Ηλεκτρικοί Κινητήρες μικρής ισχύος, δομή και έλεγχος Ενότητα 3:Ασύγχρονοι κινητήρες µε ιδιόμορφους πόλους 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 κατασκευαστικών και λειτουργικών χαρακτηριστικών των ασύγχρονων κινητήρων με ιδιόμορφους πόλους 6
Βασικό μειονέκτημα των μονοφασικών ασύγχρονων κινητήρων είναι η αδυναμία εκκίνησης χωρίς την σύνδεση πυκνωτή εκκίνησης. Το πρόβλημα αυτό απαλείφεται με τη χρήση ενός ειδικού τύπου ασύγχρονου κινητήρα, του κινητήρα με ιδιόμορφους πόλους. 7
Κατασκευαστική μορφή 8
Αρχή λειτουργίας (1/2) 9
Αρχή λειτουργίας (2/2) Τα δύο τυλίγματα του παραπάνω σχήματος δημιουργούν δύο μαγνητικές ροές μετατοπισμένες μεταξύ τους. Οι βασικές αρμονικές της μαγνητικής ροής που δημιουργούν αντίστοιχα το κυρίως και το βραχυκυκλωμένο τύλιγμα δίνονται αντίστοιχα από τις παρακάτω σχέσεις: B B 1m 1g µ 4 wim 2 c π = 0 sin cos π δ t + p 2 ( ωt ϕ ) 4 Ig 2 cg π jpε = µ 0 sin e cos π δ t p 2 m ( ωt+ ϕ ) g όπου Im, Ig, τα ρεύματα στο κυρίως και το βραχυκυκλωμένο τύλιγμα αντίστοιχα. 10
Χαρακτηριστική ροπής -στροφών Προκύπτει πως η τρίτη αρμονική είναι σημαντική σε εύρος (ίση με το ένα τρίτο της βασικής). 11
Ενδεικτικά κατασκευαστικά μεγέθη Τύπος Διαστάσεις D L e (εν. μήκος P N P in M a M k M n n n σιδήρου) (mm) (mm) (mm) (W) (W) (Ncm) (Ncm) (Ncm) (1/mi n) 31,6 16 3,3 19 1,5 2,2 1,2 2600 1 63.5x63.5 31,6 20 5,0 25 1,9 3,0 1,8 2600 31,6 30 7,5 38 3,1 4,4 2,8 2600 31,6 45 11,0 55 4,4 6,5 4,0 2630 Φ58 25,0 16 1,2 12 0,4 0,9 0,5 2300 2 Φ75 31,6 22 5,0 25 1,8 3,2 1,9 2500 Φ75 31,6 35 10,0 40 3,0 6,0 3,7 2600 Φ136 55,0 38 120,0 400 28,0 78,0 43,0 2680 Φ68 38,0 20 4,5 24 2,0 5,5 3,4 1270 3 Φ68 38,0 38 10,0 50 8,0 12,0 7,3 1300 Φ80 46,0 38 20,0 70 10,0 23,0 14,7 1300 Φ136 74,0 20 55,0 240 18,0 85,0 39,0 1350 12
Τυπικές καμπύλες μιας μηχανής με ιδιόμορφους πόλους ισχύος 200W. 13
Ενδεικτικοί συντελεστές απόδοσης Ονομαστική ισχύς Ασύγχρονος κινητήρας με ιδιόμορφους πόλους Συμβατικός Ασύγχρονος κινητήρας 1W 0,10 10W 0,22-0,30 0,40 50W 0,30-0,35 0,40-0,50 100W 0,32-0,40 0,55-0,65 14
Ενδεικτικές κατανομές απωλειών 1 2 Ισχύς εισόδου (W) P 1 31,00 190,00 Απώλειες σιδήρου στο στάτη (W) P fe 4,00 9,00 Απώλειες χαλκού (κυρίως τύλιγμα) (W) P Cu1 4,00 26,00 Απώλειες χαλκού (βραχυκυκλωμένο τύλιγμα) (W) P Cu3 6,50 24,00 Απώλειες δρομέα (W) P v2 7,00 54,00 Απώλειες τριβών(w) P R 1,00 2,00 Ισχύς εξόδου(w) P 2 8,50 75,00 Απόδοση(W) η 0,27 0,39 15
Εφαρμογές Λόγω των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών της, του χαμηλού κόστους και της αξιοπιστίας της, η ασύγχρονη μηχανή με ιδιόμορφους πόλους βρίσκει εφαρμογές σε οικιακές συσκευές: Πλυντήρια Απορροφητήρες 16
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. 17
Σημείωμα Ιστορικού ΕκδόσεωνΈργου Το παρόν έργο αποτελεί την έκδοση 1.00. 18
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/. 19
Βιβλιογραφία [1].Helmut Moczala, JurgenDraeger, Hermann Krauss, Helmut Schock, Siegfried Tillner: Small Electric Motors, The Institution of Electrical Engineers, 1998. 20