει το κύκλωμα όταν πέσει σημαντικά η τάση, ώστε οι κινητήρες να μην ξεκινούν μόνοι τους μόλις επανέλθει το ρεύμα.

Πρόσεξε:

• Η διαφορά θερμικού-ηλεκτρομαγνητικού είναι ο ΧΡΟΝΟΣ: το θερμικό χρειάζεται χρόνο για να ζεσταθεί το έλασμα (αργή, μέτρια υπέρβαση), το ηλεκτρομαγνητικό δρα ακαριαία (τεράστιο ρεύμα).
• Το πηνίο έλλειψης τάσης είναι προστασία ΑΝΘΡΩΠΩΝ: εμποδίζει μηχανές να ξεκινήσουν ξαφνικά μόνες τους πάνω σε χειριστή που τις επισκευάζει.

Ερώτηση 24 (σελ. 300)

Τι εξυπηρετεί η χρήση ηλεκτρονόμου για τη ρευματοδότηση κινητήρα;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ο ηλεκτρονόμος επιτρέπει να χειριζόμαστε μεγάλη ισχύ με μικρό σήμα — άρα από απόσταση και αυτόματα.

Λύση:

1. Οι ηλεκτρονόμοι χρησιμοποιούνται για τον τηλεχειρισμό των ηλεκτρικών κινητήρων.
2. Χρησιμοποιούνται επίσης για την αυτόματη λειτουργία τους, μέσω κυκλωμάτων ελέγχου.

Ενδεικτική απάντηση: Ο ηλεκτρονόμος επιτρέπει τον τηλεχειρισμό και την αυτόματη λειτουργία των ηλεκτρικών κινητήρων μέσω κυκλωμάτων ελέγχου.

Πρόσεξε:

• Η βασική ιδέα είναι ο διαχωρισμός κυκλώματος ελέγχου (ασθενές) και κυκλώματος ισχύος (ισχυρό) — δες και το Κεφ.5, ερώτηση 14.

Ερώτηση 25 (σελ. 300)

Τι εξυπηρετεί ένας Μ/Σ;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ο μετασχηματιστής δεν παράγει ενέργεια — την ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΖΕΙ: ίδια περίπου ισχύς, διαφορετικός συνδυασμός τάσης-έντασης.

Λύση:

1. Οι μετασχηματιστές είναι ηλεκτρικές μηχανές που χρησιμοποιούνται για να ανυψώσουν ή να υποβιβάσουν την τάση.
2. Οι μηχανές αυτές ΔΕΝ έχουν περιστρεφόμενα μέρη.
3. Προσδίδεται σε αυτούς ένα ποσό ηλεκτρικής ενέργειας από πηγή Ε.Ρ. με δεδομένα χαρακτηριστικά (τάσης, έντασης).
4. Αποδίδεται το ίδιο περίπου ποσό — αφαιρουμένων των απωλειών, που προέρχονται κυρίως από δινορεύματα — αλλά με ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΑ χαρακτηριστικά τάσης και έντασης.

Ενδεικτική απάντηση: Ο μετασχηματιστής ανυψώνει ή υποβιβάζει την τάση. Είναι ηλεκτρική μηχανή χωρίς περιστρεφόμενα μέρη: παραλαμβάνει ηλεκτρική ενέργεια με δεδομένη τάση/ένταση και αποδίδει περίπου την ίδια ισχύ (μείον τις απώλειες, κυρίως από δινορεύματα) με διαφορετικά χαρακτηριστικά τάσης και έντασης.

Πρόσεξε:

• ΔΕΝ κερδίζεις ενέργεια: αν ανεβάσεις την τάση, κατεβαίνει αντίστοιχα η ένταση (\(U_1 I_1 \approx U_2 I_2\)).
• Είναι η μόνη «ηλεκτρική μηχανή» του κεφαλαίου χωρίς κινούμενα μέρη — γι' αυτό έχει και πολύ υψηλό βαθμό απόδοσης.

Ερώτηση 26 (σελ. 300)

Ο Μ/Σ εργάζεται στο Σ.Ρ. και στο Ε.Ρ.; Εξηγήστε την απάντηση.

