ΜΑΚΕΤΑ-ΣΤΟΙΧΕΙΟΘΕΣΙΑ
Λογισμός Εφαρμογές Πληροφορικής Ε.Π.Ε.

Ηλεκτρικές Μηχανές

Πρόλογος
Το βιβλίο αυτό απευθύνεται στους σπουδαστές της Β' τάξης -1 ου κύκλου , των ειδικοτήτων «Ηλεκτρολογικών Εγκαταστάσεων Κτιρίων» και «Ηλεκτρολογικών Συ -στημάτων Αυτοκινήτου», του Ηλεκτρολογικού Τομέα . Γράφτηκε σύμφωνα με το κοινό αναλυτικό πρόγραμμα του μαθήματος ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ και για τις δυο παραπάνω ειδικότητες.
Οι ηλεκτρικές μηχανές αποτελούν σήμερα όχι μόνο το κυριότερο τμήμα της Βιομηχανίας και της Παραγωγής, αλλά και μέρος της καθημερινής μας ζωής. Τις χρησιμοποιούμε τόσο για την παραγωγή ενέργειας, προϊόντων και υπηρεσιών, όσο και για την ασφάλεια, την άνεση και τη διασκέδασή μας. Εδώ τονίζονται βασικά τα κυριότερα είδη τους, τα μέρη και τα εξαρτήματα απ' τα οποία αποτελούνται, οι συνδεσμολογίες και οι εφαρμογές τους, καθώς και η αρχή λειτουργίας τους, ώστε, ταυτόχρονα με τη γνώση, να αποκτηθούν και οι βάσεις για την παραπέρα μελέτη τους.

Η ύλη του μαθήματος κατανέμεται σε έξι αυτοτελή κεφάλαια με επιμέρους ενότητες , που αρχίζουν με τους διδακτικούς στόχους και τελειώνουν με συγκεκριμένες ερωτήσεις για την εμπέδωση της ύλης, αλλά και για τον έλεγχο των στόχων. Ενδιάμε -σα βέβαια υπάρχουν, όπου κρίνεται απαραίτητο, εφαρμογές και παραδείγματα, ενώ στο τέλος σημειώνονται οι συντμήσεις με την ερμηνεία τους. Από τα κεφάλαια αυτά, οι συνάδελφοι που θα διδάξουν το μάθημα θα επιλέξουν τις κατάλληλες ενότητες για κάθε ειδικότητα, σύμφωνα με το αντίστοιχο αναλυτικό πρόγραμμα.

Το μάθημα Ηλεκτρικές Μηχανές (κινητήρες-γεννήτριες, μετασχηματιστές) έχει σαν σκοπό του να εφοδιάσει με γνώσεις το μαθητή των ειδικοτήτων:
- - Ηλεκτρολογικών Εγκαταστάσεων Κτιρίων
- - Ηλεκτρολογικών Συστημάτων Αυτοκινήτου
για τα είδη των Ηλεκτρικών Μηχανών, τον τρόπο λειτουργίας τους, τον τρόπο συν -δεσμολογίας τους και τη χρήση τους στην παραγωγή.
Για κάθε μηχανή παρουσιάζεται η αρχή λειτουργίας της, τα μέρη που αποτελείται, οι ακροδέκτες συνδεσμολογίας της και οι συμβολισμοί τους. Επίσης αναφέρονται βα -σικά χαρακτηριστικά της μηχανής (ροπή, τάση, ρεύμα, έλεγχος, ρύθμιση στροφών, κ.λ.π.) και η χρήση της στην παραγωγή, με παραδείγματα.

Σε κάθε ενότητα θα πρέπει να διδάσκεται η τυποποίηση (αν υπάρχει) των ηλεκτρι -κών μηχανών σε σχέση με την προστασία, την τοποθέτηση κ.λπ.
Το μάθημα των Ηλεκτρικών Μηχανών πρέπει να διδάσκεται κατά το δυνατόν, στο χώρο των Εργαστηρίων των Ηλεκτρικών μηχανών διότι είναι απαραίτητο να επι -δεικνύονται πραγματικές μηχανές ως εποπτικό υλικό. Όπου αυτό δεν είναι δυνατό θα πρέπει η διδασκαλία του μαθήματος να γίνεται με κατάλληλο οπτικοακουστικό υλικό.
Στο τέλος κάθε κεφαλαίου υπάρχουν ερωτήσεις και μία ανακεφαλαίωση. Ο καθη -γητής θα πρέπει να επιλέξει τις κατάλληλες ερωτήσεις που αντιστοιχούν σε κάθε ειδικότητα.

Τα παρακάτω κεφάλαια, ενότητες και παράγραφοι θεωρούνται απαραίτητα και για τις δύο ειδικότητες.

Για την ειδικότητα Ηλεκτρολογικών Εγκαταστάσεων Κτιρίων θα πρέπει ο μαθητής να διδαχτεί από το βιβλίο επιπλέον τα κεφάλαια, ενότητες και παραγράφους σύμ -φωνα με τον πίνακα που ακολουθεί:

Για την ειδικότητα Ηλεκτρολογικών Συστημάτων Αυτοκινήτου θα πρέπει ο μαθητής να διδαχτεί από το βιβλίο επιπλέον τα κεφάλαια, ενότητες και παραγράφους σύμ -φωνα με τον επόμενο πίνακα:

Τελειώνοντας, θέλουμε να ευχαριστήσουμε και από τη θέση αυτή, τους αρμόδιους του Π.Ι., που μας εμπιστεύθηκαν τη συγγραφή του βιβλίου, και κυρίως το συντο -νιστή κ. Γιάννη Λιγνό, τον πάρεδρο του Π.Ι. κ. Ιγνάτιο Χατζηευστρατίου και τους κριτές, όπως επίσης και τους φίλους και συναδέλφους, που μας συμπαραστάθηκαν και μας βοήθησαν με τις εύστοχες παρατηρήσεις τους.
Οι συγγραφείς Μπινιάρης Α., Λαγουδάκος Μ., Γαντζούδης Σ.

Εισαγωγή

Είδη Ηλεκτρικών Μηχανών και Eφαρμογές τους.

Γενικά.
Ο άνθρωπος, για την ικανοποίηση των αναγκών του, χρησιμοποιεί ενέργεια σε διά -φορες μορφές. Η πιο σημαντική απ' αυτές είναι η ηλεκτρική ενέργεια , που σήμερα χρησιμοποιείται παντού, στα σπίτια, στα μαγαζιά, στα εργοστάσια, στα αγροκτήματα  για φωτισμό, μαγείρεμα, για διασκέδαση, για κίνηση, για θέρμανση και για πολλές άλλες χρήσεις.
Η ηλεκτρική ενέργεια (Η.Ε.) παράγεται βασικά σε μεγάλα εργοστάσια, που λέγο -νται σταθμοί παραγωγής Η.Ε. , με ειδικές μηχανές που λέγονται ηλεκτρικές γεννήτριες ή απλά γεννήτριες . Για να δώσουν Η.Ε. οι γεννήτριες παίρνουν μηχανι -κή ενέργεια (περιστροφική κίνηση) από άλλες κινητήριες μηχανές , όπως π.χ. οι ατμοστρόβιλοι , οι υδροστρόβιλοι , οι αεριοστρόβιλοι και οι πετρελαιομηχανές (Μ.Ε.Κ.).

Για την κίνηση των διαφόρων συσκευών και μηχανημάτων χρησιμοποιούμε τους ηλεκτρικούς κινητήρες ή απλά κινητήρες . Οι κινητήρες παίρνουν ηλεκτρική ενέρ -γεια και δίνουν μηχανική ενέργεια.
Επίσης, για την εύκολη και οικονομική χρήση της Η.Ε. χρησιμοποιούμε τους στατούς μετασχηματιστές ή απλά μετασχηματιστές , που μετασχηματίζουν τα βα -σικά ηλεκτρικά μεγέθη (τάση-ένταση), ενώ για τη μετατροπή του εναλλασσομένου ρεύματος (που παράγεται στην πράξη) σε συνεχές ρεύμα χρησιμοποιούμε τους ανορθωτές . Κατασκευάζονται, αλλά χρησιμοποιούνται σπάνια και ηλεκτρικές μη -χανές που μετατρέπουν το εναλλασσόμενο ρεύμα (Ε.Ρ.) σε συνεχές ρεύμα (Σ.Ρ) και αντίστροφα το Σ.Ρ. σε Ε.Ρ., όπως οι στρεφόμενοι μετατροπείς και τα ζεύγη κινητήρα-γεννήτριας .

Οι ηλεκτρικές μηχανές αποτελούν τις κυριότερες διατάξεις, για την παραγωγή, τη μεταφορά και την αξιοποίηση της ηλεκτρικής ενέργειας.
Οι γεννήτριες, οι κινητήρες και οι μετασχηματιστές είναι «πανταχού παρόντες» στη σύγχρονη ζωή. Στο σύγχρονο σπίτι οι ηλεκτρικοί κινητήρες είναι το βασικό εξάρ -τημα των περισσότερων οικιακών συσκευών. Βρίσκονται στα ψυγεία, στους κατα ψύκτες, στα πλυντήρια, στα μίξερ, στα συστήματα κλιματισμού, στους ανεμιστήρες κ.λπ. Στους χώρους εργασίας κινούν όλα σχεδόν τα εργαλεία.

Το ίδιο ισχύει και για τους μετασχηματιστές, αλλά και για τις γεννήτριες, που σιγάσιγά, εκτός απ' την παραγωγή ηλ. ενέργειας, μπαίνουν και στη καθημερινή μας ζωή ( τροφοδοτικά, ηλεκτροπαραγωγά ζεύγη - φορητές ηλεκτρογεννήτριες ).
Γιατί όμως οι ηλεκτρικές μηχανές χρησιμοποιούνται τόσο πολύ;
Η απάντηση είναι απλή: Η ηλεκτρική ενέργεια είναι η πιο καθαρή και η πιο αποτε -λεσματική μορφή ενέργειας. Ένας ηλεκτροκινητήρας δεν αποβάλλει καυσαέρια ούτε χρειάζεται συνεχή τροφοδότηση με καύσιμο, όπως μια μηχανή εσωτερικής καύσης (Μ.Ε.Κ.). Ακόμη η θερμότητα και η μηχανική ενέργεια μετατρέπονται σε ηλεκτρική
μακριά απ' το τόπο χρήσης τους, χωρίς προβλήματα ρύπανσης. Η μεταφορά της ηλ. ενέργειας γίνεται με αγωγούς κι έτσι μπορεί εύκολα και καθαρά να χρησιμοποιη -θεί σ' όποιο χώρο θέλουμε. Στη διαδικασία μεταφοράς βοηθούν οι μετασχηματιστές, μειώνοντας τις απώλειες ενέργειας.

Σήμερα κατασκευάζονται ηλεκτρικές μηχανές (δες σχήμα 0.1) με ονομαστική ισχύ, από μερικά χιλιοστά του βατ (mW) μέχρι και δύο χιλιάδες μεγαβάτ (2000 MW). Οι μικρότερες ηλεκτρικές μηχανές είναι κινητήρες λίγων χιλιοστών (π.χ. για την κίνηση ηλεκτρικών ρολογιών και μικρών μηχανών γραφείου) και οι μεγαλύτερες είναι οι γεν -νήτριες των σταθμών παραγωγής Η.Ε., βάρους εκατοντάδων τόννων.
Σχ. 0.1.: Συγκρότημα ατμοστροβιλογεννήτριας (α) και μικροκινητήρες (β).

Είδη ηλεκτρικών μηχανών και εφαρμογές τους.
Τα κυριότερα είδη των ηλεκτρικών μηχανών είναι:
- α. Οι ηλεκτρογεννήτριες ή απλά γεννήτριες , που χρησιμοποιούνται για την πα -ραγωγή ηλ. ενέργειας. Ανάλογα με το είδος του ηλ. ρεύματος που παράγουν διακρί νονται σε γεννήτριες Σ.Ρ. και γεννήτριες Ε.Ρ.
- β. Οι ηλεκτροκινητήρες ή απλά κινητήρες , που χρησιμοποιούνται για την κίνηση διαφόρων μηχανημάτων και διακρίνονται σε κινητήρες συνεχούς ρεύματος , όταν
είναι κατασκευασμένοι για να εργάζονται με Σ.Ρ. και κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος , όταν είναι κατασκευασμένοι για να εργάζονται με Ε.Ρ.

- γ. Οι μετασχηματιστές που χρησιμεύουν για να ανυψώνουμε ή να υποβιβάζουμε την τάση του εναλλασσόμενου ρεύματος ( Ε.Ρ. ).
- δ. Οι στρεφόμενοι μετατροπείς και τα ζεύγη κινητήρα-γεννήτριας, που μετα -τρέπουν το Ε.Ρ. σε Σ.Ρ. και αντίστροφα το Σ.Ρ. σε Ε.Ρ.
-  Σήμερα, στις περισσότερες περιπτώσεις, η μετατροπή του Ε.Ρ. σε συνεχές ρεύμα (Σ.Ρ.) γίνεται με τους ανορθωτές .

Οι ηλεκτρογεννήτριες χρησιμοποιούνται:
- ✓ στους σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.
- ✓ σαν εφεδρικές πηγές ηλ. ενέργειας σε νοσοκομεία, εργοστάσια, αεροδρόμια κ.λπ., γνωστές σαν ηλεκτροπαραγωγικό ζεύγος , γιατί αποτελούνται από τη γεν -νήτρια και την κινητήρια μηχανή της.
- ✓ στην παραγωγή ηλ. ενέργειας σε πλοία, τρένα, αυτοκίνητα, αεροπλάνα και απομονωμένα σπίτια ή αγροκτήματα .

Οι ηλεκτροκινητήρες χρησιμοποιούνται:
- ✓ στη βιομηχανία και σε διάφορες επαγγελματικές εφαρμογές για την κίνηση εργα -λειομηχανών, αντλιών, ανεμιστήρων, ελάστρων, γερανών, ανελκυστήρων κ.λπ.
- ✓ για την κίνηση οχημάτων (ηλ. έλξη), όπως ηλ. σιδηροδρόμων, τρόλεϊ, τραμ, εκκίνηση κινητήρων αυτοκινήτων ( μίζα ) κ.λπ.
- ✓ σε διάφορες ηλ. συσκευές οικιακής ή επαγγελματικής χρήσης, όπως ψυγεία, πλυντήρια, σκούπες, μίξερ, ανεμιστήρες, ραδιομαγνητόφωνα, δράπανα κ.λπ.

Οι μετασχηματιστές χρησιμοποιούνται:
- ✓ στα συστήματα παραγωγής, μεταφοράς και διανομής ηλ. ενέργειας (Π.Μ. και Δ - Η.Ε.), όπου σε ειδικούς υποσταθμούς ανυψώνουν ή υποβιβάζουν την τάση του Ε.Ρ.
- ✓ σε ηλεκτροσυγκολλήσεις, ηλ. εγκαταστάσεις βιομηχανιών και σπιτιών (ηλ. κουδούνι), ηλεκτρονικές συσκευές κ.λπ.

 Οι ανορθωτές χρησιμοποιούνται:
- ✓ για την τροφοδότηση αλλά και την αυτόματη ρύθμιση της ταχύτητας περιστροφής κινητήρων Σ.Ρ. με στοιχεία από ημιαγωγούς που ονομάζονται θυρίστορ , που επιτρέπουν σε ειδικές βιομηχανικές μονάδες να χρησιμοποιούν, οικονομικά, κινητήρες Σ.Ρ. μεγάλης ακρίβειας.
- ✓ παντού, όπου χρειάζεται Σ.Ρ., όπως π.χ., στη φόρτιση συσσωρευτών , στην ηλεκτροχημική βιομηχανία (ηλεκτρολύσεις, επιμεταλλώσεις), στις ηλεκτρονικές συσκευές, στην ηλ. έλξη κ.λπ.

Παρατηρήσεις:
- 1. Οι ηλεκτρικές μηχανές (γεννήτριες και κινητήρες) είναι αναστρέψιμες , δη -λαδή μπορούν να λειτουργήσουν γενικά και αντίστροφα (οι γεννήτριες σαν κι νητήρες (εφόσον τροφοδοτηθούν απ' το δίκτυο) και οι κινητήρες σαν γεννήτριες (εφόσον περιστραφεί ο δρομέας τους)).

2. Οι μηχανές Ε.Ρ. διακρίνονται σε: σύγχρονες και ασύγχρονες .
Οι σύγχρονες μηχανές χρησιμοποιούνται συνήθως ως γεννήτριες-εναλλακτήρες (κεφ. 3) και σε ειδικές μόνο περιπτώσεις κινητήρες (βλέπε: κινητήρες αυτοκίνησης. κεφ. 6), ενώ οι ασύγχρονες μηχανές κυρίως ως κινητήρες (βλέπε: Α.Τ.Κ. και Α.Μ.Κ., κεφ. 4 και 5 αντίστοιχα) και σπάνια ως γεννήτριες (π.χ. ανεμογεννήτριες).
Σύγχρονες ονομάζονται οι ηλεκτρικές μηχανές (κινητήρες ή γεννήτριες) στις οποίες υπάρχει σταθερή σχέση μεταξύ της συχνότητας του ρεύματος και της ταχύτητας περιστροφής τους , δηλ. αυτές που στρέφονται με σταθερή ταχύτητα και ασύγχρονες αυτές που η ταχύτητα περιστροφής τους εξαρτάται από το φορτίο τους.

κεφάλαιο 1 μετασχηματιστές (M/Σ)
Μετασχηματιστές ονομάζουμε τις ειδικές ηλεκτρικές μηχανές (διατάξεις) που αυξομειώνουν (μεταβάλλουν-μετασχηματίζουν) τα βασικά ηλεκτρικά μεγέθη (τάση- ένταση).
Σήμερα οι μετασχηματιστές χρησιμοποιούνται σ' όλους σχεδόν τους το -μείς της Τεχνολογίας και της παραγωγής από τα συστήματα παραγωγής, μεταφοράς και διανομής της ηλεκτρικής ενέργειας και τη βαριά βιομηχανία, μέχρι την Ηλεκτρονική και τις επικοινωνίες.
Σχ. 1.1: Από τo μετασχηματιστή διανομής ηλεκτρικής ενέργειας, μεγάλου όγκου και βάρους εκατοντάδων τόνων (α), στo μετασχηματιστή ηλεκτρονικών - τυπωμένων κυκλωμάτων μερικών χιλιοστών (mm) και ελάχιστου βάρους (β).

Ενότητα 1.1.

Χρήσεις και Αρχή λειτουργίας Μετασχηματιστών (Μ/Σ)

Διδακτικοί στόχοι
Μετά από τη μελέτη της ενότητας αυτής, θα πρέπει να μπορείτε:
- 1. Να απαριθμείτε τις τεχνολογικές εφαρμογές στην ανάπτυξη των οποίων βοήθησαν οι Μ/Σ.
- 2. Να απαριθμείτε τους βασικούς τομείς της παραγωγής στους οποίους υπάρχουν Μ/Σ.
- 3. Να διατυπώνετε την αρχή λειτουργίας των Μ/Σ.
- 4. Να περιγράφετε τα προβλήματα που θα παρουσιαστούν, αν βραχυκυ -κλωθεί το δευτερεύον τύλιγμα του Μ/Σ.

1.1.1. Σύντομη ιστορική ανασκόπηση

Σημασία των Μ/Σ στη σύγχρονη ζωή
Η ανάγκη μετασχηματισμού των ηλεκτρικών μεγεθών φάνηκε από το 1882, με την ανάπτυξη των πρώτων συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας συνεχούς ρεύματος τριών αγωγών, σε τάση 220/110V, που λειτούργησαν ταυτόχρονα στη Ν. Υόρκη και το Λονδίνο.
Με την αύξηση της ζήτησης της ηλεκτρικής ενέργειας διαπιστώθηκε ότι, για να συμφέ -ρει οικονομικά η μεταφορά της, έπρεπε να γίνεται σε πολύ υψηλότερη τάση απ' αυτή που χρησιμοποιούσε η κατανάλωση. Στη συνέχεια, βέβαια, έπρεπε να υποβιβάζεται, για να μπορεί να διανεμηθεί ακίνδυνα και να χρησιμοποιηθεί από τους καταναλωτές.

Το πρόβλημα έλυσε η Τεχνική της εποχής εκείνης, μεταβάλλοντας την ηλεκτρική τάση του συνεχούς ρεύματος (Σ.Ρ.) μ' ένα ζεύγος κινητήρα-γεννήτριας , το οποίο όμως είχε μικρό βαθμό απόδοσης, δηλ. μεγάλες απώλειες ηλ. ισχύος.
-  Η γεννήτρια δίνει Σ.Ρ. στην επιθυμητή τάση, ενώ ο κινητήρας τροφοδοτείται από το δίκτυο ηλεκτροδότησης.
Το 1890 γίνονται τα πρώτα πειράματα και στη συνέχεια προωθείται το εναλλασσόμενο ρεύμα (Ε.Ρ.), το οποίο και επικρατεί τελικά, χάρη κυρίως στο πλεονέκτημά του να μετασχηματίζεται εύκολα, γρήγορα και οικονομικά , με τη βοήθεια κατάλ -ληλων μηχανημάτων που ονομάστηκαν μετασχηματιστές .

Κύριο χαρακτηριστικό των μετασχηματιστών είναι ότι δεν έχουν κινούμενα μέρη, γι' αυτό λέγονται και στατοί μετασχηματιστές (συμβολικά Μ/Σ ). Με τους Μ/Σ η ανύψωση ή ο υποβιβασμός της τάσης του Ε.Ρ. γίνεται με ελάχιστες απώλειες. Για παράδειγμα, σήμερα κατασκευάζονται μεγάλοι Μ/Σ με βαθμό απόδοσης μέχρι και 99%, δηλ. με απώλεια 1% της ισχύος που μεταβιβάζεται.
Η χρήση τέτοιων Μ/Σ είχε σαν αποτέλεσμα τη ραγδαία εξέλιξη και εξάπλωση των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας Ε.Ρ.
Παράλληλα αναπτύχθηκε και η σχετική τεχνολογία καταναλωτών και συσκευών που χρησιμοποιούν την ηλεκτρική ενέργεια, με συνεχή βελτίωση του βαθμού από -δοσής τους. Αυτό γιατί, όπου χρειαζόμαστε διαφορετική τάση ή ένταση ρεύματος, ο Μ/Σ δίνει μια απλή και οικονομική λύση.

Χάρη λοιπόν στους Μ/Σ, το εναλλασσόμενο ρεύμα χρησιμοποιείται πια στα δίκτυα ηλεκτροδότησης των καταναλωτών όλων των χωρών.
Έτσι αναπτύχθηκαν σταδιακά οι εφαρμογές του εναλλασσόμενου ρεύματος και μαζί μ' αυτές όλοι σχεδόν οι τομείς της Τεχνολογίας και Παραγωγής.
Το συνεχές ρεύμα (Σ.Ρ.) χρησιμοποιείται μόνο σε ειδικές εφαρμογές και σε ιδιαίτε -ρες περιπτώσεις. Στις περιπτώσεις αυτές μετατρέπουμε το Ε.Ρ. του δικτύου σε Σ.Ρ., με τη βοήθεια ανορθωτών .
- H Σημειώνουμε, τέλος, ότι η τεχνολογία και τεχνογνωσία των Μ/Σ βοήθησε και στην κατασκευή ειδικών μετασχηματιστών Σ.Ρ., όπως είναι ο γνωστός σε όλους μας πολλαπλασιαστής των αυτοκινήτων.

1.1.2. Είδη και χρήσεις Μ/Σ
Στην εποχή μας οι Μ/Σ κατασκευάζονται σε διάφορα μεγέθη, τύπους και παραλλαγές και χρησιμοποιούνται σ' όλους σχεδόν τους τομείς δραστηριότητας του ανθρώπου. Από τα συστήματα ηλ. ενέργειας και τη βαριά βιομηχανία (π.χ. Μ/Σ διανομής), τη βιοτεχνία (π.χ. Μ/Σ ηλεκτροσυγκολλήσεων, φόρτισης συσσωρευτών κ.α.), το γραφείο (π.χ. Μ/Σ ηλεκτρονικών υπολογιστών), τις συγκοινωνίες και μεταφορές (π.χ. Μ/Σ ηλ. έλξης), το σπίτι (π.χ. Μ/Σ ηλ. κουδουνιού, ηλεκτρονικών συσκευών κ.α.), μέχρι τις τηλεπικοινωνίες (π.χ. Μ/Σ τροφοδοτικού κινητού τηλεφώνου).

-  Στο βιβλίο αυτό θα εξετάσουμε τους Μ/Σ ηλεκτροτεχνικών εφαρμογών, που μπορεί να είναι γενικά Μ/Σ ανύψωσης ή υποβιβασμού της τάσης του Ε..Ρ., ανα -φέροντας πρώτα με τη βοήθεια ενός διαγράμματος τις κυριότερες διακρίσεις τους (Δ.1.1) και στη συνέχεια τις επιμέρους χρήσεις τους.
Οι τριφασικοί Μ/Σ χρησιμοποιούνται σε τριφασικά δίκτυα, ενώ οι μονοφασικοί σε μονοφασικά δίκτυα (οικιακές συσκευές κ.λπ.).
- Οι Μ/Σ ισχύος κατασκευάζονται για να μεταφέρουν μεγάλες ποσότητες ηλ. ισχύος, ενώ οι Μ/Σ οργάνων μέτρησης για πολύ μικρές (με σκοπό να υποβιβάζουν κατά ένα γνωστό λόγο την τάση ή την ένταση του ρεύματος που θέλουμε να μετρήσου -με).
- Οι ξηροί Μ/Σ χρησιμοποιούνται για μικρές σχετικά ισχείς και η ψύξη τους γίνεται κατευθείαν από τον αέρα, ενώ οι Μ/Σ λαδιού χρησιμοποιούνται για μεγαλύτερες ισχείς και η ψύξη τους πετυχαίνεται με κατάλληλο ορυκτέλαιο, μέσα στο οποίο βρί -σκονται.
- Οι Μ/Σ υπαίθρου τοποθετούνται στις υπαίθριες εγκαταστάσεις (υπαίθριους υπο -σταθμούς), ενώ οι Μ/Σ κλειστού χώρου μέσα σε κλειστούς χώρους.
- H Τέλος, κατασκευάζονται και χρησιμοποιούνται και ειδικοί Μ/Σ , όπως π.χ. είναι:
- - οι Μ/Σ 1:1,
- - οι αυτομετασχηματιστές και
- Μ/Σ ηλεκτρικής έλξης,
- Μ/Σ ηλεκτροσυγκολλήσεων .

1.1.3. Λειτουργία μετασχηματιστών

1) Γενικά
Κάθε μετασχηματιστής (Μ/Σ) αποτελείται από:
- -έναν πυρήνα, που αποτελεί το μαγνητικό κύκλωμα και
- -δύο τυλίγματα , το τύλιγμα υψηλής τάσης (Υ.Τ.) και το τύλιγμα χαμηλής τάσης (Χ.Τ.).
Τα δύο τυλίγματα ενός Μ/Σ λέγονται πρωτεύον και δευτερεύον .
Συγκεκριμένα πρωτεύον λέγεται το τύλιγμα που συνδέεται με την ηλ. πηγή (δί -κτυο ηλεκτροδότησης) και δευτερεύον το τύλιγμα που μας δίνει την μετασχηματισμένη τάση . Έτσι, π.χ. στην περίπτωση των Μ/Σ υποβιβασμού τάσης, πρωτεύον είναι το τύλιγμα της Υ.Τ. και δευτερεύον το τύλιγμα Χ.Τ.

2) Αρχή λειτουργίας
Στο παρακάτω σχήμα 1.2α φαίνεται ένας απλός μονοφασικός (1~) Μ/Σ, ενώ στο σχήμα 1.2β ένας επίσης 1~ Μ/Σ, στον οποίο για λόγους απλότητας θεωρούμε ότι τυλίγματα υπάρχουν μόνο στον ένα κορμό του πυρήνα.
-  Στην πραγματικότητα σε κάθε κορμό του Μ/Σ, όπως θα δούμε στην επόμενη ενότητα, τυλίγματα (Υ.Τ. και Χ.Τ.) τοποθετούνται και στους δυο κορμούς (κάθετα μέρη) * του πυρήνα.
Στον Μ/Σ αυτό (σχ. 1.2β) πρωτεύον είναι το τύλιγμα U-V ( Υ. Τ. ), γιατί αυτό τροφο -δοτείται από το δίκτυο, π.χ. απ' τους ζυγούς R και Μ$\_{p}$, με εναλλασσόμενη τάση (U$\_{1}$)

1. METAΣΧΗΜΑΤΙΣΤΕΣ (Μ/Σ)
και δευτερεύον το τύλιγμα u-v ( Χ.Τ. ), στο οποίο δεν έχει συνδεθεί κατανάλωση (φορτίο), παρά μόνο ένα βολτόμετρο.
Σχ. 1.2: Αρχή λειτουργίας Ι ~ Μ/Σ - Λειτουργία χωρίς φορτίο.
Η εναλλασσόμενη τάση U$\_{1}$ προκαλεί στο πρωτεύον μια εναλλασσόμενη ένταση ρεύματος (π.χ. για τη λειτουργία χωρίς φορτίο την Ι$\_{0}$ ).
Η εναλλασσόμενη ένταση ρεύματος Ι$\_{0}$ δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο (Μ.Π.) με εναλλασσόμενη (μεταβαλλόμενη) μαγνητική ροή Φ$\_{μ}$ .
Η μεταβαλλόμενη μαγνητική ροή Φ$\_{μ}$ κλείνει κύκλωμα μέσα από τον πυρήνα και δια -περνά («τέμνει») τις σπείρες του δευτερεύοντος.

Έτσι, σε κάθε σπείρα του δευτερεύοντος αναπτύσσεται μια ηλεκτρεγερτική δύναμη (Η.Ε.Δ.) από επαγωγή , που είναι κι αυτή εναλλασσόμενη και μάλιστα της ίδιας συχνότητας μ' αυτή των U, Ι$\_{0}$ και Φ$\_{μ}$ που την προκάλεσαν.
Επειδή οι σπείρες του δευτερεύοντος είναι συνδεμένες σε σειρά, οι Η.Ε.Δ. που ανα -πτύσσονται σ' αυτές αθροίζονται. Άρα, από το δευτερεύον τύλιγμα παίρνουμε τελικά μια συνολική Η.Ε.Δ. (Ε$\_{2}$), την οποία μπορούμε να μετρήσουμε μ' ένα βολτόμετρο.

Σημειώσεις
- 1. Ο όρος « ηλεκτρεγερτική δύναμη (Η.Ε.Δ.) », δεν έχει καμιά σχέση με τη μηχα -νική δύναμη και σημαίνει ουσιαστικά μια « εσωτερική ηλεκτρική τάση », δηλ. ηλ. τάση που μετράμε με «ανοικτό κύκλωμα».
- 2. Η ενεργός τιμή της Η.Ε.Δ. Ε$\_{2}$, δηλ. κατά προσέγγιση της τάσης U$\_{2}$, που μας δίνει το δευτερεύον τύλιγμα ενός Μ/Σ είναι ανάλογη:
- - μιας κατασκευαστικής σταθεράς (4,44),
- - του αριθμού των σπειρών του δευτερεύοντος (W$\_{2}$) και
- - της συχνότητας του δικτύου ηλεκτροδότησης (f), σε Ηz,
- - της χρήσιμης μαγνητικής ροής (Φ$\_{μ}$) του πυρήνα του Μ/Σ, σε Vs

Επομένως: E$\_{2}$ = KfW$\_{2}$Φ$\_{μ}$, Ε$\_{2}$ = 4,44fW$\_{2}$Φ$\_{μ}$
Η αρχή λειτουργίας του Μ/Σ φαίνεται παραστατικά και στο διάγραμμα Δ.1.2, πάνω απ' το σχήμα 1.2β.
Με τον ίδιο τρόπο λειτουργεί και ο πραγματικός 1~ Μ/Σ (σχ. 1.6β), αρκεί τα τυλίγμα -τα Υ.Τ. και Χ.Τ. κάθε κορμού να συνδεθούν μεταξύ τους στη σειρά και έτσι, ώστε να δημιουργούν μαγνητική ροή σ' αυτόν με την ίδια φορά.
-  Όμοια λειτουργούν και οι τριφασικοί (3 ~ ) Μ/Σ, που έχουν πυρήνα με τρεις όμοιους κορμούς, αφού κάθε κορμός συμπεριφέρεται σαν 1~ Μ/Σ (δες σχήματα 1.8 και 1.9). Για το λόγο αυτό παρακάτω, όπου θα ασχοληθούμε με τη λειτουργία των Μ/Σ, θα εξετάζουμε 1~ Μ/Σ, αρκεί να γνωρίζουμε ότι τα ηλεκτρικά μεγέθη του 1~ Μ/Σ είναι τα αντίστοιχα φασικά μεγέθη στους 3~ Μ/Σ.

Σε κάθε Μ/Σ διακρίνουμε δύο λειτουργικές καταστάσεις:
- - τη λειτουργία χωρίς φορτίο (μεταβατικό στάδιο), στην οποία η τάση του δευτε -ρεύοντος είναι ίση με την Η.Ε.Δ. που αναπτύσσεται σ' αυτό, δηλ. είναι U$\_{2}$ = E$\_{2}$ και - τη λειτουργία με φορτίο (κανονική λειτουργία), στην οποία η τάση U$\_{2}$ είναι γενι -κά μικρότερη απ' την Ε$\_{2}$ λόγω της πτώσης τάσης στα τυλίγματα του Μ/Σ.

3) Λειτουργία Μ/Σ χωρίς φορτίο - Σχέση μεταφοράς
Λέμε ότι ένας Μ/Σ λειτουργεί χωρίς φορτίο (ή στο κενό) όταν το δευτερεύον του δεν τροφοδοτεί κάποια κατανάλωση, δηλ. είναι ανοικτό, όπως π.χ. στον Μ/Σ, σχήματος 1.2.
Στην περίπτωση αυτή ο λόγος των τάσεων πρωτεύοντος και δευτερεύοντος είναι ίσος με το λόγο των σπειρών πρωτεύοντος και δευτερεύοντος , δηλ. είναι:
U U = W W 1 2 1 2 (1.1)
Ο λόγος (πηλίκο) των σπειρών του πρωτεύοντος προς τις σπείρες του δευτερεύοντος (W$\_{1}$/W$\_{2}$) λέγεται σχέση μεταφοράς Κ του Μ/Σ. Άρα:

K= W W 1 2 (1.2)
Από την παραπάνω σχέση (1.1) μπορούμε, καθορίζοντας τον αριθμό των σπειρών πρωτεύοντος και δευτερεύοντος, δηλ. τη σχέση μεταφοράς Κ, να παίρνουμε από το δευτερεύον τύλιγμα τάση μεγαλύτερη ή μικρότερη απ' αυτή του πρωτεύοντος. Μ' άλλα λόγια μπορούμε ν' ανυψώνουμε ή να υποβιβάζουμε την τάση του εναλλασσό -μενου ρεύματος.

Παράδειγμα
Ένας 1~ Μ/Σ έχει στο πρωτεύον τύλιγμα W$\_{1}$=5.000 σπείρες και στο δευτερεύον W$\_{2}$=500 σπείρες. Αν τροφοδοτηθεί με τάση U$\_{1}$=200V, τι τάση θα μας δώσει στο δευτερεύον του (στη λειτουργία χωρίς φορτίο); Τι είδους είναι ο Μ/Σ;

Λύση
Είναι: U U = W W U = 20V 1 2 1 2 2 U = U W W = 200 500 5.000 = 1.000 50 2 1 2 1 ⇒ ⇒ ⇒ �
Ο Μ/Σ αυτός είναι Μ/Σ υποβιβασμού της τάσης , δηλ. το πρωτεύον είναι τύλιγμα Υ.Τ. και το δευτερεύον είναι τύλιγμα Χ.Τ.
U U =K U = 20V 1 2 2 U = U K U = 200 5.000 / 500 = 200 10 2 1 2 ⇒ ⇒ ⇒

4) Λειτουργία Μ/Σ με φορτίο - Σχέση μεταξύ τάσεων και εντάσεων
Λέμε ότι ένας Μ/Σ λειτουργεί με φορτίο όταν το δευτερεύον του τροφοδοτεί έναν καταναλωτή Κ (σχ. 1.3) ή τους ζυγούς ενός δικτύου.
Στη περίπτωση αυτή την ισχύ που απορροφά ο καταναλωτής από το δευτερεύον τύλιγμα, μαζί με τις απώλειες του Μ/Σ, τη δίνει το δίκτυο που τροφοδοτεί το πρωτεύον τύλιγμα, το οποίο για το λόγο αυτό απορροφά και μεγαλύτερη ένταση ρεύματος (από Ι$\_{0}$ απορροφά τώρα I$\_{1}$).
Σχ. 1.3: Λειτουργία Μ/Σ με φορτίο.

Αν μετρήσουμε τις εντάσεις πρωτεύοντος και δευτερεύοντος (σχ. 1.3), θα διαπιστώ -σουμε ότι προσεγγιστικά ισχύει η σχέση:
I I = W W 2 1 1 2 ή I$\_{2}$ = K  I$\_{1}$ (1.3)
Επίσης, κατά προσέγγιση ισχύει και στη λειτουργία με φορτίο η σχέση που είδαμε στη λειτουργία χωρίς φορτίο, δηλ. η
U U = W W 1 2 1 2 ή U$\_{2}$ = U$\_{1}$ /K (1.4)
Από τις 1.3 και 1.4, εξισώνοντας τα πρώτα μέλη, προκύπτει τελικά:
U U = I I 1 2 2 1 ή U U = I I = W W 1 2 2 1 1 2 (1.5)
Απ' την τελευταία αυτή σχέση (1.5) συμπεραίνουμε ότι:

α. αν ένας Μ/Σ ανυψώνει την τάση στο δευτερεύον, θα υποβιβάζει με την ίδια περίπου αναλογία την ένταση που κυκλοφορεί σ' αυτό και
β. το τύλιγμα Χ.Τ. και μεγάλης έντασης έχει μικρό αριθμό σπειρών και αγωγό μεγάλης διατομής, ενώ το τύλιγμα Υ.Τ. και χαμηλής έντασης έχει μεγάλο αριθμό σπειρών και αγωγό μικρής διατομής.

Παράδειγμα
Η ένταση του ρεύματος στο πρωτεύον ενός 1~ Μ/Σ είναι 2Α και η τάση του U$\_{1}$=220V. Πόση είναι η ένταση στο δευτερεύον, αν αυτό δίνει τάση U$\_{2}$=44V;

Λύση
Επομένως, ο Μ/Σ αυτός έχει σχέση μεταφοράς K = U$\_{1}$ /U$\_{2}$ = 5 , δηλ., όταν η τάση στο δευτερεύον του μειώνεται κατά 5 φορές, σε σχέση με την U$\_{1}$, η ένταση ρεύματος στο δευτερεύον αυξάνεται κατά 5 φορές, σε σχέση με την ένταση του πρωτεύοντος (Ι$\_{2}$ = ΚΙ$\_{1}$ = 52 = 10Α).
Γνωρίζουμε ότι: U U = I I 1 2 2 1 ⇒ � � � I = I U U =2 220 44 =2 5=10A 2 1 1 2

1.1.4. Τάση βραχυκύκλωσης
Τάση βραχυκύκλωσης Μ/Σ ονομάζουμε την τάση που πρέπει να εφαρμοσθεί στο πρωτεύον του, ώστε, με βραχυκυκλωμένο το δευτερεύον τύλιγμα, να έχουμε τα κανονικά ρεύματα φόρτισης, τόσο στο πρωτεύον όσο και στο δευτε -ρεύον τύλιγμα του Μ/Σ.
Η τάση βραχυκύκλωσης (U$\_{βρ}$ ή U$\_{1K}$) μετριέται στο πείραμα βραχυκύκλωσης του Μ/Σ (σχ. 1.4) και πρακτικά εκφράζεται σαν ποσοστό επί τοις εκατό της ονομαστικής τάσης του πρωτεύοντος του Μ/Σ, δηλ. είναι:
u % = U U 100 K 1K 1N × (1.6)

Παράδειγμα
Στο πείραμα βραχυκύκλωσης ενός Μ/Σ 6.000/400V, για να έχουμε τα κανονικά ρεύματα φόρτισης 12/180Α, χρειάστηκε να τροφοδοτήσουμε το πρωτεύον του με τάση 240V.
- β. Σε ποιά τιμή μπορεί να φτάσει η ένταση βραχυκύκλωσης στο δευτερεύον του, με την κανονική τάση τροφοδότησης στο πρωτεύον;
- α. Πόση είναι η τάση βραχυκύκλωσης του Μ/Σ;

Λύση
Είναι: U$\_{1N}$=6.000V, U$\_{1K}$=240V και Ι$\_{2Ν}$= 180Α
β. I = I u % 100 2K 2N K = 180 100 4 = 18.000 4 Ι = 4.500Α 2Κ � ⇒
α. u % = U U 100 K 1K 1N × × = 240 6.000 100 = 24.000 6.000 =4 (ή u$\_{K}$=4%)
Παρατηρούμε ότι στην περίπτωση βραχυκυκλώματος ενός Μ/Σ αναπτύσσονται πάρα πολύ μεγάλες εντάσεις ρεύματος (της τάξης των χιλιάδων αμπέρ), που είναι επικίνδυνες, τόσο για τον ίδιο το Μ/Σ (καταστροφή μονώσεων και τυλιγμά -των) όσο και για το δίκτυο που τον τροφοδοτεί.
Τα βραχυκυκλώματα στους Μ/Σ είναι γενικά επικίνδυνα (και γίνονται περισσότερο επικίνδυνα όσο μικρότερη είναι η τάση βραχυκύκλωσης), εκτός από την περίπτω -ση των ηλεκτροσυγκολλήσεων στην οποία θέλουμε μεγάλες εντάσεις ρεύματος. Στην περίπτωση αυτή ο Μ/Σ λειτουργεί με βραχυκυκλωμένο το δευτερεύον τύλιγμα, δηλ. το ρεύμα εργασίας τους είναι ουσιαστικά το ρεύμα βραχυκύκλωσης.

Σχ.1.4: Πείραμα βραχυκύκλωσης Μ/Σ.

Σημείωση
Αν γνωρίζουμε την u$\_{κ}$%, μπορούμε να υπολογίσουμε την πιθανή ένταση ρεύμα -τος ενός βραχυκυκλώματος στο δευτερεύον τύλιγμα του Μ/Σ, όταν το πρωτεύον του τροφοδοτείται με την κανονική του τάση, απ' τη σχέση:
I = I u % 100 2K 2N K × (1.6')

1.1.5. Ερωτήσεις
- 1. Τι ονομάζουμε μετασχηματιστές (Μ/Σ) και ποια η επίδρασή τους στην οικονομι -κή και τεχνολογική ανάπτυξη;
- 2. Στην ανάπτυξη ποιών τεχνολογικών εφαρμογών βοήθησαν οι Μ/Σ;
- 3. Σε ποιούς βασικούς τομείς παραγωγής υπάρχουν Μ/Σ;
- 4. Πού (και πώς) χρησιμοποιούνται οι Μ/Σ στην παραγωγή ηλ. ενέργειας;
- 5. Ποια τα κυριότερα είδη των Μ/Σ;
- 6. Από τι αποτελείται βασικά κάθε Μ/Σ; Τι λέμε πρωτεύον και τι δευτερεύον;
- 7. Πώς λειτουργεί με λίγα λόγια ένας (1~) Μ/Σ;
- 8. Πότε λέμε ότι ένας Μ/Σ λειτουργεί χωρίς φορτίο και πότε με φορτίο;
- 9. Ποια η σχέση μεταξύ των τάσεων, των εντάσεων και των σπειρών πρωτεύο -ντος και δευτερεύοντος ενός Μ/Σ και πώς προκύπτει αυτή;
- 10. Τι ονομάζουμε σχέση μεταφοράς ενός Μ/Σ και τι δείχνει;
- 1 1 . Τι ονομάζουμε τάση βραχυκύκλωσης και σε τι μας χρησιμεύει;
- 12. Ποια προβλήματα θα παρουσιαστούν, αν βραχυκυκλωθεί το δευτερεύον ενός Μ/Σ;
- 13. Σε ποια περίπτωση ένας Μ/Σ λειτουργεί ουσιαστικά με βραχυκυκλωμένο το δευτερεύον του τύλιγμα και γιατί;
- 14. Στο πείραμα βραχυκύκλωσης ενός Μ/Σ 220/9.900V «φωτεινών επιγραφών», για να έχουμε τα κανονικά ρεύματα φόρτισης 2,25A/50mA χρειάστηκε να τρο -φοδοτήσουμε το πρωτεύον του τύλιγμα με τάση 11V.

