Ισοδύναμο κύκλωμα Κύκλωμα οπλισμού Ι Α : ρεύμα οπλισμού Ε Α : επαγόμενη τάση R A : αντίσταση οπλισμού V φ : φασική τάση εξόδου Χ S : σύγχρονη αντίδραση V & = E& + jx I& + R ϕ A S A A I& A Κύκλωμα διέγερσης F Ι : ρεύμα διέγερσης R F : αντίσταση διέγερσης V F : τάση διέγερσης L F : αυτεπαγωγή τυλιγμάτων διέγερσης R adj : ρυθμιστική αντίσταση Προηγμένες Υπηρεσίες Τηλεκπαίδευσης στο Τ.Ε.Ι. Σερρών, Μέτρο 1.2., Κοινωνία της Πληροφορίας 86
Εκκίνηση σύγχρονων κινητήρων Πρόβλημα Ο σύγχρονος κινητήρας δεν μπορεί να αποκτήσει απ ευθείας τη σύγχρονη ταχύτητα. Η απ ευθείας προσπάθεια εκκίνησης έχει ως αποτέλεσμα την εναλλαγή μέσα σε μια ηλεκτρική περίοδο της ροπής τ : ωρολογιακή τ = 0 τ : ανθωρολογιακή τ = 0 Αποτέλεσμα Κραδασμοί και κίνδυνος υπερθέρμανσης ή καταστροφής του κινητήρα Προηγμένες Υπηρεσίες Τηλεκπαίδευσης στο Τ.Ε.Ι. Σερρών, Μέτρο 1.2., Κοινωνία της Πληροφορίας 87
Τεχνικές εκκίνησης σύγχρονων κινητήρων 1. Μείωση της ταχύτητας περιστροφής του πεδίου του στάτη και σταδιακή αύξηση με κατάλληλες ηλεκτρονικές διατάξεις 2. Σύνδεση κινητήριας μηχανής στο δρομέα του κινητήρα Περιστροφή μέχρι να φτάσει στη σύγχρονη ταχύτητα και κατόπιν αποσύνδεση του βοηθητικού κινητήρα 3. Χρήση τυλιγμάτων απόσβεσης στους πόλους του δρομέα Η πιο διαδεδομένη τεχνική από τις τρεις Συμβάλει στη διατήρηση της ευστάθειας του κινητήρα Οδήγησε στην εμφάνιση των τριφασικών επαγωγικών κινητήρων ή ασύγχρονων κινητήρων Αρχικά λειτουργία ως ασύγχρονος κινητήρας και μόλις φθάσει πολύ κοντά στη σύγχρονη ταχύτητα σύνδεση της τάσης διέγερσης Προηγμένες Υπηρεσίες Τηλεκπαίδευσης στο Τ.Ε.Ι. Σερρών, Μέτρο 1.2., Κοινωνία της Πληροφορίας 88
Μόνιμη κατάσταση ισορροπίας Η ταχύτητα περιστροφής του κινητήρα εξαρτάται από f e : σταθερή (σύνδεση με άπειρο ζυγό), ομοίως V φ Άρα η ταχύτητα δεν εξαρτάται από το φορτίο Φορτίο κινητήρα : διάταξη που πρέπει να περιστρέφεται με σταθερή ταχύτητα, n sync Ροπή: τ ind = kb loop B S sinδ, δ : η γωνία ανάμεσα σε B loop και B S. Αν η ροπή του κινητήρα ξεπεράσει τη ροπή ανατροπής το Β S δεν μπορεί να συγκρατήσει το δρομέα, ο οποίος επιβραδύνεται και το B loop μένει πολύ πίσω από το Β s Προηγμένες Υπηρεσίες Τηλεκπαίδευσης στο Τ.Ε.Ι. Σερρών, Μέτρο 1.2., Κοινωνία της Πληροφορίας 89
