Ηλεκτρικοί Κινητήρες μικρής ισχύος, δομή και έλεγχος Ενότητα 1: Εισαγωγή Επαμεινώνδας Μητρονίκας Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Τεχνολογίας Υπολογιστών
Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά, Μη Εμπορική Χρήση Παρόμοια Διανομή 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό και τα οποία αναφέρονται μαζί με τους όρους χρήσης τους στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/ Ως Μη Εμπορική ορίζεται η χρήση: που δεν περιλαμβάνει άμεσο ή έμμεσο οικονομικό όφελος από την χρήση του έργου, για το διανομέα του έργου και αδειοδόχο πουδεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο πουδεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου καιαδειοδόχοέμμεσο οικονομικό όφελος (π.χ. διαφημίσεις) από την προβολή του έργου σε διαδικτυακό τόπο Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχοξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί. 2
Διατήρηση Σημειωμάτων Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: το Σημείωμα Αναφοράς το Σημείωμα Αδειοδότησης τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει) μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους. 3
Άδειες χρησης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης CreativeCommons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 4
Περιεχόμενα 1. Εισαγωγή στους κινητήρες μικρής ισχύος 2. Ασύγχρονοι κινητήρες μονοφασικής τροφοδοσίας 3. Ασύγχρονοι κινητήρες µε ιδιόμορφους πόλους 4. Σύγχρονοι κινητήρες 5. Βηματικοίκινητήρες 6. Κινητήρες τύπου Universal 5
Σκοποί ενότητας Κατανόηση των χαρακτηριστικών και των ιδιαιτεροτήτων των κινητήρων μικρής ισχύος 6
Εισαγωγή στους κινητήρες μικρής ισχύος
Η ανάπτυξη των ηλεκτρονικών υπολογιστών, η λειτουργία των οποίων εξαρτάται άμεσα από την ενσωμάτωση κινητήρων ειδικής μορφής για την κίνηση εξαρτημάτων με μεγάλη ακρίβεια, ο σχεδιασμός και η μαζική παραγωγή νέων μηχανημάτων για διάφορους σκοπούς, οδήγησαν στο σχεδιασμό νέων κινητήρων μικρής ισχύος. Υπάρχουν βασικές διαφοροποιήσεις ως προς τη σχεδιαστική και κατασκευαστική αντίληψη των ηλεκτρικών μηχανών μικρής ισχύος. Η οικονομική σημασία των κινητήρων μικρής ισχύος είναι σημαντική διότι, αν και η ονομαστική ισχύς και το κόστος καθενός από αυτούς είναι χαμηλό, εντούτοις λόγω του μεγάλου αριθμού των παραγόμενων κινητήρων, τα συνολικά οικονομικά μεγέθη προκύπτουν σημαντικά. 8
Βασικά τεχνικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά (1/4) Διαχωρισμός των ηλεκτρικών μηχανών με κριτήριο την ισχύ που μετατρέπουν: α. Μεγάλες ηλεκτρικές μηχανές για τη μετατροπή μεγάλης ισχύος. β. Μηχανές μεσαίας ισχύος. γ. Μηχανές μικρής ή ελάχιστης ισχύος. Θα μπορούσε κάποιος να πει πως οι κινητήρες μικρής ισχύος είναι οι κινητήρες κάτω του ενός kw, αλλά αυτό το όρια δεν αποτελεί δεσμευτικό κανόνα. 9
Βασικά τεχνικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά (2/4) Άλλες παράμετροι για το χαρακτηρισμό ενός κινητήρα ως «μικρού» είναι: Ιδιαίτερες λειτουργικές ιδιότητες. Ιδιαίτερος τρόπος κατασκευής. Ιδιαίτερες κατασκευαστικές ιδιότητες. Οι παραπάνω παράμετροι σε συνδυασμό με το μέγεθος του κινητήρα, οδηγούν στο χαρακτηρισμό του ως«μικρού». 10