Ποια είναι
α. η σχέση μεταφοράς του Μ/Σ και β. η τάση βραχυκύκλωσης;
(ΑΠ. K = 1/45, u$\_{K}$ = 5%)
- 15. Το πρωτεύον τύλιγμα ενός Μ/Σ έχει 300 σπείρες και το δευτερεύον 1.500 σπεί -ρες. Αν η τάση του πρωτεύοντος είναι 12V και διαρρέεται από ρεύμα εντάσεως 2Α, πόση είναι η τάση και η ένταση του ρεύματος στο δευτερεύον;
(ΑΠ. U$\_{2}$ = 60V, Ι$\_{2}$ = 0,4Α)
Ποιο πηνίο έχει σύρμα με αγωγό μεγαλύτερης διατομής;

Βάλτε σε κύκλο το γράμμα μπροστά από τη σωστή απάντηση
- 16. Σήμερα, στα δίκτυα ηλεκτροδότησης όλων των χωρών χρησιμοποιείται: α. το συνεχές ρεύμα (Σ.Ρ.).
- γ. το ζεύγος κινητήρα-γεννήτριας.
- β. το εναλλασσόμενο ρεύμα (Ε.Ρ.).
- δ. ο μετασχηματιστής (Μ/Σ) και όλα τα παραπάνω.
- 17. Ανάλογα με τον προορισμό τους οι Μ/Σ διακρίνονται σε:
- β. τριφασικούς και μονοφασικούς.
- α. ισχύος και οργάνων μέτρησης.
- γ. αυτομετασχηματιστές και ηλ. έλξης.
- δ. ξηρούς, λαδιού και συγκολλήσεων.
- 18. Μ/Σ με 300 σπείρες στο πρωτεύον και 60 στο δευτερεύον, όταν τροφοδοτείται από δίκτυο 220V, δίνει στο δευτερεύον του:
- β. τάση 22V.
- α. τάση 44V.
- γ. ένταση 20Α.
- δ. ένταση 4Α.
- 19. Στους μεγάλους σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιούμε Μ/Σ ανύψωσης της τάσης, π.χ. από 22kV σε 220kV, με σκοπό να μειώσουμε το ρεύμα δευτερεύοντος (στη γραμμή μεταφοράς) κατά:
- β. 5
- α. 2 φορές.
- γ. 10 φορές.
- δ. 20
- 20. Ο λόγος (πηλίκο) των σπειρών πρωτεύοντος και δευτερεύοντος τυλίγματος ενός Μ/Σ λέγεται:
- β. ρεύμα βραχυκύκλωσης.
- α. τάση βραχυκύκλωσης.
- γ. σχέση μεταφοράς.
- δ. σχέση μεταξύ U και I.
- 21. Η ενεργός τιμή της Η.Ε.Δ. (Ε$\_{2}$) του δευτερεύοντος ενός μονοφασικού Μ/Σ δίνε -ται από τη σχέση:
- β. Ε$\_{2}$=ΚU$\_{1}$
- α. Ε$\_{2}$=ΚU$\_{2}$ .
- γ. E$\_{2}$=KfW$\_{2}$Φ$\_{μ}$ .
- δ. E$\_{2}$=KfW$\_{2}$ .
- 22. Μ/Σ με 2000 σπείρες στο πρωτεύον και 80 σπείρες στο δευτερεύον, όταν τρο -φοδοτεί καταναλωτή με ρεύμα έντασης 50Α, απορροφά από το δίκτυο:
- β. ρεύμα 2Α.
- α. ρεύμα 1Α.
- γ. τάση 220V.
- δ. ισχύ 2000W.

Ενότητα 1.2.

Κατασκευαστικά στοιχεία, Συνδεσμολογίες και Τυποποίηση Μ/Σ

Διδακτικοί στόχοι
Μετά από τη μελέτη της ενότητας αυτής, θα πρέπει να μπορείτε:
- 1. Να περιγράφετε τα υλικά που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή του Μ/Σ για το ηλεκτρικό και μαγνητικό κύκλωμα.
- 2. Να αιτιολογείτε τη σημασία της χρήσης νέων υλικών στους Μ/Σ και τη θετι -κή επίδρασή τους στο περιβάλλον.
- 3. Να αιτιολογείτε τη σχέση βάρους-ισχύος στους Μ/Σ.
- 4. Να αναφέρετε τις τυπικές τάσεις λειτουργίας των Μ/Σ και τον τρόπο σύνδε -σης στο δίκτυο της Δ.Ε.Η.
- 5. Να αιτιολογείτε την τυποποίηση των ακροδεκτών για τους μονοφασικούς και τους τριφασικούς Μ/Σ.
- 6. Να αναφέρετε τις χρήσεις των Μ/Σ 1:1.

1.2.1. Κατασκευή Μ/Σ

1) Γενικά
Ο πυρήνας του Μ/Σ, κατασκευάζεται από πολλά σιδηρο-μαγνητικά ελάσματα, πά -χους 0,3 ως 0,5mm, με επιφανειακή μόνωση από ειδικό βερνίκι, για τον περιορισμό των δινορρευμάτων και των απωλειών του μαγνητικού κυκλώματος.
Τα μαγνητικό ελάσματα κόβονται σε διάφορα σχήματα, π.χ. , , , κ.α. (σχ. 1.5α), τα οποία συνδυάζονται μεταξύ τους και πολλά μαζί, το ένα δίπλα στο άλλο, συγκροτούν τους πυρήνες των Μ/Σ (σχ. 1.5β).
Τα κάθετα μέρη του πυρήνα λέγονται κορμοί και τα οριζόντια ζυγώματα .
(α) ελάσματα

Σχ. 1.5: Ελάσματα και πυρήνες Μ/Σ.
Τα τυλίγματα κατασκευάζονται από μονωμένους χάλκινους αγωγούς, που τυλίγο -νται σπειρωτά, σε πολλές στρώσεις, πάνω σε ειδικές φόρμες (καλούπια) και στη συνέχεια τοποθετούνται στους κορμούς .
Το τύλιγμα Υ.Τ. αποτελείται από πολλές σπείρες κυκλικής διατομής, ενώ το τύλιγμα Χ.Τ. αποτελείται από λίγες σπείρες μεγαλύτερης , τετραγωνικής ή ορθογω -νικής διατομής . Μεταξύ τους, όπως και από στρώση σε στρώση, παρεμβάλλεται κατάλληλη μόνωση (π.χ. μονωτικό χαρτί, μίκα κ.α.) ανάλογα με τις τάσεις τους.

Τα τελευταία χρόνια για την κατασκευή των μεγάλων, κυρίως, Μ/Σ χρησιμοποιού -νται βελτιωμένες πρώτες ύλες, όπως:
- - μαγνητική λαμαρίνα, πάχους 0,23mm, για τον πυρήνα,
- - ειδική μόνωση από πρεσπάν και κόλλα, μεταξύ των στρώσεων κ.α.
- - φύλλα χαλκού για τα τυλίγματα Χ.Τ.,
Έτσι, έχουμε τα παρακάτω πλεονεκτήματα :
- β. καλή θερμική συμπεριφορά και ελάχιστες απώλειες και
α. τέλειες συνθήκες μόνωσης και αντοχής σε βραχυκυκλώματα,
- γ. μικρότερο όγκο, άρα και βάρος.

2) Κατασκευή μονοφασικών (1~) Μ/Σ
Οι 1~ Μ/Σ, ανάλογα με τη μορφή του μαγνητικού τους κυκλώματος και την τοποθέ -τηση των τυλιγμάτων στους κορμούς, διακρίνονται γενικά σε:

Μ/Σ τύπου πυρήνα και Μ/Σ τύπου μανδύα.
-  Στους Μ/Σ τύπου πυρήνα το μαγνητικό κύκλωμα κατασκευάζεται συνήθως από ελάσματα «πι» και «γιώτα», που σχηματίζουν την κλειστή διαδρομή , ενώ τα τυλίγματα τοποθετούνται και στους δύο κορμούς (σχ. 1.6α και 1.6β).
Σχ. 1.6: I ~ Μ/Σ τύπου πυρήνα και κατασκευή του.
Σε κάθε κορμό υπάρχει ένα τύλιγμα Χ.Τ. και, πάνω απ' αυτό, ένα τύλιγμα Υ.Τ., με τη μορφή κυλίνδρων ( κυλινδρικά ή συγκεντρικά τυλίγματα ), μονωμένων μεταξύ τους και ως προς τον πυρήνα. Τα τυλίγματα Χ.Τ. και Υ.Τ. των δύο κορμών συνδέο -νται σε σειρά έτσι, ώστε να μείνουν ελεύθερα δύο άκρα για τη Χ.Τ. και δύο για την Υ. Τ. (σχ. 1.6β).

Άλλος τρόπος κατασκευής των τυλιγμάτων είναι σε δίσκους (σχ. 1.6γ). Στην περί -πτωση αυτή κάθε τύλιγμα αποτελείται από πολλούς δίσκους, που τοποθετούνται εναλλάξ και συνδέονται μεταξύ τους -για κάθε τάση- στη σειρά, ώστε να έχουμε και πάλι τέσσερα ελεύθερα άκρα.
 Στους Μ/Σ τύπου μανδύα ο πυρήνας , δηλ. το μαγνητικό κύκλωμα, έχει τρεις κορμούς , από τους οποίους ο μεσαίος έχει διπλάσια διατομή απ' τους ακραίους. Σ' αυτόν τοποθετούνται τα τυλίγματα, που μπορεί να είναι κι εδώ διαμορφωμένα σε κυλίνδρους ή σε δίσκους.

Οι δύο ακραίοι κορμοί χρησιμεύουν μόνο για να κλείνουν το μαγνητικό κύκλωμα, δηλ. περιβάλλουν τα τυλίγματα σαν μανδύας.
Σχ. 1.7: I ~ Μ/Σ τύπου μανδύα και κατασκευή του.
Στους μικρούς 1 ~ Μ/Σ μανδύα, κάθε έλασμα κόβεται σ' ένα κομμάτι σχήματος , δηλ. με το μεσαίο κορμό κομμένο, ώστε τα τυλίγματα να τοποθετούνται σ' αυτόν όπως δείχνει το σχήμα 1.7β.

3) Κατασκευή τριφασικών (3~) Μ/Σ
Οι 3~ Μ/Σ κατασκευάζονται κυρίως σαν Μ/Σ τύπου πυρήνα και αποτελούνται, όπως και οι 1~ Μ/Σ, από τον πυρήνα και τα τυλίγματα.
Ο πυρήνας των 3~ Μ/Σ έχει την ίδια κατασκευή και το ίδιο δέσιμο, μ' αυτόν των 1~ Μ/Σ, με τη διαφορά ότι τα ελάσματα, σχήματος , αποτελούνται τώρα από τρεις όμοιους κορμούς (σχ. 1.8α). Πριν τοποθετηθεί στη θέση του το πάνω ζύγωμα, το -ποθετούνται στους κορμούς τα τυλίγματα. Σε κάθε κορμό μπαίνουν δύο τυλίγματα, ένα Χ.Τ. και ένα Υ.Τ. και αποτελούν τη μία φάση του 3~ Μ/Σ, όπως φαίνεται στον κορμό III του Μ/Σ του σχήματος 1.8β.

1. METAΣΧΗΜΑΤΙΣΤΕΣ (Μ/Σ)
Σχ. 1.8: Κατασκευαστικές λεπτομέρειες 3 ~ Μ/Σ.
Στο σχήμα 1.8γ φαίνεται έτοιμο, το ενεργό μέρος , δηλ. ο πυρήνας και τα τυλίγματα, 3~ Μ/Σ διανομής.

4) Τεχνολογία Μ/Σ
Τα τυλίγματα των Μ/Σ μετά την τοποθέτησή τους στους πυρήνες, βερνικώνονται και στη συνέχεια ξηραίνονται σε ειδικούς φούρνους (στους 100÷120°C), ώστε να απο -μακρύνεται και η ελάχιστη υγρασία που μπορεί να έχουν τα μονωτικά.

Μετασχηματιστής διανομής
Σχ. 1.9: Μ/Σ λαδιού.
Έτσι πετυχαίνουμε καλύτερη μόνωση , αλλά και μεγαλύτερη δυσκαμψία , που ελατ -τώνει τις δονήσεις των αγωγών και το μαγνητικό θόρυβο στη λειτουργία του Μ/Σ.
Στους ξηρούς Μ/Σ , που κατασκευάζονται για Χ.Τ. και μικρές σχετικά ισχείς, το ενεργό μέρος είναι εκτεθειμένο στον αέρα, ενώ στους Μ/Σ λαδιού που λειτουργούν στα δί -κτυα Χ.Τ., τοποθετείται μέσα σε μεταλλικό δοχείο (λέβητας Μ/Σ) γεμάτο με μονωτικό ορυκτέλαιο, που περιλαμβάνει σωλήνες ψύξης, δοχείο διαστολής κ.α. (σχ. 1.9).

Η προηγμένη τεχνολογία του ξηρού Μ/Σ
- Ο ξηρός μετασχηματιστής με μόνωση χυτορητίνης (Μ/Χ) είναι σήμερα η καταλ -ληλότερη λύση εκεί που η διανομή της ενέργειας επιβάλλει απόλυτη ασφάλεια και φιλικότητα προς το περιβάλλον.
- Ο Μ/Χ απέναντι στον συμβατικό Μετασχηματιστή (Μ/Σ) λαδιού παρουσιάζει πολλά πλεονεκτήματα. Η ειδική κατασκευή του, επιτρέπει την εγκατάστασή του και την ακίνδυνη λειτουργία του ακόμα και στα πιο κεντρικά σημεία του δικτύου, προσφέρο -ντας συγχρόνως και την οικονομικότερη λύση σε:
- - ξενοδοχειακές μονάδες
- - ορυχεία
- - πολυώροφα κτίρια
- - θαλάσσιες εγκαταστάσεις
- - πολυκαταστήματα
- - αεροδρόμια
- - κλινικές και νοσοκομεία
- - υπόγειους σιδηρόδρομους κ.λπ.

Ο μέχρι τώρα συμβατικός ξηρός Μ/Σ δεν ξεπερνούσε ηλεκτρικές απαιτήσεις της σειράς των 10kV, η μόνωση των τυλιγμάτων έφθανε για θερμοκρασίες 60 ως 75°C και η μηχανική αντοχή του στο βραχυκύκλωμα ήταν περιορισμένη.
Οι νέοι Μ/Χ με ιδιαίτερα ικανοποιητικές ηλε -κτρικές, μηχανικές και θερμικές ιδιότητες, υπε ρέχουν σε σχέση με τους συμβατικούς Μ/Σ, συμβάλλοντας συγχρόνως και στην προστασία του περιβάλλοντος. Σημαντική είναι επίσης και η υπεροχή του Μ/Χ στην εξοικονόμηση χώρου γιατί καλύπτει τα 2/3 περίπου του χώρου που καταλαμβάνει ο αντίστοιχος Μ/Σ λαδιού.

Η απλή κατασκευή του Μ/Χ επιτρέπει την αντικατάσταση των πηνίων επί τόπου. Ένα άλλο επίσης πλεονέκτημα του Μ/Χ είναι ότι δεν χρειάζεται παρακολούθηση κατά τη λει -τουργία του. Μόλις τεθεί υπό τάση μπορούμε να τον ξεχάσουμε.
Σχ. 1.10: Mετασχηματιστής χυτορητίνης (Μ/Χ).
- H Σημειώνουμε τέλος, ότι η ισχύς των Μ/Σ εξαρτάται από την τάση λειτουργίας τους, γιατί απ' αυτή εξαρτώνται:
- - η μόνωση των τυλιγμάτων και των ακροδεκτών (διαπεραστήρες Υ.Τ. και Χ.Τ.),
- - τα όργανα ρύθμισης (μεταγωγείς και μεταλλάκτες για τις λήψεις) και
- - το μέγεθος του λέβητα και ο τρόπος ψύξης του,
- - τα όργανα ελέγχου και προστασίας (θερμόμετρο, ρελέ, δοχείο διαστολής κ.α.).

Έτσι, στους μεγάλους Μ/Σ διανομής (σχ. 1.9), κάθε αύξηση της ισχύος συνεπάγεται αύξηση των διαστάσεών τους και αντίστοιχη αύξηση του βάρους τους.
(δες σχ. 1.11 και πίνακα 1.1).
- 1) Δοχείο μετασχηματιστή
- 3) Διαπεραστήρας Υ.Τ.
- 2) Κάλυμμα δοχείου
- 4) Διαπεραστήρας Χ.Τ.
- 6) Λαβές αναρτήσεως
- 5) Τροχοί κυλίσεως
- 7) Σύνδεσμος γειώσεως ουδετέρου
- 9) Δείκτης στάθμης λαδιού
- 8) Δοχείο διαστολής
- 11) Αφυγραντήρας
- 10) Πώμα αναπνευστικό ή πληρώσεως
- 12) Ρελέ Buchholz
- 14) Ψυκτικά σώματα
- 13) Θερμόμετρο
- 15) Μεταλλάκτης τάσεως
- 17) Ενδεικτική πινακίδα
- 16) Μεταγωγέας επαφών
- 18) Βαλβίδα εκκενώσεως και δειγματοληψίας

Σχ. 1.11 : Γενική διάταξη Μ/Σ διανομής 250÷1600kVA, 15-22/0,4kV.
Πίνακας 1.1.

Σημείωση: Οι διαστάσεις των Μ/Σ δεν θα υπερβαίνουν τις διαστάσεις του DIN 42520 που αναφέρονται στον παραπάνω πίνακα.

1.2.2. Τυποποίηση συνδέσεων, σύνδεση Μ/Σ στο δίκτυο της Δ.Ε.Η. - Τάση λειτoυργίας

Ακροδέκτες και συνδέσεις
Τα άκρα των τυλιγμάτων των Μ/Σ καταλήγουν σε ακροδέκτες που στηρίζονται συνήθως σε μια βάση από βακελίτη. Η μόνωση των συνδέσεων εξαρτάται από την τάση απ' την οποία εξαρτάται κυρίως το μέγεθος του Μ/Σ, αλλά και ο τύπος του (ξηρός Μ/Σ ή Μ/Σ λαδιού) ως προς την ψύξη. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιούνται μονωτήρες . Στους μεγάλους Μ/Σ οι μονωτήρες διαβάσεως , που στερεώνονται στο κάλυμμα, αποτελούν και τους ακροδέκτες των τυλιγμάτων των Μ/Σ.
Για να ξεχωρίζονται οι ακροδέκτες μεταξύ τους χρησιμοποιούνται συμβολικά γράμ -ματα ή και αριθμοί.

-  Στους 1~ Μ/Σ οι ακροδέκτες του τυλίγματος της Υ.Τ. σημειώνονται με U-V ή Α-Β ή Η$\_{1}$-Η$\_{2}$ , ενώ οι ακροδέκτες του τυλίγματος της Χ.Τ. με u-v ή a-b ή x$\_{1}$ -x$\_{2}$.
Αν γίνεται και μεσαία λήψη , όπως π.χ. στη Χ.Τ. του Μ/Σ του παρακάτω σχήματος 1.12α και 1.12β, ο αντίστοιχος ακροδέκτης τοποθετείται μεταξύ των άλλων δύο και σημειώνεται με n ή n$\_{p}$ ή x$\_{0}$ .
Σχ. 1.12: Σύνδεση τυλιγμάτων και συμβολισμοί I ~ Μ/Σ.
Στα ηλεκτρολογικά σχέδια οι 1~ Μ/Σ συμβολίζονται όπως δείχνει το σχήμα 1.12γ.

 Στους 3~ Μ/Σ, τα τρία τυλίγματα (φάσεις) της Υ.Τ. και τα αντίστοιχα της Χ.Τ. , συνδέονται εσωτερικά μεταξύ τους (σχ. 1.13α), είτε σε αστέρα είτε σε τρίγωνο . *
Έτσι, απ' το καθένα 3~ τύλιγμα, μένουν τελικά ελεύθερα τρία ή τέσσερα άκρα τα οποία καταλήγουν στο κιβώτιο ακροδεκτών (πινακίδα) του Μ/Σ (σχ. 1.13β) και στους ακροδέκτες:
U, V, W ή A, Β, C ή Η$\_{1}$, Η$\_{2}$, Η$\_{3}$, για τα τυλίγματα της Υ.Τ. και
- u, ν, w ή α, b, c ή x$\_{1}$ , x$\_{2}$, x$\_{3}$, για τα τυλίγματα της Χ.Τ.
Αν χρειάζεται και ο ουδέτερος αγωγός , ο ουδέτερος κόμβος συνδέεται σε ιδιαίτερο ακροδέκτη και συμβολίζεται με το Ν ή Μ$\_{p}$ ή Η$\_{0}$ , για την Υ.Τ. και με τα μικρά n ή m$\_{p}$ ή x$\_{0}$ ή x$\_{4}$ , για τη Χ.Τ.

Σχ. 1.13: Σύνδεση φάσεων στους ακροδέκτες και συμβολισμοί 3~ Μ/Σ.
Στον 3~ Μ/Σ του σχήματος 1.13α(i), τα τρία τυλίγματα (φάσεις) Υ.Τ. συνδέονται σε αστέρα, ενώ τα τρία τυλίγματα (φάσεις) Χ.Τ. σε αστέρα με ουδέτερο, δηλ. όπως λέμε απλά ο Μ/Σ αυτός είναι ζεύξης αστέρα-αστέρα (με ουδέτερο).
Εύκολα διαπιστώνουμε ότι, ο Μ/Σ που έχει την πινακίδα του σχήματος 1.13β(ii) έχει ζεύξη τριγώνου-αστέρα.
Στο σχήμα 1.13γ, δίπλα από τις πινακίδες των 3~ Μ/Σ, σημειώνονται τα σύμβολα που χρησιμοποιούνται γι' αυτούς στα ηλεκτρολογικά σχέδια.

-  Πάνω στη πινακίδα κάθε 3~ Μ/Σ, ο κατασκευαστής του σημειώνει πάντα τη ζεύξη των τυλιγμάτων του.
Με τα κεφαλαία γράμματα Υ ή D συμβολίζεται η σύνδεση των τυλιγμάτων του πρω -τεύοντος, δηλ. της Υ. Τ. για τους Μ/Σ υποβιβασμού ( Υ σε αστέρα, D σε τρίγωνο ) και με τα μικρά y ή d η αντίστοιχη σύνδεση των τυλιγμάτων του δευτερεύοντος ( Χ.Τ. ).
Από το συνδυασμό αστέρα-τριγώνου στις 3 φάσεις της Υ.Τ. και της Χ.Τ., προκύ -πτουν διάφορες ζεύξεις που εξυπηρετούν διαφορετικές ανάγκες, ανάλογα με τη χρήση του Μ/Σ.

Τάση λειτουργίας Μ/Σ
Στην πράξη, οι τάσεις λειτουργίας των Μ/Σ είναι τυποποιημένες, ανάλογα με το σκο -πό και την εφαρμογή για την οποία προορίζονται. Έτσι, π.χ. οι Μ/Σ Χαμηλής Τάσης (Χ.Τ.) κατασκευάζονται για τάσεις πρωτεύοντος 220V και δευτερεύοντος 6, 12, 24 ή 40V, ενώ οι Μ/Σ διανομής Μέσης Τάσης (Μ.Τ.) για τάσεις πρωτεύοντος 15, 20 ή 25kV και τάσεις δευτερεύοντος 380/220V.

Σημείωση
Σύμφωνα με τη νέα διεθνή τυποποίηση (IEC):
- 1) το δίκτυο διανομής Χ.Τ. της Δ.Ε.Η. έχει φασική τάση 230V, με όρια ανοχής από 207V μέχρι 244V και πολική τάση 400V, με όρια ανοχής από 360V μέχρι 424V.
- 2) οι συμβολισμοί R , S , Τ και Μ$\_{p}$ , για τους αγωγούς φάσης και ουδέτερου, αντικα -θίστανται σταδιακά από τους L$\_{1}$ , L$\_{2}$ , L$\_{3}$ και Ν αντίστοιχα. Παρακάτω χρησιμοποι ούνται ενδεικτικά παλιές και νέες τιμές τάσης για το δίκτυο Χ.Τ. της Δ.Ε.Η., ενώ αναφέρονται τόσο οι νέοι όσο και οι παλιότεροι συμβολισμοί των αγωγών.

Στη διπλανή σελίδα στο σχήμα 1.14 φαίνονται οι συνδεσμολογίες Μ/Σ στο δίκτυο της Δ.Ε.Η. και οι τάσεις που μπορούν να δώσουν στο δευτερεύον τους τύλιγμα.
-  Στη λειτουργία του Μ/Σ με φορτίο, η τάση δευτερεύοντος (U$\_{2}$) εξαρτάται από το ρεύμα φόρτισης (Ι$\_{2}$) και από το είδος του φορτίου (ωμικό, επαγωγικό ή χωρητικό) που εξυπηρετεί ο Μ/Σ.

(α) Ι~Μ/Σ
Σχ. 1.14: Σύνδεση Μ/Σ με τo δίκτυο της Δ.Ε.Η.

1. METAΣΧΗΜΑΤΙΣΤΕΣ (Μ/Σ)

1.2.3. Iσχύς Μ/Σ
Η πραγματική ισχύς που δίνει ένας Μ/Σ στο δευτερεύον του , όταν τροφοδοτεί κατανάλωση με τάση U$\_{2}$, ένταση Ι$\_{2}$ και συντελεστή ισχύος συνφ$\_{2}$, δίνεται από τις σχέσεις :
- - για 1~ Μ/Σ:
Ρ$\_{2}$ =U$\_{2}$ I$\_{2}$ συνφ$\_{2}$
(1.7)
- - για 3~Μ/Σ:
P$\_{2}$ =1,73 U$\_{2}$ l$\_{2}$ συvφ$\_{2}$

Για την ειδικότητα Ηλεκτρολογικών Εγκαταστάσεων Κτιρίων θα πρέπει ο μαθητής να διδαχτεί από το βιβλίο επιπλέον τα κεφάλαια, ενότητες και παραγράφους σύμ -φωνα με τον πίνακα που ακολουθεί:

| Α/Α   | ΚΕΦΑΛΑΙΟ   | ΕΝΟΤΗΤΑ   | ΠΑΡΑΓΡΑΦΟΣ   |
|-------|------------|-----------|--------------|
| 1     | 1          | 1.2       | 1.2.2        |
|       |            |           | 1.2.3        |
|       |            |           | 1.2.4        |
| 2     | 1          | 1.3       | 1.3.2        |
| 3     | 1          | 1.4       | 1.4.1        |
|       |            |           | 1.4.2        |
|       |            |           | 1.4.3        |
| 4     | 2          | 2.7       |              |
| 5     | 3          | 3.1       | 3.1.6        |
| 6     | 5          | 5.3       |              |
| 7     | 5          | 5.5       |              |

Για την ειδικότητα Ηλεκτρολογικών Συστημάτων Αυτοκινήτου θα πρέπει ο μαθητής να διδαχτεί από το βιβλίο επιπλέον τα κεφάλαια, ενότητες και παραγράφους σύμ -φωνα με τον επόμενο πίνακα:

| Α/Α   | ΚΕΦΑΛΑΙΟ   | ΕΝΟΤΗΤΑ   | ΠΑΡΑΓΡΑΦΟΣ   |
|-------|------------|-----------|--------------|
| 1 1   | 1.2        | 1.2.5     |              |
|       |            | 1.2.6     |              |
| 2     | 2.4        |           | 2            |
| 2     | 2.8        |           | 3            |
| 4 3   | 3.1        | 3.1.7     |              |
| 5     | 5.6        |           | 5            |
| 5     | 5.3        |           | 6            |
| 6     |            |           | 6            |

Τελειώνοντας, θέλουμε να ευχαριστήσουμε και από τη θέση αυτή, τους αρμόδιους του Π.Ι., που μας εμπιστεύθηκαν τη συγγραφή του βιβλίου, και κυρίως το συντο -νιστή κ. Γιάννη Λιγνό, τον πάρεδρο του Π.Ι. κ. Ιγνάτιο Χατζηευστρατίου και τους κριτές, όπως επίσης και τους φίλους και συναδέλφους, που μας συμπαραστάθηκαν και μας βοήθησαν με τις εύστοχες παρατηρήσεις τους.
Οι συγγραφείς Μπινιάρης Α., Λαγουδάκος Μ., Γαντζούδης Σ.

Εισαγωγή

Είδη Ηλεκτρικών Μηχανών και Eφαρμογές τους.

Γενικά.
Ο άνθρωπος, για την ικανοποίηση των αναγκών του, χρησιμοποιεί ενέργεια σε διά -φορες μορφές. Η πιο σημαντική απ' αυτές είναι η ηλεκτρική ενέργεια , που σήμερα χρησιμοποιείται παντού, στα σπίτια, στα μαγαζιά, στα εργοστάσια, στα αγροκτήματα  για φωτισμό, μαγείρεμα, για διασκέδαση, για κίνηση, για θέρμανση και για πολλές άλλες χρήσεις.
Η ηλεκτρική ενέργεια (Η.Ε.) παράγεται βασικά σε μεγάλα εργοστάσια, που λέγο -νται σταθμοί παραγωγής Η.Ε. , με ειδικές μηχανές που λέγονται ηλεκτρικές γεννήτριες ή απλά γεννήτριες . Για να δώσουν Η.Ε. οι γεννήτριες παίρνουν μηχανι -κή ενέργεια (περιστροφική κίνηση) από άλλες κινητήριες μηχανές , όπως π.χ. οι ατμοστρόβιλοι , οι υδροστρόβιλοι , οι αεριοστρόβιλοι και οι πετρελαιομηχανές (Μ.Ε.Κ.).

Για την κίνηση των διαφόρων συσκευών και μηχανημάτων χρησιμοποιούμε τους ηλεκτρικούς κινητήρες ή απλά κινητήρες . Οι κινητήρες παίρνουν ηλεκτρική ενέρ -γεια και δίνουν μηχανική ενέργεια.
Επίσης, για την εύκολη και οικονομική χρήση της Η.Ε. χρησιμοποιούμε τους στατούς μετασχηματιστές ή απλά μετασχηματιστές , που μετασχηματίζουν τα βα -σικά ηλεκτρικά μεγέθη (τάση-ένταση), ενώ για τη μετατροπή του εναλλασσομένου ρεύματος (που παράγεται στην πράξη) σε συνεχές ρεύμα χρησιμοποιούμε τους ανορθωτές . Κατασκευάζονται, αλλά χρησιμοποιούνται σπάνια και ηλεκτρικές μη -χανές που μετατρέπουν το εναλλασσόμενο ρεύμα (Ε.Ρ.) σε συνεχές ρεύμα (Σ.Ρ) και αντίστροφα το Σ.Ρ. σε Ε.Ρ., όπως οι στρεφόμενοι μετατροπείς και τα ζεύγη κινητήρα-γεννήτριας .

Οι ηλεκτρικές μηχανές αποτελούν τις κυριότερες διατάξεις, για την παραγωγή, τη μεταφορά και την αξιοποίηση της ηλεκτρικής ενέργειας.
Οι γεννήτριες, οι κινητήρες και οι μετασχηματιστές είναι «πανταχού παρόντες» στη σύγχρονη ζωή. Στο σύγχρονο σπίτι οι ηλεκτρικοί κινητήρες είναι το βασικό εξάρ -τημα των περισσότερων οικιακών συσκευών. Βρίσκονται στα ψυγεία, στους κατα ψύκτες, στα πλυντήρια, στα μίξερ, στα συστήματα κλιματισμού, στους ανεμιστήρες κ.λπ. Στους χώρους εργασίας κινούν όλα σχεδόν τα εργαλεία.

Το ίδιο ισχύει και για τους μετασχηματιστές, αλλά και για τις γεννήτριες, που σιγάσιγά, εκτός απ' την παραγωγή ηλ. ενέργειας, μπαίνουν και στη καθημερινή μας ζωή ( τροφοδοτικά, ηλεκτροπαραγωγά ζεύγη - φορητές ηλεκτρογεννήτριες ).
Γιατί όμως οι ηλεκτρικές μηχανές χρησιμοποιούνται τόσο πολύ;
Η απάντηση είναι απλή: Η ηλεκτρική ενέργεια είναι η πιο καθαρή και η πιο αποτε -λεσματική μορφή ενέργειας. Ένας ηλεκτροκινητήρας δεν αποβάλλει καυσαέρια ούτε χρειάζεται συνεχή τροφοδότηση με καύσιμο, όπως μια μηχανή εσωτερικής καύσης (Μ.Ε.Κ.). Ακόμη η θερμότητα και η μηχανική ενέργεια μετατρέπονται σε ηλεκτρική
μακριά απ' το τόπο χρήσης τους, χωρίς προβλήματα ρύπανσης. Η μεταφορά της ηλ. ενέργειας γίνεται με αγωγούς κι έτσι μπορεί εύκολα και καθαρά να χρησιμοποιη -θεί σ' όποιο χώρο θέλουμε. Στη διαδικασία μεταφοράς βοηθούν οι μετασχηματιστές, μειώνοντας τις απώλειες ενέργειας.

Σήμερα κατασκευάζονται ηλεκτρικές μηχανές (δες σχήμα 0.1) με ονομαστική ισχύ, από μερικά χιλιοστά του βατ (mW) μέχρι και δύο χιλιάδες μεγαβάτ (2000 MW). Οι μικρότερες ηλεκτρικές μηχανές είναι κινητήρες λίγων χιλιοστών (π.χ. για την κίνηση ηλεκτρικών ρολογιών και μικρών μηχανών γραφείου) και οι μεγαλύτερες είναι οι γεν -νήτριες των σταθμών παραγωγής Η.Ε., βάρους εκατοντάδων τόννων.
Σχ. 0.1.: Συγκρότημα ατμοστροβιλογεννήτριας (α) και μικροκινητήρες (β).

Είδη ηλεκτρικών μηχανών και εφαρμογές τους.
Τα κυριότερα είδη των ηλεκτρικών μηχανών είναι:
- α. Οι ηλεκτρογεννήτριες ή απλά γεννήτριες , που χρησιμοποιούνται για την πα -ραγωγή ηλ. ενέργειας. Ανάλογα με το είδος του ηλ. ρεύματος που παράγουν διακρί νονται σε γεννήτριες Σ.Ρ. και γεννήτριες Ε.Ρ.
- β. Οι ηλεκτροκινητήρες ή απλά κινητήρες , που χρησιμοποιούνται για την κίνηση διαφόρων μηχανημάτων και διακρίνονται σε κινητήρες συνεχούς ρεύματος , όταν
είναι κατασκευασμένοι για να εργάζονται με Σ.Ρ. και κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος , όταν είναι κατασκευασμένοι για να εργάζονται με Ε.Ρ.

- γ. Οι μετασχηματιστές που χρησιμεύουν για να ανυψώνουμε ή να υποβιβάζουμε την τάση του εναλλασσόμενου ρεύματος ( Ε.Ρ. ).
- δ. Οι στρεφόμενοι μετατροπείς και τα ζεύγη κινητήρα-γεννήτριας, που μετα -τρέπουν το Ε.Ρ. σε Σ.Ρ. και αντίστροφα το Σ.Ρ. σε Ε.Ρ.
-  Σήμερα, στις περισσότερες περιπτώσεις, η μετατροπή του Ε.Ρ. σε συνεχές ρεύμα (Σ.Ρ.) γίνεται με τους ανορθωτές .

Οι ηλεκτρογεννήτριες χρησιμοποιούνται:
- ✓ στους σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.
- ✓ σαν εφεδρικές πηγές ηλ. ενέργειας σε νοσοκομεία, εργοστάσια, αεροδρόμια κ.λπ., γνωστές σαν ηλεκτροπαραγωγικό ζεύγος , γιατί αποτελούνται από τη γεν -νήτρια και την κινητήρια μηχανή της.
- ✓ στην παραγωγή ηλ. ενέργειας σε πλοία, τρένα, αυτοκίνητα, αεροπλάνα και απομονωμένα σπίτια ή αγροκτήματα .

Οι ηλεκτροκινητήρες χρησιμοποιούνται:
- ✓ στη βιομηχανία και σε διάφορες επαγγελματικές εφαρμογές για την κίνηση εργα -λειομηχανών, αντλιών, ανεμιστήρων, ελάστρων, γερανών, ανελκυστήρων κ.λπ.
- ✓ για την κίνηση οχημάτων (ηλ. έλξη), όπως ηλ. σιδηροδρόμων, τρόλεϊ, τραμ, εκκίνηση κινητήρων αυτοκινήτων ( μίζα ) κ.λπ.
- ✓ σε διάφορες ηλ. συσκευές οικιακής ή επαγγελματικής χρήσης, όπως ψυγεία, πλυντήρια, σκούπες, μίξερ, ανεμιστήρες, ραδιομαγνητόφωνα, δράπανα κ.λπ.

Οι μετασχηματιστές χρησιμοποιούνται:
- ✓ στα συστήματα παραγωγής, μεταφοράς και διανομής ηλ. ενέργειας (Π.Μ. και Δ - Η.Ε.), όπου σε ειδικούς υποσταθμούς ανυψώνουν ή υποβιβάζουν την τάση του Ε.Ρ.
- ✓ σε ηλεκτροσυγκολλήσεις, ηλ. εγκαταστάσεις βιομηχανιών και σπιτιών (ηλ. κουδούνι), ηλεκτρονικές συσκευές κ.λπ.

 Οι ανορθωτές χρησιμοποιούνται:
- ✓ για την τροφοδότηση αλλά και την αυτόματη ρύθμιση της ταχύτητας περιστροφής κινητήρων Σ.Ρ. με στοιχεία από ημιαγωγούς που ονομάζονται θυρίστορ , που επιτρέπουν σε ειδικές βιομηχανικές μονάδες να χρησιμοποιούν, οικονομικά, κινητήρες Σ.Ρ. μεγάλης ακρίβειας.
- ✓ παντού, όπου χρειάζεται Σ.Ρ., όπως π.χ., στη φόρτιση συσσωρευτών , στην ηλεκτροχημική βιομηχανία (ηλεκτρολύσεις, επιμεταλλώσεις), στις ηλεκτρονικές συσκευές, στην ηλ. έλξη κ.λπ.

Παρατηρήσεις:
- 1. Οι ηλεκτρικές μηχανές (γεννήτριες και κινητήρες) είναι αναστρέψιμες , δη -λαδή μπορούν να λειτουργήσουν γενικά και αντίστροφα (οι γεννήτριες σαν κι νητήρες (εφόσον τροφοδοτηθούν απ' το δίκτυο) και οι κινητήρες σαν γεννήτριες (εφόσον περιστραφεί ο δρομέας τους)).

2. Οι μηχανές Ε.Ρ. διακρίνονται σε: σύγχρονες και ασύγχρονες .
Οι σύγχρονες μηχανές χρησιμοποιούνται συνήθως ως γεννήτριες-εναλλακτήρες (κεφ. 3) και σε ειδικές μόνο περιπτώσεις κινητήρες (βλέπε: κινητήρες αυτοκίνησης. κεφ. 6), ενώ οι ασύγχρονες μηχανές κυρίως ως κινητήρες (βλέπε: Α.Τ.Κ. και Α.Μ.Κ., κεφ. 4 και 5 αντίστοιχα) και σπάνια ως γεννήτριες (π.χ. ανεμογεννήτριες).
Σύγχρονες ονομάζονται οι ηλεκτρικές μηχανές (κινητήρες ή γεννήτριες) στις οποίες υπάρχει σταθερή σχέση μεταξύ της συχνότητας του ρεύματος και της ταχύτητας περιστροφής τους , δηλ. αυτές που στρέφονται με σταθερή ταχύτητα και ασύγχρονες αυτές που η ταχύτητα περιστροφής τους εξαρτάται από το φορτίο τους.

κεφάλαιο 1 μετασχηματιστές (M/Σ)
Μετασχηματιστές ονομάζουμε τις ειδικές ηλεκτρικές μηχανές (διατάξεις) που αυξομειώνουν (μεταβάλλουν-μετασχηματίζουν) τα βασικά ηλεκτρικά μεγέθη (τάση- ένταση).
Σήμερα οι μετασχηματιστές χρησιμοποιούνται σ' όλους σχεδόν τους το -μείς της Τεχνολογίας και της παραγωγής από τα συστήματα παραγωγής, μεταφοράς και διανομής της ηλεκτρικής ενέργειας και τη βαριά βιομηχανία, μέχρι την Ηλεκτρονική και τις επικοινωνίες.
Σχ. 1.1: Από τo μετασχηματιστή διανομής ηλεκτρικής ενέργειας, μεγάλου όγκου και βάρους εκατοντάδων τόνων (α), στo μετασχηματιστή ηλεκτρονικών - τυπωμένων κυκλωμάτων μερικών χιλιοστών (mm) και ελάχιστου βάρους (β).

Ενότητα 1.1.

Χρήσεις και Αρχή λειτουργίας Μετασχηματιστών (Μ/Σ)

Διδακτικοί στόχοι
Μετά από τη μελέτη της ενότητας αυτής, θα πρέπει να μπορείτε:
- 1. Να απαριθμείτε τις τεχνολογικές εφαρμογές στην ανάπτυξη των οποίων βοήθησαν οι Μ/Σ.
- 2. Να απαριθμείτε τους βασικούς τομείς της παραγωγής στους οποίους υπάρχουν Μ/Σ.
- 3. Να διατυπώνετε την αρχή λειτουργίας των Μ/Σ.
- 4. Να περιγράφετε τα προβλήματα που θα παρουσιαστούν, αν βραχυκυ -κλωθεί το δευτερεύον τύλιγμα του Μ/Σ.

1.1.1. Σύντομη ιστορική ανασκόπηση

Σημασία των Μ/Σ στη σύγχρονη ζωή
Η ανάγκη μετασχηματισμού των ηλεκτρικών μεγεθών φάνηκε από το 1882, με την ανάπτυξη των πρώτων συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας συνεχούς ρεύματος τριών αγωγών, σε τάση 220/110V, που λειτούργησαν ταυτόχρονα στη Ν. Υόρκη και το Λονδίνο.
Με την αύξηση της ζήτησης της ηλεκτρικής ενέργειας διαπιστώθηκε ότι, για να συμφέ -ρει οικονομικά η μεταφορά της, έπρεπε να γίνεται σε πολύ υψηλότερη τάση απ' αυτή που χρησιμοποιούσε η κατανάλωση. Στη συνέχεια, βέβαια, έπρεπε να υποβιβάζεται, για να μπορεί να διανεμηθεί ακίνδυνα και να χρησιμοποιηθεί από τους καταναλωτές.

Το πρόβλημα έλυσε η Τεχνική της εποχής εκείνης, μεταβάλλοντας την ηλεκτρική τάση του συνεχούς ρεύματος (Σ.Ρ.) μ' ένα ζεύγος κινητήρα-γεννήτριας , το οποίο όμως είχε μικρό βαθμό απόδοσης, δηλ. μεγάλες απώλειες ηλ. ισχύος.
-  Η γεννήτρια δίνει Σ.Ρ. στην επιθυμητή τάση, ενώ ο κινητήρας τροφοδοτείται από το δίκτυο ηλεκτροδότησης.
Το 1890 γίνονται τα πρώτα πειράματα και στη συνέχεια προωθείται το εναλλασσόμενο ρεύμα (Ε.Ρ.), το οποίο και επικρατεί τελικά, χάρη κυρίως στο πλεονέκτημά του να μετασχηματίζεται εύκολα, γρήγορα και οικονομικά , με τη βοήθεια κατάλ -ληλων μηχανημάτων που ονομάστηκαν μετασχηματιστές .

Κύριο χαρακτηριστικό των μετασχηματιστών είναι ότι δεν έχουν κινούμενα μέρη, γι' αυτό λέγονται και στατοί μετασχηματιστές (συμβολικά Μ/Σ ). Με τους Μ/Σ η ανύψωση ή ο υποβιβασμός της τάσης του Ε.Ρ. γίνεται με ελάχιστες απώλειες. Για παράδειγμα, σήμερα κατασκευάζονται μεγάλοι Μ/Σ με βαθμό απόδοσης μέχρι και 99%, δηλ. με απώλεια 1% της ισχύος που μεταβιβάζεται.
Η χρήση τέτοιων Μ/Σ είχε σαν αποτέλεσμα τη ραγδαία εξέλιξη και εξάπλωση των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας Ε.Ρ.
Παράλληλα αναπτύχθηκε και η σχετική τεχνολογία καταναλωτών και συσκευών που χρησιμοποιούν την ηλεκτρική ενέργεια, με συνεχή βελτίωση του βαθμού από -δοσής τους. Αυτό γιατί, όπου χρειαζόμαστε διαφορετική τάση ή ένταση ρεύματος, ο Μ/Σ δίνει μια απλή και οικονομική λύση.

Χάρη λοιπόν στους Μ/Σ, το εναλλασσόμενο ρεύμα χρησιμοποιείται πια στα δίκτυα ηλεκτροδότησης των καταναλωτών όλων των χωρών.
Έτσι αναπτύχθηκαν σταδιακά οι εφαρμογές του εναλλασσόμενου ρεύματος και μαζί μ' αυτές όλοι σχεδόν οι τομείς της Τεχνολογίας και Παραγωγής.
Το συνεχές ρεύμα (Σ.Ρ.) χρησιμοποιείται μόνο σε ειδικές εφαρμογές και σε ιδιαίτε -ρες περιπτώσεις. Στις περιπτώσεις αυτές μετατρέπουμε το Ε.Ρ. του δικτύου σε Σ.Ρ., με τη βοήθεια ανορθωτών .
- H Σημειώνουμε, τέλος, ότι η τεχνολογία και τεχνογνωσία των Μ/Σ βοήθησε και στην κατασκευή ειδικών μετασχηματιστών Σ.Ρ., όπως είναι ο γνωστός σε όλους μας πολλαπλασιαστής των αυτοκινήτων.

1.1.2. Είδη και χρήσεις Μ/Σ
Στην εποχή μας οι Μ/Σ κατασκευάζονται σε διάφορα μεγέθη, τύπους και παραλλαγές και χρησιμοποιούνται σ' όλους σχεδόν τους τομείς δραστηριότητας του ανθρώπου. Από τα συστήματα ηλ. ενέργειας και τη βαριά βιομηχανία (π.χ. Μ/Σ διανομής), τη βιοτεχνία (π.χ. Μ/Σ ηλεκτροσυγκολλήσεων, φόρτισης συσσωρευτών κ.α.), το γραφείο (π.χ. Μ/Σ ηλεκτρονικών υπολογιστών), τις συγκοινωνίες και μεταφορές (π.χ. Μ/Σ ηλ. έλξης), το σπίτι (π.χ. Μ/Σ ηλ. κουδουνιού, ηλεκτρονικών συσκευών κ.α.), μέχρι τις τηλεπικοινωνίες (π.χ. Μ/Σ τροφοδοτικού κινητού τηλεφώνου).

-  Στο βιβλίο αυτό θα εξετάσουμε τους Μ/Σ ηλεκτροτεχνικών εφαρμογών, που μπορεί να είναι γενικά Μ/Σ ανύψωσης ή υποβιβασμού της τάσης του Ε..Ρ., ανα -φέροντας πρώτα με τη βοήθεια ενός διαγράμματος τις κυριότερες διακρίσεις τους (Δ.1.1) και στη συνέχεια τις επιμέρους χρήσεις τους.
Οι τριφασικοί Μ/Σ χρησιμοποιούνται σε τριφασικά δίκτυα, ενώ οι μονοφασικοί σε μονοφασικά δίκτυα (οικιακές συσκευές κ.λπ.).
- Οι Μ/Σ ισχύος κατασκευάζονται για να μεταφέρουν μεγάλες ποσότητες ηλ. ισχύος, ενώ οι Μ/Σ οργάνων μέτρησης για πολύ μικρές (με σκοπό να υποβιβάζουν κατά ένα γνωστό λόγο την τάση ή την ένταση του ρεύματος που θέλουμε να μετρήσου -με).
- Οι ξηροί Μ/Σ χρησιμοποιούνται για μικρές σχετικά ισχείς και η ψύξη τους γίνεται κατευθείαν από τον αέρα, ενώ οι Μ/Σ λαδιού χρησιμοποιούνται για μεγαλύτερες ισχείς και η ψύξη τους πετυχαίνεται με κατάλληλο ορυκτέλαιο, μέσα στο οποίο βρί -σκονται.
- Οι Μ/Σ υπαίθρου τοποθετούνται στις υπαίθριες εγκαταστάσεις (υπαίθριους υπο -σταθμούς), ενώ οι Μ/Σ κλειστού χώρου μέσα σε κλειστούς χώρους.
- H Τέλος, κατασκευάζονται και χρησιμοποιούνται και ειδικοί Μ/Σ , όπως π.χ. είναι:
- - οι Μ/Σ 1:1,
- - οι αυτομετασχηματιστές και
- Μ/Σ ηλεκτρικής έλξης,
- Μ/Σ ηλεκτροσυγκολλήσεων .