Μόνιμη κατάσταση ισορροπίας Υπέρβαση άνω ορίου ροπής από το φορτίο Απώλειες συγχρονισμού Ισχυρές δονήσεις στον κινητήρα Η λειτουργία του κινητήρα γίνεται ευσταθέστερο για μεγαλύτερο Ι F Μικρή τιμή Ι F : ο κινητήρας λειτουργεί ως επαγωγικό φορτίο Μεγάλη τιμή Ι F : ο κινητήρας λειτουργεί ως χωρητικό φορτίο V χαρακτηριστικές σύγχρονου κινητήρα ΣΥΓΧΡΟΝΟΙ ΠΥΚΝΩΤΕΣ: σύγχρονοι κινητήρες που χρησιμοποιούνται για βελτίωση συντελεστή ισχύος Προηγμένες Υπηρεσίες Τηλεκπαίδευσης στο Τ.Ε.Ι. Σερρών, Μέτρο 1.2., Κοινωνία της Πληροφορίας 90
Επαγωγικοί κινητήρες Προηγμένες Υπηρεσίες Τηλεκπαίδευσης στο Τ.Ε.Ι. Σερρών, Μέτρο 1.2., Κοινωνία της Πληροφορίας 91
Επαγωγικοί κινητήρες Αποτελεί μια από τις λύσεις για την εκκίνηση του σύγχρονου κινητήρα με χρήση τυλιγμάτων απόσβεσης Αγώγιμες ράβδοι που τοποθετούνται στα πέλματα του δρομέα και που βραχυκυκλώνονται στα άκρα τους μέσω αγώγιμων δακτυλίων Ανάπτυξη τάσης εξ επαγωγής στις ράβδους λόγω της σχετικής κίνησης δρομέα και μαγνητικού πεδίου του στάτη Οι ράβδοι διαρρέονται από ηλεκτρικό ρεύμα Το ρεύμα με τη σειρά του προκαλεί μαγνητικό πεδίο, το μαγνητικό πεδίο του δρομέα Το μαγνητικό πεδίο του δρομέα τείνει να συμπέσει με το στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο του στάτη Περιστρέφεται ο άξονας και η μηχανή επιταχύνεται συνέχεια. Προηγμένες Υπηρεσίες Τηλεκπαίδευσης στο Τ.Ε.Ι. Σερρών, Μέτρο 1.2., Κοινωνία της Πληροφορίας 92
Επαγωγικοί κινητήρες Η ταχύτητα περιστροφής κατά την επιτάχυνση πλησιάζει πάρα πολύ στη σύγχρονη ταχύτητα. Δεν μπορεί να γίνουν ίσες γιατί τότε θα μηδενιστεί η ροπή (τα δύο μαγνητικά πεδία θα περιστρέφονται με την ίδια ταχύτητα) Η διαφορά ανάμεσα στις δύο ταχύτητες ονομάζεται ταχύτητα ολίσθησης, n slip. n slip = n sync n m Ολίσθηση, s με τιμές μεταξύ 0 και 1 (ή μεταξύ 0 και 100%) s = n n slip sync 100% s = 0 : ακίνητος δρομέας s = 1 : σύγχρονη ταχύτητα Ρεύματα αναπτύσσονται εξ επαγωγής στο δρομέα με ηλεκτρική συχνότητα f r = sf e Προηγμένες Υπηρεσίες Τηλεκπαίδευσης στο Τ.Ε.Ι. Σερρών, Μέτρο 1.2., Κοινωνία της Πληροφορίας 93
Κατασκευαστικά στοιχεία Κατασκευάζεται χωρίς τυλίγματα διέγερσης μόνο με τυλίγματα απόσβεσης Έχει ίδιο στάτη με το σύγχρονο κινητήρα Διακρίνονται δύο τύποι δρομέων Βραχυκυκλωμένου κλωβού (squirrel cage rotor) Αποτελείται από σειρά αγώγιμων ράβδων στο δρομέα που είναι βραχυκυκλωμένες στα δύο άκρα τους μέσω μεγάλων δακτυλίων βραχυκύκλωσης Δακτυλιοφόρου δρομέα (wound rotor) Διαθέτει ολοκληρωμένο τριφασικό τύλιγμα ώστε να είναι το κατοπτρικό είδωλο του τριφασικού τυλίγματος του στάτη Οι φάσεις συνήθως συνδέονται σε αστέρα και τα άκρα των αγωγών σε δακτυλίους. Προηγμένες Υπηρεσίες Τηλεκπαίδευσης στο Τ.Ε.Ι. Σερρών, Μέτρο 1.2., Κοινωνία της Πληροφορίας 94
