Ηλεκτρικές Μηχανές ΙI Ενότητα 7: Κατασκευή Τσιαμήτρος Δημήτριος Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών Τ.Ε
Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2
Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο TEI Δυτικής Μακεδονίας και στην Ανώτατη Εκκλησιαστική Ακαδημία Θεσσαλονίκης» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη 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. 3
Σκοποί ενότητας Εξοικείωση με την κατασκευή κινητήρων. 4
Περιεχόμενα ενότητας Στάτης. Περιέλιξη στάτη. Δρομέας βραχυκυκλωμένου κλωβού. Δρομέας δακτυλιοφόρος. 5
Επαγωγικοί ή ασύγχρονοι ηλεκτρικοί κινητήρες Σχήμα 1. Κατασκευαστικά μέρη κινητήρα, Πηγή : «Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας», Ντοκόπουλος Π. Εκδόσεις Ζήτη. 6
Εξωτερικό Κέλυφος Επαγωγικών Κινητήρων (1) Σχήμα 2. Τομή κινητήρα, Πηγή : «Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας», Ντοκόπουλος Π. Εκδόσεις Ζήτη. Ασφαλίζει το εσωτερικό από τις επιδράσεις του περιβάλλοντος. Συμβάλλει στη ψύξη του κινητήρα. Ρουλεμάν βοηθούν τον άξονα να περιστρέφεται ελεύθερα. 7
Εξωτερικό Κέλυφος Επαγωγικών Κινητήρων (2) Σχήμα 3. Προφίλ κινητήρα, Πηγή : «Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας», Ντοκόπουλος Π. Εκδόσεις Ζήτη. Μικρό διάκενο διαχωρίζει στάτη-δρομέα. Δεν υπάρχει ηλεκτρική ή φυσική σύνδεση μεταξύ τους. 8
Στάτης Επαγωγικών Κινητήρων (1) Σχήμα 4. Στάτης, Πηγή : «Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας», Ντοκόπουλος Π. Εκδόσεις Ζήτη. Στάτης: Είναι το ακίνητο μέρος του κινητήρα. Περιλαμβάνει τα τυλίγματα των 3 φάσεων που είναι εγκλωβισμένα σε ειδικές εσοχές-αυλάκια. Κατασκευάζεται συνήθως από δυναμοελάσματα. 9
Στάτης Επαγωγικών Κινητήρων (2) Σχήμα 5. Τυλίγματα Στάτη, Πηγή : «Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας», Ντοκόπουλος Π. Εκδόσεις Ζήτη. Στάτης: Με την κατασκευή δημιουργείται το επιθυμητό πλήθος ζευγών πόλων. 10
Στάτης Επαγωγικών Κινητήρων (3) Σχήμα 6. Αυλάκια Στάτη, Πηγή : «Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας», Ντοκόπουλος Π. Εκδόσεις Ζήτη. Κατασκευή του στάτη: Πυρήνας από εκατοντάδες λεπτά στοιβαγμένα δυναμοελάσματα, δεμένα με μονωμένο καλώδιο. Δημιουργία αυλακιών. 11
Στάτης Επαγωγικών Κινητήρων (4) Σχήμα 7. Περιέλιξη, Πηγή : «Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας», Ντοκόπουλος Π. Εκδόσεις Ζήτη. Κατασκευή του στάτη: Τα δυναμοελάσματα δημιουργούν κοίλο κύλινδρο. Στα αυλάκια του πυρήνα, αφού καλυφθούν με μονωτικό (χαρτί συνήθως), τοποθετούνται τα τυλίγματα. 12
Στάτης Επαγωγικών Κινητήρων (5) Σχήμα 8. Τελική μορφή περιέλιξης, Πηγή : «Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας», Ντοκόπουλος Π. Εκδόσεις Ζήτη. Οι περιελίξεις-τυλίγματα ενώνονται και ομαδοποιούνται με κατάλληλο τρόπο, έτσι ώστε να δημιουργηθεί ο επιθυμητός αριθμός πόλων. Κάθε ομάδα τυλιγμάτων μαζί με τον πυρήνα αποτελούν έναν ηλεκτρομαγνήτη. Τα τυλίγματα του στάτη συνδέονται απ ευθείας με το δίκτυο. 13
Στάτης Επαγωγικών Κινητήρων (6) Σχήμα 9. Λεπτομέρεια περιέλιξης, Πηγή : «Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας», Ντοκόπουλος Π. Εκδόσεις Ζήτη. 14
Στάτης Επαγωγικών Κινητήρων (7) Σχήμα 10. Μεγάλοι Στάτες, Πηγή : «Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας», Ντοκόπουλος Π. Εκδόσεις Ζήτη. 15
Δρομέας Βραχυκυκλωμένου Κλωβού (1) Σχήμα 11. Δρομέας, Πηγή : «Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας», Ντοκόπουλος Π. Εκδόσεις Ζήτη. Δρομέας βραχυκυκλωμένου κλωβού (squirrel cage). Ο πυρήνας αποτελείται από δυναμοελάσματα. Αγώγιμες ράβδοι από αλουμίνιο ή χαλκό (για μεγαλύτερα μεγέθη) είναι τοποθετημένες σε ειδικά αυλάκια στον πυρήνα. 16
Δρομέας Βραχυκυκλωμένου Κλωβού (2) Σχήμα 12. Τομή Δρομέα, Πηγή : «Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας», Ντοκόπουλος Π. Εκδόσεις Ζήτη. Δρομέας βραχυκυκλωμένου κλωβού (squirrel cage). Δαχτυλίδια στα δύο άκρα των αγώγιμων ράβδων τις βραχυκυκλώνουν. Οι έλικες συνδεδεμένες στα άκρα των δακτυλιδιών, χρησιμεύουν ως ανεμιστήρες. 17