1.1.3. Λειτουργία μετασχηματιστών

1) Γενικά
Κάθε μετασχηματιστής (Μ/Σ) αποτελείται από:
- -έναν πυρήνα, που αποτελεί το μαγνητικό κύκλωμα και
- -δύο τυλίγματα , το τύλιγμα υψηλής τάσης (Υ.Τ.) και το τύλιγμα χαμηλής τάσης (Χ.Τ.).
Τα δύο τυλίγματα ενός Μ/Σ λέγονται πρωτεύον και δευτερεύον .
Συγκεκριμένα πρωτεύον λέγεται το τύλιγμα που συνδέεται με την ηλ. πηγή (δί -κτυο ηλεκτροδότησης) και δευτερεύον το τύλιγμα που μας δίνει την μετασχηματισμένη τάση . Έτσι, π.χ. στην περίπτωση των Μ/Σ υποβιβασμού τάσης, πρωτεύον είναι το τύλιγμα της Υ.Τ. και δευτερεύον το τύλιγμα Χ.Τ.

2) Αρχή λειτουργίας
Στο παρακάτω σχήμα 1.2α φαίνεται ένας απλός μονοφασικός (1~) Μ/Σ, ενώ στο σχήμα 1.2β ένας επίσης 1~ Μ/Σ, στον οποίο για λόγους απλότητας θεωρούμε ότι τυλίγματα υπάρχουν μόνο στον ένα κορμό του πυρήνα.
-  Στην πραγματικότητα σε κάθε κορμό του Μ/Σ, όπως θα δούμε στην επόμενη ενότητα, τυλίγματα (Υ.Τ. και Χ.Τ.) τοποθετούνται και στους δυο κορμούς (κάθετα μέρη) * του πυρήνα.
Στον Μ/Σ αυτό (σχ. 1.2β) πρωτεύον είναι το τύλιγμα U-V ( Υ. Τ. ), γιατί αυτό τροφο -δοτείται από το δίκτυο, π.χ. απ' τους ζυγούς R και Μ$\_{p}$, με εναλλασσόμενη τάση (U$\_{1}$)

1. METAΣΧΗΜΑΤΙΣΤΕΣ (Μ/Σ)
και δευτερεύον το τύλιγμα u-v ( Χ.Τ. ), στο οποίο δεν έχει συνδεθεί κατανάλωση (φορτίο), παρά μόνο ένα βολτόμετρο.
Σχ. 1.2: Αρχή λειτουργίας Ι ~ Μ/Σ - Λειτουργία χωρίς φορτίο.
Η εναλλασσόμενη τάση U$\_{1}$ προκαλεί στο πρωτεύον μια εναλλασσόμενη ένταση ρεύματος (π.χ. για τη λειτουργία χωρίς φορτίο την Ι$\_{0}$ ).
Η εναλλασσόμενη ένταση ρεύματος Ι$\_{0}$ δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο (Μ.Π.) με εναλλασσόμενη (μεταβαλλόμενη) μαγνητική ροή Φ$\_{μ}$ .
Η μεταβαλλόμενη μαγνητική ροή Φ$\_{μ}$ κλείνει κύκλωμα μέσα από τον πυρήνα και δια -περνά («τέμνει») τις σπείρες του δευτερεύοντος.

Έτσι, σε κάθε σπείρα του δευτερεύοντος αναπτύσσεται μια ηλεκτρεγερτική δύναμη (Η.Ε.Δ.) από επαγωγή , που είναι κι αυτή εναλλασσόμενη και μάλιστα της ίδιας συχνότητας μ' αυτή των U, Ι$\_{0}$ και Φ$\_{μ}$ που την προκάλεσαν.
Επειδή οι σπείρες του δευτερεύοντος είναι συνδεμένες σε σειρά, οι Η.Ε.Δ. που ανα -πτύσσονται σ' αυτές αθροίζονται. Άρα, από το δευτερεύον τύλιγμα παίρνουμε τελικά μια συνολική Η.Ε.Δ. (Ε$\_{2}$), την οποία μπορούμε να μετρήσουμε μ' ένα βολτόμετρο.

Σημειώσεις
- 1. Ο όρος « ηλεκτρεγερτική δύναμη (Η.Ε.Δ.) », δεν έχει καμιά σχέση με τη μηχα -νική δύναμη και σημαίνει ουσιαστικά μια « εσωτερική ηλεκτρική τάση », δηλ. ηλ. τάση που μετράμε με «ανοικτό κύκλωμα».
- 2. Η ενεργός τιμή της Η.Ε.Δ. Ε$\_{2}$, δηλ. κατά προσέγγιση της τάσης U$\_{2}$, που μας δίνει το δευτερεύον τύλιγμα ενός Μ/Σ είναι ανάλογη:
- - μιας κατασκευαστικής σταθεράς (4,44),
- - του αριθμού των σπειρών του δευτερεύοντος (W$\_{2}$) και
- - της συχνότητας του δικτύου ηλεκτροδότησης (f), σε Ηz,
- - της χρήσιμης μαγνητικής ροής (Φ$\_{μ}$) του πυρήνα του Μ/Σ, σε Vs

Επομένως: E$\_{2}$ = KfW$\_{2}$Φ$\_{μ}$, Ε$\_{2}$ = 4,44fW$\_{2}$Φ$\_{μ}$
Η αρχή λειτουργίας του Μ/Σ φαίνεται παραστατικά και στο διάγραμμα Δ.1.2, πάνω απ' το σχήμα 1.2β.
Με τον ίδιο τρόπο λειτουργεί και ο πραγματικός 1~ Μ/Σ (σχ. 1.6β), αρκεί τα τυλίγμα -τα Υ.Τ. και Χ.Τ. κάθε κορμού να συνδεθούν μεταξύ τους στη σειρά και έτσι, ώστε να δημιουργούν μαγνητική ροή σ' αυτόν με την ίδια φορά.
-  Όμοια λειτουργούν και οι τριφασικοί (3 ~ ) Μ/Σ, που έχουν πυρήνα με τρεις όμοιους κορμούς, αφού κάθε κορμός συμπεριφέρεται σαν 1~ Μ/Σ (δες σχήματα 1.8 και 1.9). Για το λόγο αυτό παρακάτω, όπου θα ασχοληθούμε με τη λειτουργία των Μ/Σ, θα εξετάζουμε 1~ Μ/Σ, αρκεί να γνωρίζουμε ότι τα ηλεκτρικά μεγέθη του 1~ Μ/Σ είναι τα αντίστοιχα φασικά μεγέθη στους 3~ Μ/Σ.

Σε κάθε Μ/Σ διακρίνουμε δύο λειτουργικές καταστάσεις:
- - τη λειτουργία χωρίς φορτίο (μεταβατικό στάδιο), στην οποία η τάση του δευτε -ρεύοντος είναι ίση με την Η.Ε.Δ. που αναπτύσσεται σ' αυτό, δηλ. είναι U$\_{2}$ = E$\_{2}$ και - τη λειτουργία με φορτίο (κανονική λειτουργία), στην οποία η τάση U$\_{2}$ είναι γενι -κά μικρότερη απ' την Ε$\_{2}$ λόγω της πτώσης τάσης στα τυλίγματα του Μ/Σ.

3) Λειτουργία Μ/Σ χωρίς φορτίο - Σχέση μεταφοράς
Λέμε ότι ένας Μ/Σ λειτουργεί χωρίς φορτίο (ή στο κενό) όταν το δευτερεύον του δεν τροφοδοτεί κάποια κατανάλωση, δηλ. είναι ανοικτό, όπως π.χ. στον Μ/Σ, σχήματος 1.2.
Στην περίπτωση αυτή ο λόγος των τάσεων πρωτεύοντος και δευτερεύοντος είναι ίσος με το λόγο των σπειρών πρωτεύοντος και δευτερεύοντος , δηλ. είναι:
U U = W W 1 2 1 2 (1.1)
Ο λόγος (πηλίκο) των σπειρών του πρωτεύοντος προς τις σπείρες του δευτερεύοντος (W$\_{1}$/W$\_{2}$) λέγεται σχέση μεταφοράς Κ του Μ/Σ. Άρα:

K= W W 1 2 (1.2)
Από την παραπάνω σχέση (1.1) μπορούμε, καθορίζοντας τον αριθμό των σπειρών πρωτεύοντος και δευτερεύοντος, δηλ. τη σχέση μεταφοράς Κ, να παίρνουμε από το δευτερεύον τύλιγμα τάση μεγαλύτερη ή μικρότερη απ' αυτή του πρωτεύοντος. Μ' άλλα λόγια μπορούμε ν' ανυψώνουμε ή να υποβιβάζουμε την τάση του εναλλασσό -μενου ρεύματος.

Παράδειγμα
Ένας 1~ Μ/Σ έχει στο πρωτεύον τύλιγμα W$\_{1}$=5.000 σπείρες και στο δευτερεύον W$\_{2}$=500 σπείρες. Αν τροφοδοτηθεί με τάση U$\_{1}$=200V, τι τάση θα μας δώσει στο δευτερεύον του (στη λειτουργία χωρίς φορτίο); Τι είδους είναι ο Μ/Σ;

Λύση
Είναι: U U = W W U = 20V 1 2 1 2 2 U = U W W = 200 500 5.000 = 1.000 50 2 1 2 1 ⇒ ⇒ ⇒ �
Ο Μ/Σ αυτός είναι Μ/Σ υποβιβασμού της τάσης , δηλ. το πρωτεύον είναι τύλιγμα Υ.Τ. και το δευτερεύον είναι τύλιγμα Χ.Τ.
U U =K U = 20V 1 2 2 U = U K U = 200 5.000 / 500 = 200 10 2 1 2 ⇒ ⇒ ⇒

4) Λειτουργία Μ/Σ με φορτίο - Σχέση μεταξύ τάσεων και εντάσεων
Λέμε ότι ένας Μ/Σ λειτουργεί με φορτίο όταν το δευτερεύον του τροφοδοτεί έναν καταναλωτή Κ (σχ. 1.3) ή τους ζυγούς ενός δικτύου.
Στη περίπτωση αυτή την ισχύ που απορροφά ο καταναλωτής από το δευτερεύον τύλιγμα, μαζί με τις απώλειες του Μ/Σ, τη δίνει το δίκτυο που τροφοδοτεί το πρωτεύον τύλιγμα, το οποίο για το λόγο αυτό απορροφά και μεγαλύτερη ένταση ρεύματος (από Ι$\_{0}$ απορροφά τώρα I$\_{1}$).
Σχ. 1.3: Λειτουργία Μ/Σ με φορτίο.

Αν μετρήσουμε τις εντάσεις πρωτεύοντος και δευτερεύοντος (σχ. 1.3), θα διαπιστώ -σουμε ότι προσεγγιστικά ισχύει η σχέση:
I I = W W 2 1 1 2 ή I$\_{2}$ = K  I$\_{1}$ (1.3)
Επίσης, κατά προσέγγιση ισχύει και στη λειτουργία με φορτίο η σχέση που είδαμε στη λειτουργία χωρίς φορτίο, δηλ. η
U U = W W 1 2 1 2 ή U$\_{2}$ = U$\_{1}$ /K (1.4)
Από τις 1.3 και 1.4, εξισώνοντας τα πρώτα μέλη, προκύπτει τελικά:
U U = I I 1 2 2 1 ή U U = I I = W W 1 2 2 1 1 2 (1.5)
Απ' την τελευταία αυτή σχέση (1.5) συμπεραίνουμε ότι:

α. αν ένας Μ/Σ ανυψώνει την τάση στο δευτερεύον, θα υποβιβάζει με την ίδια περίπου αναλογία την ένταση που κυκλοφορεί σ' αυτό και
β. το τύλιγμα Χ.Τ. και μεγάλης έντασης έχει μικρό αριθμό σπειρών και αγωγό μεγάλης διατομής, ενώ το τύλιγμα Υ.Τ. και χαμηλής έντασης έχει μεγάλο αριθμό σπειρών και αγωγό μικρής διατομής.

Παράδειγμα
Η ένταση του ρεύματος στο πρωτεύον ενός 1~ Μ/Σ είναι 2Α και η τάση του U$\_{1}$=220V. Πόση είναι η ένταση στο δευτερεύον, αν αυτό δίνει τάση U$\_{2}$=44V;

Λύση
Επομένως, ο Μ/Σ αυτός έχει σχέση μεταφοράς K = U$\_{1}$ /U$\_{2}$ = 5 , δηλ., όταν η τάση στο δευτερεύον του μειώνεται κατά 5 φορές, σε σχέση με την U$\_{1}$, η ένταση ρεύματος στο δευτερεύον αυξάνεται κατά 5 φορές, σε σχέση με την ένταση του πρωτεύοντος (Ι$\_{2}$ = ΚΙ$\_{1}$ = 52 = 10Α).
Γνωρίζουμε ότι: U U = I I 1 2 2 1 ⇒ � � � I = I U U =2 220 44 =2 5=10A 2 1 1 2

1.1.4. Τάση βραχυκύκλωσης
Τάση βραχυκύκλωσης Μ/Σ ονομάζουμε την τάση που πρέπει να εφαρμοσθεί στο πρωτεύον του, ώστε, με βραχυκυκλωμένο το δευτερεύον τύλιγμα, να έχουμε τα κανονικά ρεύματα φόρτισης, τόσο στο πρωτεύον όσο και στο δευτε -ρεύον τύλιγμα του Μ/Σ.
Η τάση βραχυκύκλωσης (U$\_{βρ}$ ή U$\_{1K}$) μετριέται στο πείραμα βραχυκύκλωσης του Μ/Σ (σχ. 1.4) και πρακτικά εκφράζεται σαν ποσοστό επί τοις εκατό της ονομαστικής τάσης του πρωτεύοντος του Μ/Σ, δηλ. είναι:
u % = U U 100 K 1K 1N × (1.6)

Παράδειγμα
Στο πείραμα βραχυκύκλωσης ενός Μ/Σ 6.000/400V, για να έχουμε τα κανονικά ρεύματα φόρτισης 12/180Α, χρειάστηκε να τροφοδοτήσουμε το πρωτεύον του με τάση 240V.
- β. Σε ποιά τιμή μπορεί να φτάσει η ένταση βραχυκύκλωσης στο δευτερεύον του, με την κανονική τάση τροφοδότησης στο πρωτεύον;
- α. Πόση είναι η τάση βραχυκύκλωσης του Μ/Σ;

Λύση
Είναι: U$\_{1N}$=6.000V, U$\_{1K}$=240V και Ι$\_{2Ν}$= 180Α
β. I = I u % 100 2K 2N K = 180 100 4 = 18.000 4 Ι = 4.500Α 2Κ � ⇒
α. u % = U U 100 K 1K 1N × × = 240 6.000 100 = 24.000 6.000 =4 (ή u$\_{K}$=4%)
Παρατηρούμε ότι στην περίπτωση βραχυκυκλώματος ενός Μ/Σ αναπτύσσονται πάρα πολύ μεγάλες εντάσεις ρεύματος (της τάξης των χιλιάδων αμπέρ), που είναι επικίνδυνες, τόσο για τον ίδιο το Μ/Σ (καταστροφή μονώσεων και τυλιγμά -των) όσο και για το δίκτυο που τον τροφοδοτεί.
Τα βραχυκυκλώματα στους Μ/Σ είναι γενικά επικίνδυνα (και γίνονται περισσότερο επικίνδυνα όσο μικρότερη είναι η τάση βραχυκύκλωσης), εκτός από την περίπτω -ση των ηλεκτροσυγκολλήσεων στην οποία θέλουμε μεγάλες εντάσεις ρεύματος. Στην περίπτωση αυτή ο Μ/Σ λειτουργεί με βραχυκυκλωμένο το δευτερεύον τύλιγμα, δηλ. το ρεύμα εργασίας τους είναι ουσιαστικά το ρεύμα βραχυκύκλωσης.

Σχ.1.4: Πείραμα βραχυκύκλωσης Μ/Σ.

Σημείωση
Αν γνωρίζουμε την u$\_{κ}$%, μπορούμε να υπολογίσουμε την πιθανή ένταση ρεύμα -τος ενός βραχυκυκλώματος στο δευτερεύον τύλιγμα του Μ/Σ, όταν το πρωτεύον του τροφοδοτείται με την κανονική του τάση, απ' τη σχέση:
I = I u % 100 2K 2N K × (1.6')

1.1.5. Ερωτήσεις
- 1. Τι ονομάζουμε μετασχηματιστές (Μ/Σ) και ποια η επίδρασή τους στην οικονομι -κή και τεχνολογική ανάπτυξη;
- 2. Στην ανάπτυξη ποιών τεχνολογικών εφαρμογών βοήθησαν οι Μ/Σ;
- 3. Σε ποιούς βασικούς τομείς παραγωγής υπάρχουν Μ/Σ;
- 4. Πού (και πώς) χρησιμοποιούνται οι Μ/Σ στην παραγωγή ηλ. ενέργειας;
- 5. Ποια τα κυριότερα είδη των Μ/Σ;
- 6. Από τι αποτελείται βασικά κάθε Μ/Σ; Τι λέμε πρωτεύον και τι δευτερεύον;
- 7. Πώς λειτουργεί με λίγα λόγια ένας (1~) Μ/Σ;
- 8. Πότε λέμε ότι ένας Μ/Σ λειτουργεί χωρίς φορτίο και πότε με φορτίο;
- 9. Ποια η σχέση μεταξύ των τάσεων, των εντάσεων και των σπειρών πρωτεύο -ντος και δευτερεύοντος ενός Μ/Σ και πώς προκύπτει αυτή;
- 10. Τι ονομάζουμε σχέση μεταφοράς ενός Μ/Σ και τι δείχνει;
- 1 1 . Τι ονομάζουμε τάση βραχυκύκλωσης και σε τι μας χρησιμεύει;
- 12. Ποια προβλήματα θα παρουσιαστούν, αν βραχυκυκλωθεί το δευτερεύον ενός Μ/Σ;
- 13. Σε ποια περίπτωση ένας Μ/Σ λειτουργεί ουσιαστικά με βραχυκυκλωμένο το δευτερεύον του τύλιγμα και γιατί;
- 14. Στο πείραμα βραχυκύκλωσης ενός Μ/Σ 220/9.900V «φωτεινών επιγραφών», για να έχουμε τα κανονικά ρεύματα φόρτισης 2,25A/50mA χρειάστηκε να τρο -φοδοτήσουμε το πρωτεύον του τύλιγμα με τάση 11V.

Ποια είναι
α. η σχέση μεταφοράς του Μ/Σ και β. η τάση βραχυκύκλωσης;
(ΑΠ. K = 1/45, u$\_{K}$ = 5%)
- 15. Το πρωτεύον τύλιγμα ενός Μ/Σ έχει 300 σπείρες και το δευτερεύον 1.500 σπεί -ρες. Αν η τάση του πρωτεύοντος είναι 12V και διαρρέεται από ρεύμα εντάσεως 2Α, πόση είναι η τάση και η ένταση του ρεύματος στο δευτερεύον;
(ΑΠ. U$\_{2}$ = 60V, Ι$\_{2}$ = 0,4Α)
Ποιο πηνίο έχει σύρμα με αγωγό μεγαλύτερης διατομής;

Βάλτε σε κύκλο το γράμμα μπροστά από τη σωστή απάντηση
- 16. Σήμερα, στα δίκτυα ηλεκτροδότησης όλων των χωρών χρησιμοποιείται: α. το συνεχές ρεύμα (Σ.Ρ.).
- γ. το ζεύγος κινητήρα-γεννήτριας.
- β. το εναλλασσόμενο ρεύμα (Ε.Ρ.).
- δ. ο μετασχηματιστής (Μ/Σ) και όλα τα παραπάνω.
- 17. Ανάλογα με τον προορισμό τους οι Μ/Σ διακρίνονται σε:
- β. τριφασικούς και μονοφασικούς.
- α. ισχύος και οργάνων μέτρησης.
- γ. αυτομετασχηματιστές και ηλ. έλξης.
- δ. ξηρούς, λαδιού και συγκολλήσεων.
- 18. Μ/Σ με 300 σπείρες στο πρωτεύον και 60 στο δευτερεύον, όταν τροφοδοτείται από δίκτυο 220V, δίνει στο δευτερεύον του:
- β. τάση 22V.
- α. τάση 44V.
- γ. ένταση 20Α.
- δ. ένταση 4Α.
- 19. Στους μεγάλους σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιούμε Μ/Σ ανύψωσης της τάσης, π.χ. από 22kV σε 220kV, με σκοπό να μειώσουμε το ρεύμα δευτερεύοντος (στη γραμμή μεταφοράς) κατά:
- β. 5
- α. 2 φορές.
- γ. 10 φορές.
- δ. 20
- 20. Ο λόγος (πηλίκο) των σπειρών πρωτεύοντος και δευτερεύοντος τυλίγματος ενός Μ/Σ λέγεται:
- β. ρεύμα βραχυκύκλωσης.
- α. τάση βραχυκύκλωσης.
- γ. σχέση μεταφοράς.
- δ. σχέση μεταξύ U και I.
- 21. Η ενεργός τιμή της Η.Ε.Δ. (Ε$\_{2}$) του δευτερεύοντος ενός μονοφασικού Μ/Σ δίνε -ται από τη σχέση:
- β. Ε$\_{2}$=ΚU$\_{1}$
- α. Ε$\_{2}$=ΚU$\_{2}$ .
- γ. E$\_{2}$=KfW$\_{2}$Φ$\_{μ}$ .
- δ. E$\_{2}$=KfW$\_{2}$ .
- 22. Μ/Σ με 2000 σπείρες στο πρωτεύον και 80 σπείρες στο δευτερεύον, όταν τρο -φοδοτεί καταναλωτή με ρεύμα έντασης 50Α, απορροφά από το δίκτυο:
- β. ρεύμα 2Α.
- α. ρεύμα 1Α.
- γ. τάση 220V.
- δ. ισχύ 2000W.

Ενότητα 1.2.

Κατασκευαστικά στοιχεία, Συνδεσμολογίες και Τυποποίηση Μ/Σ

Διδακτικοί στόχοι
Μετά από τη μελέτη της ενότητας αυτής, θα πρέπει να μπορείτε:
- 1. Να περιγράφετε τα υλικά που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή του Μ/Σ για το ηλεκτρικό και μαγνητικό κύκλωμα.
- 2. Να αιτιολογείτε τη σημασία της χρήσης νέων υλικών στους Μ/Σ και τη θετι -κή επίδρασή τους στο περιβάλλον.
- 3. Να αιτιολογείτε τη σχέση βάρους-ισχύος στους Μ/Σ.
- 4. Να αναφέρετε τις τυπικές τάσεις λειτουργίας των Μ/Σ και τον τρόπο σύνδε -σης στο δίκτυο της Δ.Ε.Η.
- 5. Να αιτιολογείτε την τυποποίηση των ακροδεκτών για τους μονοφασικούς και τους τριφασικούς Μ/Σ.
- 6. Να αναφέρετε τις χρήσεις των Μ/Σ 1:1.

1.2.1. Κατασκευή Μ/Σ

1) Γενικά
Ο πυρήνας του Μ/Σ, κατασκευάζεται από πολλά σιδηρο-μαγνητικά ελάσματα, πά -χους 0,3 ως 0,5mm, με επιφανειακή μόνωση από ειδικό βερνίκι, για τον περιορισμό των δινορρευμάτων και των απωλειών του μαγνητικού κυκλώματος.
Τα μαγνητικό ελάσματα κόβονται σε διάφορα σχήματα, π.χ. , , , κ.α. (σχ. 1.5α), τα οποία συνδυάζονται μεταξύ τους και πολλά μαζί, το ένα δίπλα στο άλλο, συγκροτούν τους πυρήνες των Μ/Σ (σχ. 1.5β).
Τα κάθετα μέρη του πυρήνα λέγονται κορμοί και τα οριζόντια ζυγώματα .
(α) ελάσματα

Σχ. 1.5: Ελάσματα και πυρήνες Μ/Σ.
Τα τυλίγματα κατασκευάζονται από μονωμένους χάλκινους αγωγούς, που τυλίγο -νται σπειρωτά, σε πολλές στρώσεις, πάνω σε ειδικές φόρμες (καλούπια) και στη συνέχεια τοποθετούνται στους κορμούς .
Το τύλιγμα Υ.Τ. αποτελείται από πολλές σπείρες κυκλικής διατομής, ενώ το τύλιγμα Χ.Τ. αποτελείται από λίγες σπείρες μεγαλύτερης , τετραγωνικής ή ορθογω -νικής διατομής . Μεταξύ τους, όπως και από στρώση σε στρώση, παρεμβάλλεται κατάλληλη μόνωση (π.χ. μονωτικό χαρτί, μίκα κ.α.) ανάλογα με τις τάσεις τους.

Τα τελευταία χρόνια για την κατασκευή των μεγάλων, κυρίως, Μ/Σ χρησιμοποιού -νται βελτιωμένες πρώτες ύλες, όπως:
- - μαγνητική λαμαρίνα, πάχους 0,23mm, για τον πυρήνα,
- - ειδική μόνωση από πρεσπάν και κόλλα, μεταξύ των στρώσεων κ.α.
- - φύλλα χαλκού για τα τυλίγματα Χ.Τ.,
Έτσι, έχουμε τα παρακάτω πλεονεκτήματα :
- β. καλή θερμική συμπεριφορά και ελάχιστες απώλειες και
α. τέλειες συνθήκες μόνωσης και αντοχής σε βραχυκυκλώματα,
- γ. μικρότερο όγκο, άρα και βάρος.

2) Κατασκευή μονοφασικών (1~) Μ/Σ
Οι 1~ Μ/Σ, ανάλογα με τη μορφή του μαγνητικού τους κυκλώματος και την τοποθέ -τηση των τυλιγμάτων στους κορμούς, διακρίνονται γενικά σε:

Μ/Σ τύπου πυρήνα και Μ/Σ τύπου μανδύα.
-  Στους Μ/Σ τύπου πυρήνα το μαγνητικό κύκλωμα κατασκευάζεται συνήθως από ελάσματα «πι» και «γιώτα», που σχηματίζουν την κλειστή διαδρομή , ενώ τα τυλίγματα τοποθετούνται και στους δύο κορμούς (σχ. 1.6α και 1.6β).
Σχ. 1.6: I ~ Μ/Σ τύπου πυρήνα και κατασκευή του.
Σε κάθε κορμό υπάρχει ένα τύλιγμα Χ.Τ. και, πάνω απ' αυτό, ένα τύλιγμα Υ.Τ., με τη μορφή κυλίνδρων ( κυλινδρικά ή συγκεντρικά τυλίγματα ), μονωμένων μεταξύ τους και ως προς τον πυρήνα. Τα τυλίγματα Χ.Τ. και Υ.Τ. των δύο κορμών συνδέο -νται σε σειρά έτσι, ώστε να μείνουν ελεύθερα δύο άκρα για τη Χ.Τ. και δύο για την Υ. Τ. (σχ. 1.6β).

Άλλος τρόπος κατασκευής των τυλιγμάτων είναι σε δίσκους (σχ. 1.6γ). Στην περί -πτωση αυτή κάθε τύλιγμα αποτελείται από πολλούς δίσκους, που τοποθετούνται εναλλάξ και συνδέονται μεταξύ τους -για κάθε τάση- στη σειρά, ώστε να έχουμε και πάλι τέσσερα ελεύθερα άκρα.
 Στους Μ/Σ τύπου μανδύα ο πυρήνας , δηλ. το μαγνητικό κύκλωμα, έχει τρεις κορμούς , από τους οποίους ο μεσαίος έχει διπλάσια διατομή απ' τους ακραίους. Σ' αυτόν τοποθετούνται τα τυλίγματα, που μπορεί να είναι κι εδώ διαμορφωμένα σε κυλίνδρους ή σε δίσκους.

Οι δύο ακραίοι κορμοί χρησιμεύουν μόνο για να κλείνουν το μαγνητικό κύκλωμα, δηλ. περιβάλλουν τα τυλίγματα σαν μανδύας.
Σχ. 1.7: I ~ Μ/Σ τύπου μανδύα και κατασκευή του.
Στους μικρούς 1 ~ Μ/Σ μανδύα, κάθε έλασμα κόβεται σ' ένα κομμάτι σχήματος , δηλ. με το μεσαίο κορμό κομμένο, ώστε τα τυλίγματα να τοποθετούνται σ' αυτόν όπως δείχνει το σχήμα 1.7β.

3) Κατασκευή τριφασικών (3~) Μ/Σ
Οι 3~ Μ/Σ κατασκευάζονται κυρίως σαν Μ/Σ τύπου πυρήνα και αποτελούνται, όπως και οι 1~ Μ/Σ, από τον πυρήνα και τα τυλίγματα.
Ο πυρήνας των 3~ Μ/Σ έχει την ίδια κατασκευή και το ίδιο δέσιμο, μ' αυτόν των 1~ Μ/Σ, με τη διαφορά ότι τα ελάσματα, σχήματος , αποτελούνται τώρα από τρεις όμοιους κορμούς (σχ. 1.8α). Πριν τοποθετηθεί στη θέση του το πάνω ζύγωμα, το -ποθετούνται στους κορμούς τα τυλίγματα. Σε κάθε κορμό μπαίνουν δύο τυλίγματα, ένα Χ.Τ. και ένα Υ.Τ. και αποτελούν τη μία φάση του 3~ Μ/Σ, όπως φαίνεται στον κορμό III του Μ/Σ του σχήματος 1.8β.

1. METAΣΧΗΜΑΤΙΣΤΕΣ (Μ/Σ)
Σχ. 1.8: Κατασκευαστικές λεπτομέρειες 3 ~ Μ/Σ.
Στο σχήμα 1.8γ φαίνεται έτοιμο, το ενεργό μέρος , δηλ. ο πυρήνας και τα τυλίγματα, 3~ Μ/Σ διανομής.

4) Τεχνολογία Μ/Σ
Τα τυλίγματα των Μ/Σ μετά την τοποθέτησή τους στους πυρήνες, βερνικώνονται και στη συνέχεια ξηραίνονται σε ειδικούς φούρνους (στους 100÷120°C), ώστε να απο -μακρύνεται και η ελάχιστη υγρασία που μπορεί να έχουν τα μονωτικά.

Μετασχηματιστής διανομής
Σχ. 1.9: Μ/Σ λαδιού.
Έτσι πετυχαίνουμε καλύτερη μόνωση , αλλά και μεγαλύτερη δυσκαμψία , που ελατ -τώνει τις δονήσεις των αγωγών και το μαγνητικό θόρυβο στη λειτουργία του Μ/Σ.
Στους ξηρούς Μ/Σ , που κατασκευάζονται για Χ.Τ. και μικρές σχετικά ισχείς, το ενεργό μέρος είναι εκτεθειμένο στον αέρα, ενώ στους Μ/Σ λαδιού που λειτουργούν στα δί -κτυα Χ.Τ., τοποθετείται μέσα σε μεταλλικό δοχείο (λέβητας Μ/Σ) γεμάτο με μονωτικό ορυκτέλαιο, που περιλαμβάνει σωλήνες ψύξης, δοχείο διαστολής κ.α. (σχ. 1.9).

Η προηγμένη τεχνολογία του ξηρού Μ/Σ
- Ο ξηρός μετασχηματιστής με μόνωση χυτορητίνης (Μ/Χ) είναι σήμερα η καταλ -ληλότερη λύση εκεί που η διανομή της ενέργειας επιβάλλει απόλυτη ασφάλεια και φιλικότητα προς το περιβάλλον.
- Ο Μ/Χ απέναντι στον συμβατικό Μετασχηματιστή (Μ/Σ) λαδιού παρουσιάζει πολλά πλεονεκτήματα. Η ειδική κατασκευή του, επιτρέπει την εγκατάστασή του και την ακίνδυνη λειτουργία του ακόμα και στα πιο κεντρικά σημεία του δικτύου, προσφέρο -ντας συγχρόνως και την οικονομικότερη λύση σε:
- - ξενοδοχειακές μονάδες
- - ορυχεία
- - πολυώροφα κτίρια
- - θαλάσσιες εγκαταστάσεις
- - πολυκαταστήματα
- - αεροδρόμια
- - κλινικές και νοσοκομεία
- - υπόγειους σιδηρόδρομους κ.λπ.

Ο μέχρι τώρα συμβατικός ξηρός Μ/Σ δεν ξεπερνούσε ηλεκτρικές απαιτήσεις της σειράς των 10kV, η μόνωση των τυλιγμάτων έφθανε για θερμοκρασίες 60 ως 75°C και η μηχανική αντοχή του στο βραχυκύκλωμα ήταν περιορισμένη.
Οι νέοι Μ/Χ με ιδιαίτερα ικανοποιητικές ηλε -κτρικές, μηχανικές και θερμικές ιδιότητες, υπε ρέχουν σε σχέση με τους συμβατικούς Μ/Σ, συμβάλλοντας συγχρόνως και στην προστασία του περιβάλλοντος. Σημαντική είναι επίσης και η υπεροχή του Μ/Χ στην εξοικονόμηση χώρου γιατί καλύπτει τα 2/3 περίπου του χώρου που καταλαμβάνει ο αντίστοιχος Μ/Σ λαδιού.

Η απλή κατασκευή του Μ/Χ επιτρέπει την αντικατάσταση των πηνίων επί τόπου. Ένα άλλο επίσης πλεονέκτημα του Μ/Χ είναι ότι δεν χρειάζεται παρακολούθηση κατά τη λει -τουργία του. Μόλις τεθεί υπό τάση μπορούμε να τον ξεχάσουμε.
Σχ. 1.10: Mετασχηματιστής χυτορητίνης (Μ/Χ).
- H Σημειώνουμε τέλος, ότι η ισχύς των Μ/Σ εξαρτάται από την τάση λειτουργίας τους, γιατί απ' αυτή εξαρτώνται:
- - η μόνωση των τυλιγμάτων και των ακροδεκτών (διαπεραστήρες Υ.Τ. και Χ.Τ.),
- - τα όργανα ρύθμισης (μεταγωγείς και μεταλλάκτες για τις λήψεις) και
- - το μέγεθος του λέβητα και ο τρόπος ψύξης του,
- - τα όργανα ελέγχου και προστασίας (θερμόμετρο, ρελέ, δοχείο διαστολής κ.α.).

Έτσι, στους μεγάλους Μ/Σ διανομής (σχ. 1.9), κάθε αύξηση της ισχύος συνεπάγεται αύξηση των διαστάσεών τους και αντίστοιχη αύξηση του βάρους τους.
(δες σχ. 1.11 και πίνακα 1.1).
- 1) Δοχείο μετασχηματιστή
- 3) Διαπεραστήρας Υ.Τ.
- 2) Κάλυμμα δοχείου
- 4) Διαπεραστήρας Χ.Τ.
- 6) Λαβές αναρτήσεως
- 5) Τροχοί κυλίσεως
- 7) Σύνδεσμος γειώσεως ουδετέρου
- 9) Δείκτης στάθμης λαδιού
- 8) Δοχείο διαστολής
- 11) Αφυγραντήρας
- 10) Πώμα αναπνευστικό ή πληρώσεως
- 12) Ρελέ Buchholz
- 14) Ψυκτικά σώματα
- 13) Θερμόμετρο
- 15) Μεταλλάκτης τάσεως
- 17) Ενδεικτική πινακίδα
- 16) Μεταγωγέας επαφών
- 18) Βαλβίδα εκκενώσεως και δειγματοληψίας

Σχ. 1.11 : Γενική διάταξη Μ/Σ διανομής 250÷1600kVA, 15-22/0,4kV.
Πίνακας 1.1.

| Γενικές Διαστάσεις σε χιλιοστά (mm)   | Γενικές Διαστάσεις σε χιλιοστά (mm)   | Γενικές Διαστάσεις σε χιλιοστά (mm)   | Γενικές Διαστάσεις σε χιλιοστά (mm)   | Γενικές Διαστάσεις σε χιλιοστά (mm)   | Ολικό Βάρος  σε kgr   |
|---------------------------------------|---------------------------------------|---------------------------------------|---------------------------------------|---------------------------------------|-----------------------|
| Ισχύς σε  kVA                         | Μήκος ''Α''                           | Πλάτος  ''Β''                         | Ύψος  ''H''                           | Τροχοί  ''E''                         | Ολικό Βάρος  σε kgr   |
| 250                                   | 1500                                  | 920                                   | 1300                                  | 520                                   | 1200                  |
| 315                                   | 1680                                  | 1010                                  | 1400                                  | 670                                   | 1350                  |
| 400                                   | 1740                                  | 1000                                  | 1500                                  | 670                                   | 1600                  |
| 500                                   | 1800                                  | 1050                                  |                                       | 670                                   | 1650                  |
| 630                                   | 1860                                  | 1000                                  | 1650                                  | 670                                   | 2200                  |
| 800                                   | 2000                                  | 1250                                  |                                       | 670                                   | 2400                  |
| 1000                                  | 1960                                  | 1300                                  | 1650                                  | 820                                   | 2800                  |
| 1250                                  | 2150                                  | 1500                                  | 1700                                  | 820                                   | 3250                  |
| 1600                                  | 2230                                  | 1450                                  | 1850                                  | 820                                   | 3900                  |

Σημείωση: Οι διαστάσεις των Μ/Σ δεν θα υπερβαίνουν τις διαστάσεις του DIN 42520 που αναφέρονται στον παραπάνω πίνακα.

1.2.2. Τυποποίηση συνδέσεων, σύνδεση Μ/Σ στο δίκτυο της Δ.Ε.Η. - Τάση λειτoυργίας

Ακροδέκτες και συνδέσεις
Τα άκρα των τυλιγμάτων των Μ/Σ καταλήγουν σε ακροδέκτες που στηρίζονται συνήθως σε μια βάση από βακελίτη. Η μόνωση των συνδέσεων εξαρτάται από την τάση απ' την οποία εξαρτάται κυρίως το μέγεθος του Μ/Σ, αλλά και ο τύπος του (ξηρός Μ/Σ ή Μ/Σ λαδιού) ως προς την ψύξη. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιούνται μονωτήρες . Στους μεγάλους Μ/Σ οι μονωτήρες διαβάσεως , που στερεώνονται στο κάλυμμα, αποτελούν και τους ακροδέκτες των τυλιγμάτων των Μ/Σ.
Για να ξεχωρίζονται οι ακροδέκτες μεταξύ τους χρησιμοποιούνται συμβολικά γράμ -ματα ή και αριθμοί.

-  Στους 1~ Μ/Σ οι ακροδέκτες του τυλίγματος της Υ.Τ. σημειώνονται με U-V ή Α-Β ή Η$\_{1}$-Η$\_{2}$ , ενώ οι ακροδέκτες του τυλίγματος της Χ.Τ. με u-v ή a-b ή x$\_{1}$ -x$\_{2}$.
Αν γίνεται και μεσαία λήψη , όπως π.χ. στη Χ.Τ. του Μ/Σ του παρακάτω σχήματος 1.12α και 1.12β, ο αντίστοιχος ακροδέκτης τοποθετείται μεταξύ των άλλων δύο και σημειώνεται με n ή n$\_{p}$ ή x$\_{0}$ .
Σχ. 1.12: Σύνδεση τυλιγμάτων και συμβολισμοί I ~ Μ/Σ.
Στα ηλεκτρολογικά σχέδια οι 1~ Μ/Σ συμβολίζονται όπως δείχνει το σχήμα 1.12γ.

 Στους 3~ Μ/Σ, τα τρία τυλίγματα (φάσεις) της Υ.Τ. και τα αντίστοιχα της Χ.Τ. , συνδέονται εσωτερικά μεταξύ τους (σχ. 1.13α), είτε σε αστέρα είτε σε τρίγωνο . *
Έτσι, απ' το καθένα 3~ τύλιγμα, μένουν τελικά ελεύθερα τρία ή τέσσερα άκρα τα οποία καταλήγουν στο κιβώτιο ακροδεκτών (πινακίδα) του Μ/Σ (σχ. 1.13β) και στους ακροδέκτες:
U, V, W ή A, Β, C ή Η$\_{1}$, Η$\_{2}$, Η$\_{3}$, για τα τυλίγματα της Υ.Τ. και
- u, ν, w ή α, b, c ή x$\_{1}$ , x$\_{2}$, x$\_{3}$, για τα τυλίγματα της Χ.Τ.
Αν χρειάζεται και ο ουδέτερος αγωγός , ο ουδέτερος κόμβος συνδέεται σε ιδιαίτερο ακροδέκτη και συμβολίζεται με το Ν ή Μ$\_{p}$ ή Η$\_{0}$ , για την Υ.Τ. και με τα μικρά n ή m$\_{p}$ ή x$\_{0}$ ή x$\_{4}$ , για τη Χ.Τ.

Σχ. 1.13: Σύνδεση φάσεων στους ακροδέκτες και συμβολισμοί 3~ Μ/Σ.
Στον 3~ Μ/Σ του σχήματος 1.13α(i), τα τρία τυλίγματα (φάσεις) Υ.Τ. συνδέονται σε αστέρα, ενώ τα τρία τυλίγματα (φάσεις) Χ.Τ. σε αστέρα με ουδέτερο, δηλ. όπως λέμε απλά ο Μ/Σ αυτός είναι ζεύξης αστέρα-αστέρα (με ουδέτερο).
Εύκολα διαπιστώνουμε ότι, ο Μ/Σ που έχει την πινακίδα του σχήματος 1.13β(ii) έχει ζεύξη τριγώνου-αστέρα.
Στο σχήμα 1.13γ, δίπλα από τις πινακίδες των 3~ Μ/Σ, σημειώνονται τα σύμβολα που χρησιμοποιούνται γι' αυτούς στα ηλεκτρολογικά σχέδια.

-  Πάνω στη πινακίδα κάθε 3~ Μ/Σ, ο κατασκευαστής του σημειώνει πάντα τη ζεύξη των τυλιγμάτων του.
Με τα κεφαλαία γράμματα Υ ή D συμβολίζεται η σύνδεση των τυλιγμάτων του πρω -τεύοντος, δηλ. της Υ. Τ. για τους Μ/Σ υποβιβασμού ( Υ σε αστέρα, D σε τρίγωνο ) και με τα μικρά y ή d η αντίστοιχη σύνδεση των τυλιγμάτων του δευτερεύοντος ( Χ.Τ. ).
Από το συνδυασμό αστέρα-τριγώνου στις 3 φάσεις της Υ.Τ. και της Χ.Τ., προκύ -πτουν διάφορες ζεύξεις που εξυπηρετούν διαφορετικές ανάγκες, ανάλογα με τη χρήση του Μ/Σ.

Τάση λειτουργίας Μ/Σ
Στην πράξη, οι τάσεις λειτουργίας των Μ/Σ είναι τυποποιημένες, ανάλογα με το σκο -πό και την εφαρμογή για την οποία προορίζονται. Έτσι, π.χ. οι Μ/Σ Χαμηλής Τάσης (Χ.Τ.) κατασκευάζονται για τάσεις πρωτεύοντος 220V και δευτερεύοντος 6, 12, 24 ή 40V, ενώ οι Μ/Σ διανομής Μέσης Τάσης (Μ.Τ.) για τάσεις πρωτεύοντος 15, 20 ή 25kV και τάσεις δευτερεύοντος 380/220V.

Σημείωση
Σύμφωνα με τη νέα διεθνή τυποποίηση (IEC):
- 1) το δίκτυο διανομής Χ.Τ. της Δ.Ε.Η. έχει φασική τάση 230V, με όρια ανοχής από 207V μέχρι 244V και πολική τάση 400V, με όρια ανοχής από 360V μέχρι 424V.
- 2) οι συμβολισμοί R , S , Τ και Μ$\_{p}$ , για τους αγωγούς φάσης και ουδέτερου, αντικα -θίστανται σταδιακά από τους L$\_{1}$ , L$\_{2}$ , L$\_{3}$ και Ν αντίστοιχα. Παρακάτω χρησιμοποι ούνται ενδεικτικά παλιές και νέες τιμές τάσης για το δίκτυο Χ.Τ. της Δ.Ε.Η., ενώ αναφέρονται τόσο οι νέοι όσο και οι παλιότεροι συμβολισμοί των αγωγών.

Στη διπλανή σελίδα στο σχήμα 1.14 φαίνονται οι συνδεσμολογίες Μ/Σ στο δίκτυο της Δ.Ε.Η. και οι τάσεις που μπορούν να δώσουν στο δευτερεύον τους τύλιγμα.
-  Στη λειτουργία του Μ/Σ με φορτίο, η τάση δευτερεύοντος (U$\_{2}$) εξαρτάται από το ρεύμα φόρτισης (Ι$\_{2}$) και από το είδος του φορτίου (ωμικό, επαγωγικό ή χωρητικό) που εξυπηρετεί ο Μ/Σ.

(α) Ι~Μ/Σ
Σχ. 1.14: Σύνδεση Μ/Σ με τo δίκτυο της Δ.Ε.Η.