Βασικά τεχνικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά (3/4) Άλλα τυπικά χαρακτηριστικά: Πολλές φορές οι κινητήρες έχουν κατασκευαστεί ώστε να αποτελούν μέρος αναλωσίμων υλικών μιας συσκευής. Για να επιτευχθεί μείωση του κόστους λειτουργίας των μικρών κινητήρων, συχνά το φορτίο και ο κινητήρας αποτελούν ένα ενιαίο εξάρτημα. Οι ηλεκτρικοί κινητήρες μικρής ή ελάχιστης ισχύος, συνήθως σχεδιάζονται και κατασκευάζονται έτσι ώστε να αποτελέσουν ένα συγκεκριμένο εξάρτημα μιας συγκεκριμένης συσκευής και δεν αποτελούν μια τυποποιημένη, αυτόνομη συσκευή, όπως οι μεσαίοι και μεγάλοι κινητήρες. 11
Βασικά τεχνικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά (4/4) Άλλες ιδιαιτερότητες και απαιτήσεις: Ο βαθμός απόδοσης δεν αποτελεί συνήθως βασικό κριτήριο ποιότητας. Αυτό συμβαίνει λόγω του ότι τις περισσότερες φορές οι κινητήρες αυτοί λειτουργούν για μικρά χρονικά διαστήματα. Χαμηλό βάρος κατασκευής. Λόγω της μικρής ροπής αδράνειας οι μηχανικές σταθερές χρόνου είναι ιδιαίτερα μικρές. Απαιτείται σταθερότητα περιστροφικής κίνησης, αν και λόγω του χαμηλού βάρους η ροπή αδράνειας είναι χαμηλή. 12
Βασικά κατασκευαστικά χαρακτηριστικά (1/2) Μηχανές συνεχούς ρεύματος Συναντώνται δύο βασικές κατηγορίες, οι κινητήρες μα ψήκτρες και αυτές χωρίς ψήκτρες. Στην τελευταία κατηγορία εντάσσονται οι κινητήρες ο δρομέας των οποίων έχει μόνιμους μαγνήτες, ενώ τα τυλίγματα βρίσκονται στο στάτη. Σε αυτές, η εναλλαγή της πολικότητας στα τυλίγματα γίνεται με ηλεκτρονικό τρόπο. 13
Βασικά κατασκευαστικά χαρακτηριστικά (2/2) Μηχανές εναλλασσόμενου ρεύματος Το είδος του κινητήρα (σύγχρονος, ασύγχρονος) καθορίζεται από την κατασκευή του δρομέα. Ανάλογα με την κατασκευή του στάτη, μηχανή μπορεί να είναι τριφασική, μονοφασική, ή μονοφασική με ιδιότυπους πόλους. 14
Συνδεσμολογίες στάτη
Τριφασική Συνδεσμολογία 16
Μονοφασική Συνδεσμολογία σε τριφασική μηχανή 17
Μονοφασική μηχανή με βοηθητικό κύκλωμα και πυκνωτή εκκίνησης 18
Μονοφασική μηχανή με βοηθητικό κύκλωμα και αντίσταση εκκίνησης 19
Μονοφασική μηχανή με ιδιόμορφους πόλους 20
Εφαρμογές Χαρακτηριστικές (αλλά όχι οι μόνες εφαρμογές των μικρών κινητήρων είναι): Σε ηλεκτρονικούς υπολογιστές Σε συσκευές γραφείου Σε ηλεκτρικές συσκευές ήχου και εικόνας Σε διατάξεις μετρήσεων και ελέγχου Στον ιατρικό εξοπλισμό Σε συστήματα της διαστημικής τεχνολογίας Σε εξαρτήματα αυτοκινήτων Σε συστήματα των αεροσκαφών 21
Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στoπλαίσιο του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Πατρών» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 22
Σημείωμα Ιστορικού ΕκδόσεωνΈργου Το παρόν έργο αποτελεί την έκδοση 1.00. 23
Σημείωμα Αναφοράς CopyrightΠανεπιστήμιο Πατρών, Επαμεινώνδας Μητρονίκας2014. Επαμεινώνδας Μητρονίκας. «Ηλεκτρικοί Κινητήρες μικρής ισχύος, δομή και έλεγχος». Έκδοση: 1.0. Πάτρα 2014. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: https://eclass.upatras.gr/courses/ee711/. 24
Βιβλιογραφία [1].Helmut Moczala, JurgenDraeger, Hermann Krauss, Helmut Schock, Siegfried Tillner: Small Electric Motors, The Institution of Electrical Engineers, 1998. 25