Ισοδύναμο κύκλωμα δρομέα Το κύκλωμα του δρομέα περιγράφεται από μια αυτεπαγωγή και μια αντίσταση. Όλα συνδέονται με την ολίσθηση E R = se R0 : επαγόμενη τάση στο δρομέα E R0 : επαγόμενη τάση στον ακίνητο δρομέα Χ R = sχ R0 : αυτεπαγωγή στο δρομέα Χ R0 : αυτεπαγωγή ακίνητου δρομέα Προηγμένες Υπηρεσίες Τηλεκπαίδευσης στο Τ.Ε.Ι. Σερρών, Μέτρο 1.2., Κοινωνία της Πληροφορίας 95
Χαρακτηριστική φορτίου Διακρίνονται 3 περιοχές Περιοχή κινητήρα Περιοχή γεννήτριας Περιοχή φρεναρίσματος Προηγμένες Υπηρεσίες Τηλεκπαίδευσης στο Τ.Ε.Ι. Σερρών, Μέτρο 1.2., Κοινωνία της Πληροφορίας 96
Έλεγχος ταχύτητας Η εκκίνηση γίνεται συνήθως με κατάλληλα ηλεκτρονικά εξαρτήματα ελέγχου του ρεύματος εκκίνησης Τρόποι ελέγχου της ταχύτητας περιστροφής Μεταβολή του αριθμού των πόλων Διακριτές τιμές ταχύτητας Μεταβολή της συχνότητας του δικτύου Χρήση ηλεκτρονικών ισχύος (inverters) Μεταβολή της τάσης τροφοδοσίας Μεταβολή της αντίστασης δρομέα Προσθήκη αντιστάσεων στο κύκλωμα του δρομέα Μείωση της απόδοσης του κινητήρα Προηγμένες Υπηρεσίες Τηλεκπαίδευσης στο Τ.Ε.Ι. Σερρών, Μέτρο 1.2., Κοινωνία της Πληροφορίας 97
Ροή ισχύος στους επαγωγικούς κινητήρες Προηγμένες Υπηρεσίες Τηλεκπαίδευσης στο Τ.Ε.Ι. Σερρών, Μέτρο 1.2., Κοινωνία της Πληροφορίας 98
Βιβλιογραφία 1. Ι. Ξυπτεράς, Ηλεκτρικές μηχανές (Τόμος Ι), Εκδόσεις Ζήτη, Θεσσαλονίκη, 1993. 2. Ν. Κολλιόπουλος, Βασική ηλεκτρολογία, Εκδόσεις Ίων, Αθήνα 2001. 3. Σ. Τουλόγλου και Β. Στεργίου, Ηλεκτρικές μηχανές συνεχούς ρεύματος, Εκδόσεις Ίων, Αθήνα. 4. Σ. Τουλόγλου και Β. Στεργίου, Ηλεκτρικές μηχανές εναλλασσόμενου ρεύματος, Εκδόσεις Ίων, Αθήνα. 5. G. McPherson, An introduction to electrical machines and transformers (2nd edition), Wiley, New York 1990. 6. V. del Toro, Electric machines and power systems, Prentice-Hall, Englewood Cliff, N. J. 1985. 7. A. E. Fitzgerald, C. Jr. Kingsley, S. D. Umans, Electric machinery (5th edition), McGraw-Hill, London 1992. 8. B. S. Guru and H. R. Hiziroglu, Electric machinery and transformers (2nd edition), Oxford University Press, New York, 1995. 9. en.wikipedia.org Προηγμένες Υπηρεσίες Τηλεκπαίδευσης στο Τ.Ε.Ι. Σερρών, Μέτρο 1.2., Κοινωνία της Πληροφορίας 99
Σχετικές Πτυχιακές Εργασίες 1. Αποστολοπούλου Μαρία, Τρένα μαγνητικής ανύψωσης(maglev), Τμ. Μηχανολογίας, Ιούνιος 2005. 2. Μικρέλη Αθηνά, Ανάλυση λειτουργίας ηλεκτρικών κινητήρων συνεχούς ρεύματος με το MATLAB/SIMULINK, Τμ. Μηχανολογίας, Ιούνιος 2007. Προηγμένες Υπηρεσίες Τηλεκπαίδευσης στο Τ.Ε.Ι. Σερρών, Μέτρο 1.2., Κοινωνία της Πληροφορίας 100