1. METAΣΧΗΜΑΤΙΣΤΕΣ (Μ/Σ)

1.2.3. Iσχύς Μ/Σ
Η πραγματική ισχύς που δίνει ένας Μ/Σ στο δευτερεύον του , όταν τροφοδοτεί κατανάλωση με τάση U$\_{2}$, ένταση Ι$\_{2}$ και συντελεστή ισχύος συνφ$\_{2}$, δίνεται από τις σχέσεις :
- - για 1~ Μ/Σ:
Ρ$\_{2}$ =U$\_{2}$ I$\_{2}$ συνφ$\_{2}$
(1.7)
- - για 3~Μ/Σ:
P$\_{2}$ =1,73 U$\_{2}$ l$\_{2}$ συvφ$\_{2}$

(1.8)
Αντίστοιχα, η πραγματική ισχύς που ο Μ/Σ απορροφά απ' το δίκτυο , είναι:
- - για 1~ Μ/Σ:
Ρ$\_{1}$ =U$\_{1}$ Ι$\_{1}$ συνφ$\_{1}$
(1.9)
- - για 3~ Μ/Σ:
Ρ$\_{1}$=1,73U$\_{1}$Ι$\_{1}$συνφ$\_{1}$

(1.10)
(όπου U$\_{1}$ Ι$\_{1}$ και συνφ$\_{1}$, τα στοιχεία του πρωτεύοντος).
Η φαινομένη και η άεργη ισχύς τόσο στο πρωτεύον όσο και στο δευτερεύον τύλιγμα των Μ/Σ, υπολογίζονται από τις σχέσεις που φαίνονται στον παρακάτω πίνακα 1.2.
Πίνακας 1.2. Σχέσεις υπολογισμού ισχύος 1~ και 3~ Μ/Σ.

| Για 1~ Μ/Σ          | Για 3~ Μ/Σ                                     | Για 1~ και 3~ Μ/Σ                               |
|---------------------|------------------------------------------------|-------------------------------------------------|
| P$\_{S}$ =U  I      | U  I P = P + P s 2 b 2 P = P συνφ s           | Φαινόμενη ισχύς (VA) P$\_{S}$=1,73              |
| Ρ=U  I  συνφ      | U  I  συνφ P= P - P S 2 b 2 Ρ=Ρ$\_{s}$  συνφ | Πραγματική ισχύς (W) Ρ=1,73                    |
| Ρ$\_{b}$=U  I  ημφ | =1,73 UIημφ P = P - P b S 2 2               | Άεργη ισχύς (VAr) P$\_{b}$ Ρ$\_{b}$=Ρ$\_{s}$  ημφ |

1.2.4. Μετασχηματιστές (Μ/Σ) I:I
Είναι Μ/Σ με σχέση μεταφοράς 1:1 , δηλ. με τάση πρωτεύοντος τυλίγματος ίση μ' αυτή του δευτερεύοντος, στον οποίο (για λόγους προστασίας) το δευτερεύον δεν έχει καμία σύνδεση ως προς τη γη , με σκοπό την απομόνωση (ηλεκτρικό διαχω -ρισμό) του δευτερεύοντος από το πρωτεύον κύκλωμα. Για το λόγο αυτό λέγεται και Μ/Σ απομόνωσης ή προστασίας.
Οι Μ/Σ 1:1 χρησιμοποιούνται στις εσωτερικές ηλεκτρικές εγκαταστάσεις , σαν μέθοδος προστασίας από έμμεση επαφή και σε ρευματοδότες (πρίζες) που τοπο -θετούνται σε υγρούς χώρους, όπως π.χ. ο ρευματοδότης ξυριστικής μηχανής .

Τα τελευταία χρόνια κατασκευάζονται και ρευματοδότες με Μ/Σ 1:1 για πλυντήρια ρούχων.

1.2.5. Eφαρμογές Μ/Σ στα οχήματα, Μ/Σ ηλεκτρικής έλξης

1) Γενικά
Η πρόοδος στην τεχνολογία που συνδέεται με την ηλεκτρική ενέργεια (Η.Ε.), όπως αναφέραμε, οδήγησε στην αποκλειστική χρησιμοποίηση του εναλλασσόμενου ρεύ -ματος στα δίκτυα διανομής Η.Ε. Υπάρχουν όμως περιπτώσεις όπου, για ορισμένες χρήσεις, είναι απαραίτητο να έχουμε Η.Ε. με τη μορφή συνεχούς ρεύματος , όπως π.χ. στην κίνηση οχημάτων (ηλεκτρική έλξη) και στη φόρτιση των συσσωρευτών .
Στις περιπτώσεις αυτές πρέπει να μετασχηματίσουμε το εναλλασσόμενο ρεύμα (Ε.Ρ.), στην κατάλληλη κάθε φορά τιμή και, στη συνέχεια, να το μετατρέψουμε σε συνεχές ρεύμα (Σ.Ρ.).

Για το μετασχηματισμό των ηλ. μεγεθών του Ε.Ρ. χρησιμοποιούμε Μ/Σ, ενώ για τη μετατροπή του Ε.Ρ. σε Σ.Ρ. ανορθωτές .
Σε ορισμένες περιπτώσεις είμαστε αναγκασμένοι να μετασχηματίσουμε και το Σ.Ρ., όπως π.χ. στο ηλεκτρικό σύστημα του αυτοκινήτου. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποι -ούμε έναν ειδικό μετασχηματιστή Σ.Ρ., το γνωστό μας πολλαπλασιαστή , που μοιάζει κατασκευαστικά με τον 1~ Μ/Σ, γι' αυτό και εξετάζεται εδώ μαζί με τους Μ/Σ.

2) Μ/Σ ηλεκτρικής έλξης
Είναι Μ/Σ που χρησιμοποιούνται για την ηλ. έλξη , δηλ. για την κίνηση οχημάτων με ηλεκτρικό ρεύμα.
Η χρησιμοποίηση του ηλ. ρεύματος για την κίνηση οχημάτων, σε σχέση με τα παλιά συστήματα, παρουσιάζει πάρα πολλά πλεονεκτήματα . Μερικά απ' αυτά είναι: η καθαριότητα , η απαλλαγή από τα καυσαέρια και οι πολύ μεγάλες επιταχύνσεις κατά την εκκίνηση, που μειώνουν το χρόνο μεταξύ δύο σταθμεύσεων.
Η μεγάλη εξέλιξη των ηλεκτροκινούμενων οχημάτων είχε σαν αποτέλεσμα την ανά -πτυξη μεγάλου αριθμού συστημάτων, για τη τροφοδοσία τους. Σήμερα χρησιμοποιεί ται γενικά η μεταφορά με Ε.Ρ. (15-22kV) και η διανομή (χρήση) με Σ.Ρ. τάσης 600V.

-  Στα Ηλεκτροκίνητα Λεωφορεία Περιοχής Αθηνών - Πειραιώς (ΗΛΠΑΠ) , η τροφοδότηση γίνεται με εναέρια γραμμή μέσω επαφών ολίσθησης (άνθρακες κεραι -ών τρόλλεϋ). Η ηλεκτρική ενέργεια παρέχεται από τη Δ.Ε.Η. μέσω υποσταθμών (Υ/Σ), στους οποίους βασικά υπάρχουν οι Μ/Σ ηλ. έλξης, ώστε η τάση (600V Σ.Ρ.) να διατηρείται σταθερή.
Οι Μ/Σ ηλ. έλξης είναι γενικά Μ/Σ υποβιβασμού τάσης (15-22kV/600V), ζεύξης Τριγώνου-Αστέρα (Δ-Υ) (σχ. 1.15α), οι οποίοι συνοδεύονται πάντα από ανορθωτές υδραργύρου, για τη μετατροπή του Ε.Ρ. (τάσης 600V) σε Σ.Ρ. 600V.

(α) 3~ Μ/Σ ηλεκ. έλξης
(β) κίνηση ηλεκτράμαξας
(γ) Μ/Σ ηλ. έλξης σύγχρονου ηλ. σιδηροδρόμου Σχ. 1.15: Συνδεσμολογία και χρήσεις Μ/Σ ηλ. έλξης.
-  Mε τον ίδιο τρόπο τροφοδοτείται γενικά και το δίκτυο έλξης των ηλ. σιδηροδρό -μων τόσο μέσα στις πόλεις ( μετρό ), όσο και έξω απ' αυτές ή ακόμη και για τη σύν δεση μεταξύ δύο πόλεων. Η βασική διαφορά είναι ότι η γραμμή τροφοδοσίας είναι επίγεια και ο Μ/Σ έλξης μεγαλύτερης ισχύος. Στους Η.Σ.Α.Π., σε κάθε Υ/Σ τοποθε -τείται Μ/Σ έλξης 22kV/600V, ζεύξης Δ-Υ , ισχύος 2000kVA, μαζί με τον αντίστοιχο ανορθωτή υδραργύρου.

Στους ηλεκτροκίνητους σιδηροδρόμους το ηλ. ρεύμα διαβιβάζεται μέσω του τροχού επαφής (1) στον Μ/Σ (2) και από εκεί στους κινητήρες έλξης (3) για την κίνηση των τροχών του συρμού (σχ. 1.15β).
Τα τελευταία χρόνια, όπως θα δούμε στο κεφάλαιο των εναλλακτήρων, οι Μ/Σ έλξης τροφοδοτούνται από έναν εναλλακτήρα που βρίσκεται μέσα στην ηλεκτρά -μαξα (σχ. 1.15γ).
Σήμερα, εκτός από τα ηλεκτροκίνητα οχήματα μαζικής μεταφοράς, κατασκευάζονται και ηλεκτρικά αυτοκίνητα Ι.Χ., που λειτουργούν με μπαταρίες των 12 ή 24V, για τη φόρτιση των οποίων χρησιμοποιούμε φορτιστές, οι οποίοι αποτελούνται βασικά από ένα Μ/Σ υποβιβασμού και τους ανορθωτές. Ασφαλώς τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα αξιόλογων επιδόσεων έχουν συσσωρευτές (μπαταρίες) μεγαλύτερης τάσης.

- H Περισσότερα για τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα αναφέρουμε στο τελευταίο κεφάλαιο ( ΣΥΓΧΡΟΝΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ).

1.2.6. Πολλαπλασιαστής

Πολλαπλασιαστής
Ο πολλαπλασιαστής μετατρέπει το ρεύμα της μπαταρίας από χαμηλή τάση σε υψηλή τάση. (20.000-30.000Volts), η οποία είναι απαραίτητη για τη δημιουργία του σπινθήρα στα μπουζί.
Σχ. 1.16: Σύστημα ανάφλεξης αυτοκινήτου (α) και πολλαπλασιαστής (β).
Ο πολλαπλασιαστής αποτελεί ένα από τα βασικά στοιχεία του κυκλώματος - συ -στήματος ανάφλεξης του αυτοκινήτου (σχ. 1.16α).
Όπως και ο συνηθισμένος 1~ Μ/Σ, αποτελείται από:
- -τον πυρήνα (από λεπτά σιδηροελάσματα) και
- τα τυλίγματα (πρωτεύον και δευτερεύον).

Το πρωτεύον τύλιγμα του πολλαπλασιαστή (Χ.Τ.) έχει μερικές εκατοντάδες σπείρες , ενώ το δευτερεύον του (Υ.Τ.) χιλιάδες (15.000-30.000) σπείρες με αγωγό μικρής διατομής.
Τα πηνία περιβάλλουν το σιδηροπυρήνα και είναι καλά μονωμένα, τόσο προς αυ -τόν, όσο και μεταξύ τους. Το ενεργό μέρος του πολλαπλασιαστή τοποθετείται μέσα σε στεγανό δοχείο , που συνήθως έχει κυλινδρική μορφή, πάνω στο οποίο σημει -ώνονται οι ακροδέκτες του (σχ. 1.16β).
Η λειτουργία του πολλαπλασιαστή είναι ίδια μ' αυτή των Μ/Σ, με τη διαφορά ότι, η μεταβαλλόμενη μαγνητική ροή Φ δεν προκαλείται από το Ε.Ρ., αλλά από το απότομο άνοιγμα και κλείσιμο του πρωτεύοντος κυκλώματος (Χ.Τ.). Αυτό γί -νεται μέσω του διακόπτη Χ.Τ., που είναι ένα σύστημα επαφών από τουγκστένιο, που παλιότερα κατασκευάζονταν από κράμα πλατίνας, γι' αυτό ακόμη και σήμερα λέγονται πλατίνες .

Έλεγχοι πολλαπλασιαστή
Σε κάθε πολλαπλασιαστή πρέπει να γίνονται τακτικά:
- -οπτικός έλεγχος και καθάρισμα και
- -μετρήσεις για τον έλεγχο της τιμής των αντιστάσεων των τυλιγμάτων αλλά και για πιθανό βραχυκύκλωμα .
-  Η τιμή της αντίστασης του πρωτεύοντος κυμαίνεται από 1 μέχρι 1,4Ω (σχ. 1.16γ(1)), ενώ του δευτερεύοντος από 4000 ως 6000Ω περίπου (σχ. 1.16γ(2)).
-  Ο έλεγχος για πιθανό βραχυκύκλωμα γίνεται και πάλι μ' ένα ωμόμετρο. Στην περίπτωση αυτή (σχ. 1.16γ(3)) η αντίσταση πρέπει να είναι άπειρη.

Σχ. 1.16γ: Έλεγχοι πολλαπλασιαστή.
Αν τελικά ο πολλαπλασιαστής παρουσιάζει βλάβη, πρέπει να τον αντικαταστήσουμε.

1.2.7. Eρωτήσεις
- 1. Ποια σημασία έχει η χρήση νέων υλικών στη κατασκευή των Μ/Σ;
- 2. Από τι αποτελείται ένας Μ/Σ; Από τι υλικά κατασκευάζεται;
- 3. Πώς κατασκευάζεται το τύλιγμα Χ.Τ. και πώς το τύλιγμα Υ.Τ.;
- 4. Πού τοποθετούνται τα τυλίγματα στους 1~ Μ/Σ τύπου πυρήνα;
- 5. Πώς κατασκευάζεται ο πυρήνας των 1~ Μ/Σ τύπου μανδύα;
- 6. Πώς κατασκευάζεται ο πυρήνας 3~ Μ/Σ και πού τοποθετούνται τα τυλίγματα;
- 7. Πώς συμβολίζονται οι ακροδέκτες των τυλιγμάτων των 1~ Μ/Σ;
- 8. Ποιες οι τυπικές τάσεις λειτουργίας του δευτερεύοντος 1~ Μ/Σ, που συνδέονται στο δίκτυο της Δ.Ε.Η. (220V); ...(π.χ. 40V για τους Μ/Σ φωτιστικών κήπων)...
- 9. Πώς συνδέονται στην πράξη τα τυλίγματα (3 φάσεις) Υ.Τ. και Χ.Τ., των 3~ Μ/Σ;
- 10. Πώς συμβολίζονται οι ακροδέκτες (των ελεύθερων άκρων των φάσεων) στους 3~ Μ/Σ, υποβιβασμού τάσης;
- 1 1 . Σε 3~ Μ/Σ Dy σημειώνεται η ένδειξη 15kV/380-220V. Τι σημαίνει αυτό;
- 12. Γιατί με την αύξηση της ισχύος αυξάνει και το βάρος ενός Μ/Σ;
- 13. Πώς υπολογίζεται η πραγματική ισχύς που απορροφά το πρωτεύον τύλιγμα α. μονοφασικού και β. τριφασικού Μ/Σ;
- 14. Πώς υπολογίζεται η πραγματική ισχύς που δίνει ένας
- β. τριφασικός Μ/Σ;
- α. μονοφασικός και
- 15. Τι είναι ο Μ/Σ 1:1 και που χρησιμοποιείται;
- 16. Τι ονομάζουμε Μ/Σ ηλ. έλξης; Τι είδους Μ/Σ είναι;
- 17. Ποιοι Μ/Σ χρησιμοποιούνται κυρίως στην ηλ. έλξη;
- 18. Τι είναι ο πολλαπλασιαστής; Είναι Μ/Σ; (ναι ή όχι και γιατί;)

Βάλτε σε κύκλο τo γράμμα μπροστά από τη σωστή απάντηση
- 19. Ο πυρήνας και τα τυλίγματα ενός Μ/Σ αποτελούν:
- β. το πρωτεύον τύλιγμα.
- δ. ολόκληρο το σύστημα.
- α. το ενεργό μέρος του Μ/Σ.
- γ. το δευτερεύον τύλιγμα.

1. METAΣΧΗΜΑΤΙΣΤΕΣ (Μ/Σ)
- 20. Δευτερεύον τύλιγμα ενός Μ/Σ λέμε το τύλιγμα απ' το οποίο παίρνουμε:
- β. την υψηλή τάση (Υ.Τ.).
- δ. την τάση του δικτύου ηλεκτροδότησης.
- α. τη χαμηλή τάση (Χ.Τ.).
- γ. τη μετασχηματισμένη τάση.
- 21. Τα τυλίγματα (Χ.Τ. και Υ.Τ.) τοποθετούνται πάντοτε:
- 21. Τα τυλίγματα (Χ.Τ. και Υ.Τ.) τοποθετούνται πάντοτε:
- β. στους κορμούς του πυρήνα. δ. σε πολλές στρώσεις.
α. στα ζυγώματα του πυρήνα.
- γ. σε ειδικά καλούπια.
- 22. Το τύλιγμα Υ.Τ. των Μ/Σ τοποθετείται πάνω από το τύλιγμα Χ.Τ. και αποτελείται από αγωγούς με:
- β. πολλές σπείρες μικρής σχετικά διατομής.
- α. λίγες σπείρες μεγάλης σχετικά διατομής.
- γ. λίγες σπείρες μικρής διατομής.
- δ. πολλές σπείρες μεγάλης διατομής.
- 23. Ο ακροδέκτης 1~ Μ/Σ που αναφέρεται σε μεσαία λήψη παριστάνεται με:
- β. το σύμβολο n$\_{p}$.
- δ. όλους τους παραπάνω τρόπους.
- α. το σύμβολο n.
- γ. το σύμβολο x$\_{0}$ .
- 24. Τα τυλίγματα (Χ.Τ. και Υ.Τ.) των 3~ Μ/Σ συνδέονται εσωτερικά μεταξύ τους σε αστέρα ή σε τρίγωνο και τα ελεύθερα άκρα τους καταλήγουν:
- β. στο δοχείο του Μ/Σ.
- δ. στους καταναλωτές.
- α. στα φορτία του Μ/Σ.
- γ. στην πινακίδα του Μ/Σ.
- 25. Ο 3~ Μ/Σ υποβιβασμού, στον οποίο οι 3 φάσεις της Χ.Τ. συνδέονται σε τρίγω -νο και οι αντίστοιχες της Υ.Τ. σε αστέρα, λέμε ότι έχει ζεύξη:
δ. Dz.
α. Yd. β. Dy.
- γ. Υz.
- 26. Ηλεκτρική έλξη ονομάζουμε γενικά την κίνηση οχημάτων με:
- β. πολλαπλασιαστή.
- δ. διπλό διαφορικό.
- α. Μ/Σ έλξης.
- γ. ηλεκτρικό ρεύμα.
- 27. Ο πολλαπλασιαστής λειτουργεί γενικά σαν ένας μονοφασικός (1~) Μ/Σ:
- β. ανύψωσης τάσης.
- δ. ηλεκτρικής έλξης.
- α. υποβιβασμού τάσης.
- γ. ανύψωσης ρεύματος.
- 28. Οι Μ/Σ ηλεκτρικής έλξης συνοδεύονται πάντα από έναν ειδικό:
- β. μηχανισμό διαφορικού.
- δ. μηχανισμό κεραίας.
- α. ανορθωτή υδραργύρου.
- γ. μηχανισμό επαφών.

Ενότητα 1.3.

Αυτομετασχηματιστές, Μ/Σ οργάνων

Διδακτικοί στόχοι
Μετά από τη μελέτη της ενότητας αυτής, θα πρέπει να μπορείτε:
- 1. Να αναφέρετε τις διαφορές Μ/Σ - αυτομετασχηματιστών.
- 2. Να διατυπώνετε τις σχέσεις ισχύος Μ/Σ - αυτομετασχηματιστών.
- 3. Να περιγράφετε τον τρόπο σύνδεσης των αυτομετασχηματιστών.
- 4. Να εντοπίζετε το εύρος ρύθμισης της τάσης των αυτομετασχηματιστών.
- 5. Να αναφέρετε πότε χρησιμοποιούνται Μ/Σ Οργάνων για τη μέτρηση ηλε -κτρικών μεγεθών.
- 6. Να αναγνωρίζετε τους Μ/Σ οργάνων στους ηλεκτρικούς πίνακες.

1.3.1. Αυτομετασχηματιστές (ΑΜ/Σ)
ΑΜ/Σ ονομάζονται οι Μ/Σ που έχουν ένα μόνο τύλιγμα, π.χ. το πρωτεύον, ένα μέρος απ' το οποίο αποτελεί το δευτερεύον.
Οι ΑΜ/Σ, όπως και οι γνωστοί Μ/Σ με δύο τυλίγματα, μπορεί να είναι Μ/Σ ανύψω -σης ή Μ/Σ υποβιβασμού της τάσης.
Στους μονοφασικούς ΑΜ/Σ υποβιβασμού οι ακροδέκτες u και ν της Χ.Τ. είναι συνδε -δεμένοι με το ένα άκρο A (U) του τυλίγματος και με μια λήψη του Β, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα 1.17α. Άρα στους ΑΜ/Σ ένα τμήμα του τυλίγματος -εδώ το ΑΒ- ανήκει και στο πρωτεύον και στο δευτερεύον τύλιγμα του Μ/Σ, δηλ. είναι κοινό.

Σχ. 1.17α: 1 ~ ΑΜ/Σ υποβιβασμού.
Η βασική διαφορά ανάμεσα στο μονοφασικό Μ/Σ, με δύο τυλίγματα, και στον αντίστοιχο ΑΜ/Σ είναι ότι στον ΑΜ/Σ δεν υπάρχει ηλεκτρική μόνωση μεταξύ πρωτεύοντος και δευτερεύοντος τυλίγματος . Κατά τ' άλλα οι σχέσεις που είδαμε στους μονοφασικούς Μ/Σ ισχύουν και για τους μονοφασικούς ΑΜ/Σ, δηλ. ισχύουν, κατά προσέγγιση, οι σχέσεις:
W W = U U =K 1 2 1 2 ή U = U K 2 1 και W W = I I =K 1 2 2 1 ή l$\_{2}$ =KI$\_{1}$
όπου: U$\_{1}$ , I$\_{1}$ και W$\_{1}$ είναι τα γνωστά μεγέθη του πρωτεύοντος του Μ/Σ
και U$\_{2}$ , l$\_{2}$ και W$\_{2}$ τα αντίστοιχα του δευτερεύοντος.

Το κοινό τμήμα του τυλίγματος (ΑΒ) διαρρέεται από ένταση ρεύματος I , ίση με τη διαφορά των δύο εντάσεων I$\_{1}$ και Ι$\_{2}$, δηλ. είναι:
I = I$\_{1}$ -I $\_{2}$ (1.11)

Παράδειγμα
Σ' ένα 1~ ΑΜ/Σ, που τροφοδοτείται με τάση U$\_{1}$=120V, οι σπείρες που ανήκουν στο πρωτεύον είναι W$\_{1}$=100, ενώ όλο το τύλιγμα έχει W$\_{2}$=200 σπείρες. Αν στο δευτερεύον του Μ/Σ είναι συνδεμένος ένας καταναλωτής με ωμική αντίσταση R=20Ω, να υπολογισθούν:
- η ένταση που απορροφά ο ΑΜ/Σ απ' το δίκτυο ( I$\_{1}$ ) και - η ένταση στο κοινό τμήμα του τυλίγματός του ( I ).
Σχ. 1.17β: I ~ ΑΜ/Σ ανύψωσης τάσης.

Λύση
Στον ΑΜ/Σ αυτό (σχ. 1.17β) δευτερεύον είναι το τύλιγμα Υ.Τ., δηλ. είναι Μ/Σ ανύψω -σης της τάσης.
Από τις σχέσεις που δώσαμε παραπάνω έχουμε:
K= W W 1 2 = 100 200 = 1 2 άρα U = U K = 120 1 2 = 240V 2 1
Για U$\_{2}$=240V και R$\_{K}$=20Ω, είναι: I = U R 2 2 K = 240V 20Ω = 12Α
Επομένως: I = Ι Κ 1 2 = 12 1 = 24Α και άρα: Ι = Ι$\_{1 }$- Ι$\_{2}$ $\_{ }$= 24 - 12 = 12Α
Απ' το παράδειγμα διαπιστώνουμε ότι από το κοινό τμήμα του τυλίγματος του ΑΜ/Σ περνά μειωμένη ένταση ρεύματος . Για το λόγο αυτό κατασκευάζεται με αγωγό μικρότερης διατομής.

Άρα οι ΑΜ/Σ, σε σχέση με τους γνωστούς Μ/Σ, έχουν χαμηλότερο κόστος κατασκευής , λόγω του ενός τυλίγματος, αλλά και του μικρότερου βάρους των αγωγών και επομένως και λιγότερες απώλειες , δηλ. πολύ καλύτερο βαθμό απόδοσης (που πλησιάζει το 100%).
Ένα άλλο σημαντικό πλεονέκτημα του ΑΜ/Σ είναι ότι αποδίδει πολύ μεγαλύτερη φαινομένη ισχύ (φαινομένη ισχύς εξόδου), απ' αυτή του αντίστοιχου κανονικού Μ/Σ, για την ίδια φαινομένη ισχύ πρωτεύοντος.
Αποδεικνύεται ότι:
- ο ΑΜ/Σ υποβιβασμού μπορεί να μας δώσει φαινομένη ισχύ:

P = W W P S 1 S 2 2 ' × (1.12)
- ο ΑΜ/Σ ανύψωσης αποδίδει φαινομένη ισχύ εξόδου ίση με:
P = W W P S 2 S 2 2 ' × (1.13)
όπου Ps$\_{2}$ ' είναι η φαινομένη ισχύς εξόδου που θα μας έδινε ένας συμβατικός Μ/Σ με δύο ξεχωριστά τυλίγματα και τον ίδιο αριθμό σπειρών πρωτεύοντος και δευτε -ρεύοντος (W$\_{1}$ και W$\_{2}$) και W η διαφορά σπειρών των τυλιγμάτων.
Έτσι, π.χ. ο ΑΜ/Σ του σχήματος 1.17β μπορεί να αποδώσει φαινομένη ισχύ:
δηλ. 2 φορές μεγαλύτερη απ' αυτή ενός κανονικού Μ/Σ με τις ίδιες σπείρες.

P = W W P = 200 200 - 100 P = 200 100 P = 2 P S 2 S S S S 2 2 ' 2 ' 2 ' 2 '  ( )   
Το βασικό μειονέκτημα των ΑΜ/Σ είναι ότι δεν υπάρχει ηλεκτρική μόνωση μεταξύ της Χ.Τ. και της Υ.Τ. Οι ΑΜ/Σ χρησιμοποιούνται μόνο σε ειδικές περιπτώσεις και κατασκευάζονται για σχέσεις μεταφοράς που πλησιάζουν τη μονάδα (π.χ. 1/2).
Στο παρακάτω σχήμα 1.18 φαίνονται τα σύμβολα (σε πολυγραμμική και μονογραμ -μική σχεδίαση) 1~ΑΜ/Σ υποβιβασμού και ανύψωσης τάσης .
Σχ. 1.18: Συμβολισμοί 1~ ΑΜ/Σ υποβιβασμού (α) και ανύψωσης τάσης (β).

Στην πράξη κατασκευάζονται ΑΜ/Σ με δυνατότητα μεταβολής της τάσης του δευτερεύοντος τυλίγματος σε πολύ μεγάλα όρια (π.χ. από 0 ως 250V), που λέγονται Μ/Σ ρύθμισης ή « ρυθμιζόμενοι ΑΜ/Σ ». Σ' αυτούς η μεταβολή της τάσης γίνεται με τη μετακίνηση μιας επαφής πάνω στο τύλιγμα (σχ. 1.19β).
Η επαφή αυτή είναι περίπου όπως και η ψήκτρα μιας ηλεκτρικής μηχανής και κατα -σκευάζεται από άνθρακα.
Σχ. 1.19: Πραγματική μορφή (α) και συνδεσμολογία (β) ρυθμιζόμενου ΑΜ/Σ.
Όταν η επαφή βρίσκεται στο σημείο α , η τάση U$\_{2}$ είναι ίση με το μηδέν . Καθώς όμως μετατοπίζεται προς τα πάνω, η U$\_{2}$ αυξάνει σταδιακά. Όταν η επαφή βρίσκεται μεταξύ του β και γ , ο Μ/Σ λειτουργεί σαν Μ/Σ ανύψωσης της τάσης, ενώ όταν βρί -σκεται μεταξύ του β και α, λειτουργεί σαν Μ/Σ υποβιβασμού .

Στο σχήμα 1.20 φαίνεται η πραγματική μορφή και ο συμβολισμός τριφασικού ΑΜ/Σ, στον οποίο υπάρχει μόνο ένα τύλιγμα ανά φάση.
Οι τριφασικοί ΑΜ/Σ χρησιμοποιούνται στη διανομή Η.Ε. (σχ. 1.20α), αλλά και για Χ.Τ., όπως π.χ. στην εκκίνηση 3~ κινητήρων .
(α) ΑΜ/Σ 10.000kVA, 15/20kV
(β) συμβολισμός 3~ ΑΜ/Σ
Σχ. 1.20: Τριφασικός (3~) ΑΜ/Σ διανομής (α) και συμβολισμός 3~ ΑΜ/Σ (β).

1.3.2. Μ/Σ οργάνων μέτρησης

1) Γενικά
Μ/Σ οργάνων μέτρησης (ή Μ/Σ μετρήσεων) ονομάζουμε τους Μ/Σ που χρησιμεύουν για τη μέτρηση μεγάλων τάσεων ή εντάσεων ρεύματος, όπως π.χ. συμβαίνει στα δί -κτυα υψηλής τάσης (Υ.Τ.) ή στα δίκτυα χαμηλής τάσης (Χ.Τ.), αλλά μεγάλης έντασης.
Για το σκοπό αυτό παρεμβάλλονται μεταξύ των αγωγών των δικτύων και του οργάνου μέτρησης (σχ. 1.21) και υποβιβάζουν , κατά τη σχέση μεταφοράς, την τάση ή την ένταση που θέλουμε να μετρήσουμε.
Ανάλογα με τον προορισμό τους, οι Μ/Σ οργάνων (σχ.1.21) διακρίνονται σε:

- -Μ/Σ τάσης και
- Μ/Σ έντασης .
Σχ. 1.21: Διαγράμματα αρχής λειτουργίας και σύμβολα Μ/Σ οργάνων.
Έτσι π.χ., μ' ένα Μ/Σ τάσης που έχει σχέση μεταφοράς K=W$\_{1}$/W$\_{2}$=100 και ένα βολ -τόμετρο με κλίμακα τάσεων (U$\_{2}$) μέχρι 300V, μπορούμε να μετρήσουμε τάσεις (U$\_{1}$) μέχρι και 30.000V (U$\_{1}$ = ΚU$\_{2}$ = 100300 = 30.000V).
Όμοια μ' έναν Μ/Σ έντασης που έχει σχέση μεταφοράς Κ=50 και ένα αμπερόμετρο με κλίμακα εντάσεων (Ι$\_{2}$) μέχρι 10Α μπορούμε να μετρήσουμε εντάσεις ρεύματος (I$\_{1}$) μέχρι και 500Α.

Οι Μ/Σ οργάνων μέτρησης είναι όμοιοι κατασκευαστικά με τους γνωστούς Μ/Σ ισχύ -ος, δηλ. αποτελούνται κι αυτοί από τον πυρήνα και τα τυλίγματα (πρωτεύον και δευτερεύον). Η διαφορά τους, εκτός από τον ειδικό σκοπό τους, είναι ότι αυτοί κατα -σκευάζονται για πολύ μικρότερες ισχείς (μερικές δεκάδες VA), όπως επίσης και το ότι, για λόγους προστασίας, το ένα άκρο του δευτερεύοντος τυλίγματος γειώνεται .
Με τους Μ/Σ μετρήσεων πετυχαίνουμε ταυτόχρονα:
- ηλεκτρική απομόνωσή τους απ' τα κυκλώματα Υ.Τ. και
- - την αύξηση της περιοχής μετρήσεως των οργάνων,
- - την εγκατάστασή τους σε θέσεις προσιτές και ακίνδυνες για το χειριστή τους.

2) Μ/Σ τάσης
Σ' αυτούς το πρωτεύον τύλιγμα συνδέεται στους ζυγούς της Υ.Τ. που θέλουμε να μετρήσουμε και το δευτερεύον με το βολτόμετρο, ενώ ο ένας ακροδέκτης της Χ.Τ. για λόγους προστασίας γειώνεται (σχ. 1.22).
Οι Μ/Σ τάσης εργάζονται με πολύ μικρό φορτίο (σχεδόν στο κενό), γιατί δίνουν μόνο το αδύνατο ρεύμα, που χρειάζεται το βολτόμετρο, οπότε σε περίπτωση βρα -χυκυκλώματος υπάρχει κίνδυνος καταστροφής τους από το μεγάλο ρεύμα που θα αναπτυχθεί. Για το λόγο αυτό στο δευτερεύον τοποθετούμε πάντοτε μια ασφάλεια. Ασφάλειες τοποθετούνται επίσης και στη σύνδεση του πρωτεύοντος με την Υ.Τ.

(α) (β) Σχ. 1.22: Συνδεσμολογία (α) και πραγματική μορφή Μ/Σ τάσης (β).
Η κλίμακα του βολτόμετρου, που συνδέεται με Μ/Σ τάσης, μπορεί να είναι βαθμολογημένη: -είτε σαν Υ.Τ. , οπότε η τάση διαβάζεται κατευθείαν,
- είτε σαν Χ.Τ. , οπότε για να βρούμε τη μετρούμενη τάση πρέπει να πολλαπλασιά -σουμε την ένδειξη επί τη σχέση μεταφοράς. Δηλαδή είναι:
U$\_{1}$ = ΚU$\_{2}$ (1.14)
-  Για τη μέτρηση Υ.Τ. στα τριφασικά συστήματα χρησιμοποιούνται συνήθως τρεις 1~ Μ/Σ τάσης ή ένας 3~ με ζεύξη αστέρα (σχ. 1.23α), ενώ σε αρκετές περιπτώσεις χρησιμοποιείται και η ζεύξη V δύο 1~ Μ/Σ τάσης (σχ. 1.23β).

3) Μ/Σ έντασης
Η συνδεσμολογία και η πραγματική μορφή Μ/Σ έντασης φαίνεται στο παρακάτω σχήμα 1.24.
Το πρωτεύον τύλιγμα, που αποτελείται από πολύ λίγες σπείρες και αγωγό μεγάλης διατομής, συνδέεται σε σειρά με το κύκλωμα, στο οποίο θέλουμε να μετρήσουμε την ένταση, ενώ το δευτερεύον συνδέεται σε σειρά με το αμπερόμετρο.
Σχ. 1.24: Συνδεσμολογία (α) και πραγματική μορφή Μ/Σ έντασης (β).
Στους Μ/Σ έντασης χρησιμοποιείται η γνωστή μας σχέση:
I I = W W =K 2 1 1 2
Έτσι, για να βρούμε το μεγάλο ρεύμα μιας κατανάλωσης (ή δικτύου) πρέπει να πολλαπλασιάσουμε την ένδειξη του αμπερομέτρου επί τον αντίστροφο λόγο της σχέσης μεταφοράς του Μ/Σ, δηλ. επί 1/Κ, γιατί:

I = 1 K I 1 2 × ή I = I K 1 2 (1.15)
Το δευτερεύον των Μ/Σ έντασης κατασκευάζεται για ονομαστικό ρεύμα 0÷5Α, ενώ η σχέση μεταφοράς και το ρεύμα πρωτεύοντος εξαρτώνται από τη μετρούμενη έντα -ση (I$\_{1}$) . Οι Μ/Σ έντασης, ανάλογα με την ένταση του ρεύματος που προορίζονται, κατασκευάζονται σε διάφορες μορφές και τύπους. Έτσι, π.χ. οι Μ/Σ που χρησι -μοποιούνται για πολύ μεγάλες εντάσεις, έχουν στο πρωτεύον τους ένα μόνο αγωγό , απ' τον οποίο περνά όλο το ρεύμα που θέλουμε να μετρήσουμε, ενώ το δευτερεύον τους έχει μορφή δακτυλιδιού και πολλές σπείρες (σχ. 1.25α).

Σε άλλο τύπο Μ/Σ έντασης, το μαγνητικό κύκλωμα αποτελείται από δύο μισά, που ανοίγουν όπως η τανάλια , για να περάσει ο αγωγός, στον οποίο θέλουμε να μετρήσουμε την ένταση (σχ. 1.25β).

1. METAΣΧΗΜΑΤΙΣΤΕΣ (Μ/Σ)
Σχ. 1.25: Μ/Σ έντασης για μεγάλες εντάσεις ρεύματoς.
Εξέλιξη του Μ/Σ έντασης «τύπου τανάλιας» αποτελεί ένας ειδικός συνδυασμός Μ/Σ έντασης και αμπερόμετρου η γνωστή μας αμπερομετρική πένσα (σχ. 1.26α), που είναι ένα φορητό όργανο πολύ εύχρηστο για τη μέτρηση εντάσεων χωρίς δια -κοπή του κυκλώματος (σχ. 1.26β).
Σχ. 1.26: Αμπερομετρική πένσα (α) και χρήση της (β).
Ο πυρήνας της αμπερομετρικής πένσας (ή αμπεροτσιμπίδας) αποτελείται από δύο μέρη (τσιμπίδες), απ' τα οποία το δεύτερο (2) μπορεί να κινηθεί σε σχέση με το πρώτο (1). Όταν πιέζουμε το στέλεχος (3), το μέρος (2) απομακρύνεται από το (1), οπότε μπορούμε να περάσουμε τον αγωγό στο εσωτερικό του πυρήνα της. Το ρεύμα του αγωγού που αποτελεί το πρωτεύον του Μ/Σ, διαβάζεται κατευθείαν από το αμπερόμετρο που συνδέεται στο δευτερεύον του.

ΠΡΟΣΟΧΗ!
Όποιος κι αν είναι ο τύπος του Μ/Σ έντασης, όταν τροφοδοτείται το πρωτεύον τύλιγμά του, το δευτερεύον του δεν πρέπει ποτέ να μένει ανοικτό , δηλ. χωρίς το αμπερόμετρο, γιατί η διακοπή του δευτερεύοντος προκαλεί πολύ μεγάλη τάση και άρα υπάρχει κίνδυνος και για τον Μ/Σ και γι' αυτόν που χειρίζεται το όργανο. (Αν θέλουμε, από Μ/Σ έντασης που λειτουργεί, να αφαιρέσουμε το αμπερόμετρο, θα πρέπει πρώτα να βραχυκυκλώσουμε το δευτερεύον του).
H Σημειώνουμε τέλος, ότι στο δευτερεύον των Μ/Σ οργάνων, εκτός από το βολτόμετρο ή το αμπερόμετρο , μπορούν να συνδεθούν και άλλα όργανα, όπως π.χ. ένα βαττόμετρο (σχ. 1.27α). Στις εγκαταστάσεις μεγάλων ρευμάτων και Υ.Τ., οι Μ/Σ αυτοί τοποθετούνται στους ηλεκτρικούς πίνακες (σχ. 1.27β).

Σχ. 1.27α
Σύνδεση Π.Τ. και Π.Ε. βαττομέτρου σε κύκλωμα με αντίστοιχους Μ/Σ.Σχ. Ι.27β
Πίνακας αυτοματισμού με Μ/Σ οργάνων για τον Υ.Η.Σ. "ΣΤΡΑΤΟΣ'' της Δ.Ε.Η.

1.3.3. Ερωτήσεις
- 1. Τι ονομάζουμε ΑΜ/Σ; (Σχεδιάστε έναν 1~ ΑΜ/Σ υποβιβασμού τάσης).
- 2. Ποιές διαφορές έχει ένας ΑΜ/Σ από έναν Μ/Σ;
- 3. Για ποιες σχέσεις μεταφοράς κατασκευάζονται οι ΑΜ/Σ;
- 4. Πώς συνδέονται οι ΑΜ/Σ και ποια η τάση λειτουργίας τους;
- 5. Πώς προσδιορίζεται το εύρος ρύθμισης της τάσης ΑΜ/Σ;
- 6. Για τις ίδιες διαστάσεις, ποιος Μ/Σ έχει μεγαλύτερη ισχύ  ο ΑΜ/Σ ή ο απλός Μ/Σ και γιατί;
- 7. Τι ονομάζουμε Μ/Σ μετρήσεων και ποιος ο σκοπός τους;
- 8. Ποιά η διαφορά των Μ/Σ μετρήσεων απ' τους Μ/Σ ισχύος;
- 9. Πότε χρησιμοποιούνται Μ/Σ για τη μέτρηση ηλ. μεγεθών και τι πετυχαίνουμε μ' αυτούς;
- 10. Πώς συνδέεται ένας Μ/Σ τάσης;
- 1 1 . Πώς συνδέεται ένας Μ/Σ έντασης; Γιατί το δευτερεύον του δεν πρέπει να μένει ποτέ ανοικτό;
- 12. Ποιά άλλα όργανα μπορούν να συνδεθούν στο δευτερεύον των Μ/Σ μετρήσε -ων;
- 13. Στο σχήμα 1.24α, το αμπερόμετρο δείχνει ένταση ρεύματος 4,2Α. Αν ο Μ/Σ έχει σχέση μεταφοράς Κ=1/50, πόση ένταση ρεύματος περνά απ' το δίκτυο, δηλ. το πρωτεύον του Μ/Σ; (ΑΠ. Ι$\_{1}$ = 20Α)
- 14. Στο σχήμα 1.22α ο Μ/Σ έχει σχέση μεταφοράς Κ=96 και το βολτόμετρο δείχνει 69V. Τι τάση επικρατεί στους ζυγούς R-T; (ΑΠ. U$\_{1}$ = 6624V)

Βάλτε σε κύκλο το γράμμα μπροστά από τη σωστή απάντηση
- 15. Οι 3~ ΑΜ/Σ λειτουργούν όπως και οι αντίστοιχοι Μ/Σ και έχουν συνολικά:
- β. δύο τυλίγματα.
- α. ένα τύλιγμα.
- γ. τρία τυλίγματα.
- δ. έξι τυλίγματα.
- 16. Στον Μ/Σ τάσης το πρωτεύον τύλιγμα συνδέεται με:
- β. το δίκτυο Χ.Τ.
- α. το βολτόμετρο.
- γ. το δίκτυο Υ.Τ.
- δ. τη γη.
- 17. Ο Μ/Σ έντασης (ρεύματος) πρέπει να διατηρείται συνεχώς:
- β. βραχυκυκλωμένος.
- α. σε λειτουργία.
- γ. στο κύκλωμα.
- δ. εκτός κυκλώματος.
- 18. Οι αυτοΜ/Σ σε σχέση με τους κλασσικούς Μ/Σ, ίδιας ισχύος έχουν:
- β. μικρότερο κόστος κατασκευής.
- α. λιγότερες απώλειες.
- γ. μεγαλύτερο βαθμό απόδοσης.
- δ. όλα τα παραπάνω.
- 19. Με έναν Μ/Σ τάσης, που έχει Κ=60 και ένα βολτόμετρο, με κλίμακα μέχρι 250V, μπορούμε να μετρήσουμε τάσεις έως:
- β. 15.000V.
- α. 10.000V.
- γ. 20.000V.
- δ. 25.000V.
- 20. Οι αυτοΜ/Σ με δυνατότητα μεταβολής της τάσης του δευτερεύοντος σε πολύ μεγάλα όρια, ονομάζονται:
- β. τριφασικοί αυτοΜ/Σ.
- α. Μ/Σ οργάνων μέτρησης.
- γ. ρυθμιζόμενοι αυτοΜ/Σ.
- δ. αυτοΜ/Σ υποβιβασμού.
- H Αντιστοιχείστε τους αριθμούς του σχήματος 1.24β με τα παρακάτω τμήματα του Μ/Σ έντασης:
- Β) πρωτεύον τύλιγμα.
- .... Α) πυρήνας Μ/Σ.
- .... Γ) δευτερεύον τύλιγμα.
- .... Ε) ακροδέκτες δευτερεύοντες.
- Δ) εξωτερικό περίβλημα.
- ... ΣΤ) βίδες για σύνδεση δευτερεύοντος.
- .... Ζ) διπλοί ακροδέκτες για σύνδεση με καλώδιο.

Ενότητα 1.4.

Μετρήσεις ηλεκτρικών μεγεθών Μ/Σ, Βλάβες, Επισκευή Μ/Σ

Διδακτικοί στόχοι
Μετά από τη μελέτη της ενότητας αυτής, θα πρέπει να μπορείτε:
- 1. Να αναφέρετε τους τρόπους μέτρησης των ηλεκτρικών μεγεθών Μ/Σ και τους τρόπους σύνδεσης των οργάνων μέτρησης.
- 2. Να αναγνωρίζετε συμπτώματα κακής λειτουργίας Μ/Σ.
- 3. Να επιδιορθώνετε απλές βλάβες Μ/Σ.
- 4. Να συμπληρώνετε τα απαραίτητα έντυπα όταν αποστέλλετε Μ/Σ για επισκευή.

1.4.1. Δοκιμές και μετρήσεις ηλεκτρικών μεγεθών Μ/Σ
Σχ. 1.28: Δοκιμαστήριο Μ/Σ.

1) Γενικά
Για τις διάφορες δοκιμές και μετρήσεις των ηλεκτρικών μεγεθών Μ/Σ , αλλά και της μηχανικής τους αντοχής, σε κάθε εργοστά -σιο κατασκευής υπάρχει κατάλληλο δοκιμαστήριο (σχ. 1.28), με το οποίο μπορούν να γίνουν:
- - μέτρηση των τάσεων των τυλιγμάτων,
- -μέτρηση σχέσης μεταφοράς, έλεγχος πο -λικότητας και φασικής απόκλισης,
- - μέτρηση της αντίστασης των τυλιγμάτων,
- - μέτρηση της τάσης βραχυκύκλωσης,
- - μέτρηση ακουστικού θορύβου, δοκιμή ρα -διοφωνικών παρεμβολών κ.α.
- - μέτρηση των απωλειών (με φορτίο και χω -ρίς φορτίο),

Παρακάτω θα δούμε δοκιμές και μετρήσεις που μπορούν να γίνουν εύκολα στο σχολικό εργαστήριο.
Οι δοκιμές αναφέρονται σε μικρούς 1~ Μ/Σ, μπορούν όμως να πραγματοποιηθούν και σε 3~ Μ/Σ, αρκεί να εργαζόμαστε ανά φάση .