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ερώτηση-παγίδα με δύο σκέλη. Στο Σ.Ρ. συμβαίνουν ΔΥΟ κακά ταυτόχρονα: ούτε μετασχηματίζει, ΚΑΙ καταστρέφεται. Το κλειδί είναι ότι η \(X_L\) μηδενίζεται στο Σ.Ρ.

Λύση:

1. Οι μετασχηματιστές λειτουργούν ΜΟΝΟ στο Ε.Ρ.
2. Στο Ε.Ρ. παρουσιάζουν σύνθετη αντίσταση Z, που οφείλεται κυρίως στην επαγωγική αντίσταση των τυλιγμάτων \(X_L\) και κατά δεύτερο λόγο στην ωμική αντίσταση R.
3. Το ρεύμα δίνεται από \(I = \dfrac{U}{Z}\) και έχει λογική τιμή.
4. Αν συνδεθούν στο Σ.Ρ., παρουσιάζουν ΜΟΝΟ την πολύ μικρή ωμική αντίσταση R των τυλιγμάτων (αφού για f=0 είναι \(X_L = 0\)).
5. Αποτέλεσμα: το ρεύμα γίνεται πολύ μεγαλύτερο, με κίνδυνο καταστροφής τους.
6. Επιπλέον, αν συνδεθεί το πρωτεύον στο Σ.Ρ., στο δευτερεύον ΔΕΝ κυκλοφορεί ρεύμα — δεν μετασχηματίζεται η τάση, γιατί δεν υπάρχει μεταβολή της μαγνητικής ροής.

Ενδεικτική απάντηση: Λειτουργούν μόνο στο Ε.Ρ. Στο Ε.Ρ. εμφανίζουν σύνθετη αντίσταση Z, κυρίως λόγω της επαγωγικής αντίστασης \(X_L\) των τυλιγμάτων, οπότε \(I = U/Z\) έχει λογική τιμή. Στο Σ.Ρ. είναι \(X_L = 0\) (αφού f = 0), οπότε απομένει μόνο η πολύ μικρή ωμική αντίσταση R — το ρεύμα γίνεται πολύ μεγάλο, με κίνδυνο καταστροφής. Επιπλέον, στο δευτερεύον δεν κυκλοφορεί ρεύμα, δηλαδή δεν μετασχηματίζεται η τάση.

Πρόσεξε:

• Δύο ξεχωριστοί λόγοι, και οι δύο πρέπει να αναφερθούν: (1) δεν δουλεύει (χωρίς μεταβολή ροής δεν υπάρχει επαγωγή στο δευτερεύον) και (2) καταστρέφεται (τεράστιο ρεύμα στο πρωτεύον).
• Είναι άμεση συνέπεια της σχέσης \(X_L = 2\pi f L\) του Κεφ.5: για f = 0 μηδενίζεται.

Ερώτηση 27 (σελ. 300)

Τι εκφράζει ο λόγος μετασχηματισμού Κ;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ο Κ προκύπτει από τη διατήρηση της ισχύος. Το κρίσιμο: οι τάσεις και οι σπείρες πάνε ΜΑΖΙ, ενώ οι εντάσεις πάνε ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΑ.

Λύση:

1. Η παραλαμβανόμενη ισχύς στο πρωτεύον ισούται (κατά προσέγγιση) με την αποδιδόμενη στο δευτερεύον: \(U_1 \cdot I_1 = U_2 \cdot I_2\).
2. Από αυτό προκύπτει \(\dfrac{U_1}{U_2} = \dfrac{I_2}{I_1} = K\).
3. Ο λόγος μετασχηματισμού Κ ισούται επίσης με τον λόγο των σπειρών: \(K = \dfrac{U_1}{U_2} = \dfrac{N_1}{N_2} = \dfrac{I_2}{I_1}\).
4. Παρατηρούμε ότι ο λόγος των τάσεων και των σπειρών είναι ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΑ ανάλογος του λόγου των εντάσεων.

Ενδεικτική απάντηση: Ο λόγος μετασχηματισμού εκφράζει τη σχέση πρωτεύοντος-δευτερεύοντος: \(K = \dfrac{U_1}{U_2} = \dfrac{N_1}{N_2} = \dfrac{I_2}{I_1}\). Προκύπτει από τη διατήρηση της ισχύος (\(U_1 I_1 = U_2 I_2\)) και δείχνει ότι ο λόγος των τάσεων και των σπειρών είναι αντιστρόφως ανάλογος του λόγου των εντάσεων.