Δρομέας Βραχυκυκλωμένου Κλωβού (4) Σχήμα 13. Κάθετη Τομή Δρομέα, Πηγή : «Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας», Ντοκόπουλος Π. Εκδόσεις Ζήτη. Αποτελείται από δυναμοελάσματα και αγώγιμες ράβδους (αλουμινίου) τοποθετημένες σε ειδικά αυλάκια. Κάθε αυλάκι περιέχει ένα συμπαγή αγωγό. Η τοποθέτηση των ράβδων γίνεται ομοιόμορφα στην περιφέρεια του δρομέα. Η επιφάνεια του δρομέα καλύπτεται από ένα στρώμα οξειδίου, που λειτουργεί ως μονωτικό για την αποφυγή δινορρευμάτων. 18
Δρομέας Βραχυκυκλωμένου Κλωβού (5) Σχήμα 14. Σχηματικό διάγραμμα Δρομέα, Πηγή : «Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας», Ντοκόπουλος Π. Εκδόσεις Ζήτη. 19
Δακτυλιοφόρος Δρομέας (1) Σχήμα 15. Δακτυλιοφόρος Δρομέας, Πηγή : «Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας», Ντοκόπουλος Π. Εκδόσεις Ζήτη. Εδώ ο δρομέας έχει 3φ τυλίγματα περίπου όπως ο στάτης. Σύνδεση σε Υ. Τα 3 άκρα καταλήγουν σε «δακτυλίδια». Το κύκλωμα δηλαδή είναι ανοικτό και συνδέσεις μπορούν να γίνουν μέσω συλλεκτών πάνω στα δακτυλίδια. 20
Δακτυλιοφόρος Δρομέας (2) Σχήμα 16. Δακτύλιος Δακτυλιοφόρου Δρομέα, Πηγή : «Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας», Ντοκόπουλος Π. Εκδόσεις Ζήτη. 21
Δακτυλιοφόρος Δρομέας (3) Σχήμα 17. Κύκλωμα Δακτυλιοφόρου Δρομέα, Πηγή : «Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας», Ντοκόπουλος Π. Εκδόσεις Ζήτη. Η αντίσταση κάθε φάσης του κυκλώματος δρομέα μπορεί να αυξηθεί μέσω εξωτερικών αντιστάσεων. Με τη βοήθεια αυτών των αντιστάσεων μειώνεται το ρεύμα εκκίνησης Αυτή είναι η αιτία χρήσεώς τους. 22
Σύγκριση τύπων επαγωγικών κινητήρων Οι δρομείς βραχυκυκλωμένου κλωβού είναι φτηνότεροι, αξιόπιστοι και ανθεκτικοί. Οι κινητήρες με δακτυλιοφόρο δρομέα, ελέγχονται πιο εύκολα μέσω των εξωτερικών αντιστάσεων, αλλά πολύ ακριβότεροι και με μεγαλύτερες ανάγκες συντήρησης. Με την ευρεία χρήση, πλέον, συστημάτων οδήγησης μεταβλητής συχνότητας (variable frequency drives), οι κινητήρες βραχυκυκλωμένου κλωβού έχουν σχεδόν αποκλειστικά επικρατήσει, αφού ελέγχονται αξιόπιστα. Σήμερα, κατασκευάζονται εξαιρετικά λίγοι κινητήρες δακτυλιοφόρου δρομέα και μάλιστα μόνο για μεγάλες ισχύεις. 23
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Ν. Σκραπαρλής, Β. Μολασιώτης, Δ. Τσιαμήτρος, «Εργαστηριακές Ασκήσεις Ηλεκτρικών Μηχανών Συνεχούς και Εναλλασσομένου Ρεύματος», Σύγχρονη Παιδεία. Chapman S., Electrical Machinery Fundamentals, Fourth Edition, McGraw-Hill Inc.. «Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας», Ντοκόπουλος Π. Εκδόσεις Ζήτη. 24
Τέλος Ενότητας.
Σημείωμα Αναφοράς Copyright ΤΕΙ Δυτικής Μακεδονίας, Πουλάκης. «Ηλεκτρομαγητισμός». Έκδοση: 1.0. Κοζάνη 2015. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: URL. 26
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. που δεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο. που δεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου και αδειοδόχο έμμεσο οικονομικό όφελος (π.χ. διαφημίσεις) από την προβολή του έργου σε διαδικτυακό τόπο. Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί. 27
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. 28
Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων Το Έργο αυτό κάνει χρήση των ακόλουθων έργων: Εικόνες/Σχήματα/Διαγράμματα/Φωτογραφίες: 1. Ντοκόπουλος Π. (2006). «Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας». Εκδόσεις Ζήτη, Θεσσαλονίκη. 2. Σκραπαρλής Ν., Μολασιώτης Β., Τσιαμήτρος Δ. (2013). «Εργαστηριακές Ασκήσεις Ηλεκτρικών Μηχανών Συνεχούς και Εναλλασσομένου Ρεύματος», Σύγχρονη Παιδεία. 3. Chapman S. (2009). Electrical Machinery Fundamentals, Fourth Edition, McGraw-Hill Inc. 29