2) Δοκιμή (πείραμα) λειτουργίας Μ/Σ χωρίς φορτίο
- α. Αναγνωρίζουμε με ένα ωμόμετρο τα άκρα των τυλιγμάτων πρωτεύοντος και δευ -τερεύοντος και στη συνέχεια πραγματοποιούμε τη συνδεσμολογία του Μ/Σ, με τα όργανα ελέγχου, όπως δείχνει το σχήμα 1.29.
β. Τροφοδοτούμε το πρωτεύον τύλιγμα του Μ/Σ με την τάση του ηλεκτρικού δικτύου (π.χ. με 220V) και στη συνέχεια σημειώνουμε τις ενδείξεις των οργάνων ( A ), ( V $\_{1}$) και ( V$\_{2}$ ).
Το αμπερόμετρο (Α) δείχνει το ηλ. ρεύμα λειτουργίας του Μ/Σ χωρίς φορτίο (ή όπως αλλιώς λέμε στο κενό), ενώ τα βολτόμετρα (V$\_{1}$) και (V$\_{2}$) τις τάσεις πρωτεύοντος και δευτερεύοντος χωρίς φορτίο.

Από τη δοκιμή αυτή μπορούμε να υπολογίσουμε και τη σχέση μεταφοράς του Μ/Σ (K=U$\_{1}$/U$\_{2}$) προσεγγιστικά.

Παράδειγμα
Τα όργανα (V$\_{1}$) και (V$\_{2}$) δείχνουν 220V και 44V αντίστοιχα.
Άρα, η σχέση μεταφοράς του Μ/Σ είναι:

Σημείωση
K= U U 1 2 = 200V 44V K=5 ⇒
Συνδέοντας στο πρωτεύον τύλιγμα του Μ/Σ και ένα βαττόμετρο (σχ. 1.29β), μπορούμε να μετρήσουμε την ισχύ που απορροφά ο Μ/Σ απ' το δίκτυο, στη λειτουργία του χωρίς φορτίο, δηλ. κατά προσέγγιση την ισχύ των μαγνητικών απωλειών του (Ρ$\_{μ}$).

3) Δοκιμή (πείραμα) βραχυκύκλωσης Μ/Σ
Πραγματοποιούμε τη συνδεσμολογία του σχήματος 1.30 και τροφοδοτούμε τον Μ/Σ με ηλ. ρεύμα ρυθμιζόμενης τάσης μέχρι τα αμπερόμετρα (Α$\_{1}$) και (Α$\_{2}$) να μας δεί -ξουν τις κανονικές (ονομαστικές) εντάσεις ρεύματος I$\_{1}$ και Ι$\_{2}$ (του πρωτεύοντος και του βραχυκυκλωμένου δευτερεύοντος).
Το βολτόμετρο (V$\_{1}$) δείχνει στην περίπτωση αυτή την τάση βραχυκύκλωσης U$\_{1K}$ του Μ/Σ.
H Έστω, π.χ. ότι το βολτόμετρο δείχνει τάση U$\_{1K}$=11V, ενώ η κανονική τάση του πρωτεύοντος είναι U$\_{1}$=220V. Τότε:

u % = U U 100 = 11 100 220 =5 K 1K 1N × ×
Σχ. 1.30: Δοκιμή βραχυκύκλωσης Μ/Σ.

Παρατήρηση
Τη στιγμή που το βολτόμετρο (V$\_{1}$) δείχνει την τάση βραχυκύκλωσης, το βαττόμε -τρο (W) δείχνει τις ηλεκτρικές απώλειες του Μ/Σ (Ρ$\_{η}$).
-  Το άθροισμα των μαγνητικών και ηλεκτρικών απωλειών δίνει την ισχύ απωλειών του Μ/Σ (P$\_{απ}$ =P$\_{μ}$ +P$\_{n}$).

4) Λειτουργία Μ/Σ με φορτίο
Πραγματοποιούμε τη συνδεσμολογία του σχήματος 1.31, συνδέοντας στο δευτε -ρεύον του Μ/Σ μεταβλητό ηλεκτρικό φορτίο.
Σχ. 1.31: Λειτουργία Μ/Σ με φορτίο.
Για κάθε φορτίο (ωμικό ή επαγωγικό), τα όργανα (Α$\_{1}$) και (V$\_{1}$) δείχνουν την τάση και την ένταση του πρωτεύοντος, δηλ. τις U $\_{1}$ και I $\_{1}$, ενώ τα όργανα (Α$\_{2}$) και (V$\_{2}$) την τάση και ένταση του δευτερεύοντος, δηλ. τις U$\_{2}$ και Ι$\_{2}$.
Από τις τιμές U$\_{1}$ και I$\_{1}$ (χρησιμοποιώντας το νόμο του Ohm για το Ε.Ρ.) υπολογίζου -με τη σύνθετη (ή φαινομένη) αντίσταση του πρωτεύοντος ( Ζ$\_{1}$ ), ενώ από τις τιμές U$\_{2}$ και Ι$\_{2}$ τη σύνθετη αντίσταση του δευτερεύοντος του Μ/Σ ( Ζ$\_{2}$ ).

Οι σύνθετες αντιστάσεις πρωτεύοντος και δευτερεύοντος λέγονται και αντιστάσεις εισόδου και εξόδου του Μ/Σ αντίστοιχα και δίνονται από τις σχέσεις:
Z = U I 1 1 1 (1.16) και Z = U I 2 2 2 (1.17)
Παίρνοντας διάφορες τιμές των οργάνων, για διαφορετικό φορτίο, διαπιστώνουμε και πειραματικά ότι: Ζ$\_{1}$ = Κ 2  Ζ$\_{2}$ (1.18)
Πραγματικά, όταν ο Μ/Σ έχει αμελητέες απώλειες, έχουμε:
Z = U I = K U I / K = K K U I 1 1 1 2 2 2 2 × × × ή Ζ$\_{1}$ = Κ 2  Ζ$\_{2}$

Παράδειγμα
Στον Μ/Σ του σχήματος 1.31, σε κάποια χρονική στιγμή, προλάβαμε και σημειώ -σαμε τις ενδείξεις των οργάνων (Α$\_{1}$), (Α$\_{2}$) και (V$\_{2}$), δηλ. μετρήσαμε την τάση του πρωτεύοντος τυλίγματος (U$\_{1}$), το ρεύμα του δευτερεύοντος (Ι$\_{2}$) και την τάση του δευτερεύοντος (U$\_{2}$). Έστω, ότι ήταν U$\_{1}$=220V, Ι$\_{2}$=2Α και U$\_{2}$=22V. Ποιά σύνθετη αντίσταση παρουσιάζει τότε ο Μ/Σ στο δίκτυο τροφοδότησης, αν θεωρηθούν αμελητέες οι απώλειές του;

Λύση
Η σύνθετη αντίσταση που παρουσιάζει ο Μ/Σ στο δίκτυο είναι η αντίσταση του πρω -τεύοντος, δηλ. είναι ίση με:
Z = U I 1 1 1
Z = U I 2 2 2 = 22V 2A = 11Ω και Κ= U U 1 2 = 220V 22V ⇒ K=10
Επειδή, όμως, δεν γνωρίζουμε την ένταση ρεύματος του πρωτεύοντος θα χρησιμο -ποιούμε τις σχέσεις 1.17 και 1.18.

Είναι:
Άρα: Ζ$\_{1}$ = Κ 2 Ζ$\_{2}$ =10 2  11 = 1.100Ω.
H Αναφέρουμε τέλος ότι, αν στη συνδεσμολογία του σχήματος 1.31, συνδέσουμε και δύο βαττόμετρα , (ένα στο πρωτεύον και ένα στο δευτερεύον), μπορούμε να μετρήσουμε τις ισχείς πρωτεύοντος και δευτερεύοντος του Μ/Σ (Ρ$\_{1}$ και Ρ$\_{2}$ αντί -στοιχα).
Έτσι μπορούμε να υπολογίσουμε και το βαθμό απόδοσης του Μ/Σ, γιατί:
η= P P + P = P P + P + P = P P 2 2 απ 2 2μη 2 1 (1.19)

1.4.2. Όργανα προστασίας - Oδηγίες συντήρησης, βλάβες και επισκευές Μ/Σ

1) Γενικά
Οι Μ/Σ δεν έχουν κινούμενα μέρη και έτσι οι φθορές και κατά συνέπεια και οι βλάβες που παρουσιάζουν είναι ελάχιστες. Ειδικά οι μικροί Μ/Σ δεν χρειάζονται καμιά συ -ντήρηση και κανέναν ουσιαστικό έλεγχο.
Το ίδιο ισχύει γενικά και για τους μεγάλους Μ/Σ. Επειδή όμως αυτοί εργάζονται σε Υ.Τ. και μεγάλα ρεύματα τόσο το ενεργό τους μέρος, όσο και το μονωτικό λάδι θερ -μαίνονται. Αυτό ισχύει περισσότερο όταν ο Μ/Σ, έστω και για λίγο, υπερφορτίζεται , με αποτέλεσμα να υπάρχει κίνδυνος καταστροφής των τυλιγμάτων του, των μο -
νώσεων, των ακροδεκτών αλλά και ολόκληρου του Μ/Σ. Για το σκοπό αυτό στους μεγάλους Μ/Σ διανομής, εκτός από τους αυτόματους διακόπτες (Α.Δ.), χρησιμοποι -ούμε όργανα ελέγχου και προστασίας, όπως θερμόμετρο και ρελέ Μπούχολτς.

2) Όργανα ελέγχου και προστασίας

Θερμόμετρο (σχ. 1.32α)
Το θερμόμετρο παρακολουθεί αυτόματα τις μεταβολές της θερμοκρασίας. Για το σκοπό αυτό έχει τέσσερεις (4) εσωτερικές επαφές (2 μαύρες-2 κόκκινες) έτσι, ώστε να μπορούμε να ορίσουμε, σε ποια θερμοκρασία θα δώσει το σήμα συναγερμού (π.χ. σειρήνα) και σε ποια θα διακόψει τη Χ.Τ. ο Α.Δ. του πίνακα.
Η κάτω κινητή βελόνα (με μαύρο άκρο) μπαίνει συνήθως στους 90°C, ώστε, όταν το λάδι φθάνει σ' αυτή τη θερμοκρασία, να χτυπήσει η σειρήνα του κυκλώματος που θα κλείσουν οι μαύρες επαφές (2 μαύρα βιδάκια).

Η πάνω βελόνα (με κόκκινο άκρο) μπαίνει στους 105°C, οπότε όταν η θερμοκρασία του λαδιού φθάσει σ' αυτή, θα κλείσει το κύκλωμα των δύο κόκκινων επαφών (κόκ -κινα βιδάκια) και θα ανοίξει ο Α.Δ. (στον πίνακα Χ.Τ.). Η σύνδεση των επαφών αυ τών με τη σειρήνα και τον Α.Δ., γίνεται πάντοτε με κατάλληλο ηλεκτρονόμο (ρελέ) για να προστατεύεται το θερμόμετρο από μεγαλύτερα ρεύματα και τάσεις (μέγιστο επιτρεπόμενο ρεύμα 0,5Α και τάση επαφών μέχρι 24V).

Ρελέ Μπούχολτς (σχ. 1.32β)
Είναι ένα ειδικό ρελέ προστασίας , για την επισήμανση βλαβών, που παρεμβάλλε -ται στη σωλήνωση που συνδέει το λέβητα του Μ/Σ με το δοχείο διαστολής και είναι πάντοτε γεμάτο με λάδι. Όπως φαίνεται στο σχήμα 1.32β, το ρελέ Μπούχολτς περιλαμβάνει βασικά δύο πλωτήρες, που ο καθένας έχει ένα υδραργυρικό διακόπτη.
Η λειτουργία του στηρίζεται στο γεγονός ότι μια βλάβη στο εσωτερικό του Μ/Σ προ -καλεί (άλλοτε με αργό ρυθμό και άλλοτε βίαια) τη δημιουργία κάποιου αερίου. Έτσι, π.χ. μια διακοπή αγωγού προκαλεί ένα τοπικό ηλ. τόξο, που εξατμίζει μια μικρή πο -σότητα λαδιού. Το ίδιο αποτέλεσμα έχει ένα σφάλμα προς τη γη, ένα βραχυκύκλω μα στις σπείρες των τυλιγμάτων και βραχυκυκλώματα στα ελάσματα του πυρήνα.

Σχ. Ι.32β: Διάγραμμα σύνδεσης Μπούχολτς.

3) Οδηγίες συντήρησης
- Ο Μετασχηματιστής είναι ένα πολύ αξιόπιστο μηχάνημα και πρακτικά δεν χρειάζεται καμιά συντήρηση, στα πολλά χρόνια που θα μας εξυπηρετήσει.
Αυτό όμως προϋποθέτει ότι ο μετασχηματιστής είναι καθαρός, ότι δεν υπερφορ -τώθηκε περισσότερο από τα όρια φορτίου και χρονικής διάρκειας που επιτρέπεται, ότι στο δίκτυο που εξυπηρετεί δεν έγιναν βραχυκυκλώματα, υπερτάσεις, κεραυνοί κ.λπ. και ότι, τόσο οι συσκευές ζεύξης υψηλής όσο και χαμηλής τάσης καθώς και οι συσκευές προστασίας του μετασχηματιστή λειτουργούν σωστά. Στην πράξη όμως δεν είναι δυνατόν να τηρηθούν όλες αυτές οι προϋποθέσεις, Γι' αυτό συνιστάται:

Οπτικός έλεγχος: κάθε τρεις μήνες.
- 1.α . Ελέγξτε το μετασχηματιστή αν είναι καθαρός ιδίως στους μονωτήρες (σκόνη και υγρασία βοηθάνε σε υπερπηδήσεις).
- 1.β . Ελέγξτε αν υπάρχει πουθενά διαρροή λαδιού.
- 1.γ. Ελέγξτε μήπως γρατσουνίστηκε η μπογιά και θ' αρχίσει ο μετασχηματιστής να σκουριάζει.
- 1.δ . Ελέγξτε αν η στάθμη που δείχνει ο ελαιοδείκτης είναι αυτή που ανταποκρίνεται στη θερμοκρασία του λαδιού.
- 1.ε . Ελέγξτε την κατάσταση του αφυγραντήρα (γαλάζιο χρώμα - καλή κατάσταση, ροζ χρώμα πρέπει ν' αντικατασταθεί το Silica Gel (ζελατίνα πυριτίου) ή να ξηρανθεί).

Φυσικά δεν θα πρέπει να κάνετε καμιά ενέργεια χωρίς να αποσυνδέσετε το μετα -σχηματιστή, τόσο από την πλευρά υψηλής όσο και χαμηλής τάσης, και να τον γει ώσετε για την απομάκρυνση τυχόν χωρητικών φορτίων που παρέμειναν στο Μ/Σ.

Έλεγχος λαδιού: κάθε χρόνο.
- 2.α . Ελέγξτε το λάδι του Μ/Σ. Η κατάσταση του λαδιού αποτελεί βασικό κριτήριο της κατάστασης του μετασχηματιστή, (ιδιαίτερα δε ενδιαφέρει η διηλεκτρική του αντο -χή, δηλαδή το πόση μόνωση παρέχει). Ο έλεγχος γίνεται βάσει δείγματος που θα πάρετε, ξεβιδώνοντας το μικρό πώμα και ανοίγοντας λίγο το διακόπτη εκκενώσεως του μετασχηματιστή. Το δείγμα που θα πάρετε πρέπει να είναι τουλάχιστον ένα λί -τρο. Τα δοχεία, μπουκάλια, χωνιά που θα χρησιμοποιήσετε πρέπει να είναι τελείως καθαρά και στεγνά και το δοχείο ή μπουκάλι που θα χρησιμοποιηθεί τελικά για την αποστολή του δείγματος πρέπει να σφραγιστεί ερμητικά μετά το γέμισμα. Αν ο έλεγ -χος δείξει ότι η διηλεκτρική αντοχή αλλά και άλλα χαρακτηριστικά του λαδιού δεν είναι εντάξει, το λάδι πρέπει ν' αντικατασταθεί ή να ανακυκλωθεί με ειδική μηχανή καθαρισμού.
- 2.β . Ελέγξτε τη λειτουργία του ηλεκτρονόμου Μπούχολτς και/ή του θερμόμετρου και την κατάσταση των επαφών τους.
- H Η θέση των στοιχείων Μ/Σ λαδιού, φαίνονται στα σχήματα 1.9 και 1.11, της ενότητας 1.2.1.

4) Βλάβες και Επισκευές Μ/Σ
Ανάλογα με το σύμπτωμα, με το οποίο εμφανίζονται, οι πιο συνηθισμένες βλάβες των Μ/Σ, μαζί με την πιθανή αιτία και την απαιτούμενη επισκευή, φαίνονται στο πίνακα 1.3.
Πίνακας 1.3.

| α/α   | Σύμπτωμα (Βλάβη)                                           | Πιθανή αιτία                                                                                                         | Απαιτούμενη επισκευή                                                                                                               |
|-------|------------------------------------------------------------|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 1.    | Ο Μ/Σ  υπερθερμαίνεται                                     | α) Υπερφόρτιση                                                                                                       | α) Να ελαττωθεί το  φορτίο ή να τοποθετηθεί  μεγαλύτερος  μετασχηματιστής.                                                         |
| 1.    | Ο Μ/Σ  υπερθερμαίνεται                                     | β) Βραχυκύκλωμα στα  τυλίγματα                                                                                       | β) Να αντικατασταθούν  τα βραχυκυκλωμένα  τυλίγματα.                                                                               |
|       | Ο Μ/Σ  υπερθερμαίνεται                                     | γ) Βραχυκύλωμα στα  ελάσματα του πυρήνα                                                                              | γ) Να σταλεί για επισκευή.                                                                                                         |
|       | Ο Μ/Σ  υπερθερμαίνεται                                     | δ) Ο χώρος δεν  αερίζεται καλά.                                                                                      | δ) Να ληφθούν μέτρα για  καλύτερο αερισμό του  χώρου.                                                                              |
| 2.    | Ο αυτόματος  διακόπτης  ανοίγει ή  τήκονται οι  ασφάλειες. | α) Βραχυκύκλωμα  μεταξύ αγωγών φάσης  ή προς τη γη. β) Διάσπαση της  μόνωσης των  ακροδεκτών ή βλάβη  στη μόνωση του | α) Να βρεθεί το  βραχυκύκλωμα και να  επισκευασθεί. β) Να γίνει έλεγχος  με  Μέγκερ . Να  αντικατασταθούν οι  ακροδέκτες που έχουν |

Στην περίπτωση που η βλάβη, ή οι βλάβες, δεν μπορούν να επισκευασθούν στο χώρο εργασίας (επί τόπου ή σε άλλο ειδικό χώρο), ο Μ/Σ στέλνεται για επισκευή (αν είναι δυνατόν στο εργοστάσιο κατασκευής του). Για το σκοπό αυτό συμπλη -ρώνουμε ένα " ειδικό έντυπο επισκευής M/Σ ", σαν αυτό που φαίνεται στο σχήμα 1.33 της επόμενης σελίδας. Στο έντυπο αυτό σημειώνουμε τα χαρακτηριστικά στοιχεία του Μ/Σ (π.χ. μ' ένα: ý ) και στη συνέχεια υπογραμμίζουμε τα τμήματα που έχουν υποστεί βλάβη και θέλουν επισκευή, καθώς και αυτά που θέλουν αντι -κατάσταση.

ΕΙΔΙΚΟ ΕΝΤΥΠΟ ΕΠΙΣΚΕΥΗΣ Μ/Σ (Σχ. 1.33)

……………………
Σας στέλνουμε για επισκευή Μ/Σ με τα παρακάτω στοιχεία:

- 1
- 1
ΙΣΧΥΣ: ………………………
ΤΥΠΟΣ: ………………………
- 2 τριφασικός
μονοφασικός
- 3 εξωτερικού χώρου
εσωτερικού χώρου
- 4 λαδιού
χυτορητίνης
- 5 DIN
DIN ……………………
42511
42500
(τυποποίηση και προστασία)
- 6 δοχείο διαστολής
- 7 ονομαστική σχέση τάσης
λήψεις .......................
μεταγωγέας κενού
μεταγωγέας φορτίου
- 8 αλλαγή τάσεως στην Υ.Τ. με μεταγωγέα ..............................
- 9 συνδεσμολογία ..............................
- 10 συχνότητα 50Hz ......................
διαφορετική συχνότητα
- 11 ονομαστική τάση βραχυκύκλωσης .............................. %
- 12 απώλειες στο κενό .................W
σχέση μεταφοράς .................
- 13 απώλειες φορτίου .................W
- 14 πρωτεύον τύλιγμα .................V
αντικατάσταση
επισκευή
- 15 δευτερεύον τύλιγμα .................V
αντικατάσταση
επισκευή
ακροδεκτών
- 16 διάσπαση μόνωσης, πρωτεύοντος δευτερεύοντος
- 17 τυλίγματα (Χ.Τ.-Υ.Τ.)
βραχυκυκλωμένα
αντικατάσταση
- 18 πυρήνας και δοχείο
βραχυκύκλωμα
διαρροή
19 ανύψωση θερμοκρασίας τυλίγματος 65k
άλλη ..............
ανύψωση θερμοκρασίας λαδιού 60k
- 20 θερμοκρασία περιβάλλοντος 40°C
άλλη ..............
- 21 βαφή RAL 7033
άλλη ειδική βαφή ............................
- 22 παράλληλη λειτουργία *
23 ηλεκτρονόμος Buchholz
ελαιοδείκτης
αφυγραντήρας
θερμόμετρο

*Παράλληλη λειτουργία.
(Να δοθούν επίσης τα παρακάτω στοιχεία του Μ/Σ που θα συνδεθεί παράλληλα.)
Ονομαστική ισχύς σε kVA
Συνδεσμολογία

Συχνότητα
Ονομαστική τάση βραχυκύκλωσης
Σχέση τάσεων και λήψης στο κενό με θερμοκρασία αναφοράς
χωρίς δοχείο διαστολής (στεγανός)
ξηρού τύπου
Σχ. 1.34: Έλεγχοι και μετρήσεις Μ/Σ διανομής.

1.4.3. Eρωτήσεις
- 1. Πώς μπορούμε να μετρήσουμε τις τάσεις πρωτεύοντος και δευτερεύοντος τυ -λίγματος Μ/Σ χωρίς φορτίο; Τι προκύπτει απ' αυτές;
- 2. Πώς υπολογίζουμε την τάση βραχυκύκλωσης (u$\_{K}$%) ενός Μ/Σ;
- 3. Πώς υπολογίζουμε τις σύνθετες αντιστάσεις πρωτεύοντος και δευτερεύοντος τυλίγματος ενός Μ/Σ και πώς συνδέονται αυτές μεταξύ τους;
- 4. Πώς υπολογίζουμε τη σύνθετη αντίσταση του δευτερεύοντος τυλίγματος, όταν γνωρίζουμε τη σύνθετη αντίσταση του πρωτεύοντος και τη σχέση μεταφοράς ενός Μ/Σ;
- 5. Πώς συνδέονται τα όργανα μέτρησης για τις τάσεις πρωτεύοντος και δευτερεύ -οντος τυλίγματος και για τα ρεύματα πρωτεύοντος και δευτερεύοντος τυλίγμα τος Μ/Σ;
- 6. Πώς συνδέεται το βαττόμετρο στη δοκιμή βραχυκύκλωσης Μ/Σ και τι μας δεί -χνει;
- 7. Ποιους ελέγχους πρέπει να κάνουμε γενικά στους Μ/Σ;
- 8. Ποια τα κυριότερα όργανα προστασίας και ελέγχου των Μ/Σ;
- 9. Για ποιους λόγους ένας Μ/Σ υπερθερμαίνεται;
- 10. Αν οι σπείρες του πρωτεύοντος τυλίγματος του Μ/Σ του σχήματος 1.29α είναι 500 και η τάση στο δευτερεύον του μετρήθηκε 44V, πόσες είναι οι σπείρες του δευτερεύοντος; (ΑΠ. W$\_{2}$ = 100 σπείρες)
- 1 1 . Στον Μ/Σ του σχήματος 1.31, μετρήθηκαν: U$\_{2}$=22V και Ι$\_{2}$=4Α. Πόση ένταση ρεύματος απορροφά ο Μ/Σ απ' το δίκτυο; (ΑΠ. Ι$\_{1}$=0,4Α)
- 12. Ο αριθμός σπειρών του πρωτεύοντος και του δευτερεύοντος τυλίγματος ενός 1~ Μ/Σ είναι W$\_{1}$=200 και W$\_{2}$=5.000 σπείρες αντίστοιχα. Αν στο πρωτεύον του εφαρμόζεται εναλλασσόμενη τάση 8,8V και η σύνθετη αντίσταση του δευτερεύοντος είναι Z$\_{2}$=10kΩ, τι τιμές έχουν τα ρεύματα πρωτεύ -οντος και δευτερεύοντος του Μ/Σ; (ΑΠ. l$\_{2}$ = 22mA, Ι$\_{1}$ = 0,55Α)
- 13. Στο πρωτεύον τύλιγμα 1~ Μ/Σ εφαρμόζεται τάση 9kV, οπότε το δευτερεύον του δίνει τάση 100V. Σε κάποια στιγμή στο δευτερεύον μετράμε τάση 98V. Πόση τάση εφαρμόσθηκε στο πρωτεύον; (ΑΠ. U$\_{1}$ = 8820V)
- 14. Σε 1~ Μ/Σ μετρήθηκαν οι τάσεις πρωτεύοντος και δευτερεύοντος τυλίγματος χω -ρίς φορτίο και βρέθηκαν U$\_{1}$=2.800V και U$\_{2}$=230V αντίστοιχα. Αν το δευτερεύον έχει W$\_{2}$=52 σπείρες, πόσες σπείρες έχει το πρωτεύον; (ΑΠ. W$\_{1}$ = 633 σπείρες)

Βάλτε σε κύκλο το γράμμα μπροστά από τη σωστή απάντηση
- 15. Στη λειτουργία Μ/Σ χωρίς φορτίο το βολτόμετρο, στα άκρα του δευτερεύοντος τυλίγματος, μας δείχνει:
- β. τη τάση του δευτερεύοντος στο κενό.
- α. το ρεύμα του δευτερεύοντος στο κενό.
- γ. τη τάση του δευτερεύοντος με φορτίο.
- δ. το ρεύμα μαγνήτισης του πυρήνα του Μ/Σ.
- 16. Το αμπερόμετρο, που μετρά την ένταση ρεύματος που περνά μέσα από το φορτίο ενός Μ/Σ, συνδέεται πάντα:
- β. σε σειρά με το φορτίο (καταναλωτή).
- α. σε σειρά με το δευτερεύον τύλιγμα.
- γ. σε σειρά με το φορτίο και με το δευτερεύον.
- δ. παράλληλα με το φορτίο και με το πρωτεύον.
- 17. Η σχέση μεταφοράς ενός Μ/Σ μπορεί να υπολογισθεί εύκολα από:
- β. τα ρεύματα πρωτεύοντος και δευτερεύοντος.
- α. τις τάσεις πρωτεύοντος και δευτερεύοντος.
- γ. τις σπείρες πρωτεύοντος και δευτερεύοντος.
- δ. όλους τους παραπάνω τρόπους.
- 18. Με το πείραμα βραχυκύκλωσης του Μ/Σ μπορούμε να υπολογίσουμε: α. τη τάση βραχυκύκλωσης.
- γ. το ρεύμα του πρωτεύοντος.
- β. την αντίσταση βραχυκύκλωσης.
- δ. το ρεύμα του δευτερεύοντος.
- 19. 3~ Μ/Σ με σχέση μεταφοράς Κ=5 και σύνθετη αντίσταση πρωτεύοντος Ζ$\_{1}$=500Ω, ανά φάση, παρουσιάζει στο δευτερεύον του σύνθετη αντίσταση: α. Ζ$\_{2}$=5Ω.
- γ. Ζ$\_{2}$=15Ω.
- β. Ζ$\_{2}$=10Ω.
- δ. Ζ$\_{2}$=20Ω.
- 20. Μ/Σ με απώλειες Ρ$\_{μ}$=50W και P$\_{n}$=100W, που αποδίδει ισχύ P$\_{2}$=8kW, έχει βαθ -μό απόδοσης:
- β. η=0,99 ή 99%.
- α. η=0,98 ή 98%.
- γ. η=1 ή 100%.
- δ. η=1,1 ή 110%.
- 21. O Μ/Σ της προηγούμενης ερώτησης απορροφά από το δίκτυο ισχύ:
- β. P$\_{1}$=8.000W.
- α. P$\_{1}$=10.000W.
- γ. P$\_{1}$=8.150W.
- δ. Ρ$\_{1}$=7.850W.

1.5. Ανακεφαλαίωση
- ê Μετασχηματιστής (Μ/Σ) είναι η ειδική μηχανή Ε.Ρ. που αυξομειώνει τα βασικά ηλεκτρικά μεγέθη (τάση -ένταση). Ο Μ/Σ παίζει πολύ σπουδαίο ρόλο στη σύγχρονη ζωή, αφού με τη βοήθειά του γίνεται οικονομικά η μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας, αλλά και η χρήση της από οποιονδήποτε καταναλωτή.
- ê Η λειτουργία των Μ/Σ (1~ ή 3~) βασίζεται στο φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής , δηλ. στο ότι η μεταβαλλόμενη μαγνητική ροή που δημιουργεί ένα τύλιγμα (πρωτεύον) διαπερνά τους αγωγούς ενός άλλου τυλίγματος (δευτερεύον), που είναι τοποθετημένο στο ίδιο μαγνητικό κύκλωμα, με αποτέλεσμα να δημιουρ -γείται Η.Ε.Δ. από επαγωγή Ε$\_{2}$ = ΚfW$\_{2}$Φ$\_{μ}$.
- ê Οι Μ/Σ, εκτός από τη κανονική τους λειτουργία, δοκιμάζονται και σε λειτουργία χωρίς φορτίο αλλά και σε δοκιμή βραχυκύκλωσης, ώστε να ανταποκρίνονται στις απαιτήσεις της εφαρμογής για την οποία προορίζονται.
- ê Στη λειτουργία Μ/Σ με φορτίο ισχύει η αναλογία:

W W 1 2

= U U 1 2
= I I 2 1 , όπου W$\_{1}$/W$\_{2}$=K , η σχέση μεταφοράς του Μ/Σ.
- ê Το κύριο μέρος Μ/Σ, που λέγεται και ενεργό μέρος , είναι το μαγνητικό κύκλωμα (ή πυρήνας) με τα τυλίγματα . Σε κάθε 1 ~ Μ/Σ υπάρχουν δύο τυλίγματα: το τύλιγμα Υ.Τ. και το τύλιγμα Χ.Τ. Το πρώτο αποτελείται από πολλές σπείρες λεπτού σύρματος και το δεύτερο από λιγότερες σπείρες χονδρότερου σύρματος. Το τύλιγμα που συνδέεται με τη πηγή Η.Ε. λέγεται πρωτεύον , ενώ το τύλιγμα που δίνει τη με -τασχηματισμένη τάση δευτερεύον .
- ê Στους 3~ Μ/Σ υπάρχουν τρία τυλίγματα Υ.Τ. και τρία τυλίγματα Χ.Τ. που τοπο -θετούνται στους τρεις κορμούς του πυρήνα. Κάθε κορμός με τα δύο τυλίγματά του συμπεριφέρεται σαν ένας 1~ Μ/Σ. Τα τυλίγματα συνδέονται είτε σε αστέρα είτε σε τρίγωνο .
- ê Στην πράξη κατασκευάζονται και ειδικοί Μ/Σ, όπως π.χ. οι:
- -Μ/Σ ηλεκτρικής έλξης (για τη τροφοδότηση ηλ. σιδηροδρόμων, τρόλεϋ κ.α.)
- -Μ/Σ 1:1 ή Μ/Σ προστασίας (για την απομόνωση δύο ηλ. κυκλωμάτων)
- -Αυτομετασχηματιστές (ΑΜ/Σ)
- -Μ/Σ οργάνων (για τη μέτρηση μεγάλων τάσεων ή εντάσεων ρεύματος).
- (για μικρή αλλαγή της τάσης ενός κυκλώματος) και
- ê Σε ορισμένες περιπτώσεις είμαστε αναγκασμένοι να μετασχηματίσουμε και το Σ.Ρ., όπως π.χ. στο ηλεκτρικό σύστημα του αυτοκινήτου. Για το σκοπό αυτό χρη -σιμοποιούμε έναν ειδικό μετασχηματιστή Σ.Ρ., το γνωστό μας πολλαπλασιαστή , που μοιάζει κατασκευαστικά με τον 1~ Μ/Σ.

- ê Κάθε Μ/Σ πριν βγει στο εμπόριο υποβάλλεται σε διάφορες δοκιμές και μετρήσεις, με σκοπό να διαπιστωθούν τα γενικά και κυρίως τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά του (τάση και αντίσταση πρωτεύοντος και δευτερεύοντος, φαινομένη και πραγματική ισχύς κ.α.).
- ê Ο Μ/Σ είναι η πιο αξιόπιστη μηχανή και πρακτικά δεν χρειάζεται καμία συντήρη -ση, αρκεί βέβαια να τηρούνται οι συνθήκες λειτουργίας του. Οι βλάβες τους είναι σπάνιες (αφορούν συνήθως βραχυκυκλώματα στα τυλίγματα και τους αγωγούς ή διάσπαση της μόνωσης του τυλίγματος και των ακροδεκτών) και μπορούν εύκολα να αντιμετωπισθούν.

Μηχανή κοπής & περιέλιξης πυρήνων
Πηνίο Υ.Τ.
Ενεργό μέρος Μ/Σ
Πηνίο Χ.Τ.

Βαφή Μ/Σ
Αίθουσα συναρμολόγησης Μ/Σ διανομής
Σχ. 1.35: Από την κατασκευή Μ/Σ διανομής.

κεφάλαιο 2 ηλεκτρικές μηχαvές Συvεχoύς Ρεύματος (Σ.Ρ.)
Είναι ευρύτατα γνωστό, ότι το ποσό της ηλεκτρικής ενέργειας που καταναλώνει μια χώρα, χαρακτηρίζει και το επίπεδο της τεχνικής ανάπτυξής της.
Ο ηλεκτρισμός διαδόθηκε χάρη στην κατασκευή φθηνών και αποδοτικών ηλεκτρικών μηχανών. Σήμερα κάθε βιομηχανική εγκατάσταση χρησιμοποιεί ηλεκτρικές μηχανές. Η γνώση της λειτουργίας και των χαρακτηριστικών αυτών των μηχανών κυρίως κρίνεται απαραίτητη για την ορθή αντιμετώπιση των προβλημάτων που αφορούν στην επιλογή, εγκατάσταση, στη χρησιμοποίηση και στη συντήρησή τους.

αυτόψυκτος ηλεκτροκινητήρας έλξης συνεχούς ρεύματος για αυτοκινητάμαξες

Ενότητα 2.1.

Σύντομη ιστορική ανασκόπηση, χρήσεις μηχανών Σ.Ρ., αρχή λειτουργίας

Διδακτικοί στόχοι
Μετά από τη μελέτη της ενότητας αυτής, θα πρέπει να μπορείτε:
- 1. Να απαριθμείτε τα στάδια εξέλιξης των Ηλεκτρικών Μηχανών Σ.Ρ.
- 2. Να αναφέρετε τα πεδία εφαρμογής των Γεννητριών και των Κινητήρων Σ.Ρ. στις σημερινές συνθήκες παραγωγής.
- 3. Να διατυπώνετε την αρχή λειτουργίας των Γεννητριών Σ.Ρ.
- 4. Να διατυπώνετε την αρχή λειτουργίας των Κινητήρων Σ.Ρ.

2.1.1. Σύντομη ιστορική ανασκόπηση και χρήσεις των μηχανών Σ.Ρ.
Η ανακάλυψη του νόμου της επαγωγής από τον Faraday , ο οποίος βασίστηκε στα πειράματα του Oersted και Ampere το 1820, βοήθησε το Γάλλο Hippolyte Pixii το 1832 να κατασκευάσει την πρώτη μηχανή Συνεχούς Ρεύματος (Σ.Ρ.) ως γεννήτρια.
Ο ίδιος κατασκεύασε την ίδια χρονολογία και μια απλή γεννήτρια (Ε.Ρ.) A.C., η οποία όμως δεν έγινε γνωστή.
Η πρώτη ηλεκτρική μηχανή του Pixii είχε συλλέκτη δύο τομέων για την ανόρθω -ση της εναλλασσόμενης τάσης που παραγόταν στους αγωγούς. Η κυμάτωση της ανορθωμένης τάσης ήταν πολύ μεγάλη.

Η πρώτη μηχανή Σ.Ρ. με περιέλιξη τυμπάνου που τοποθετήθηκε μέσα στα λού -κια του δρομέα και συλλέκτη αρχικά δύο τομέων έγινε από τον Werner Von Siemens το 1856. Η κατασκευή αυτή έγινε αφορμή για την εξέλιξη των ηλεκτρικών μηχανών.
Το 1860 ο Pacinotti κατασκεύασε τη μηχανή με τον επαγωγικό δακτύλιο και συλλέ -κτη με πολλούς τομείς.
Το 1870 ο Gramme κατασκεύασε μηχανή που είχε το πλεονέκτημα της μικρής κυ -μάτωσης της ανορθωμένης τάσης της.
Η μηχανή αυτή εγκαταλείφθηκε σύντομα λόγω των μεγάλων τεχνικοοικονομικών μειονεκτημάτων της δακτυλιοειδούς της περιέλιξης.

Ο τύπος της μηχανής Σ.Ρ. που επικράτησε τελικά ήταν αυτός του F.V. Hefner Alteneck (1872) που είχε περιέλιξη τυμπάνου και συλλέκτη με πολλούς τομείς.
Σήμερα, είναι γνωστό, ότι για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιείται Ε.Ρ.
Παρ' όλα αυτά όμως οι μηχανές Σ.Ρ. κατέχουν ένα σημαντικό μέρος στην ηλεκτρική κίνηση πολύ μικρών, μικρών, μεσαίων και μεγάλων ισχύων (μέχρι 8MW).
Πολλά εργοστάσια χρησιμοποιούν γεννήτριες Σ.Ρ. για την παραγωγή της απαιτού -μενης ισχύος για τη λειτουργία κινητήρων Σ.Ρ.

Ηλεκτροκινητήρες Σ.Ρ. χρησιμοποιούνται σε ηλεκτρικές κινήσεις με έλεγχο της πε -ριστροφικής ταχύτητας, όπως μεταφορικές εγκαταστάσεις, εργαλειομηχανές, τροχι οδρομικά οχήματα κ.λπ.
-  Συγκριτικά με τους κινητήρες Ε.Ρ., οι κινητήρες Σ.Ρ. παρουσιάζουν ορισμένα χαρακτηριστικά ανωτερότητας που τους κάνουν αναντικατάστατους σε κινήσεις υψηλών απαιτήσεων όπως π.χ. στα έλαστρα.
Η τροφοδότηση με ηλεκτρονικά ισχύος τελειοποίησε πολλές από τις εφαρμογές αυτές. Οι μικροί κινητήρες Σ.Ρ. χρησιμοποιούνται γενικά σε όλες όπου διατίθεται συνεχής ή ημιανορθωμένη τάση, όπως αυτοματισμούς αερο -πλάνων, συστήματα ψύξης ηλεκτρονικών κυκλωμάτων, μικρούς διεγέρτες, σερβο μηχανισμούς, παιχνίδια, μαγνητόφωνα, μονάδες μαγνητικών ταινιών, εκτυπωτές υπολογιστών, μηχανές συγχρονισμών, φωτοτυπικά μηχανήματα κ.λπ.

2.1.2. Αρχή λειτουργίας των Γεννητριών Σ.Ρ.
Για τη λειτουργία των ηλεκτρικών μηχανών απαιτούνται τρία είδη υλικών:
- α) ηλεκτρικοί αγωγοί, για τη δίοδο του ρεύματος (κατά κανόνα χάλκινοι, σπανιότε -ρα από αλουμίνιο, ορείχαλκο ή μπρούντζο).
- β) μονωτικά υλικά, για την παρεμπόδιση διαρροής του ηλεκτρικού ρεύματος από τους αγωγούς (ελαστικό, συνθετικά υλικά, χαρτί εμποτισμένο σε μονωτικό βερνίκι), γ) σίδηρος, (σιδηροελάσματα) για την οδήγηση του μαγνητικού πεδίου.
Με άλλα λόγια για να λειτουργήσει μια γεννήτρια πρέπει να πληρούνται οι παρακά -τω βασικές συνθήκες:

- 1. Να υπάρχει ομογενές μαγνητικό πεδίο, μαγνητικής επαγωγής (Β).
- 3. Να υπάρχει σχετική κίνηση του αγωγού (ή πλαισίου) ως προς το μαγνητικό πεδίο ή του πεδίου ως προς τον αγωγό.
- 2. αγωγός (ή πλαίσιο) εντός του μαγνητικού πεδίου, δηλαδή, να υπάρ -χει τύλιγμα στη μηχανή.
Αποτέλεσμα των παραπάνω συνθηκών είναι η ανάπτυξη ηλεκτρεγερτικής δύναμης (ΗΕΔ) στα άκρα αυτού του αγωγού (ή πλαισίου).
Αυτή η ΗΕΔ προέρχεται από επαγωγή και είναι ανάλογη:
- - της μαγνητικής επαγωγής (Β) του ομογενούς μαγνητικού πεδίου,

(σε Tesla ή 1T =1 V s m 2 × ),
- - του μήκους ( ℓ ) του τμήματος του αγωγού το οποίο βρίσκεται υπό την επίδραση του μαγνητικού πεδίου (ενεργό μήκος σε m),
- - του ημίτονου της γωνίας (α), η οποία σχηματίζεται μεταξύ των κατευθύνσεων της κίνησης και του μαγνητικού πεδίου.
- - της ταχύτητας (υ=2πrn, όπου n: στρ/s) της μεταβολής της κίνησης του αγωγού (σε m/s),
= Βℓυημα (σε V) (2.1)
Στο σχήμα 2.2 φαίνεται η πορεία και τα στάδια της αναπτυσσόμενης από το πλαίσιο ΗΕΔ, καθώς αυτό στρέφεται σε σταθερό μαγνητικό πεδίο. Στο ίδιο σχήμα φαίνεται και η εναλλασσόμενη μορφή του παραγόμενου ρεύματος.

Σχ. 2.2: Πορεία της ανάπτυξης εναλλασσόμενης Η.Ε.Δ. σε πλαίσιο στρεφόμενου μέσα σε σταθερό μαγνητικό πεδίο.
Στο σχήμα 2.3 φαίνεται η πορεία και τα στάδια της ανόρθωσης, δηλαδή, της μετατροπής του Ε.Ρ. σε Σ.Ρ. η οποία εκτελείται από το συλλέκτη .
Σχ.2.3: Ανορθωτική δράση του συλλέκτη.

2.1.3. Αρχή λειτουργίας των κινητήρων Σ.Ρ.
Όταν ένας αγωγός διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα, ενώ βρίσκεται μέσα σε μαγνη -τικό πεδίο, αναπτύσσεται σ' αυτόν από το μαγνητικό πεδίο δύναμη που τείνει να τον κινήσει προς ορισμένη κατεύθυνση.
Η δύναμη αυτή είναι η συνισταμένη των δυνάμεων Laplace, στις οποίες υπόκεινται τα ελεύθερα ηλεκτρόνια, τα οποία κινούνται μέσα στον αγωγό.
Το μέγεθος της δύναμης αυτής είναι ανάλογο προς:
- α. τη μαγνητική επαγωγή (Β) του πεδίου (σε Τ).
- γ. το μήκος του αγωγού ( ℓ ), ο οποίος βρίσκεται μέσα στο μαγνητικό πεδίο (ενεργό μήκος σε m).
- β. την ένταση του ρεύματος (I), που διαρρέει τον αγωγό (σε Α).
- δ. τη γωνία (α), την οποία σχηματίζουν οι διευθύνσεις του αγωγού και του πεδίου.

Το μέτρο της δύναμης (F) που ασκείται στον αγωγό δίνεται από τη σχέση:
F = B ℓ lnμα (σε Ν) (2.2)

2.1.4. Παραδείγματα
1. Η ΗΕΔ που αναπτύσσεται σε αγωγό κινούμενο εντός ομοιομόρφου μαγνητι -κού πεδίου με ταχύτητα 20m/s είναι 10V. Να βρεθούν: α) Η ΗΕΔ, εάν η μαγνη τική επαγωγή του πεδίου αυξηθεί κατά 20% και β) η ΗΕΔ, εάν η ταχύτητα του αγωγού μειωθεί κατά 10%.

Λύση
Το μέγεθος της ΗΕΔ, η οποία αναπτύσσεται σε αγωγό κινούμενο εντός ομοιομόρ -φου μαγνητικού πεδίου, δίνεται από τη σχέση Ε = B ℓ υnμα (σε V).
Από την παραπάνω σχέση φαίνεται, ότι η ΗΕΔ είναι ανάλογη της μαγνητικής επα -γωγής Β του πεδίου, της ταχύτητας κίνησης του αγωγού υ, καθώς και του μήκους του αγωγού ℓ .
Έτσι για την αύξηση της Β κατά 20% θα έχουμε και αύξηση της ΗΕΔ κατά 20%.
Για μείωση της ταχύτητας υ κατά 10% θα έχουμε και μείωση της ΗΕΔ κατά 10%.

Επομένως:
α) E E = B B 1 2 1 2 ή 10 E = B 1,20B 2 1 1 , Ε$\_{2}$Β$\_{1}$ = 101,20B$\_{1}$, E$\_{2}$ = 12V
β) E E = υ υ 1 2 1 2 ' ή 10 E = υ 0,90 υ 1 1 2 ' × , Ε'$\_{2}$υ$\_{1}$ =100,90υ$\_{1}$, E'$\_{2}$ = 9V
2. Με ποια ταχύτητα πρέπει να κινείται αγωγός μήκους ℓ =0,5m, μέσα σε ομοι -όμορφο μαγνητικό πεδίο που έχει μαγνητική επαγωγή Β=0,8Τ, αν η γωνία που κόβει τις μαγνητικές γραμμές είναι 60° και η παραγόμενη ΗΕΔ από επαγωγή στον αγωγό είναι Ε=9,4V.

Λύση
Από τη σχέση της ΗΕΔ από επαγωγή
Ε = B ℓ υnμα βρίσκουμε: υ= Ε ΒΙ ημα ×× ×× = 9,4 0,8 0,5 0,866 = 9,4 0,3464 = 27,1m /s
- 3. Αγωγός μήκους 15cm κινείται με ταχύτητα 4m/s κάθετα προς τις μαγνητικές γραμμές ομοιομόρφου μαγνητικού πεδίου επαγωγής 0,8Τ. Ο αγωγός αποτελεί τμήμα κλειστού κυκλώματος, του οποίου η ωμική αντίσταση είναι 0,6Ω. Να βρε -θεί η δύναμη που ασκείται επί του αγωγού και αντιτίθεται στην κίνησή του.