Πρόσεξε:

• ΠΡΟΣΟΧΗ στους δείκτες: στο κλάσμα των εντάσεων είναι \(I_2/I_1\) — ΑΝΑΠΟΔΑ από τις τάσεις. Είναι το συχνότερο λάθος.
• Λογικός έλεγχος: αν ο Μ/Σ υποβιβάζει την τάση (K > 1), τότε ανεβάζει την ένταση — αλλιώς θα «δημιουργούσε» ενέργεια.

Ερώτηση 28 (σελ. 300)

Ποια η βασική διαφορά μεταξύ ημιανόρθωσης και πλήρους ανόρθωσης;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Η διαφορά είναι μία: πόσες ημιπεριόδους της εναλλασσόμενης τάσης αξιοποιούμε.

Λύση:

1. Στην απλή ανόρθωση (ημιανόρθωση) εκμεταλλευόμαστε ΜΟΝΟ ΤΗ ΜΙΑ ημιπερίοδο της εναλλασσόμενης τάσης.
2. Στην πλήρη ανόρθωση εκμεταλλευόμαστε ΚΑΙ ΤΙΣ ΔΥΟ ημιπεριόδους.

Ενδεικτική απάντηση: Στην ημιανόρθωση αξιοποιείται μόνο η μία ημιπερίοδος της εναλλασσόμενης τάσης, ενώ στην πλήρη ανόρθωση αξιοποιούνται και οι δύο.

Πρόσεξε:

• Συνέπεια: η πλήρης ανόρθωση δίνει διπλάσια μέση τιμή τάσης και μικρότερη κυμάτωση — γι' αυτό προτιμάται στα τροφοδοτικά.

Ερώτηση 29 (σελ. 300)

Τι εξυπηρετεί η χρήση ανορθωτικής γέφυρας;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Σύντομη ερώτηση με σύντομη απάντηση: η γέφυρα είναι ο πρακτικός τρόπος να πετύχεις πλήρη ανόρθωση.

Λύση:

1. Με την ανορθωτική γέφυρα (διάταξη τεσσάρων διόδων) επιτυγχάνεται πλήρης ανόρθωση του Ε.Ρ.
2. Δηλαδή αξιοποιούνται και οι δύο ημιπερίοδοι της εναλλασσόμενης τάσης.

Ενδεικτική απάντηση: Με την ανορθωτική γέφυρα επιτυγχάνεται πλήρης ανόρθωση του εναλλασσόμενου ρεύματος.

Πρόσεξε:

• Η γέφυρα (4 δίοδοι) πετυχαίνει πλήρη ανόρθωση χωρίς να χρειάζεται μετασχηματιστής με μεσαία λήψη — γι' αυτό επικράτησε.

Ερώτηση 30 (σελ. 300)

Πώς επιτυγχάνεται η εξομάλυνση της ανορθωμένης τάσης;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Η ανόρθωση δίνει συνεχή αλλά «κυματιστή» τάση. Η εξομάλυνση είναι το επόμενο στάδιο: μειώνει την κυμάτωση.

Λύση:

1. Η εξομάλυνση επιτυγχάνεται με τη σύνδεση φίλτρων στην ΕΞΟΔΟ της ανορθωτικής διάταξης.
2. Τα φίλτρα μειώνουν την κυμάτωση της κυματομορφής της ανορθωμένης τάσης.
3. Το πιο απλό φίλτρο είναι ο πυκνωτής παράλληλα προς το φορτίο.

Ενδεικτική απάντηση: Με τη σύνδεση φίλτρων στην έξοδο της ανορθωτικής διάταξης, τα οποία μειώνουν την κυμάτωση της ανορθωμένης τάσης (το απλούστερο είναι ο πυκνωτής παράλληλα στο φορτίο).

Πρόσεξε:

• Η σειρά των σταδίων σε ένα τροφοδοτικό: μετασχηματιστής -> ανόρθωση -> εξομάλυνση (φίλτρο) -> σταθεροποίηση.
• Όσο μεγαλύτερος ο πυκνωτής, τόσο μικρότερη η κυμάτωση.