Λύση
Η αναπτυσσόμενη εντός του αγωγού ΗΕΔ είναι: Ε = B ℓ υnμα
Εδώ είναι α=90° ή ημα=1 και ℓ = 0,15m
Άρα: Ε=0,80,15  4  1=0,48V
Συνεπώς η ένταση του ρεύματος που διαρρέει τον αγωγό είναι:
I= E R = 0,48 0,6 =0,8A
Η ασκούμενη δύναμη επί του αγωγού θα υπολογισθεί από τη σχέση:

F = B ℓ Inμα
F=0,80,150,8ημ90°=0,096Ν

2.1.5. Eρωτήσεις
- 1. Να αναφέρετε πού χρησιμοποιούνται οι γεννήτριες και πού οι κινητήρες Σ.Ρ.;
- 2. Ποια είναι η αρχή λειτουργίας των γεννητριών Σ.Ρ.;
- 3. Ποια είναι η αρχή λειτουργίας των κινητήρων Σ.Ρ.;
- 4. Με ποιο τρόπο γίνεται η ανόρθωση του Ε.Ρ. σε Σ.Ρ.;
- 5. Να σχεδιαστεί η πορεία της ανάπτυξης εναλλασσόμενης ΗΕΔ σε πλαίσιο που στρέφεται μέσα σε σταθερό μαγνητικό πεδίο.
- 6. Να σχεδιαστεί η πορεία και τα στάδια της ανόρθωσης του Ε.Ρ. σε Σ.Ρ. που εκτε -λείται από το συλλέκτη.
- 7. Πότε στα άκρα αγωγού κινούμενου μέσα σε μαγνητικό πεδίο δεν αναπτύσσεται ΗΕΔ από επαγωγή;
- 8. Πώς μειώνουμε τις κυματώσεις του ρεύματος που παράγεται στις ηλεκτρικές γεννήτριες;
- 9. Με ποια ταχύτητα πρέπει να κινείται αγωγός μήκους 1=0,8m μέσα σε ομοιό -μορφο μαγνητικό πεδίο που έχει μαγνητική επαγωγή Β=0,9Τ, αν η γωνία που κόβει τις μαγνητικές γραμμές είναι 60° και η παραγόμενη ΗΕΔ από επαγωγή στον αγωγό είναι E=6,23V. (ΑΠ. 10m/sec)
- 10. Η δύναμη που ασκείται σε αγωγό μήκους Ι=0,4m κατά την κίνησή του υπό γωνία 45° μέσα σε μαγνητικό πεδίο Β=0,9Τ είναι 12Ν. Ζητείται η ένταση του ρεύματος, που θα διαρρέεται ο αγωγός. (ΑΠ. 47,2Α)

Βάλτε σε κύκλο το γράμμα μπροστά από τη σωστή απάντηση
- 1 1 . Η ΗΕΔ μιας στοιχειώδους γεννήτριας δίνεται από τη σχέση:
- β. υnμα.
- α. Ε= B ℓ Iσυνα.
- γ. Ε= B ℓ Inμα.
- 12. Το μέτρο της δύναμης (F) που ασκείται στον αγωγό δίνεται από τη σχέση:
- β. F= B ℓ Inμα.
- α. F= BυInμα.
- γ. Iσυνα.

Ενότητα 2.2.

Κατασκευαστικά στοιχεία Μηχανών Σ.Ρ. Είδη προστασίας, Τυποποίηση ακροδεκτών

Διδακτικοί στόχοι
Μετά από μελέτη της ενότητας αυτής θα πρέπει να μπορείτε:
- 1. Να περιγράφετε τα βασικά εξαρτήματα των ηλεκτρικών μηχανών Σ.Ρ.
- 2. Να αναγνωρίζετε την τυποποίηση των ακροδεκτών στις μηχανές Σ.Ρ.
- 3. Να ερμηνεύετε την τυποποίηση που υπάρχει για την προστασία των ηλε -κτρικών μηχανών και τη σημασία κάθε γράμματος και αριθμού.

2.2.1. Κατασκευαστικά στοιχεία Μηχανών Σ.Ρ.
Κάθε μηχανή Σ.Ρ. αποτελείται από το ακίνητο μέρος, το οποίο ονομάζεται στάτης και από το κινητό μέρος, το οποίο ονομάζεται δρομέας .
 Ο στάτης είναι το συγκρότημα των ακίνητων τμημάτων της μηχανής και έχει ως κύριο προορισμό του να δημιουργεί καθορισμένη μαγνητική ροή.
Ο στάτης αποτελείται από:
- ● το ζύγωμα
- ● τα πέδιλα των πόλων
- τους μαγνητικούς πόλους
- τα τυλίγματα των πόλων
- τους ψηκτροφορείς
- ● τα καλύμματα (καπάκια)
- ● τα σιδερένια δακτυλίδια
- ● τις ψηκτροθήκες
- τους βραχίονες
- τις ψήκτρες
- ● τα ελατήρια πίεσης των ψηκτρών

Στο σχήμα 2.4 φαίνεται παραστατικά αποσυναρμολογημένη μηχανή Σ.Ρ.
Σχ. 2.4: Αποσυναρμολογημένη μηχανή Σ.Ρ.
3.00 σταθερό έδρανο 4.00 κινούμενο έδρανο 5.00 ακραίο προστατευτικό κάλυμμα 6.00 ακραίο προ -στατευτικό κάλυμμα 8.00 σύνολο δρομέα 8.10 άξονας 8.20 πυρήνας δρομέα με την περιέλιξή του 8.31 δακτύλιος σταθεροποίησης του άξονα 8.60 συλλέκτης 10.02 πλαίσιο στάτη με τους κύριους πόλους και τους πόλους αντιστάθμισης 10.15 ιμάντας σύσφιξης γείωσης 10.60 έλασμα ρύθμισης αέρα 10.74 -10.75 πλευρικό κάλυμμα με τσιμούχα 10.84 - 10.85 επάνω κάλυμμα με τσιμούχα
20.0 κιβώτιο ακροδεκτών 24.10 βραχίονας ψηκτροφορέα 24.11 βραχίονας με τον ψηκτροφορέα και τις ψήκτρες άνθρακα 24.20 ψήκτρες άνθρακα 24.31 ψηκτροθήκη 24.37 διαδοχικά ελατήρια πίεσης ψηκτρο -φορέα 24.50 δακτύλιος ψήκτρας 24.60 ατομικώς ενεργούντες γάτζοι σύσφιγξης για το δακτύλιο της ψή κτρας 24.65 ιμάντας σύσφιγξης για το βραχίονα του ψηκτροφορέα 24.68 βίδες στερέωσης ψηκτροφορέα

 Ο δρομέας είναι το συγκρότημα των κινητών τμημάτων της μηχανής, και απο -τελείται από:
- ● τον άξονα,
- ● το τύλιγμα του επαγωγικού τυμπάνου,
- τον πυρήνα του επαγωγικού τυμπάνου,
- το συλλέκτη,
- την πλήμνη.
- ● τον ανεμιστήρα,
Στο σχήμα 2.5 φαίνονται τα βασικά μέρη των μηχανών Σ.Ρ. (γεννήτριας ή κινητήρα).
Σχ.2.5: Βασικά μέρη (δομή) ηλεκτρικών μηχανών Σ.Ρ.

2.2.2. Τα μέρη μιας μηχαvής Σ.Ρ.

Α. Στάτης. Ο στάτης αποτελείται από:
- 1. Το ζύγωμα που αποτελεί τον κορμό της μηχανής και κατασκευάζεται από χυτο -χάλυβα ή ελατό σίδηρο. Μέσα από το ζύγωμα κλείνει το μαγνητικό κύκλωμα.
- 2. Τους μαγνητικούς πόλους που στερεώνονται στο ζύγωμα και κατασκευάζονται από ελατό σίδηρο, εφ' όσον ανήκουν σε δυναμογεννήτρια, δηλαδή, σε γεννήτρια που έχει τύλιγμα στους πόλους. Στις μαγνητογεννήτριες, δηλαδή στις γεννήτριες με μόνιμους μαγνήτες, οι πόλοι κατασκευάζονται από χάλυβα. Προορισμός των πόλων

είναι να εξασφαλίσουν τη μαγνητική ροή που γεννιέται από τα τυλίγματα, τα οποία περιβάλλουν τους πόλους.
Το ρεύμα με το οποίο τροφοδοτούνται οι πόλοι καλείται ρεύμα διέγερσης.
Κάθε πόλος αποτελείται από τον πυρήνα και το τύλιγμά του που μεταξύ τους πα -ρεμβάλλεται μόνωση. Ο πυρήνας συγκροτείται συνήθως από μονωμένα ειδικά ελά σματα σιδήρου, πάχους περίπου 1,5mm.
- 3. Τα πέδιλα των πόλων είναι το πλατύτερο μέρος του πόλου και βρίσκονται πλη -σιέστερα στο επαγωγικό τύμπανο.
Αποτελούν συνήθως ξεχωριστή κατασκευή και βιδώνονται στερεότατα κάτω από τους πόλους. Σκοπός του πέδιλου είναι να διαχέει τη ροή σε ένα μεγαλύτερο μέρος της περιφέρειας του δρομέα, από όσο καλύπτει ο κορμός του πυρήνα και να υπο -βαστάζει το τύλιγμα του πόλου.

Κατασκευάζονται από μονωμένα φύλλα σιδήρου, για την αποφυγή θερμάνσεων και απωλειών από τα ρεύματα Foucault (Φουκώ), τα οποία εμφανίζονται εδώ εξ αιτίας των διαταραχών του μαγνητικού πεδίου κατά τη λειτουργία της μηχανής. Υπενθυμί -ζουμε ότι τα ρεύματα Faucault (Φουκώ) ή δινορρεύματα είναι επαγωγικά ρεύματα τα οποία εμφανίζονται μέσα στη μάζα του υλικού σε μορφή κλειστών τροχιών (δι -νών) και προξενούν απώλειες.
- 4. Το τύλιγμα του πόλου αποτελείται από πολλές σπείρες χάλκινου μονωμένου σύρματος, οι οποίες, αφού λάβουν με τη βοήθεια καλουπιού τη μορφή του πυρήνα, τυλίγονται με βαμβακερή ταινία και βαφτίζονται σε μονωτικό βερνίκι.

Τα άκρα του τυλίγματος μένουν ελεύθερα για την ηλεκτρική του σύνδεση. Το σύνολο των τυλιγμάτων των μαγνητικών πόλων ονομάζεται τύλιγμα διέγερσης της μηχανής.
Σε πολλές μηχανές Σ.Ρ. έχουμε δύο τυλίγματα σε κάθε πόλο, το καθένα ανεξάρτητο από το άλλο. Το ένα τύλιγμα, που αποτελείται από πολλές σπείρες με λεπτό σύρμα, ονομάζεται παράλληλο τύλιγμα, ενώ το άλλο που αποτελείται από λίγες σπείρες και χονδρό σύρμα, ονομάζεται τύλιγμα σειράς.
- 5. Τα καλύμματα (καπάκια) στερεώνονται με κοχλίες στο ζύγωμα και χρησιμεύουν για να στηρίζουν τον άξονα του δρομέα και τον ψηκτροφορέα και να προφυλάσσουν το εσωτερικό της μηχανής. Τα καλύμματα φέρουν ενσωματωμένο και από ένα έδρα -νο μέσω του οποίου στρέφεται ο άξονας του δρομέα.
- 6. Τον ψηκτροφορέα που είναι το σύστημα στο οποίο στερεώνονται οι ψηκτροθή -κες. Ο ψηκτροφορέας στερεώνεται στο κάλυμμα της μηχανής το οποίο βρίσκεται από την πλευρά του συλλέκτη.

Η στερέωση γίνεται κατά τρόπο ώστε να είναι δυνατή η μετάθεση της θέσης επαφής των ψηκτρών πάνω στο συλλέκτη.
- Ο ψηκτροφορέας αποτελείται από ένα σιδερένιο δακτύλιο , τους βραχίονες των ψηκτροθηκών και τις ψηκτροθήκες .
Στο σιδερένιο δακτύλιο στερεώνονται οι βραχίονες υποστήριξης των ψηκτροθηκών. Οι βραχίονες είναι δυο, τέσσερις ή περισσότεροι και είναι ηλεκτρικά μονωμένοι ως προς το σιδερένιο δακτύλιο. Στους βραχίονες στηρίζονται οι ψηκτροθήκες, δηλαδή μεταλλικές θήκες, μέσα στις οποίες τοποθετούνται οι ψήκτρες.

- 7. Τις ψήκτρες που είναι συνήθως τεμάχια από σκληρό άνθρακα ή γραφίτη ή από ένα μίγμα άνθρακα και χαλκού. Τοποθετούνται μέσα στις ψηκτροθήκες και πιέζονται από ελατήριο , ώστε να επιτυγχάνεται καλή επαφή με την επιφάνεια του συλλέκτη. Τα ελατήρια αυτά ρυθμίζονται έτσι, ώστε η πίεση που ασκεί η ψήκτρα στο συλλέκτη να μην είναι ούτε πολύ μεγάλη, ούτε πολύ μικρή. Αν η πίεση είναι μικρή, θα έχου -με κακή επαφή ψηκτρών και συλλέκτη, σπινθηρισμούς και κάψιμο του συλλέκτη. Αντίθετα, αν η πίεση είναι πολύ μεγάλη, θα έχουμε μεγάλη φθορά των ψηκτρών και υπερθέρμανση του συλλέκτη.

Β. Δρομέας. Ο δρομέας αποτελείται από:
- 1. Τον άξονα , που φέρει το επαγωγικό τύμπανο, το συλλέκτη και τον ανεμιστήρα και στρέφεται πάντοτε μαζί με αυτά.
- 2. Τον πυρήνα του επαγωγικού τυμπάνου, ο οποίος παρέχει μια οδό μικρής μα -γνητικής αντίστασης για τη δίοδο των μαγνητικών γραμμών των πόλων και φέρει σε αυτό, το τύλιγμα του τυμπάνου. Κατασκευάζεται από πολλά μαγνητικά ελάσματα, τα οποία κάμπτονται σε ειδικές πρέσες. Τα μαγνητικά ελάσματα είναι μονωμένα μεταξύ τους, για να μειωθούν οι απώλειες λόγω δινορρευμάτων.
- 3. Το τύλιγμα του επαγωγικού τυμπάνου , το οποίο κατασκευάζεται από μονωμέ -νο χάλκινο αγωγό κυκλικής ή ορθογωνικής διατομής. Ο αγωγός κυκλικής διατομής χρησιμοποιείται κυρίως στις μηχανές μικρής ισχύος ή στις μηχανές υψηλής τάσης. Σε όλες τις άλλες περιπτώσεις προτιμάται ο αγωγός ορθογωνικής διατομής, διότι με αυτόν κατασκευάζονται σπείρες μεγαλύτερης αντοχής και γίνεται μεγαλύτερη εκμε -τάλλευση του χώρου των οδοντώσεων.
- 4. Το συλλέκτη που κατασκευάζεται από πολλά χάλκινα ελάσματα τα οποία ονομά -ζονται τομείς του συλλέκτη, στους οποίους συγκολούνται τα άκρα των ομάδων του τυλίγματος.

Για να αποφευχθεί βραχυκύκλωση των τομέων του συλλέκτη, τοποθετούνται μονώ -σεις μεταξύ τους και προς τις πλευρές των τεμαχίων συγκράτησης. Η μεταξύ τους μόνωση γίνεται με μίκα και φίμπερ.
- Ο σκοπός του συλλέκτη είναι να παίρνει ή να μεταβιβάζει το ρεύμα (περίπτωση κινητήρα ή γεννήτριας).
- 5. Τον ανεμιστήρα που στερεώνεται στον άξονα και δημιουργεί κατά την περιστρο -φή του ρεύμα αέρα, που εισέρχεται στη μηχανή από το άνοιγμα του ενός καλύμμα τος και εξέρχεται από το άνοιγμα του άλλου καλύμματος.
- 6. Την πλήμνη, ειδική κατασκευή, που χρησιμοποιείται στις μηχανές μεγάλης σχετι -κά ισχύος, για να μειώσουμε το βάρος των μαγνητικών ελασμάτων, που στοιχίζουν ακριβά, αλλά και για να διευκολύνουμε την ψύξη του πυρήνα.

2.2.3. Τυποποίηση ακροδεκτών γεννητριών και κινητήρων Σ.Ρ.
Η τυποποίηση των ακροδεκτών τόσο των γεννητριών όσο και των κινητήρων είναι ακριβώς η ίδια. Σκοπός της τυποποίησης είναι να αναγνωρίζονται εύκολα οι ακρο -
δέκτες της μηχανής που καταλήγουν εξωτερικά στο κουτί της (κιβώτιο ακροδεκτών). Στο σχήμα 2.6 απεικονίζεται η παλαιά τυποποίηση των ακροδεκτών σε παρένθεση, ενώ εκτός παρένθεσης η νέα.
Σχ. 2.6: Αναγνώριση ακροδεκτών μηχανών Σ.Ρ.
Όπως παρατηρούμε και στο σχήμα 2.6, οι ακροδέκτες του επαγώγιμου μέσω των ψηκτρών συμβολίζονται με τα γράμματα Α$\_{1}$ και Α$\_{2}$ και οι βοηθητικοί πόλοι συμβο -λίζονται με τα γράμματα C$\_{1}$ και C$\_{2}$ ή S$\_{3}$ και S$\_{4}$ αντί του Η/Β που ίσχυε παλαιότερα.

Οι ακροδέκτες του τυλίγματος σειράς συμβολίζονται με S$\_{1}$ και S$\_{2}$ αντί των Ε και F. Τέλος το παράλληλο τύλιγμα συμβολίζεται με F$\_{1}$ και F$\_{2}$ αντί C και D.

2.2.4. Είδη προστασίας κινητήρων
Όταν πρόκειται να κατασκευάσουμε έναν κινητήρα, θα πρέπει για λόγους ασφάλει -ας να γνωρίζουμε και τις συνθήκες στις οποίες θα εργαστεί.
Πρέπει απαραιτήτως, κάθε φορά, να καθορίζουμε το είδος του περιβλήματός του, τον τρόπο στήριξής του, αλλά και τον τρόπο ψύξης των τυλιγμάτων του. Από το τελευταίο εξαρτάται η διαμόρφωση του περιβλήματος, ώστε να αποφεύγεται η ει -σχώρηση στο εσωτερικό του ξένων σωμάτων, σκόνης, νερού κ.λπ.
Έτσι, ανάλογα με το περίβλημα, διακρίνουμε τους παρακάτω τύπους κινητήρων:

- ● κινητήρες με κοινό (ανοικτό) περίβλημα.
- ● κινητήρες με τμήμα του περιβλήματος κλειστό.
- κινητήρες με κλειστό περίβλημα.
- κινητήρες με ειδική μορφή περιβλήματος.

Συνθήκες λειτουργίας
Οι τυποποιημένοι κινητήρες μπορούν να εργασθούν στις παρακάτω συνθήκες σύμ -φωνα με τους Διεθνείς Κανονισμούς IEC 34-1. Βέβαια, κατόπιν ειδικής παραγγελί ας, είναι δυνατή η κατασκευή κινητήρων που να ανταποκρίνονται σε διαφορετικές συνθήκες.

Υψόμετρο
Το υψόμετρο δεν πρέπει να ξεπερνά τα 1000m από την επιφάνεια της θάλασσας.

Θερμοκρασία περιβάλλοντος
Η θερμοκρασία περιβάλλοντος και, συγκεκριμένα, η θερμοκρασία του ψυκτικού μέ -σου πρέπει να είναι έως 40°C.
Εάν ένας κινητήρας προορίζεται να εργασθεί σε υψόμετρο μεγαλύτερο από 1000m, πρέπει αντίστοιχα η θερμοκρασία περιβάλλοντος να είναι μικρότερη των 40°C.

Βαθμός προστασίας
Ο βαθμός προστασίας των περιστροφικών ηλεκτρικών μηχανών προδιαγράφεται από τους IEC 34-5, οι οποίοι μας ορίζουν:
- 1. Την προστασία του ανθρώπου έναντι επαφής με μέρη υπό τάση ή κινούμενα μέρη, εκτός από το άκρο του άξονα.
- 3. έναντι εισχώρησης νερού.
- 2. Την προστασία της μηχανής έναντι εισχώρησης ξένων στερεών σωμάτων.
- 4. Τον κωδικοποιημένο χαρακτηρισμό των διάφορων βαθμών προστασίας.
- 5. Τις δοκιμές για την πιστοποίηση του βαθμού προστασίας.
Οι προδιαγραφές αυτές δεν ορίζουν βαθμούς προστασίας έναντι μηχανικών βλα -βών της μηχανής, ή έναντι συνθηκών υγρασίας (που έχει προέλθει π.χ. από συ μπύκνωση), ή έναντι οξειδωτικών ατμών, ή μούχλας, ή ζωυφίων. Επίσης οι προδι -αγραφές αυτές δεν αναφέρονται σε προστασία για χρήση της μηχανής σε εκρηκτική ατμόσφαιρα.

Εξωτερικά περιφράγματα, τα οποία τοποθετούνται για την προστασία των ανθρώ -πων, δεν λαμβάνονται υπ' όψιν στο βαθμό προστασίας.

Συμβολισμός
Ο κωδικός που χαρακτηρίζει το βαθμό προστασίας αποτελείται από τα γράμματα IP συνοδευόμενα από δυο χαρακτηριστικούς αριθμούς. Ο πρώτος χαρακτηριστικός αριθμός συμβολίζει την προστασία των ανθρώπων και την προστασία της μηχανής έναντι εισχώρησης ξένων στερεών σωμάτων. Ο δεύτερος χαρακτηριστικός αριθμός συμβολίζει την προστασία της μηχανής έναντι εισχώρησης νερού.

Παράδειγμα κωδικού χαρακτηρισμού
Χαρακτηριστικά γράμματα
1 ος χαρακτηριστικός αριθμός
2 ος χαρακτηριστικός αριθμός
H Στον παρακάτω πίνακα επεξηγούνται οι δυο αυτοί χαρακτηριστικοί αριθμοί.

1 ος χαρακτηριστικός αριθμός

2 ος χαρακτηριστικός αριθμός
- 0 Χωρίς προστασία
- 0 Χωρίς προστασία
- 1 Προστασία έναντι στερεών σωμάτων διαμέτρου έως 50mm
- 1 Προστασία έναντι κατακόρυφης πτώσης νερού σε σταγόνες
- 2 Προστασία έναντι στερεών σωμάτων διαμέτρου έως 12mm
- 3 Προστασία έναντι στερεών σωμάτων διαμέτρου έως 2,5mm
- 4 Προστασία έναντι στερεών σωμάτων διαμέτρου έως 1 mm
- 4 Προστασία έναντι ψεκασμού νερού από όλες τις κατευθύνσεις
- 5 Προστασία έναντι σκόνης
- 5 Προστασία έναντι εκτόξευσης νερού από όλες τις κατευθύνσεις
- 6 Προστασία έναντι πτώσης θαλάσσιων κυμάτων ή ισχυρά εκτοξευόμενων ποσοτήτων νερού
- 7 Προστασία έναντι βύθισης εμβάπτισης της μηχανής μέσα σε νερό υπό ορισμένη πίεση και χρόνο
- 8 Προστασία της μηχανής έναντι μόνιμης εμβάπτισης μέσα σε νερό υπό συνθήκες που προδιαγράφονται από τον κατασκευαστή. Εννοείται ότι η μηχανή είναι ερμητικά στεγανή. Πάντως σε ορισμένες περιπτώσεις το νερό μπορεί να εισέλθει, αλλά κατά τρόπο ώστε να μην προκαλέσει την καταστροφή της μηχανής.
- 2 Προστασία έναντι κατακόρυφης πτώσης νερού σε σταγόνες με το κινητήρα σε οποιαδήποτε γωνιακή απόκλιση έως 15°
- 3 Προστασία έναντι ψεκασμού νερού υπό γωνία εως 60° από την κατακόρυφο

Οι πιο συνηθισμένοι βαθμοί προστασίας των ηλεκτροκινητήρων είναι οι εξής:
1) IP 23: Ο κινητήρας είναι εσωτερικά αεριζόμενος.
Έχει προστασία έναντι ραντισμού νερού υπό γωνία μικρότερη ή ίση των 60° από την κατακόρυφο.
Έχει προστασία έναντι επαφών με τα δάχτυλα και έναντι στερεών σωμάτων διαμέτρου μεγαλύτερης από 12mm.
2) IP 44: Ο κινητήρας είναι εξωτερικά αεριζόμενος.
Έχει προστασία έναντι ψεκασμού νερού προς όλες τις κατευθύνσεις.
Έχει προστασία έναντι επαφών με εργαλεία, σύρματα και παρόμοια αντικείμενα καθώς και έναντι στερεών σωμάτων διαμέτρου μεγαλύ -τερης από 1mm.

3) IP 54: Ο κινητήρας είναι εξωτερικά αεριζόμενος.
Έχει πλήρη προστασία έναντι επαφών και προστασία έναντι σκόνης. Έναντι νερού έχει την ίδια προστασία όπως ο IP 44.
4) IP 55: Ο κινητήρας είναι εξωτερικά αεριζόμενος.
Έχει προστασία έναντι εκτόξευσης νερού από όλες τις κατευθύνσεις.
Έχει την ίδια προστασία όπως ο IP 54 έναντι επαφών και ξένων σω -μάτων.
Όταν μας ενδιαφέρει να ορίσουμε το βαθμό προστασίας μόνο όσον αφορά στην προστασία έναντι νερού ή μόνο έναντι επαφών, ένας χαρακτηριστικός αριθμός αρ -κεί. Ο παραλειπόμενος αριθμός πρέπει να συμπληρωθεί με το γράμμα X, π.χ. ΙΡΧ5 ή ΙΡ2Χ.

Συμπληρωματικά γράμματα
Πρόσθετες πληροφορίες περί της προστασίας, εκτός από τα παραπάνω, υποδη -λώνονται με συμπληρωματικό γράμμα που ακολουθεί το 2° χαρακτηριστικό αριθμό.
Σε ειδικές εφαρμογές, (όπως σε μηχανές με ψύξη ανοιχτού κυκλώματος εγκατε -στημένες σε καταστρώματα πλοίων με θυρίδες εισόδου και εξόδου αέρα κλειστές σε περίοδο στάσης) οι χαρακτηριστικοί αριθμοί μπορεί να ακολουθούνται από ένα γράμμα το οποίο προσδιορίζει, εάν η προστασία έναντι βλαβερών αποτελεσμάτων από εισροή νερού είναι επαρκής ή έχει δοκιμαστεί. Με το γράμμα S υποδηλώνε -ται ότι η δοκιμή έγινε σε στάση (μηχανή εκτός λειτουργίας), ενώ με το γράμμα Μ υποδηλώνεται ότι η δοκιμή έγινε σε λειτουργία. Στις περιπτώσεις αυτές ο βαθμός προστασίας αναγράφεται IP55S και ΙΡ20Μ αντίστοιχα.

Η απουσία γραμμάτων S και Μ υποδηλώνει ότι ο αναφερόμενος βαθμός προστασί -ας καλύπτει όλες τις ομαλές συνθήκες λειτουργίας.
Για αερόψυκτες μηχανές ανοιχτού τύπου κατάλληλες για ειδικές κλιματολογικές συνθήκες και εφοδιασμένες με πρόσθετα μέτρα προστασίας θα πρέπει να αναγρά -φεται το γράμμα W.

Οπές διαφυγής συμπυκνωμάτων
Σε εξωτερικά αεριζόμενους κινητήρες, πολλές φορές στο κάτω μέρος του κελύφους, υπάρχουν δυο οπές για τη διαφυγή των συμπυκνωμάτων των υδρατμών. Ανάλογα με το σχεδιασμό του κινητήρα οι οπές αυτές προβλέπεται να είναι μόνιμα ανοιχτές ή να είναι ανοιχτές μόνο κατά τη λειτουργία και να κλείνουν όταν ο κινητήρας είναι σε στάση.

Εξωτερικοί ανεμιστήρες
Οι ανεμιστήρες, που βρίσκονται εκτός του κελύφους του ηλεκτροκινητήρα, πρέπει να προστατεύονται έναντι επαφών, μέσω προφυλακτήρα με πλέγμα (σίτα). Οι οπές του πλέγματος πρέπει να μην είναι διαπερατές από σώματα διαμέτρου μεγαλύτερης των 50mm για βαθμό προστασίας του κινητήρα ΙΡ1Χ. Για μεγαλύτερο βαθμό προστασίας (ΙΡ2Χ έως ΙΡ5Χ) το πλέγμα δεν πρέπει να είναι διαπερατό από δάκτυλο.

2.2.5. Eρωτήσεις
- 1. Ποιος είναι ο προορισμός του στάτη μιας μηχανής Σ.Ρ.;
- 2. Ποιος είναι ο προορισμός του δρομέα;
- 3. Από ποια μέρη αποτελείται ο στάτης;
- 4. Από ποια μέρη αποτελείται ο δρομέας;
- 5. Ποιος είναι ο προορισμός του κάθε μέρους του στάτη;
- 6. Ποιος είναι ο προορισμός του κάθε μέρους του δρομέα;
- 7. Γιατί ο πυρήνας των μαγνητικών πόλων και ο πυρήνας του δρομέα δεν είναι ολόσωμοι, αλλά κατασκευάζονται από πολλά μεμονωμένα μαγνητικά ελάσμα -τα;
- 8. Τι ονομάζουμε διέγερση και τι τύλιγμα διέγερσης;
- 9. Πώς διακρίνονται οι κινητήρες με βάση τη μορφή του προβλήματός τους;
- 10. Ποιος είναι ο σκοπός της τυποποίησης των ακροδεκτών των μηχανών Σ.Ρ. και με ποια γράμματα συμβολίζονται;
- 1 1 . Πώς ορίζονται οι βαθμοί προστασίας των περιστροφικών ηλεκτρικών μηχανών;

Βάλτε σε κύκλο το γράμμα μπροστά από τη σωστή απάντηση
- 12. Τα πέδιλα του πόλου βρίσκονται πλησιέστερα:
- β. στο τύλιγμα του πόλου.
- α. στις ψήκτρες.
- γ. στο επαγωγικό τύμπανο.
- 13. Σκοπός του συλλέκτη στον κινητήρα είναι:
- β. να μεταβιβάζει το ρεύμα.
- α. να παίρνει το ρεύμα.
- γ. να περιορίζει τις απώλειες.
- 14. Κατά την τυποποίηση των ακροδεκτών στις γεννήτριες και τους κινητήρες με τα γράμματα Α και Β συμβολίζουμε:
- β. το παράλληλο τύλιγμα.
- α. το τύλιγμα σειράς.
- γ. τους βοηθητικούς πόλους.
- δ. κανένα από τα παραπάνω.

Ενότητα 2.3.

Διάκριση και χρήσεις των γεννητριών Σ.Ρ. ως πρoς τα κατασκευαστικά τους στοιχεία

Διδακτικοί στόχοι
Μετά από τη μελέτη της ενότητας αυτής θα πρέπει να μπορείτε:
- 1. Να απαριθμείτε τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του τυλίγματος του στάτη και του δρομέα.
- 2. Να περιγράφετε τους τρόπους σύνδεσης τυλίγματος τυμπάνου και διέγερσης.
- 3. Να γνωρίζετε τα είδη και τις χρήσεις των γεννητριών Σ.Ρ.
- 4. Να απαριθμείτε τα βασικά χαρακτηριστικά των γεννητριών Σ.Ρ. (ισχύς, απώλειες, βαθμός απόδοσης).

2.3.1. Τύλιγμα επαγωγικού τυμπάνου
Το τύλιγμα του επαγωγικού τυμπάνου των ηλεκτρικών μηχανών είναι το σπουδαι -ότερο μέρος αυτών, διότι μέσα σε αυτό αναπτύσσονται ΗΕΔ (γεννήτριες) ή ζεύγη δυνάμεων (κινητήρες).
Για να παράγονται σημαντικές τάσεις και εντάσεις και για να μειώσουμε την κυμά -τωση του ρεύματος, που παράγει η στοιχειώδης γεννήτρια Σ.Ρ., χρησιμοποιούμε στην πράξη πολλές αντί μιας σπείρας κατάλληλα συνδεδεμένες. Αντίστοιχα στους κινητήρες έχουμε αύξηση των δυνάμεων.
Ανεξάρτητα από τον τρόπο σύνδεσης των σπειρών, οι πλευρικοί αγωγοί κάθε σπεί -ρας απέχουν μεταξύ τους, όσο περίπου και οι άξονες δυο γειτονικών πόλων, για να προστίθενται οι ΗΕΔ που αναπτύσσονται σε αυτές.

Ανάλογα με τον τρόπο που συνδέονται οι σπείρες διακρίνουμε δυο μεγάλες κατηγο -ρίες τυλιγμάτων: τα βροχοτυλίγματα και τα κυματοτυλίγματα.
-  Τα βροχοτυλίγματα χρησιμοποιούνται σε μηχανές χαμηλής τάσης και υψηλής έντασης ρεύματος. Η διατομή των αγωγών αυτών, λόγω της υψηλής έντασης που διαρρέονται είναι μεγάλη.
Τύμπανα αυτού του είδους χρησιμοποιούνται στις μίζες των αυτοκινήτων.
Στα απλά βροχοτυλίγματα συνήθως δημιουργούνται τόσοι παράλληλοι κλάδοι όσοι είναι οι πόλοι της μηχανής. Έτσι και τα ζεύγη των ψηκτρών είναι όσα και τα ζεύγη των πόλων.

Τα τυλίγματα τοποθετούνται συνήθως σε δυο στρώσεις μέσα στα διάκενα των οδο -ντώσεων.
Οι περιελίξεις αυτών των επαγωγικών τυμπάνων συνδέονται μεταξύ τους παράλ -ληλα (σχ. 2.7).
Σχ. 2.7: Παράλληλη σύνδεση περιέλιξης σε βρoχoειδές τύλιγμα.
 Τα κυματοτυλίγματα χρησιμοποιούνται σε μηχανές υψηλής τάσης και χαμηλής έντασης ρεύματος.
Στα απλά κυματοτυλίγματα δημιουργούνται πάντοτε δυο παράλληλοι κλάδοι τυλίγ -ματος ανεξάρτητα από τους πόλους της μηχανής.
Σε κάθε κυματοτύλιγμα χρειάζονται μόνο δύο ψήκτρες, μια αρνητική και μια θετική.

Αν χρησιμοποιήσουμε όμως μόνο δύο ψήκτρες αντί π.χ. τεσσάρων, από κάθε ψή -κτρα θα περνάει διπλάσιο ρεύμα και επομένως θα πρέπει να έχει διπλάσια διατομή. Για να αποφύγουμε το πρόβλημα αυτό, είναι ανάγκη να χρησιμοποιούμε τόσες ψή -κτρες, όσοι και οι πόλοι της μηχανής.
Δύο ψήκτρες χρησιμοποιούνται μόνο, όταν είναι δυσχερής η προσέγγισή τους σε όλη την περιφέρεια του συλλέκτη.
Στα κυματοτυλίγματα, οι περιελίξεις τους συνδέονται σε σειρά (σχ. 2.8). Από τις ιδιότητες των κυκλωμάτων σε σειρά είναι γνωστό, ότι οι τάσεις τους προστίθενται αλλά η ικανότητα παροχής ρεύματος παραμένει η ίδια. Τυλίγματα αυτού του είδους συναντάμε στις μικρές χειροκίνητες γεννήτριες, τα γνωστά μας MEGGER (Μέγγερ).

Σχ. 2.8: Σύνδεση περιέλιξης σε σειρά σε κυματοειδές τύλιγμα.
 Τα μικτά τυλίγματα χρησιμοποιούνται σε μηχανές μεσαίας τάσης και μεσαίας έντασης ρεύματος. Είναι τα πλέον χρησιμοποιούμενα τυλίγματα σε μεγάλες μηχα -νές Σ.Ρ. και οι περιελίξεις τους συνδέονται σε σειρά και παράλληλα (σχ. 2.9).

2. ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ Σ.Ρ.

2.3.2. Τύλιγμα διέγερσης
Το μαγνητικό πεδίο της γεννήτριας, μέσα στο οποίο θα κινηθούν οι αγωγοί του τυ -μπάνου, δημιουργείται από την τροφοδότηση του τυλίγματος των πόλων με συνε χές ρεύμα.
Το ρεύμα το οποίο διαρρέει το πηνίο κάθε πόλου, καλείται ρεύμα διέγερσης . Γενι -κά, η δημιουργία του μαγνητικού πεδίου μιας δυναμομηχανής από ηλεκτρικό ρεύ μα, ονομάζεται διέγερση . Τα τυλίγματα των πόλων ονομάζονται τυλίγματα της διέγερσης της μηχανής.
Το ρεύμα διέγερσης στους πόλους είναι δυνατόν να παρέχεται με τέσσερις διαφο -ρετικούς τρόπους:

- 1. Από μια συστοιχία ή άλλη μικρή γεννήτρια Σ.Ρ. (διεγέρτρια). Στην περίπτωση αυτή η γεννήτρια χαρακτηρίζεται ως ανεξάρτητης (ή ξένης) διέγερσης (σχ. 2.10).
Σχ. 2.10: Διπολική μηχανή ανεξάρτητης διέγερσης.
- 2. Από το παραγόμενο ρεύμα της μηχανής οπότε τα πηνία των πόλων, είναι συνδε -δεμένα κατά τέτοιο τρόπο ώστε να τροφοδοτούνται παράλληλα με το κύκλωμα του τυμπάνου και το εξωτερικό κύκλωμα. Τότε η γεννήτρια χαρακτηρίζεται ως γεννήτρια παράλληλης διέγερσης (σχ. 2.11).
Σχ. 2.11 : Διπολική μηχανή παράλληλης διέγερσης.

3. Από το παραγόμενο ρεύμα της μηχανής οπότε τα πηνία των πόλων τροφοδοτού -νται σε σειρά με το κύκλωμα του τυμπάνου και με το εξωτερικό κύκλωμα (φορτίο R$\_{φ}$). Τότε η γεννήτρια χαρακτηρίζεται ως γεννήτρια με διέγερση σειράς (σχ. 2.12). Γεννήτριες διέγερσης σειράς χρησιμοποιούνται σπάνια γιατί η παραγόμενη τάση μεταβάλλεται με τη μεταβολή του φορτίου.
Σχ. 2.12: Διπολική μηχανή με διέγερση σειράς.
4. Από το παραγόμενο ρεύμα της μηχανής όταν τα πηνία των πόλων αποτελούνται από δυο τυλίγματα, από τα οποία το ένα συνδέεται σε σειρά προς το τύλιγμα του τυμπάνου και το φορτίο, ενώ το άλλο παράλληλα προς αυτά. Τότε η γεννήτρια χα -ρακτηρίζεται ως γεννήτρια σύνθετης διέγερσης (σχ. 2.13).

Σχ. 2.13: Διπολική μηχανή σύνθετης διέγερσης.
Διευκρινίζεται ότι, το τύλιγμα σειράς αποτελείται από πηνίο μικρού αριθμού σπει -ρών και σύρματος μεγάλης διατομής που παρουσιάζει μικρή ωμική αντίσταση, κατάλληλο ώστε να περνάει ολόκληρο το ρεύμα της μηχανής χωρίς δυσκολία. Το παράλληλο τύλιγμα αποτελείται από πηνίο μεγάλου αριθμού σπειρών και σύρματος μικρής διατομής, που παρουσιάζει πολύ υψηλότερη ωμική αντίσταση από το τύλιγ -μα σειράς, κατάλληλο ώστε να περνάει ακίνδυνα το ρεύμα διέγερσης.
Τέλος αναφέρουμε ότι, ορισμένες γεννήτριες Σ.Ρ. δεν έχουν για τη δημιουργία του μαγνητικού πεδίου ηλεκτρομαγνήτες, αλλά μόνιμους μαγνήτες. Οι μηχανές αυτές ονομάζονται μαγνητογεννήτριες (μανιατό ή δυναμό) και χρησιμοποιούνται για μι -κρές ισχείς μέχρι ενός ίππου (HP) ή και λιγότερο.

2.3.3. Βοηθητικοί πόλοι
Είναι μικροί μαγνητικοί πόλοι, οι οποίοι τοποθετούνται στις ουδέτερες ζώνες της γεννήτριας.
Οι πόλοι αυτοί αποτελούνται από πυρήνα και τύλιγμα, όπως και οι κύριοι πόλοι της γεννήτριας. Τα τυλίγματά τους συνδέονται σε σειρά με το τύλιγμα του τυμπάνου, και για το λόγο αυτό, αποτελούνται από λίγες σπείρες χοντρού μονωμένου σύρμα -τος. Τα τυλίγματά τους στις γεννήτριες συνδέονται κατά τέτοιο τρόπο, ώστε κατά τη φορά περιστροφής του τυμπάνου, μετά από κάθε βόρειο κύριο πόλο να υπάρχει ένας νότιος βοηθητικός πόλος και νότιο ακολουθεί ένας βόρειος βοηθητικός. Στους κινητήρες ισχύει ότι, μετά από βόρειο κύριο μαγνη -τικό πόλο πρέπει να υπάρχει βόρειος βοηθητικός κ.ο.κ.

Ο σκοπός που τοποθετούμε βοηθητικούς πόλους στις ηλεκτρικές μηχανές είναι η δημιουργία ενός άλλου μαγνητικού πεδίου αντιστάθμισης, ώστε να αποφεύγονται οι σπινθηρισμοί μεταξύ των ψηκτρών και των τομέων του συλλέκτη.
Οι βοηθητικοί πόλοι χρησιμοποιούνται στις περισσότερες μηχανές μέσης και μεγά -λης ισχύος.

2.3.4. Είδη γεννητριών Σ.Ρ. και χαρακτηριστικά τους
Τις γεννήτριες Σ.Ρ., ανάλογα με τον τρόπο με τον οποίο είναι συνδεδεμένο το τύλιγ -μα διέγερσής τους, τις διακρίνουμε σε τέσσερις κατηγορίες:
- α. γεννήτριες ξένης διέγερσης
- γ. γεννήτριες διέγερσης σειράς
- β. γεννήτριες παράλληλης διέγερσης
- δ. γεννήτριες σύνθετης διέγερσης.

Γεννήτριες ξένης διέγερσης
Στις γεννήτριες αυτές το τύλιγμα διέγερσης τροφοδοτείται από μια ξένη πηγή (σχ. 2.14).
Σχ. 2.14: Γεννήτρια ξένης διέγερσης.
Χρησιμοποιούνται εκεί όπου απαιτείται τάση εξόδου ικανή να μεταβάλλεται σε μεγά -λα όρια, με τη βοήθεια της μεταβολής του ρεύματος διέγερσης. Χρησιμοποιούνται επίσης για την τροφοδότηση της διέγερσης των πολύ μεγάλων γεννητριών εναλ -λασσόμενου ρεύματος και σε ορισμένες περιπτώσεις, για ηλεκτροσυγκολλήσεις.
Στις γεννήτριες ξένης διέγερσης, η διακύμανση τάσης είναι 5-10%, όταν λειτουρ -γούν με την κανονική τους ένταση διέγερσης και τις κανονικές τους στροφές. Διευ κρινίζεται ότι η διακύμανση τάσης δίνεται από τη σχέση:

ε% = U - U $^{0}$U$\_{Ν}$ Ν 100% × (2.3)
όπου U$\_{o}$ : είναι η τάση της γεννήτριας όταν εργάζεται χωρίς φορτίο και
U$\_{N}$: είναι η τάση της γεννήτριας όταν εργάζεται με το πλήρες φορτίο της, δηλαδή όταν δίνει την ισχύ για την οποία είναι κατασκευασμένη.

Γεννήτριες παράλληλης διέγερσης
Οι γεννήτριες παράλληλης διέγερσης ή γεννήτριες διακλάδωσης (σχ. 2.15) είναι αυτοδιεγειρόμενες μηχανές.
Σχ. 2.15: Γεννήτρια παράλληλης διέγερσης.
Για την αυτοδιέγερση χρησιμοποιούν τη μαγνητική ροή του παραμένοντος στους πυρήνες των πόλων μαγνητισμού. Ως τιμή της μαγνητικής ροής του παραμένοντος μαγνητισμού λαμβάνεται συνήθως το 2-8% της τιμής της μαγνητικής ροής που απαιτείται για την κανονική λειτουργία.
Το τύλιγμα διέγερσης που αποτελείται από μεγάλο αριθμό σπειρών, συνδέεται πα -ράλληλα προς το εξωτερικό φορτίο και προς το επαγωγικό τύμπανο, γι' αυτό οι γεννήτριες αυτές ονομάζονται γεννήτριες παράλληλης διέγερσης.

Κατά τη συνδεσμολογία της μηχανής, ιδιαίτερη προσοχή δίδεται στο κύκλωμα διέ -γερσης.
Είναι απαραίτητο κατά την τροφοδότηση του τυλίγματος διέγερσης, να ενισχύεται το μαγνητικό πεδίο των πόλων και όχι να εξασθενεί, διότι η μηχανή θα πάψει να αυτοδιεγείρεται.
-  Επομένως, τα πηνία των πόλων (πηνία διέγερσης) πρέπει να εξασφαλίζουν μαγνητικό πεδίο όμοιας πολικότητας προς εκείνο του παραμένοντος στον πυρήνα μαγνητισμού. Λόγω του μαγνητισμού αυτού παράγεται στη γεννήτρια μια αρχική τάση εξόδου. Η τάση αυτή χρησιμοποιείται για τη διέλευση του ρεύματος μέσα από τα τυλίγματα του πεδίου. Το ρεύμα αυτό, αυξάνει την ένταση του μαγνητικού πεδίου και στη συνέχεια αυξάνει και την παρεχόμενη τάση εξόδου. Η αύξηση αυτής της τάσης φτάνει μια μέγιστη τιμή που εξαρτάται από την ταχύτητα περιστροφής, τις σπείρες του επαγώγιμου και τις σπείρες των μαγνητικών πόλων. Στις γεννήτριες με παράλληλη διέγερση επιτρέπεται η ανάπτυξη της πλήρους τάσης εξόδου, πριν συνδέσουμε σ' αυτές το φορτίο.

Στις γεννήτριες παράλληλης διέγερσης, η διακύμανση της τάσης είναι μικρή, αλλά οπωσδήποτε μεγαλύτερη από αυτή των γεννητριών ξένης διέγερσης.
Αυτό συμβαίνει, διότι με τη φόρτιση της μηχανής ελαττώνεται η ένταση διέγερσης στις γεννήτριες παράλληλης διέγερσης, ενώ στις γεννήτριες ξένης διέγερσης η ένταση διέγερσης παραμένει σταθερή.
Φυσικά μπορούμε να ελαττώσουμε τη διακύμανση τάσης πολύ ή ακόμη και να τη μηδενίσουμε σε ορισμένες περιπτώσεις, όταν μεταβάλλουμε κατάλληλα τη ρυθμι -στική αντίσταση διέγερσης.

Εάν η γεννήτρια εξακολουθήσει να φορτίζεται πέραν του κανονικού της φορτίου, θα παρουσιάσει σημαντικά μεγαλύτερη και συνεχώς αυξανόμενη πτώση τάσης.

Γεννήτριες διέγερσης σειράς
Οι γεννήτριες διέγερσης σειράς είναι αυτοδιεγειρόμενες μηχανές, όπως και οι γεν -νήτριες παράλληλης διέγερσης. Ονομάζονται γεννήτριες διέγερσης σειράς διότι το τύλιγμα διέγερσής τους συνδέεται σε σειρά με το φορτίο της μηχανής (σχ. 2.16).
Σχ. 2.16: Γεννήτρια διέγερσης σειράς.
Η αυτοδιέγερσή τους επιτυγχάνεται, όπως και στις γεννήτριες παράλληλης διέγερ -σης, με τη διαφορά ότι, στις γεννήτριες διέγερσης σειράς το φορτίο πρέπει να είναι συνδεδεμένο μόνιμα στη μηχανή, ώστε να υπάρξει η δυνατότητα της κυκλοφορί -ας του ρεύματος διέγερσης στο τύλιγμα των πόλων. Είναι αυτονόητο ότι το ρεύμα φόρτισης είναι και ρεύμα διέγερσης, οπότε το τύλιγμα της διέγερσης θα πρέπει να κατασκευάζεται από σύρμα μεγάλης διατομής και μικρού αριθμού σπειρών.

Όταν μεταβάλλεται το φορτίο, μεταβάλλεται η πτώση τάσης στα άκρα του τυλίγ -ματος διέγερσης. Αυτή η πτώση τάσης έχει ως συνέπεια τη μεταβολή της πολικής τάσης.

Συμπέρασμα
Οι γεννήτριες σειράς δεν παρουσιάζουν σταθερότητα τάσης, σε αντίθεση με τις γεννήτριες ξένης και παράλληλης διέγερσης.
Έτσι οι γεννήτριες σειράς δε χρησιμοποιούνται για την τροφοδότηση δικτύων με με -ταβλητό φορτίο (φωτισμός, κίνηση) και έχουν μόνο περιορισμένες και ειδικές εφαρ μογές. Η σπουδαιότερη εφαρμογή είναι η χρησιμοποίησή τους σε δίκτυα μεγάλου μήκους, όπως τα δίκτυα έλξης, όπου η αύξηση του φορτίου εμφανίζει μεγάλες πτώ -σεις τάσης στις γραμμές μεταφοράς.
Η γεννήτρια σειράς τοποθετείται κατά μήκος της γραμμής έτσι ώστε, όταν αυξάνει το φορτίο, αυξάνει η παραγόμενη από αυτήν τάση, η οποία αντισταθμίζει τις πτώσεις τάσης στις γραμμές.

Μια άλλη εφαρμογή των γεννητριών αυτών είναι στις ηλεκτροσυγκολλήσεις (όπου το ρεύμα πρέπει να είναι σταθερό, παρά τις μεγάλες διακυμάνσεις τάσης, οι οποίες προκαλούνται από το ηλεκτρικό τόξο), για να έχουμε την ίδια ανάπτυξη θερμότητας RI 2 και επομένως καλές συγκολλήσεις.

Γεννήτριες σύνθετης διέγερσης
Ονομάζονται γεννήτριες σύνθετης διέγερσης, διότι το τύλιγμα διέγερσης αποτελείται από τύλιγμα σειράς και από παράλληλο τύλιγμα (σχ. 2.17).
Σχ. 2.17: Γεννήτρια (αθροιστικής) σύνθετης διέγερσης.
Το τύλιγμα σειράς είναι δυνατό να συνδεθεί κατά δυο τρόπους:
1 ος Τρόπος: Το τύλιγμα σειράς συνδέεται έτσι ώστε να ενισχύεται το μαγνητικό πε -δίο που προκαλείται από το παράλληλο τύλιγμα. Με αυτή τη σύνδεση, οι γεννήτριες παρουσιάζουν μικρή μεταβολή της τάσης, όταν μεταβάλλεται το φορτίο. Χαρακτηρί -ζονται ως γεννήτριες με υπερσύνθετη ή με αθροιστική σύνθετη διέγερση .

Λόγω αυτής της ιδιαιτερότητας, οι γεννήτριες αυτές είναι κατάλληλες για την τροφο -δότηση δικτύων μεταβαλλόμενου φορτίου, τα οποία παρουσιάζουν μεγάλες πτώ σεις τάσης (δίκτυα μεγάλου μήκους), όπως είναι τα δίκτυα κίνησης, έλξης κ.λπ. Το πλεονέκτημα των γεννητριών αυτών είναι ότι προσφέρουν μεγάλο ρεύμα βραχυκύ -κλωσης.
2 ος Τρόπος: Το τύλιγμα σειράς συνδέεται κατά τρόπο τέτοιο ώστε να εξασθενεί το μαγνητικό πεδίο, (αλλαγή σύνδεσης του S$\_{1}$ -S$\_{2}$ ) που προκαλείται από το παράλλη -λο τύλιγμα. Αυτή η σύνδεση καλείται σύνδεση σε αντίζευξη. Οι γεννήτριες αυτές ονομάζονται γεννήτριες με διαφορική σύνθετη διέγερση . Με αυτή τη σύνδεση οι γεννήτριες παρουσιάζουν μεγάλη πτώση τάσης και μικρό ρεύμα βραχυκύκλωσης. Λόγω αυτής της ιδιότητας, οι γεννήτριες αυτές χρησιμοποιούνται για την τροφοδό -τηση συσκευών στις οποίες το βραχυκύκλωμα είναι σύνηθες, όπως π.χ. στις συ σκευές ηλεκτροσυγκόλλησης - βολταϊκού τόξου κ.λπ.

Βασικά χαρακτηριστικά ονομαστικά μεγέθη

α) Ονομαστική τάση και ισχύς των γεννητριών Σ.Ρ.
Ονομαστική τάση (σε V ή kV) ονομάζεται η τάση για την οποία έχει κατασκευασθεί να λειτουργεί η γεννήτρια.
Η ισχύς που λαμβάνεται από μια γεννήτρια Σ.Ρ. ισούται προς το γινόμενο της τάσης U επί την ένταση I.
P = UI (σε watt) ή P= U I 1000 × (σε kW) (2.4)
Όπου U: η τάση που επικρατεί στους ακροδέκτες της γεννήτριας κατά τη στιγμή των μετρήσεων (σε V)
I: η ένταση του παραγόμενου ρεύματος (σε Α).
Ονομαστική ισχύς γεννήτριας καλείται η μεγαλύτερη τιμή ισχύος που μπορεί να προσφέρει συνεχώς η γεννήτρια, όταν εργάζεται με την ονομαστική τάση και ταχύτητα.

β) Απώλειες γεννήτριας
Είναι το συνολικό ποσό της κινητικής ενέργειας, το οποίο δε μετατρέπεται σε ηλε -κτρική ενέργεια αλλά σε θερμότητα και θερμαίνει τα μέρη της μηχανής.
Οι απώλειες των γεννητριών Σ.Ρ., οι οποίες λειτουργούν με σταθερή περίπου τάση και με σταθερή ταχύτητα περιστροφής, διακρίνονται σε:
- - απώλειες σταθερές, δηλαδή ανεξάρτητες του φορτίου της γεννήτριας και
- - απώλειες μεταβλητές, δηλαδή μεταβαλλόμενες με το φορτίο.
-  Σταθερές απώλειες είναι οι μηχανικές απώλειες και οι μαγνητικές απώλειες, που διακρίνονται σε απώλειες υστέρησης και σε απώλειες δινορρευμάτων.
- α. Μηχανικές απώλειες είναι οι απώλειες τριβής του άξονα του δρομέα στα έδρανα του στάτη, των ψηκτρών με το συλλέκτη, του αέρα με τον περιστρεφόμενο δρομέα και του μηχανικού έργου που απορροφάται από τον ανεμιστήρα της γεννήτριας. Οι απώλειες αυτές είναι ανάλογες προς την ταχύτητα περιστροφής του δρομέα της γεννήτριας και, επειδή κατά κανόνα οι στροφές είναι σταθερές, είναι και οι μηχανικές απώλειες σταθερές και ανεξάρτητες του φορτίου της γεννήτριας.

β. Μαγνητικές απώλειες.
- 1. Απώλειες υστέρησης: είναι ανάλογες προς τις στροφές της γεννήτριας και προς τη ροή των μαγνητικών πόλων της. Επομένως για σταθερές στροφές και για σταθερή ένταση διέγερσης είναι ίδιες άσχετα του αν έχουν ή όχι φορτίο.
Οι απώλειες υστέρησης οφείλονται στις διαδοχικές μεταβολές της μαγνήτισης του πυρήνα του επαγωγικού τυμπάνου, όταν αυτό περιστρέφεται μέσα στο στα -θερό μαγνητικό πεδίο που δημιουργούν οι πόλοι.
- 2. Απώλειες δινορρευμάτων: οφείλονται στα ρεύματα που κυκλοφορούν στον πυρήνα του επαγωγικού τυμπάνου λόγω της περιστροφής του μέσα στο μαγνη -τικό πεδίο της μηχανής. Οι απώλειες δινορρευμάτων είναι απώλειες θερμότητας και είναι ανάλογες του τετραγώνου της έντασης αυτών.

Επομένως, εφόσον η ένταση που κυκλοφορεί στον πυρήνα του επαγωγικού τυμπάνου είναι ανάλογη προς την τάση η οποία τα προκαλεί και η τάση είναι ανάλογη προς τη ροή και τις στροφές, οι απώλειες είναι ανάλογες προς το τε -τράγωνο των στροφών και της ροής. Άρα, για σταθερές στροφές και για σταθερή ένταση διέγερσης οι απώλειες είναι σταθερές και ανεξάρτητες του φορτίου.
-  Μεταβλητές απώλειες είναι οι ηλεκτρικές απώλειες και οφείλονται στη θερμό -τητα που παράγεται στα διάφορα κυκλώματα της γεννήτριας, όταν διαρρέονται από ηλεκτρικό ρεύμα, γι' αυτό και ονομάζονται ηλεκτρικές απώλειες.

Το μεγαλύτερο μέρος της μηχανικής ενέργειας που παραλαμβάνει μια γεννήτρια από κάποια κινητήρια μηχανή, με σκοπό να τη μετατρέψει σε ηλεκτρική, μετατρέπε -ται πράγματι σε ηλεκτρική, ενώ ένα μικρό μέρος της χάνεται, επειδή εμφανίζονται απώλειες στο σύστημα.
Η τιμή της ισχύος εισόδου Ρ$\_{εισ}$, που παίρνει η γεννήτρια, είναι πάντοτε μεγαλύτερη από την τιμή της ισχύος Ρ που δίνει. Η διαφορά αυτών είναι η ισχύς των απωλειών Ρ$\_{απ}$.
Ρ$\_{απ}$ = Ρ$\_{εισ}$ - Ρ (2.5)
Οι ηλεκτρικές απώλειες της μηχανής είναι ίσες προς το άθροισμα των γινομένων RI 2 των επιμέρους κυκλωμάτων της, δηλαδή:

Ηλεκτρικές απώλειες = R$\_{T}$l 2 $\_{T}$+R$\_{σ}$ l 2 $\_{σ }$+ R$\_{δ}$l 2 $\_{δ}$ (2.6)
όπου R$\_{T}$ : η αντίσταση του τυλίγματος του επαγωγικού τυμπάνου της γεννήτριας, στην οποία περιλαμβάνονται η αντίσταση των ψηκτρών και η αντίσταση του τυλίγματος των βοηθητικών πόλων
R $\_{δ}$: η ωμική αντίσταση του παράλληλου τυλίγματος μαζί με τη ρυθμιστική αντίσταση.
R$\_{σ}$: η ωμική αντίσταση του τυλίγματος σειράς
Από τις απώλειες αυτές, μόνο εκείνες που οφείλονται στο παράλληλο τύλιγμα διέ -γερσης (R$\_{δ}$I 2 $\_{δ}$) παραμένουν σταθερές κατά τις διακυμάνσεις του φορτίου της γεννή τριας, (εφόσον βέβαια δε μεταβάλλεται η ρυθμιστική αντίσταση διέγερσης), αφού η ένταση μέσα από αυτό παραμένει πρακτικά σταθερή.

γ) Βαθμός απόδοσης (η)
Βαθμός απόδοσης μιας γεννήτριας καλείται ο λόγος της ισχύος, την οποία αποδίδει η γεννήτρια, προς την απαιτούμενη κινητική ισχύ που προσδίδεται στον άξονά της από την κινητήρια μηχανή.
- Ο βαθμός απόδοσης είναι πάντοτε μικρότερος από τη μονάδα και δίνεται από τη σχέση:
η= P = P P+P εισ απ < 1 (2.7)
Ο βαθμός απόδοσης των γεννητριών δεν είναι σταθερός, αλλά μεταβάλλεται ανά -λογα με το φορτίο τους.
Αποδεικνύεται ότι γίνεται μέγιστος, όταν οι σταθερές απώλειες εξισωθούν προς τις μεταβλητές απώλειες της γεννήτριας.

Οι περισσότερες γεννήτριες έχουν μέγιστο βαθμό απόδοσης, όταν αποδίδουν ισχύ λίγο μικρότερη της ονομαστικής τους ή ίση με αυτήν.
H Αναφέρουμε εδώ ότι η Η.Ε.Δ. πραγματικής γεννήτριας Σ.Ρ. δίνεται από τη σχέση:
Ε = ΚΦn (σε V) (2.8)
Φ: η χρήσιμη μαγνητική ροή κάθε πόλου, σε Vs n: η ταχύτητα περιστροφής του δρομέα, σε στρ/s και Κ= p s w α ×× ένα σταθερό μέγεθος για κάθε μηχανή, που προκύπτει από:
- - τον αριθμό των ζευγών των μαγνητικών πόλων (p) της μηχανής,
- - τον αριθμό των αγωγών (w) σε κάθε στοιχείο και
- - τον αριθμό των στοιχείων (s) του τυλίγματος,
- - τον αριθμό των ζευγών των παράλληλων κλάδων (α) του τυλίγματος.

2.3.5. Παραδείγματα
- 1. Σε μια γεννήτρια Σ.Ρ. η διακύμανση της τάσης της είναι ε=6,9%. Αν η τάση εν κενώ είναι U$\_{o}$=230V, να βρεθεί η τιμή της τάσης της υπό πλήρες φορτίο.

Λύση
Η σχέση που δίνει τη διακύμανση της τάσης είναι: × o Ν Ν U - U ε % = 100% U
και απ' αυτή βρίσκουμε:
6,9U$\_{N}$=(U$\_{o}$-U$\_{N}$) 100
6,9U$\_{N}$=U$\_{o}$100-U$\_{N}$100 106,9U$\_{N}$ =U$\_{o}$100
U = 23.000 106,9 = 215V N
- 2. Ζητείται να βρεθεί ο βαθμός απόδοσης γεννήτριας Σ.Ρ. η οποία αποδίδει ισχύ 10kW.
Η γεννήτρια παίρνει κίνηση από κινητήρα ο οποίος της προσδίδει κινητική ισχύ με 12kW.
Πόσες είναι οι συνολικές απώλειες της γεννήτριας;

Λύση
Ο βαθμός απόδοσης της γεννήτριας δίνεται από τη σχέση:
η = Ρ Ρ$\_{εισ}$
όπου Ρ: είναι η ισχύς που αποδίδει η γεννήτρια
P$\_{εισ}$: είναι η απαιτούμενη κινητική ισχύς.
Άρα: εισ Ρ 10 η = = = 0,83 Ρ 12 ή 83%
Ρ$\_{απ}$ = Ρ$\_{εισ}$ -Ρ Δηλαδή: Ρ$\_{απ}$ =(12-10)=2kW
- 3. Ζητείται ο βαθμός απόδοσης μιας γεννήτριας Σ.Ρ. η οποία αποδίδει ισχύ 6ΗΡ (1HP=0,736kW) με σταθερές απώλειες 500W και μεταβλητές απώλειες 300W.

Λύση
Ο βαθμός απόδοσης της γεννήτριας δίνεται από τη σχέση:
εισ απ Ρ P η = = P +P
όπου Ρ=6 ΗΡ0,736=4,416kW=4.416W
P$\_{απ}$ =P$\_{σταθ}$ +P$\_{μεταβλ.}$=500+300=800W
απ P 4416 4416 η = = = = 0,84 P + P 4416 + 800 5216 ή 84%

2.3.6. Eρωτήσεις
- 1. Ποιος είναι ο σκοπός του τυλίγματος του επαγωγικού τυμπάνου;
- 2. Πόσο απέχουν οι πλευρικοί αγωγοί κάθε σπείρας στο επαγωγικό τύμπανο;
- 3. Ποιος είναι ο λόγος που χρησιμοποιούμε περισσότερες από μια σπείρες στις γεννήτριες Σ.Ρ.;
- 4. Που χρησιμοποιούνται τα βροχοτυλίγματα και που τα κυματοτυλίγματα;
- 5. Ποιος είναι ο αριθμός των ψηκτρών στα βροχοτυλίγματα και ποιος στα κυματο -τυλίγματα;
- 6. Πού χρησιμοποιούνται τα μικτά τυλίγματα;
- 7. Γιατί μια γεννήτρια Σ.Ρ. ονομάζεται:
- β) παράλληλης διέγερσης;
- α) ξένης διέγερσης;
- γ) διέγερσης σειράς;
- δ) σύνθετης διέγερσης;
- 8. Πότε μια γεννήτρια ονομάζεται:
- β) διαφορικής σύνθετης διέγερσης;
- α) αθροιστικής σύνθετης διέγερσης;
- 9. Τι είναι οι βοηθητικοί πόλοι και ποιος ο σκοπός τοποθέτησής τους;
- 10. Ποια είναι η διαδοχή των βοηθητικών πόλων στις γεννήτριες μετά από τους κύριους πόλους;
- 1 1 . Τι είναι ο παραμένων μαγνητισμός και σε τι χρησιμεύει;
- 12. Ποιες γεννήτριες ονομάζονται αυτοδιεγειρόμενες;
- 13. Τι ονομάζεται ονομαστική ισχύς γεννήτριας Σ.Ρ.;
- 14. Σε ποιες κατηγορίες διακρίνονται οι απώλειες των γεννητριών Σ.Ρ.; Που οφείλονται οι απώλειες υστέρησης και δινορρευμάτων;
- 15. Τι ονομάζεται βαθμός απόδοσης γεννήτριας Σ.Ρ.;
- 16. Ποια ένταση ρεύματος μπορεί να δώσει μια γεννήτρια Σ.Ρ., ονομαστικής ισχύος 3kW και τάσης 120V;
- 17. Ποιες είναι οι συνολικές απώλειες της γεννήτριας της προηγούμενης ερώτη -σης, αν ο βαθμός απόδοσής της είναι η=0,8;

Βάλτε σε κύκλο το γράμμα μπροστά από τη σωστή απάντηση
- 18. Τα βροχοτυλίγματα χρησιμοποιούνται σε μηχανές:
- β. υψηλής έντασης και χαμηλής τάσης.
- α. χαμηλής έντασης και υψηλής τάσης.
- γ. μεγάλου βαθμού απόδοσης.
- 19. Ρεύμα διέγερσης είναι το ρεύμα που διαρρέει:
- β. το επαγωγικό τύμπανο.
- α. το πηνίο κάθε πόλου.
- γ. τους βοηθητικούς πόλους.
- 20. Οι μηχανικές απώλειες στις γεννήτριες είναι:
- β. σταθερές.
- α. μεταβλητές.
- γ. σύνθετες.
- 21. Ο βαθμός απόδοσης των γεννητριών Σ.Ρ. είναι πάντα:
- β. μεταβλητός και μεταβάλλεται με το φορτίο τους.
- α. σταθερός και δεν μεταβάλλεται με το φορτίο τους.
- γ. ανεξάρτητος από το φορτίο τους.
- 22. Γεννήτρια Σ.Ρ. 220V, 10kW με διακύμανση τάσης 5% παράγει Η.Ε.Δ. (τάση χωρίς φορτίο):
- β. 231V.
- α. 211V.
- γ. 240V.
- δ. 250V.
- 23. Γεννήτρια Σ.Ρ. που τροφοδοτεί εξωτερικό κύκλωμα (φορτίο) R$\_{φ}$=10Ω, με ρεύμα έντασης Ι=10Α, έχει ισχύ:
- β. 2kW.
- α. 1kW.
- γ. 5kW.
- δ. 10kW.

Ενότητα 2.4. Εφαρμογές γεννητριών Σ.Ρ. στα οχήματα

Διδακτικοί στόχοι
Μετά από τη μελέτη της ενότητας αυτής θα πρέπει να μπορείτε:
- 1. Να απαριθμείτε τα βασικά χαρακτηριστικά της γεννήτριας (δυναμό).
- 2. Να γνωρίζετε ποιες απαιτήσεις έχουμε από μια γεννήτρια που χρησιμοποιείται στα οχήματα.
- 3. Να διατυπώνετε την αρχή λειτουργίας της γεννήτριας παλμών τύπου Hall (Χολ).

2.4.1. Εφαρμογές γεννητριών στα οχήματα (δυναμό)
Γενικά η γεννήτρια είναι το μηχάνημα που παράγει την ηλεκτρική ενέργεια στο αυτοκίνητο. Παίρνει μηχανικό έργο από την κινητήρια μηχανή του αυτοκινήτου και το μετατρέπει σε ηλεκτρική ενέργεια. Η ενέργεια αυτή καταναλώνεται στους καταναλωτές ή αποθηκεύεται στο συσσωρευτή. Ο τύπος της γεννήτριας που χρησιμοποιείται από πολλά χρόνια, είναι η γεννήτρια Σ.Ρ. παράλληλης διέγερσης.
Το σχήμα 2.18 δείχνει μια γεννήτρια τύπου Bosch (Μπος) σε τομή.
Τα μέρη και η χρήση τους έχουν ήδη περιγραφεί. Το βασικό γνώρισμα των γεννη -τριών του αυτοκινήτου είναι το μακρόστενο σχήμα τους, που οφείλεται κυρίως στο περιορισμένο πλάτος του χώρου που υπάρχει στην περιοχή του κινητήρα.

- Τάση λειτουργίας της γεννήτριας
Σε μικρά και σε μεσαίου μεγέθους αυτοκίνητα, η ηλεκτρική τάση είναι 6V ή 12V και σε μεγάλα, πετρελαιοκίνητα κυρίως, είναι 24V.
Η κλίμακα των τάσεων 6V, 12V και 24V είναι τυποποιημένη για όλα τα αυτοκίνητα.
Σήμερα χρησιμοποιούνται περισσότερο οι γεννήτριες με ονομαστική τάση 12V.

- Ισχύς της γεννήτριας
Η ισχύς και επομένως το μέγεθος της γεννήτριας του αυτοκινήτου, εξαρτάται από τις ανάγκες των καταναλωτών από τους οποίους άλλοι τη θέλουν συνέχεια και άλλοι μόνο στιγμιαία.
Ανάλογα με το χρόνο που χρειάζονται την ισχύ, οι καταναλωτές διακρίνονται σε δυο κατηγορίες:
- α) σε καταναλωτές διαρκείας
- β) σε καταναλωτές στιγμιαίους
Το πόση ισχύ θα έχει μια γεννήτρια εξαρτάται από το πόση είναι η ισχύς που χρειά -ζονται οι καταναλωτές διαρκείας. Η ισχύς αυτή λέγεται ονομαστική ισχύς της γεν νήτριας.

Σε επιβατικά αυτοκίνητα π.χ. μεσαίου μεγέθους, η ονομαστική ισχύς της γεννήτριας είναι 140W. Η ίδια όμως γεννήτρια με υπερφόρτιση φτάνει ως τα 200W, χωρίς κίν -δυνο καταστροφής.
Αυτή λέγεται μέγιστη ισχύς .

- Στροφές της γεννήτριας
Ανεξάρτητα από τον τρόπο με τον οποίο μεταδίδεται η κίνηση από τον κινητήρα του αυτοκινήτου στη γεννήτρια, το πηλίκο της διαίρεσης των στροφών της, δια των στροφών του κινητήρα, μας δίνει μια σχέση, που λέγεται σχέση μετάδοσης της κίνησης.
Συνηθισμένες τιμές της σχέσης αυτής είναι: 1,2-2,5.

- Τι απαιτήσεις έχουμε από μια γεννήτρια αυτοκινήτου;
Όπως από κάθε γεννήτρια, έτσι και από τις γεννήτριες του αυτοκινήτου έχουμε τις ίδιες γενικά απαιτήσεις. Δηλαδή απαιτούμε να λειτουργεί χωρίς συχνές βλάβες, να έχει μεγάλη διάρκεια ζωής, εύκολη συντήρηση, καλό βαθμό απόδοσης κ.λπ.
Από τη γεννήτρια του αυτοκινήτου όμως έχουμε επιπλέον τις ακόλουθες δυο ειδικές απαιτήσεις:
- α) η γεννήτρια να φτάνει τις ονομαστικές της στροφές για να παρέχει την ονομαστι -κή της ισχύ και να φορτίζεται η εγκατάσταση με τις λιγότερες στροφές του κινητήρα.
- β) η γεννήτρια να μην ξεπερνά τις μέγιστες στροφές της, με τις μέγιστες στροφές του κινητήρα.

2.4.2. Γεννήτρια παλμών τύπου Hall (Χολ)

Εφαρμογή στην ανάφλεξη οχημάτων
Η αρχή λειτουργίας αυτής της γεννήτριας παλμών στηρίζεται στο φαινόμενο ΗαΙΙ (Χολ).
Όταν ένας ημιαγωγός που μεταφέρει ρεύμα τοποθετηθεί σε ένα μαγνητικό πεδίο κάθετα προς την κατεύθυνση της φοράς του ρεύματος, δημιουργείται μια διαφο -ρά δυναμικού κατά μήκος του ημιαγωγού σε κατεύθυνση κάθετη και στη ροή του ρεύματος και στο μαγνητικό πεδίο. Αυτό το φαινόμενο (σχ. 2.19) είναι γνωστό ως γεννήτρια παλμών τύπου ΗαΙΙ (Χολ).
Σχ. 2.19: Γεννήτρια παλμών τύπου Hall (Χολ).

Μια από τις εφαρμογές αυτού του φαινομένου είναι η χρήση αυτών των γεννητριών στη μέτρηση μικρών μετακινήσεων (σχ. 2.20).
Σχ. 2.20: Μέτρηση μικρών μετακινήσεων.
Όπως παρατηρούμε στο σχήμα, η γεννήτρια αποτελείται από ένα μαγνητικό πυρή -να σχήματος C με ένα μικρό διάκενο.
Ένα μικρό κομμάτι υλικού του ημιαγωγού με τις απαραίτητες συνδέσεις τοποθετεί -ται στο διάκενο. Το μαγνητικό πεδίο για το διάκενο δίνεται από ένα μικρό μαγνήτη, ο οποίος συνδέεται με το κινούμενο αντικείμενο που πρόκειται να ελεγχθεί. Εάν το ρεύμα I διατηρηθεί σταθερό, η τάση που δημιουργείται θα είναι ευθέως ανάλογη προς την πυκνότητα της μαγνητικής ροής.

Όταν ο μαγνήτης είναι στο κέντρο (σχ. 2.20α), η κατανομή της ροής είναι συμμετρι -κή για τα δυο μισά του πυρήνα και το αποτέλεσμα είναι ότι, το πεδίο στο διάκενο θα είναι μηδέν, οπότε και η τάση εξόδου είναι μηδέν.
Μικρή μετακίνηση του μαγνήτη, όπως δείχνει το σχήμα 2.20β, διαφοροποιεί την κατανομή της ροής (αυξάνοντας τη ροή στη μια πλευρά και μειώνοντάς την στην άλλη). Τότε δημιουργείται μια τάση της οποίας το δυναμικό είναι γραμμικά ανάλογο προς τη μετακίνηση και της οποίας η πολικότητα εξαρτάται από την κατεύθυνση της κίνησης. Οι μηχανισμοί που βασίζονται σ' αυτή την αρχή είναι πολύ ευαίσθητοι και μπορούν να εντοπίσουν πολύ μικρές μετακινήσεις.

Στην ίδια αρχή λειτουργίας στηρίζεται και ο διακόπτης φαινομένου ΗαΙΙ (Χολ).
- Ο διακόπτης φαινομένου ΗαΙΙ (Χολ), επειδή έχει ακρίβεια στην ανίχνευση της θέσης και επειδή δίνει σήμα εξόδου ψηφιακού τύπου, αποτελεί πολύ γνωστό είδος συσκευής σκανδαλισμού, σε συστήματα που ελέγχονται από υπολογιστή.
Τα σήματα ψηφιακού τύπου έχουν πολύ μικρούς χρόνους ανόδου και καθόδου και γι' αυτό είναι ευκολότερο να χρησιμοποιηθούν σαν παλμοί σκανδαλισμού.
Ένας διπλός διακόπτης τύπου ΗαΙΙ (Χολ) μπορεί να δίνει την πληροφορία για την τα -χύτητα περιστροφής του στροφαλοφόρου άξονα αλλά και την πληροφορία για τη θέση του άνω νεκρού σημείου στον υπολογιστή σε σύστημα ανάφλεξης χωρίς διανομέα.

Στο σχήμα 2.21 φαίνεται μια γεννήτρια παλμών τύπου ΗαΙΙ (Χολ).
- 2. Προεξοχή
- 1. Σκανδαλιστής - διανομέας
- 3. Διεγειρόμενη διάταξη
- 5. Διάκενο
- 4. Παλμοδιακόπτης
- 6. Άκρα σύνδεσης
Σχ. 2.21: Βασικά μέρη γεννήτριας παλμών τύπου Hall (Χολ).

2.4.3. Eρωτήσεις
- 1. Ποιος τύπος γεννήτριας χρησιμοποιείται στα αυτοκίνητα και ποιο είναι το βασι -κό γνώρισμά τους;
- 2. Τι ονομάζεται ονομαστική και τι μέγιστη ισχύς της γεννήτριας του αυτοκινήτου;
- 3. Τι ονομάζεται σχέση μετάδοσης της κίνησης της γεννήτριας του αυτοκινήτου και ποιες είναι οι συνηθισμένες τιμές της;
- 4. Ποιες απαιτήσεις έχουμε από τη γεννήτρια του αυτοκινήτου;
- 5. Ποια είναι η αρχή λειτουργίας της γεννήτριας παλμών τύπου ΗαΙΙ (Χολ);
- 6. Τι είναι ο διακόπτης τύπου ΗαΙΙ και που χρησιμοποιείται;

Βάλτε σε κύκλο το γράμμα μπροστά από τη σωστή απάντηση
- 7. Η ονομαστική ισχύς της γεννήτριας σε επιβατικά αυτοκίνητα είναι:
- β. 300W.
- α. 100W.
- γ. 200W.
- 8. Η τάση λειτουργίας της γεννήτριας στα αυτοκίνητα μπορεί να είναι:
- β. 24V.
- α. 60V.
- γ. 4V.
- δ. 30V.
Ενότητα 2.5.

Ηλεκτρικοί Kιvητήρες Σ.Ρ.

Διδακτικοί στόχοι
Μετά από τη μελέτη της ενότητας αυτής πρέπει να μπορείτε:
- 1. Να απαριθμείτε τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά μιας μηχανής Σ.Ρ., όταν λει -τουργεί σαν κινητήρας.
- 2. Να διατυπώνετε τις βασικές εξισώσεις ροπής, ρεύματος, στροφών του κι -νητήρα Σ.Ρ.
- 3. Να αναφέρετε πού και γιατί χρησιμοποιείται κάθε τύπος κινητήρα Σ.Ρ. στην παραγωγή και στα οχήματα.
- 4. Να γνωρίζετε τους τρόπους αλλαγής φοράς περιστροφής των κινητήρων Σ.Ρ.
- 5. Να ερμηνεύετε τις συνθήκες λειτουργίας των κινητήρων από τις χαρακτηρι -στικές τους καμπύλες.

2.5.1. Γενικά
Οι μηχανές Σ.Ρ. που λειτουργούν ως κινητήρες, ονομάζονται κινητήρες Σ.Ρ. Η ίδια ηλεκτρική μηχανή είναι δυνατόν να λειτουργεί τόσο ως γεννήτρια, όσο και ως κινη -τήρας, γεγονός που προσδιορίζεται αποκλειστικά από τη φορά ροής της ισχύος.
Στις βιομηχανικές χώρες, οι ηλεκτρικοί κινητήρες καταναλώνουν περίπου το 65% της συνολικής διαθέσιμης ενέργειας. Το 8% αυτής της κατανάλωσης οφείλεται σε κι -νητήρες Σ.Ρ., που χρησιμοποιούνται συνήθως σε συστήματα ελεγχόμενης λειτουρ γίας. Το υπόλοιπο, μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας, καταναλώνεται από κινητήρες Ε.Ρ., που λειτουργούν συνήθως με μη ελεγχόμενες ταχύτητες περιστροφής. Τα συ -στήματα Σ.Ρ. είναι ακόμη αναντικατάστατα στα επιβατικά αυτοκίνητα, στα φορτηγά και στα αεροπλάνα. Όταν ένα όχημα διαθέτει κάποιο σύστημα ισχύος που τροφοδο -τείται με Σ.Ρ., προφανώς χρησιμοποιεί κινητήρες Σ.Ρ. Οι κινητήρες αυτοί εμφανίζο νται επίσης πολύ συχνά σε εφαρμογές όπου απαιτούνται μεγάλες μεταβολές στην ταχύτητα περιστροφής. Σε τέτοιες εφαρμογές ελέγχου της ταχύτητας οι κινητήρες Σ.Ρ. είναι πραγματικά αξεπέραστοι. Ακόμη και όταν δεν είναι διαθέσιμη μια πηγή Σ.Ρ., συνήθως χρησιμοποιούνται ηλεκτρονικοί ανορθωτές ή κυκλώματα μετατρο -πής σταθερής συνεχούς τάσης, σε συνεχή τάση μεταβλητής τιμής.

2.5.2. Αρχή λειτουργίας των κινητήρων Σ.Ρ.
Όπως περιγράφεται στην παράγραφο 2.1.3, υπενθυμίζεται ότι, το μέτρο της δύνα -μης (F) που ασκείται στον αγωγό δίνεται από τη σχέση:

2.5.3. Ιδιαίτερα χαρακτηριστικά κινητήρων Σ.P.

1. Λειτουργία σε κενό (χωρίς φορτίο)
Ένας κινητήρας λειτουργεί σε κενό, όταν στον άξονά του δεν συνδέεται κανένα φορ -τίο. Στην περίπτωση αυτή, η συνισταμένη των δυνάμεων, που ασκούνται στους αγωγούς του επαγώγιμου, έχει να υπερνικήσει μόνο την αντίσταση των τριβών του κινητήρα. Επομένως, η ένταση Ι$\_{τ}$ που απορροφά ο κινητήρας από την πηγή κατά τη λειτουργία του σε κενό είναι πολύ μικρή, σε σύγκριση με την ένταση που απορροφά ο κινητήρας, όταν εργάζεται με φορτίο.

2. Αντιηλεκτρεγερτική δύναμη (ΑΗΕΔ) & ρεύμα κανονικής λειτουργίας
Όταν το επαγωγικό τύμπανο του κινητήρα τροφοδοτηθεί με ρεύμα, αρχίζει και στρέ -φεται μέσα στο μαγνητικό πεδίο των πόλων. Όμως, καθώς αυτό στρέφεται μέσα στο σταθερό μαγνητικό πεδίο, γεννιέται στους αγωγούς του Ηλεκτρεγερτική Δύναμη (ΗΕΔ). Αυτή η ΗΕΔ είναι επαγωγικό δημιούργημα και σύμφωνα με τον κανόνα του Lenz (Λεντς) αντιτίθεται προς την τάση της πηγής δηλαδή αποτελεί μια ΑΗΕΔ. Για να διατηρηθεί το ρεύμα στο επαγώγιμο και να συνεχισθεί η κίνηση πρέπει η τάση που εφαρμόζεται στον κινητήρα, δηλαδή η τάση της πηγής U, να έχει την ικανότητα να υπερνικήσει αυτή την ΑΗΕΔ, καθώς και την πτώση τάσης που οφείλεται στις ωμικές αντιστάσεις των αγωγών, των επαφών και των ψηκτρών.

Η σχέση που επαληθεύει τα παραπάνω είναι: U = E$\_{α}$+l$\_{T}$R$\_{T}$

(2.9)
Αυτό σημαίνει ότι το ρεύμα κανονικής λειτουργίας του κινητήρα είναι:
I = U-E R T α T (2.9')
όπου U:
τάση της πηγής (σε V), Ε$\_{α}$: αναπτυσσόμενη ΑΗΕΔ (σε V),
R$\_{T}$: σύνολο των αντιστάσεων του επαγώγιμου (σε Ω).

Ι$\_{τ}$:
ένταση του ρεύματος του επαγώγιμου (σε Α),
Στους πραγματικούς κινητήρες Σ.Ρ. που το επαγωγικό τους τύμπανο έχει πολλές σπείρες συνδεδεμένες σε σειρά, οι ΑΗΕΔ όλων των σπειρών προστίθενται και απο -τελούν την ΑΗΕΔ Ε$\_{α}$ του κινητήρα. Το μέγεθός της υπολογίζεται από τη σχέση:
Ε$\_{α}$ = κΦn (σε V) (2.10)
όπου κ:
σταθερό μέγεθος που έχει εξηγηθεί στις γεννήτριες
ταχύτητα περιστροφής του κινητήρα (σε στρ/sec).
μαγνητική ροή (σε Vs) κάθε μαγνητικού πόλου

3. Εκκίνηση των κινητήρων Σ.Ρ.
Κατά τη στιγμή της εκκίνησης, ο δρομέας δεν περιστρέφεται και επομένως δεν ανα -πτύσσεται ΑΗΕΔ Ε$\_{α}$ μέσα στους αγωγούς. Έτσι το μόνο εμπόδιο στην αύξηση του ρεύματος είναι η αντίσταση του τυλίγματος η οποία όμως είναι πολύ μικρή, συνή -θως μικρότερη του 1 Ω. Το ρεύμα, κατά τη στιγμή της εκκίνησης, είναι μέγιστο, αφού ισχύει η σχέση:
I = U-0 R = U R ε T T (2.11)
Το ρεύμα αυτό είναι ικανό να προκαλέσει βλάβη, όχι μόνο στην εγκατάσταση αλλά και στον κινητήρα.
Για να αποφύγουμε το πρόβλημα αυτό τοποθετούμε σε σειρά προς το επαγωγικό τύλιγμα μια μεταβλητή αντίσταση (ροοστάτης) R$\_{ε}$ (ή εκκινητής). Ο ρόλος του εκ -κινητή είναι να μειώνει προσωρινά την εφαρμοσμένη τάση στους ακροδέκτες του κινητήρα. Το ρεύμα εκκίνησης δεν λαμβάνει επικίνδυνες εντάσεις και η εκκίνηση γίνεται ομαλά και με διαρκώς αυξανόμενη ταχύτητα του κινητήρα. Όταν η ταχύτη -τα του κινητήρα αυξάνει, τόσο η αντίσταση του εκκινητή μειώνεται, μέχρις να τεθεί εκτός κυκλώματος, όταν πλέον ο κινητήρας θα έχει φτάσει στην κανονική ταχύτητα περιστροφής.

Κατά το στάδιο της εκκίνησης ισχύει η σχέση:
I = U R +R ε T ε (2.12)
Είναι προφανές ότι ο εκκινητής R$\_{ε}$ έχει τη μέγιστη τιμή.

4. Ροπή στρέψης των κινητήρων
Σύμφωνα με την αρχή λειτουργίας των κινητήρων, οι αναπτυσσόμενες στους αγω -γούς δυνάμεις σχηματίζουν ζεύγος δυνάμεων, το οποίο ασκεί ροπή στρέψης, με αποτέλεσμα το πλαίσιο να στραφεί. Ειδικότερα, ροπή δύναμης (F) ως προς άξονα καλείται το γινόμενο της δύναμης επί την απόστασή αυτής από τον άξονα (βραχί -ων), δίνεται δε από τη σχέση:
T = Fr (2.13)
ροπή (σε Nm)
F: δύναμη (σε Ν).
r: απόσταση δύναμης από τον άξονα (σε m)
Η ροπή (Τ) που ασκείται σε ένα πραγματικό κινητήρα Σ.Ρ. δίνεται από την ακόλου -θη σχέση:

Τ= P S W 2π α ΦΙ Τ ×× × ×× (2.14)
όπου Ρ:
αριθμός των ζευγών των μαγνητικών πόλων της μηχανής
αριθμός των αγωγών του στοιχείου
αριθμός των στοιχείων του τυλίγματος
α: αριθμός των ζευγών των παράλληλων κλάδων
Ι$\_{τ}$: ένταση (σε Α) του ρεύματος του τυμπάνου.
Φ: μαγνητική ροή (σε Vs) κάθε μαγνητικού πόλου και
Την παραπάνω σχέση μπορούμε να τη γράψουμε και ως εξής:
Τ = κ$\_{1}$ΦΙ$\_{τ}$ (2.15)
όπου κ= P S W 2π α 1 ×× × είναι σταθερό μέγεθος για κάθε μηχανή.

5. Λειτουργία κινητήρων με φορτίο
Όταν στον άξονα του κινητήρα είναι συνδεδεμένο μηχάνημα ή συσκευή, τότε λέμε ότι ο κινητήρας εργάζεται με φορτίο. Σε αυτήν την περίπτωση η ηλεκτρική ισχύς που απορροφά από το δίκτυο εξαρτάται από το φορτίο και μεταβάλλεται αυτόματα, ανάλογα με τις μεταβολές του φορτίου. Δηλαδή, όταν το φορτίο μεγαλώνει, μεγαλώ -νει και η ηλεκτρική ισχύς που απορροφά ο κινητήρας και όταν το φορτίο μικραίνει, μικραίνει και η ηλεκτρική ισχύς.
Αυτό είναι εύκολο να φανεί από τους παρακάτω συλλογισμούς. Η ένταση που απορροφά το επαγωγικό τύμπανο του κινητήρα δίνεται από τη σχέση:

Ι = UΕ R Τ α T (2.16)
Όταν ο κινητήρας φορτιστεί, δηλαδή όταν αρχίσει να παρέχει μηχανική ισχύ σε κά -ποιο μηχάνημα, η ταχύτητα περιστροφής του θα ελαττωθεί λίγο. Με την ελάττωση της ταχύτητας θα ελαττωθεί και η ΑΗΕΔ του κινητήρα, όπως φαίνεται από τη σχέση:
Ε$\_{α}$ = κΦn (2.17)
Ελάττωση όμως της Ε$\_{α}$ σημαίνει αύξηση της έντασης (Ι$\_{τ}$) όπως προκύπτει από τη σχέση (2.16).
Όταν αυξηθεί η ένταση, η ροπή (Τ) του κινητήρα αυξάνεται αφού:
Τ = κ$\_{1}$ΦΙ$\_{T}$ (2.18)
Δηλαδή με τη μικρή ελάττωση της ταχύτητας (η), έχουμε αύξηση της κινητήριας ρο -πής (Τ). Η ελάττωση της ταχύτητας θα σταματήσει, μόλις η ροπή (Τ) γίνει ίση με τη ροπή του φορτίου και τις απώλειες του κινητήρα.

Κάθε μεταβολή του μηχανικού φορτίου θα συνεπάγεται, όπως προκύπτει από τα παραπάνω, αντίστοιχη αυτόματη μεταβολή της έντασης (Ι$\_{τ}$) και συνεπώς και στην ισχύ που ο κινητήρας απορροφά από το δίκτυο.

6. Ρύθμιση της ταχύτητας περιστροφής
Σημαντικό πλεονέκτημα των κινητήρων Σ.Ρ. σε σύγκριση με τους κινητήρες Ε.Ρ. είναι το γεγονός της εύκολης ρύθμισης των στροφών.
Ο αριθμός στροφών ανά λεπτό (η) στους κινητήρες Σ.Ρ. μπορεί να μεταβάλλεται με δυο βασικούς τρόπους:
- ● Ο πρώτος τρόπος είναι να διατηρήσουμε σταθερή την τάση (U) που εφαρμόζου -με στο επαγωγικό τύμπανο και να μεταβάλλουμε, με τη βοήθεια ενός ροοστάτη, το ρεύμα διέγερσης. Όταν το ρεύμα διέγερσης ελαττώνεται, τότε ο αριθμός στροφών ανά λεπτό (η) του κινητήρα αυξάνεται, ενώ όταν το ρεύμα διέγερσης αυξηθεί, τότε ο αριθμός στροφών ελαττώνεται.
- ● Ο δεύτερος τρόπος είναι να διατηρήσουμε την ένταση διέγερσης σταθερή και να μεταβάλλουμε την τάση (U) του επαγωγικού τυμπάνου.

Όταν η τάση (U) του τυμπάνου αυξάνεται, τότε αυξάνεται και ο αριθμός στροφών ανά λεπτό (η) του επαγωγικού τυμπάνου, δηλαδή μεγαλώνει η ταχύτητα περιστροφής.
Τα παραπάνω δικαιολογούνται εύκολα από τις γνωστές σχέσεις:
E$\_{α}$ =U-I$\_{T}$R$\_{T }$ και Ε$\_{α}$=κΦη
Από τις δυο αυτές σχέσεις προκύπτει για την ταχύτητα περιστροφής (n) του κινητή -ρα η σχέση:
n= U-IR κΦ T T × (2.19)
Σημειώνουμε ότι, αν (U) και (Φ) είναι σταθερά μεγέθη και αυξηθεί η ένταση (Ι$\_{τ}$) του κινητήρα, λόγω αύξησης του φορτίου θα έχουμε μικρή μείωση της ταχύτητας του κι -νητήρα και αντίστροφα. Αυτό συμβαίνει γιατί το γινόμενο (l$\_{T}$R$\_{T}$) είναι μικρό ποσοστό της (U) και συνεπώς οι μεταβολές του λίγο επηρεάζουν την ταχύτητα (n).

Διευκρινίζεται ότι η ρύθμιση της ταχύτητας περιστροφής των κινητήρων Σ.Ρ. γίνεται σήμερα μέσω ανορθωτικών γεφυρών με θυρίστορ.

7. Μηχανική ισχύς
Είναι ήδη γνωστό, ότι ο κινητήρας, με τη βοήθεια της τάσης εφαρμογής (τάση πη -γής), η οποία υπερνικά την ΑΗΕΔ και προσφέρει ενέργεια, ώστε να συνεχιστεί η κίνηση του επαγώγιμου, επιτυγχάνει τη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε μη -χανικό έργο.
Το μηχανικό αυτό έργο, καταναλώνεται στον άξονα του κινητήρα για την υπερνίκη -ση του φορτίου.
Η ισχύς (Ρ$\_{1}$) που απορροφά ο κινητήρας με μορφή ηλεκτρικής ενέργειας από την πηγή που τον τροφοδοτεί με Σ.Ρ. δίνεται από τη σχέση:

Ρ$\_{1}$ = UΙ (σε W) (2.20)
Η ισχύς (Ρ) που δίνει ο κινητήρας στον άξονά του δίνεται από τη σχέση:
P= Τn 9,55 α × (σε W) (2.21)
όπου Τ$\_{α}$: είναι η ροπή (σε Nm) που αναπτύσσει ο κινητήρας στον άξονά του και n: είναι η ταχύτητα περιστροφής του κινητήρα (σε στρ/min).
Ονομαστική ισχύς , που δίνεται σε kW ή HP (1HP=0,736kW), είναι η μεγαλύτερη ισχύς που μπορεί να δίνει στον άξονά του ο κινητήρας συνεχώς εργαζόμενος με την ονομαστική του τάση, χωρίς να υπάρχει κίνδυνος να πάθει βλάβη από υπερθέρ -μανση.

8. Απώλειες
Η ισχύς (Ρ) που δίνει ο κινητήρας στον άξονά του με μορφή μηχανικής ενέργειας είναι πάντοτε μικρότερη από την ηλεκτρική ισχύ (Ρ$\_{1}$) που απορροφά από το δίκτυο. Η διαφορά Ρ$\_{1}$-Ρ=Ρ$\_{απ}$ καταναλώνεται σε απώλειες μέσα στη μηχανή. Οι απώλειες αυτές είναι ίδιες με αυτές που περιγράψαμε στην παράγραφο 2.3.4.5 στις γεννή -τριες Σ.Ρ.

9. Βαθμός απόδοσης
Ως βαθμός απόδοσης του κινητήρα Σ.Ρ. λαμβάνεται ο λόγος της μηχανικής ισχύος στον άξονά του (ισχύς εξόδου) προς την ηλεκτρική ισχύ που απορροφάται (ισχύς εισόδου) από το δίκτυο:
η= P = P P+P 1 απ < 1 (2.22)
Ο βαθμός απόδοσης είναι πάντοτε αριθμός μικρότερος από τη μονάδα και κυμαίνε -ται από 75% για τους μικρότερους κινητήρες έως 90% για τους μεγαλύτερους.
Διευκρινίζεται ότι, ο βαθμός απόδοσης των κινητήρων αναφέρεται πάντοτε σε πλή -ρη φόρτιση.

2.5.4. Είδη κινητήρων Σ.Ρ.
Ανάλογα με τον τρόπο με τον οποίο είναι συνδεδεμένο το τύλιγμα διέγερσης των κινητήρων Σ.Ρ., αυτοί διακρίνονται σε:
- α) κινητήρες με ξένη διέγερση,
- γ) κινητήρες με διέγερση σειράς,
- β) κινητήρες με παράλληλη διέγερση,
- δ) κινητήρες με σύνθετη διέγερση.
Οι τελευταίοι, όπως και οι γεννήτριες Σ.Ρ., διακρίνονται σε κινητήρες με αθροιστική σύνθετη διέγερση και σε κινητήρες με διαφορική σύνθετη διέγερση .

2.5.4.1. Κινητήρες παράλληλης διέγερσης
Το κύκλωμα διέγερσης ενός κινητήρα Σ.Ρ. παράλληλης διέγερσης τροφοδοτείται από το κύκλωμα του οπλισμού του, ενώ το αντίστοιχο κύκλωμα ενός κινητήρα ξένης διέγερσης τροφοδοτείται από μια ανεξάρτητη πηγή Σ.Ρ. Αν θεωρηθεί πως η τάση τροφοδοσίας ενός κινητήρα παραμένει σταθερή δεν υπάρχει καμία πρακτική δια -φορά ανάμεσα στους δύο τύπους κινητήρων. Έτσι η ανάλυση ενός κινητήρα Σ.Ρ. παράλληλης διέγερσης περιλαμβάνει και την ανάλυση κινητήρα ξένης διέγερσης.

Στο σχήμα 2.22 φαίνεται η συνδεσμολογία κινητήρα παράλληλης διέγερσης.

2. ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ Σ.Ρ.
Σχ. 2.22: Kινητήρας παράλληλης διέγερσης.
Σε σειρά με το επαγωγικό τύμπανο, συνδέεται ο ροοστάτης εκκίνησης R$\_{ε}$ που χρη -σιμεύει για την εκκίνηση. Ο εκκινητής, όπως παρατηρούμε, συνδυάζεται με το ροο στάτη διέγερσης R$\_{Δ}$ και έτσι έχουμε κοινή συσκευή αντιστάσεων (R$\_{ε}$ και R$\_{Δ}$).
Στο ίδιο σχήμα φαίνεται ότι το τύλιγμα διέγερσης είναι παράλληλα συνδεδεμένο προς το επαγωγικό τύμπανο. Επομένως, το ρεύμα διέγερσης προκαλείται από τη σταθερή τάση εφαρμογής της μηχανής (U). Αυτό σημαίνει ότι η διέγερση δρα ανε -ξάρτητα από το φορτίο. Το γεγονός αυτό αποτελεί πλεονέκτημα για την περίπτωση που ο κινητήρας καλείται να κινήσει μηχάνημα μεταβλητού φορτίου ή να διατηρεί σταθερή ταχύτητα περιστροφής, όπως είναι οι αντλίες, τα μηχανουργικά και υφα -ντουργικά μηχανήματα κ.λπ.

-Αλλαγή φοράς περιστροφής
Εάν θέλουμε να αλλάξουμε τη φορά περιστροφής στους κινητήρες αυτούς, μπορού -με να το πετύχουμε με δυο τρόπους:
- α) με την αλλαγή της φοράς του ρεύματος διέγερσης , δηλαδή αλλάζοντας την πολικότητα των μαγνητικών πόλων, χωρίς να μεταβληθεί η φορά του ρεύματος του τυμπάνου.
- β) με την αλλαγή της φοράς του ρεύματος τυμπάνου, χωρίς να μεταβληθεί η πολικότητα των μαγνητικών πόλων.
Συνήθως προτιμούμε το δεύτερο τρόπο. Είναι προφανές, ότι για να ισχύει η δια -δοχή κύριων και βοηθητικών πόλων, είναι απαραίτητο να αλλάξει και η πολικότητα των βοηθητικών πόλων του κινητήρα.

Χαρακτηριστικές καμπύλες κινητήρα παράλληλης διέγερσης
Η απεικόνιση των χαρακτηριστικών των κινητήρων παρέχει τη δυνατότητα της μελέ -της των συνθηκών λειτουργίας τους κατά την μεταβολή του αριθμού των στροφών, σε σχέση με άλλα στοιχεία.

α. Μεταβολή των στροφών (n), όταν μεταβάλλεται η τάση εφαρμογής (U) με σταθερό το φορτίο του κινητήρα.
Συνάρτηση n=f(U)
Η μορφή αυτής της χαρακτηριστικής φαίνεται στο σχήμα 2.23.
Σχ. 2.23: Χαρακτηριστική καμπύλη της μεταβολής του αριθμού των στροφών ανά λεπτό (n) ως πρoς την μεταβολή της τάσης εφαρμογής (U) στον κινητήρα για ρεύμα φορτίου (Ι$\_{τ}$) σταθερό.

Συμπεράσματα και δικαιολόγηση της μορφής της n=f(U)
- 1. Όταν η τάση (U) αυξάνεται, αυξάνεται και ο αριθμός στροφών/λεπτό (n) του κινητήρα.
- 2. Οι αμοιβαίες αυξήσεις είναι γραμμικές, πράγμα που σημαίνει ομαλή λειτουργία κατά την εκκίνηση.
- 3. Από τη σχέση (2.19) n= U-IR κΦ T T × είναι δυνατόν να δικαιολογηθεί η μορφή της
χαρακτηριστικής. Το ποσοστό Ι$\_{τ}$ R$\_{T}$ είναι όπως εξηγήσαμε και προηγούμενα ένα μικρό ποσοστό της εφαρμοζόμενης τάσης, επειδή το ρεύμα φόρτισης Ι$\_{τ}$ παραμέ -νει σταθερό. Σταθερή παραμένει επίσης και η τιμή της αντίστασης του επαγώγι μου R$\_{T}$. Έπεται ότι ο αριθμός στροφών/λεπτό (n) του κινητήρα μεταβάλλεται σε σχέση με την εφαρμοζόμενη τάση (U) και εξαρτάται μόνο από αυτή.

β. Μεταβολή του αριθμού των στροφών (n), όταν μεταβάλλεται το ρεύμα διέγερσης (Ι$\_{δ}$), με σταθερά (U) και (Ι$\_{τ}$).
Συνάρτηση n=f(l$\_{δ}$)
Η μορφή αυτής της χαρακτηριστικής, φαίνεται στο σχήμα 2.24 από όπου παρατη -ρούμε ότι οι στροφές του κινητήρα είναι δυνατόν να μεταβάλλονται σε μεγάλα όρια.

Συμπεράσματα και δικαιολόγηση της μορφής της n=f(Ι$\_{δ}$)
- 1. Όταν το ρεύμα διέγερσης (Ι$\_{δ}$) αυξάνεται, ο αριθμός των στροφών (n) του κινη -τήρα ελαττώνεται (δηλαδή, όταν το Ι$\_{δ}$ → ∞ το n → 0).
- 2. Όσο το ρεύμα διέγερσης (Ι$\_{δ}$) ελαττώνεται, οι στροφές ανά λεπτό του κινητήρα (n) αυξάνονται (δηλαδή, όταν το Ι$\_{δ }$→ 0 το n → ∞). Αυτό σημαίνει, ότι ο κινητήρας παράλληλης διέγερσης δεν πρέπει ποτέ κατά τη λειτουργία του, να μείνει χωρίς διέγερση.
- 3. Από τη σχέση n= U-IR κΦ T T × παρατηρούμε ότι, όταν η μαγνητική ροή Φ που
μεταβάλλεται ανάλογα με το ρεύμα διέγερσης (Ι$\_{δ}$) αυξάνεται, τότε το κλάσμα ελατ -τώνεται και επομένως ελαττώνεται και ο αριθμός στροφών (n) του κινητήρα.

Η ρύθμιση των στροφών με μεταβολή του ρεύματος διέγερσης έχει τα ακόλουθα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα:
- ● Πλεονεκτήματα:
- - ρύθμιση των στροφών χωρίς απώλειες (μικρό Ι$\_{δ}$ διαρρέει την R$\_{δ}$)
- - μικρή διακύμανση των στροφών.
- ● Μειονεκτήματα:
- - σπινθηρισμοί στο συλλέκτη, όταν ελαττωθεί η ένταση διέγερσης
- - μεγάλη εξασθένηση της ροπής στρέψης όταν εξασθενίσει πολύ το πεδίο διέγερσης.
- γ. Μεταβολή του αριθμού των στροφών/λεπτό (n) όταν μεταβάλλεται το ρεύμα φόρτισης (I$\_{T}$) και διατηρούνται σταθερά (U) και (Ι$\_{δ}$).

Συνάρτηση n=f(l$\_{T}$)
Η μορφή αυτής της χαρακτηριστικής, φαίνεται στο σχήμα 2.25.
Σχ. 2.25: Χαρακτηριστική καμπύλη της μεταβολής του αριθμού των στροφών ανά λεπτό (n) του κινητήρα παράλληλης διέγερσης σε συνάρτηση με το ρεύμα φορτισης (Ι$\_{τ}$) με σταθερό το ρεύμα διέγερσης (Ι$\_{δ}$) και την εφαρμοζόμενη στον κινητήρα τάση (U).

Συμπεράσματα και δικαιολόγηση της μορφής n=f(l$\_{Τ}$)
- 1. Για την περιοχή της κανονικής λειτουργίας, όταν αυξάνεται το ρεύμα φόρτισης Ι$\_{τ}$, ο αριθμός στροφών (n) ελαττώνεται ελαφρά.
- 2. Όταν αυξάνεται το ρεύμα φόρτισης, οι στροφές υφίστανται μικρή ελάττωση, οφειλόμενη στην αύξηση της πτώσης τάσης του τυμπάνου Ι$\_{Τ}$R$\_{Τ}$ (μείωση της ΑΗΕΔ, Ε$\_{α}$).
- Επομένως ο κινητήρας παράλληλης διέγερσης είναι κατάλληλος για να κινεί μη -χανήματα, τα οποία απαιτούν ελάχιστη μεταβολή του αριθμού στροφών, όταν κατά τη λειτουργία μεταβάλλεται το φορτίο.
- δ. Μεταβολή του αριθμού των στροφών/λεπτό (n), όταν μεταβάλλεται η ροπή (Τ). Συνάρτηση n=f(T).

Η μορφή αυτής της χαρακτηριστικής, φαίνεται στο σχήμα 2.26.
Σχ. 2.26: Χαρακτηριστική της μεταβολής του αριθμού των στροφών ανά λεπτό (n) του κινητήρα παράλληλης διέγερσης σε συνάρτηση με την μεταβολή της ροπής στρέψης (Τ) για σταθερή τάση εφαρμογής (U) και ρεύμα διέγερσης (Ι$\_{δ}$).

Συμπεράσματα και δικαιολόγηση της μορφής της n=f(T)
Η χαρακτηριστική είναι ευθεία που τείνει να γίνει παράλληλη προς τον οριζόντιο άξονα. Επομένως ο αριθμός των στροφών δεν επηρεάζεται αισθητά από την τιμή της ροπής στρέψης.
- ε. Μεταβολή της ροπής στρέψης (Τ), όταν μεταβάλλεται το ρεύμα φόρτισης (Ι$\_{τ}$) με (U) και (n) σταθερά.
Συνάρτηση T=f(l$\_{T}$).
Η μορφή αυτής της χαρακτηριστικής φαίνεται στο σχήμα 2.27.
Σχ. 2.27: Χαρακτηριστική καμπύλη της μεταβολής της ροπής στρέψης (Τ) σε συνάρτηση με την μεταβολή του ρεύματος φόρτισης (Ι$\_{τ}$) με σταθερή την εφαρμοζόμενη τάση (U) και τον αριθμό των στροφών ανά λεπτό (n).

Συμπεράσματα και δικαιολόγηση της μορφής της T = f(l$\_{T}$)
- 1. Η ροπή στρέψης (Τ) αυξάνει περίπου ανάλογα προς το ρεύμα του τυμπάνου (Ι$\_{τ}$) σύμφωνα προς τη σχέση (2.15) Τ=κ$\_{1}$ΦΙ$\_{Τ}$ .
- 2. Σε μεγάλες τιμές ρεύματος φόρτισης (Ι$\_{τ}$), η ροπή στρέψης αυξάνει λιγότερο (διακεκομμένη γραμμή).

στ. Μεταβολή του βαθμού απόδοσης (η), όταν μεταβάλλεται η ροπή στρέψης (Τ) με (U) και (n) σταθερά.
Συνάρτηση η=f(Τ).
Η μορφή αυτής της χαρακτηριστικής φαίνεται στο σχήμα 2.28.
Σχ. 2.28: Χαρακτηριστική καμπύλη της μεταβολής του βαθμού απόδοσης (n) σε συνάρτηση με την μεταβολή της ροπής στρέψης (Τ) με σταθερή την εφαρμοζόμενη τάση (U) και τον αριθμό των στροφών ανά λεπτό (n).

Συμπεράσματα και δικαιολόγηση της μορφής της η=f(Τ)
- 1. Όταν αυξάνεται η ροπή (Τ), αυξάνεται ο βαθμός απόδοσης (η) της μηχανής.
- το 100%, αφού n<1 πάντοτε.
- 2. Όσο και αν αυξηθεί η ροπή, ο βαθμός απόδοσης δεν είναι δυνατόν να φτάσει

2.5.4.2. Κινητήρες διέγερσης σειράς
Στο σχήμα 2.29α φαίνεται η συνδεσμολογία κινητήρα διέγερσης σειράς.
Σχ. 2.29α: Κινητήρας διέγερσης σειράς.

-Αλλαγή φοράς περιστροφής
Εάν θέλουμε να αλλάξουμε τη φορά περιστροφής του κινητήρα, πρέπει να αλλά -ξουμε τη φορά του ρεύματος στο επαγωγικό τύμπανο και στο τύλιγμα των βοηθη τικών πόλων, χωρίς να μεταβληθεί η φορά του ρεύματος στο τύλιγμα διέγερσης. Η αλλαγή αυτή γίνεται με την αλλαγή της συνδεσμολογίας των ακροδεκτών στην πινακίδα του κινητήρα, όπως φαίνεται στο σχήμα 2.29β.
H Aν η αλλαγή της φοράς περιστροφής χρειάζεται να γίνεται τακτικά, κατά τη διάρ -κεια της λειτουργίας, χρησιμοποιούμε, είτε ένα εκκινητή-αναστροφέα είτε ένα ρυθμι στή στροφών-αναστροφέα .

Χαρακτηριστικές καμπύλες κινητήρα διέγερσης σειράς
- α. Μεταβολή του αριθμού των στροφών/λεπτό (n), όταν μεταβάλλεται το ρεύμα φόρτισης (Ι$\_{Τ}$), με σταθερή την τάση (U) που εφαρμόζεται στο τύμπανο. Συνάρτηση n=f(l$\_{T}$).
Η μορφή αυτής της χαρακτηριστικής φαίνεται στο σχήμα 2.30.
Σχ. 2.30: Χαρακτηριστικές της μεταβολής του αριθμού των στροφών ανά λεπτό (n) σε συνάρτηση με την μεταβολή του ρεύματος φόρτισης (Ι$\_{τ}$) με σταθερή την εφαρμοζόμενη τάση (U).

Συμπεράσματα και δικαιολόγηση της μορφής της n=f(l$\_{T}$)
- 1. Όταν το ρεύμα φόρτισης αυξάνει, οι στροφές ελαττώνονται (δηλαδή για Ι$\_{τ}$ → ∞ το n → 0).
- 2. Όταν το ρεύμα φόρτισης ελαττώνεται, οι στροφές αυξάνονται (δηλαδή για Ι$\_{τ}$ → 0 το n → ∞).
Βεβαίως, αν υποθέσουμε ότι το ρεύμα φόρτισης φτάσει στο μηδέν (λειτουργία σε κενό), οι στροφές στην πράξη δε φτάνουν στο άπειρο, λόγω του παραμένοντος μαγνητισμού στους πόλους της μηχανής. Πάντως για ρεύμα φόρτισης 0 ο κινητή -ρας υπερταχύνεται μέχρι καταστροφής.

- 3. Για μεγαλύτερη τάση εφαρμογής (U), η πτώση των στροφών είναι ομαλότερη και απαιτείται μεγάλο ρεύμα φόρτισης για να ελαττωθούν οι στροφές κατά πολύ.
- β. Μεταβολή του αριθμού στροφών ανά λεπτό (n) του κινητήρα, όταν μεταβάλλεται το ρεύμα διέγερσης (Ι$\_{δ}$) με (U) και (Ι$\_{τ}$) σταθερά.
Συνάρτηση n=f(l$\_{δ}$).
Η μορφή αυτής της χαρακτηριστικής φαίνεται στο σχήμα 2.31.
Σχ. 2.31: Χαρακτηριστική της μεταβολής του αριθμού των στροφών ανά λεπτό (n) σε συνάρτηση με την μεταβολή του ρεύματoς διέγερσης (l$\_{δ}$) με σταθερή την εφαρμοζόμενη τάση (U).

Συμπεράσματα και δικαιολόγηση της μορφής της n=f(Ι$\_{δ}$)
- 1. Όταν ελαττώνεται το ρεύμα διέγερσης, ο αριθμός των στροφών/λεπτό (n) αυ -ξάνει. Επομένως στην πράξη, με τη χρησιμοποίηση του ροοστάτη διέγερσης ως αντίστασης παραλληλισμού του τυλίγματος διέγερσης σειράς S$\_{1}$ -S$\_{2}$ , είναι δυνα -τόν να επιτευχθεί μεταβολή των στροφών με σταθερό φορτίο.
- 2. Όταν η αντίσταση διέγερσης τείνει να βραχυκυκλωθεί, τότε μέσα από το τύ -λιγμα σειράς S$\_{1}$ -S$\_{2}$ περνάει ελάχιστο ρεύμα και ο αριθμός στροφών/λεπτό (n) αυξάνει επικίνδυνα.
- 3. Από τη σχέση n= U-IR κΦ T T × παρατηρούμε ότι, όταν η Φ → 0 δηλαδή όταν το I$\_{δ}$ → 0 τότε n → ∞ και ο κινητήρας καταστρέφεται. Όταν Φ → ∞ δηλαδή Ι$\_{δ}$ → ∞ τότε n → 0.
- γ. Μεταβολή της ροπής στρέψης (Τ), όταν μεταβάλλεται το ρεύμα φορτίου (Ι$\_{τ}$) με τάση τυμπάνου (U) σταθερή.

Συνάρτηση T=f(l$\_{T}$).
Η μορφή αυτής της χαρακτηριστικής φαίνεται στο σχήμα 2.32.
Σχ. 2.32: Χαρακτηριστική καμπύλη της μεταβολής της ροπής στρέψης (T) σε συνάρτηση με την μεταβολή του ρεύματος φόρτισης (I$\_{T}$) με σταθερή την εφαρμοζόμενη τάση (U).

Συμπεράσματα και δικαιολόγηση της μορφής της Τ=f(Ι$\_{τ}$)
- 1. Η ροπή στους κινητήρες σειράς αυξάνει σε συνάρτηση με το ρεύμα φόρτισης.
- 2. Η καμπύλη από τη μηδενική τιμή και μέχρι του σημείου Κ (σημείο κορεσμού του πυρήνα των πόλων) ακολουθεί μεταβολή του τετραγώνου της έντασης φόρ -τισης (που είναι και ένταση διέγερσης).
- 3. Μετά το σημείο Κ, λόγω του μαγνητικού κορεσμού στους πυρήνες των πόλων, δεν αυξάνει η Φ.
- δ. Μεταβολή του αριθμού των στροφών ανά λεπτό (n), όταν μεταβάλλεται η ροπή στρέψης (Τ) με τάση τυμπάνου (U) σταθερή.

Συνάρτηση n=f(T).
Η μορφή αυτής της χαρακτηριστικής φαίνεται στο σχήμα 2.33.
Σχ. 2.33: Χαρακτηριστική καμπύλη της μεταβολής του αριθμού στροφών ανά λεπτό (n) σε συνάρτηση με την ροπή στρέψης (Τ) με σταθερή την εφαρμοζόμενη τάση (U).

Συμπεράσματα και δικαιολόγηση της μορφής της n=f(Τ)
Όταν η ροπή αυξάνει, ο αριθμός των στροφών μειώνεται. Αυτό δεν συμβαίνει σε κινητήρες παράλληλης και ξένης διέγερσης. Έτσι ο κινητήρας σειράς προσφέρει τη δυνατότητα μεγάλης ροπής σε μικρό αριθμό στροφών και είναι ο πλέον κατάλ -ληλος κινητήρας για τις περιπτώσεις έλξης.

2.5.4.3. Κινητήρες σύνθετης διέγερσης
Στο σχήμα 2.34α φαίνεται η συνδεσμολογία κινητήρα (αθροιστικής) σύνθετης διέ -γερσης.
Σχ. 2.34α: Κινητήρας (αθροιστικής) σύνθετης διέγερσης.

-Αλλαγή φοράς περιστροφής
Εάν θέλουμε να αλλάξουμε τη φορά περιστροφής του κινητήρα, σύνθετης διέγερσης πρέπει να αλλάξουμε τη συνδεσμολογία ώστε να αλλάξει η φορά του ρεύματος που διαρρέει το επαγωγικό τύμπανο και τους βοηθητικούς πόλους. Όμως η διεύθυνση των ρευμάτων τόσο στο παράλληλο τύλιγμα, όσο και στο τύλιγμα διέγερσης σειράς, πρέπει να είναι η ίδια όπως πρώτα. Δηλαδή είναι προτιμότερο να έχουμε αλλαγή φοράς στο ρεύμα τυμπάνου, παρά αλλαγή στην πολικότητα των μαγνητικών πόλων. Αυτά μπορούν να γίνουν με αλλαγή της συνδεσμολογίας στους ακροδέκτες, όπως δείχνει το σχήμα 2.34β.

Χαρακτηριστικές καμπύλες κινητήρα σύνθετης διέγερσης
- α. Μεταβολή του αριθμού των στροφών ανά λεπτό (n), όταν μεταβάλλεται το ρεύμα φόρτισης (Ι$\_{τ}$), με σταθερή την τάση εφαρμογής (U) και την αντίσταση του κυκλώματος της παράλληλης διέγερσης.
Συνάρτηση n=f(l$\_{T}$).
Η μορφή αυτής της χαρακτηριστικής φαίνεται στο σχήμα 2.35.
Σχ. 2.35: Χαρακτηριστικές της μεταβολής του αριθμού των στροφών ανά λεπτό (n) σε συνάρτηση με τη μεταβολή του ρεύματoς φόρτισης (Ι$\_{τ}$) με σταθερή την εφαρμοζόμενη τάση (U). Α= Χαρακτηριστική φόρτισης κινητήρα σύνθετης διέγερσης Β= Χαρακτηριστική φόρτισης κινητήρα παράλληλης διέγερσης

Συμπεράσματα και δικαιολόγηση της μορφής της n=f(l$\_{Τ}$)
- 1. Ο κινητήρας σύνθετης διέγερσης, λόγω της παρουσίας του τυλίγματος σει -ράς, όταν αυξάνεται το φορτίο, δέχεται ισχυρότερη ροή (προστιθέμενη ροή) και γι' αυτό παρουσιάζει λιγότερες στροφές, συγκρινόμενος με έναν κινητήρα πα -ράλληλης διέγερσης.
- 2. Από τη σχέση n= U-IR κΦ T T × όπου Φ=Φ$\_{1}$+Φ$\_{2}$ (παράλληλη και σειράς) παρατη -ρούμε ότι, όταν η παρεχόμενη από το τύλιγμα σειράς μαγνητική ροή Φ$\_{2}$ αυξάνει, τότε οι στροφές ελαττώνονται.

2.5.5. Παραδείγματα
- 1. Να βρεθεί η ΑΗΕΔ κινητήρα Σ.Ρ. 10HP, 220V του οποίου το τύλιγμα του τυμπά -νου με πλήρες φορτίο διαρρέεται από ένταση 40Α και έχει αντίσταση 0,25Ω.

Λύση
Έχουμε U-E$\_{α}$ = R$\_{T}$  l$\_{T}$
E$\_{α}$=U-R$\_{T}$l$\_{T}$=220-0,2540=220-10=210V
- 2. Σε κινητήρα Σ.Ρ. ισχύος 10ΗΡ δίνονται U=220V, Ι$\_{τ}$=40Α και R$\_{T}$=0,25Ω. Να υπολογισθούν:
- β. Ποια θα έπρεπε να ήταν η ολική αντίσταση του εκκινητή, ώστε η ένταση εκκί -νησης να μην υπερβαίνει τα 150% της έντασης πλήρους φορτίου;
- α. Ποια θα ήταν η ένταση εκκίνησης αν δεν χρησιμοποιούσαμε εκκινητή και,

Λύση
- α. Κατά την εκκίνηση χωρίς εκκινητή έχουμε:
Ι = U R εκ T = 220 0,25 = 880A
δηλαδή, ένταση 22 φορές μεγαλύτερη της κανονικής
- β. Κατά την εκκίνηση με τον εκκινητή θα γίνει:
Ι = U R +R εκ T ε , R = U Ι -R ε εκ T
Όταν όλη η αντίσταση του εκκινητή είναι εντός του κυκλώματος θα έχουμε Ι$\_{εκ}$=150%40=1,540=60Α.
Άρα R = 220 60 -0,25=3,66 -0,25=3, 41Ω ε
3. Η ένταση τυμπάνου κινητήρα παράλληλης διέγερσης 220V θα είναι 50Α, όταν ο κινητήρας εργάζεται με πλήρες φορτίο, με την ονομαστική του τάση και τις ονομαστικές του στροφές. Η αντίσταση του τυλίγματος του δρομέα είναι 0,3Ω. Να βρεθούν:
- β) η ισχύς η οποία αναπτύσσεται στο δρομέα του σε HP.
- α) η ΑΗΕΔ με πλήρες φορτίο

Λύση
- α. Από τη σχέση U-E$\_{α}$ = R$\_{T}$ l$\_{Τ}$ έχουμε:
E$\_{α}$=U-R$\_{T}$I$\_{T}$ Ε$\_{α}$=220 - 0,350 = 220-15 = 205V
β. Η τάση του δρομέα θα είναι: U-R$\_{T}$l$\_{T}$=220-15=205 V οπότε η ισχύς που αναπτύσ -σεται σ' αυτόν δίνεται από τη σχέση:
P = U$\_{T}$ l$\_{T}$ =20550=10250W και επειδή 1HP=736W, P= 10.250 736 =13,9HP
- 4. Κινητήρας παράλληλης διέγερσης 220V, με αντίσταση τυλίγματος τυμπάνου 0,2Ω, λειτουργεί με 1500στρ/min και ένταση, δια του τυλίγματος του τυμπάνου, 30Α. Ο ίδιος κινητήρας για ένα αυξημένο φορτίο έχει ένταση τυλίγματος τυμπά -νου 60Α.
- α) η ΑΗΕΔ του κινητήρα για Ι$\_{τ}$=30Α

Να βρεθούν:
- β) η ΑΗΕΔ του κινητήρα για Ι$\_{τ}$=60Α
- γ) η ισχύς η οποία αναπτύσσεται στο δρομέα σε HP, για τις δύο περιπτώσεις φορτίου.

Λύση
- α. U-E$\_{α}$ = l$\_{T}$ R$\_{T}$
- β. E$\_{α2}$=U-l$\_{T}$R$\_{Τ}$=220-600,2=220-12=208V
- Ε $\_{α1}$=U-l$\_{T}$R$\_{T}$=220-300,2=220-6=214V
- γ. Ρ$\_{1}$ = Ε$\_{α1}$Ι$\_{Τ}$ =21430=6420 W ή 8,7ΗΡ Ρ $\_{2}$= Ε$\_{α2}$Ι$\_{τ}$ =20860=12480 W ή 16,9ΗΡ
- 5. Τετραπολικός κινητήρας διέγερσης σειράς έχει 2 παράλληλους κλάδους, 786 αγωγούς και ροή ανά μαγνητικό πόλο 0,03Vs, όταν απορροφά από το δίκτυο 30Α. Να βρεθεί η κινητήρια ροπή του κινητήρα.

Λύση
Η αναπτυσσόμενη ροπή δίνεται από τη σχέση:
Τ= P S W 2π α ΦΙ Τ ×× × ×× (σε Νm)
Τ= 2 786 2 3,141 0,03 30 = 225,3 × ×× (σε Νm)
- 6. Κινητήρας παράλληλης διέγερσης εργάζεται με τάση 220V και έχει ταχύτητα 1000στρ/min, όταν το τύλιγμα του τυμπάνου του, το οποίο έχει αντίσταση 0,4Ω, διαρρέεται από ένταση 50Α.
Να βρεθεί η εκατοστιαία μεταβολή της ΑΗΕΔ και των στροφών του κινητήρα, όταν το μηχάνημα το κινούμενο από τον κινητήρα απαιτεί το ½ της ροπής, την οποία έδινε προηγουμένως ο κινητήρας.

Λύση
Η ροπή δίνεται από τη σχέση: Τ = ΚΦΙ$\_{τ}$
Δεδομένου ότι η ένταση διέγερσης μένει σταθερή, θα είναι σταθερή και η ροή Φ. Επομένως, όταν αναπτύσσεται η μισή ροπή, το τύλιγμα του κινητήρα θα διαρρέεται
από το ½ της έντασης, δηλαδή, από 50 2 = 25Α.
Οι ΑΗΕΔ στις δύο περιπτώσεις θα είναι:
Ε$\_{α1}$ = U-R$\_{T}$l$\_{T1 }$ =220-0,4  50=200V
Ε$\_{α2}$ = UR$\_{T}$ I$\_{T2 }$ =220-0,4  25=210V
Οι στροφές θα δίνονται αντίστοιχα από τις σχέσεις:
Ε$\_{α1}$ = ΚΦη$\_{1}$ και Ε$\_{α2}$ = ΚΦη$\_{2}$

Διαιρώντας κατά μέλη έχουμε:
E Ε = ΚΦη ΚΦη α2 α1 2 1 ×× ×× , η = η Ε Ε =1000 210 200 =1050 στρ/ min 2 1 α2 α1 × ×

μεταβολή
Άρα για μεταβολή του ρεύματος τυμπάνου κατά 50 -25 50  100% = 50% έχουμε
1000 -1050 1000  100% = 5%
200 - 210 200

 100%

στροφών
Η μεταβολή αυτή είναι ίση φυσικά προς τη μεταβολή της ΑΗΕΔ, εφ' όσον υπάρχει ευθεία αναλογία μεταξύ τους, όταν η ροή είναι σταθερή. Βλέπουμε, λοιπόν, ότι μία μικρή μεταβολή των στροφών του κινητήρα προκαλεί ίση ποσοστιαία μεταβολή της ΑΗΕΔ και μια μεγάλη μεταβολή στην ένταση δια του τυλίγματος του τυμπάνου του, προκειμένου να ανταποκριθεί ο κινητήρας στο νέο του φορτίο.
- 7. Κινητήρας συνεχούς ρεύματος ισχύος 50kW έχει βαθμό απόδοσης 80% και τάση τροφοδοσίας 250V. Τι αντίσταση πρέπει να έχει ο εκκινητής, ώστε το ρεύ -μα εκκίνησης να είναι 1,60 παραπάνω από το Ι$\_{ον}$. Αν η ταχύτητα του κινητήρα είναι 2500στρ/λεπτό, υπολογίστε τη ροπή στην έξοδο και την αντιηλεκτρεγερτική δύναμη. Δίνεται R$\_{T}$=0,5Ω.

Λύση
Ι = U R + R εκ T εκ = 250 0,5+R$\_{εκ}$
I$\_{εκ}$ =1,6  Ι$\_{ον}$ =250  1,6=400Α
Ι = P Uη ον = 50.000 250 0,8 = 250Α ×
R = 250 400 -0,5=0,625 -0,5=0,125 Ω εκ
Ι = U R + R εκ T εκ ⇒ 400 = 250 0,5+R$\_{εκ}$ , R = u Ι -R εκ εκ T
50.000 9,55 = =191 Nm Τ 2500 × × 9,55 Ρ = n α
Ε$\_{α}$ =U-I$\_{T}$ R$\_{T}$ E$\_{α}$ =250-250  0,5= 125V

2.5.6. Eρωτήσεις
- 1. Τι σημαίνει λειτουργία κινητήρα σε κενό;
- 2. Τι είναι η ΑΗΕΔ και πως δημιουργείται;
- 3. Τι παρατηρούμε κατά την εκκίνηση των κινητήρων Σ.Ρ. ως προς το ρεύμα εκκί -νησης και τι μέτρα λαμβάνουμε για τον περιορισμό του;
- 4. Από ποια σχέση δίνεται η ροπή στρέψης που ασκείται σε έναν κινητήρα Σ.Ρ.;
- 5. Τι παρατηρούμε στην ηλεκτρική ισχύ που απορροφά ο κινητήρας στη λειτουρ -γία του με φορτίο;
- 6. Με ποιους τρόπους ρυθμίζουμε την ταχύτητα περιστροφής των κινητήρων Σ.Ρ.;
- 7. Τι ονομάζουμε ονομαστική ισχύ σε κινητήρα Σ.Ρ.;
- 8. Τι ονομάζουμε βαθμό απόδοσης του κινητήρα και σε ποια ποσοστά κυμαίνεται;
- 9. Πώς διακρίνονται οι κινητήρες ανάλογα με τη διέγερσή τους;
- 10. Να σχεδιαστεί η χαρακτηριστική n=f(U) σε κινητήρα παράλληλης διέγερσης και να δικαιολογηθεί η μορφή της.
- 1 1 . Να σχεδιαστεί η χαρακτηριστική n=f(l$\_{T}$) σε κινητήρα διέγερσης σειράς και να δικαιολογηθεί η μορφή της.
- 12. Να σχεδιαστεί κινητήρας με αθροιστική σύνθετη διέγερση.
- 13. Να σχεδιαστεί η χαρακτηριστική n=f(l$\_{T}$) σε κινητήρα σύνθετης διέγερσης και να δικαιολογηθεί η μορφή της.
- 14. Να γίνει η συνδεσμολογία κινητήρα παράλληλης διέγερσης με αλλαγή της φο -ράς περιστροφής του.
- 15. Να γίνει η συνδεσμολογία κινητήρα διέγερσης σειράς με αλλαγή της φοράς περιστροφής του.
- 16. Να γίνει η συνδεσμολογία κινητήρα σύνθετης διέγερσης με αλλαγή της φοράς περιστροφής του.

Βάλτε σε κύκλο το γράμμα μπροστά από τη σωστή απάντηση
- 17. Όταν ο κινητήρας λειτουργεί σε κενό, τότε η ένταση που απορροφά από την πηγή είναι:
- α. πολύ μεγάλη,
β. πολύ μικρή,
γ. μηδέν.
- 18. Σε ένα κινητήρα διέγερσης σειράς όταν το ρεύμα φόρτισης αυξάνει, οι στροφές: α. αυξάνονται, β. ελαττώνονται, γ. μένουν σταθερές.

Ενότητα 2.6.

Εκκίνηση - πέδηση, κινητήρων Σ.Ρ.

Διδακτικοί στόχοι
Μετά από τη μελέτη της ενότητας αυτής θα πρέπει να μπορείτε:
- 1. Να περιγράφετε τους τρόπους εκκίνησης των κινητήρων Σ.Ρ. (Αντιστάσεις - Ηλεκτρονικά ισχύος).
- 2. Να αναφέρετε τους τρόπους πέδησης κινητήρων Σ.Ρ. (Μηχανικοί - Ηλεκτρικοί).

2.6.1. Τρόποι εκκίνησης κινητήρων Σ.Ρ.
Η ταχύτητα περιστροφής των κινητήρων Σ.Ρ. είναι δυνατόν να μεταβάλλεται με έναν από τους τρεις παρακάτω τρόπους:
- α. Με ρύθμιση της αντίστασης διέγερσης.
- γ. Με ρύθμιση της αντίστασης του οπλισμού του.
- β. Με ρύθμιση της τάσης στα άκρα του οπλισμού του.
Η αποτελεσματικότερη από αυτές τις τεχνικές είναι η ρύθμιση της τάσης στα άκρα του οπλισμού του κινητήρα με την οποία επιτυγχάνεται μεγάλο εύρος ταχυτήτων χωρίς να επηρεάζεται η μέγιστη ροπή του κινητήρα.

Με την εφαρμογή των ηλεκτρονικών διακοπτών γίνεται εύκολη η παραγωγή συνε -χούς τάσης με μεταβλητή τιμή.

2.6.2. Κυκλώματα εκκίνησης κινητήρων Σ.Ρ.

Εισαγωγή
Τα πιο συνηθισμένα στοιχεία που χρησιμοποιούνται στα κυκλώματα ελέγχου για την εκκίνηση των κινητήρων είναι τα παρακάτω:

1. Ασφάλειες
Αυτές προστατεύουν τον κινητήρα από βραχυκυκλώματα και συνδέονται στις γραμ -μές της τροφοδοσίας πριν από τον κινητήρα.

2. Διακόπτες επαφής
Οι επαφές ενός κανονικά ανοιχτού διακόπτη επαφής είναι ανοιχτές πριν να πατηθεί το μπουτόν του και κλειστές αφού πατηθεί.
Οι επαφές ενός κανονικά κλειστού διακόπτη επαφής είναι κλειστές αρχικά και ανοι -χτές μετά το πάτημα του μπουτόν του.

3. Ρελέ
Το ρελέ αποτελείται από ένα πηνίο που συμβολίζεται με έναν κύκλο και από μερικές επαφές που συμβολίζονται με δυο παράλληλες γραμμές.
Μια κανονικά ανοιχτή επαφή είναι ανοιχτή, όταν το αντίστοιχο ρελέ είναι απενεργο -ποιημένο, ενώ μια κανονικά κλειστή επαφή είναι κλειστή, όταν είναι απενεργοποιη μένο το αντίστοιχο ρελέ.

4. Ρελέ με χρονική καθυστέρηση
Το ρελέ αυτό λειτουργεί όπως ακριβώς και τα κανονικά ρελέ με τη διαφορά πως, όταν ενεργοποιείται, οι επαφές του δεν αλλάζουν αμέσως κατάσταση. Αυτό συμβαί -νει με μια χρονική καθυστέρηση η οποία είναι δυνατόν να ρυθμιστεί.

5. Θερμικός διακόπτης υπερφόρτισης
Αποτελείται από ένα θερμικό πηνίο και από κάποιες κλειστές επαφές. Το ρεύμα στο εσωτερικό του κινητήρα περνάει από το πηνίο ενός τέτοιου διακόπτη. Αν το φορτίο

2. ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ Σ.Ρ.
του κινητήρα αυξηθεί πάρα πολύ, τότε το πηνίο του διακόπτη θερμαίνεται οπότε και ανοίγουν οι κανονικά κλειστές επαφές του.
Στο σχήμα 2.36 φαίνεται ένα συνηθισμένο κύκλωμα εκκίνησης που χρησιμοποιεί τα παραπάνω ηλεκτρικά στοιχεία.
Σχ. 2.36: Κύκλωμα εκκίνησης κινητήρα Σ.Ρ. με ρελέ χρονικής καθυστέρησης για τη διαδοχική απομάκρυνση των τμημάτων της αντίστασης εκκίvησης.
Κατά την εκκίνηση του κινητήρα, όλη η αντίσταση εκκίνησης βρίσκεται στο κύκλωμά του. Ο οπλισμός του τροφοδοτείται από την πηγή τάσης και αρχίζει να περιστρέφε -ται.

Τη στιγμή αυτή το ρελέ (1TD) ενεργοποιείται και μετά από κάποιο χρόνο οι επαφές του κλείνουν, αφαιρώντας έτσι ένα τμήμα της αντίστασης εκκίνησης. Ακολουθεί η ενεργοποίηση του ρελέ (2TD) του οποίου οι επαφές κλείνουν μετά από ένα χρονι -κό διάστημα, απομακρύνοντας το δεύτερο τμήμα της αντίστασης εκκίνησης. Τέλος ενεργοποιείται το ρελέ (3TD) και επαναλαμβάνεται η παραπάνω διαδικασία, οπότε ο κινητήρας περιστρέφεται με πλήρη ταχύτητα χωρίς την αντίσταση εκκίνησης.
Ένα διαφορετικό κύκλωμα εκκινητή φαίνεται στο σχήμα 2.37.

Σχ. 2.37: Κύκλωμα εκκίνησης κινητήρα Σ.Ρ. στο οποίο η διαδοχική απομάκρυνση των τμημάτων εκκίνησης γίνεται μέσω των ρελέ που ελέγχουν την τιμή της τάσης Ε$\_{Α}$ .
Εδώ μια σειρά από ρελέ ανταποκρίνονται στην τιμή της τάσης Ε$\_{Α}$ και απομακρύνουν τα τμήματα της αντίστασης εκκίνησης, όταν η Ε$\_{Α}$ ξεπεράσει μια καθορισμένη τιμή.
Και στα δυο σχήματα παρατηρούμε ότι, αν για κάποιο λόγο διακοπεί η διέγερση, ο κινητήρας προστατεύεται από το ρελέ FL (field loss relay) αφού οι επαφές του ανοί -γουν και ο κινητήρας αποσυνδέεται από το δίκτυο.

Επίσης και τα δυο κυκλώματα διαθέτουν θερμικό διακόπτη υπερφόρτισης.

2.6.3. Σύστημα Ward - Leonard (Βαρτ-Λέοναρντ)
Είναι ένα σύστημα που δε χρησιμοποιείται πια σήμερα, παρά μόνο σε υπάρχουσες εγκαταστάσεις, κυρίως πλοίων.
Ένας κινητήρας που μπορεί να είναι ηλεκτρικός ή θερμικός, κινεί μια γεννήτρια Σ.Ρ. και μια διεγέρτρια, πάνω στον ίδιο άξονα. Σε ένα τέτοιο σύστημα η τάση οπλισμού του κινητήρα ρυθμίζεται με τη μεταβολή του ρεύματος διέγερσης της γεννήτριας Σ.Ρ.
Ο έλεγχος της τάσης εισόδου του κινητήρα επιτρέπει τη μεταβολή της ταχύτητάς του από πολύ μικρές τιμές μέχρι τη βασική ταχύτητα.

Με το σύστημα Ward -Leonard (Βαρτ-Λέοναρντ) είναι δυνατόν να επιτευχθεί ένα αρκετά μεγάλο εύρος ταχυτήτων και προς τις δυο κατευθύνσεις περιστροφής.
Μειονεκτήματα του συστήματος Ward - Leonard (Βαρτ-Λέοναρντ) είναι:
- - το υψηλό κόστος (αγορά τριών μηχανών).
- - η πολύ χαμηλή απόδοση απ' ότι μόνο μια μηχανή.
Για τους παραπάνω λόγους το σύστημα Ward - Leonard (Βαρτ-Λέοναρντ) έχει αντι -κατασταθεί στις νέες εφαρμογές από τους ηλεκτρονικούς μετατροπείς ισχύος (SCR).
Ένα κύκλωμα ελέγχου της συνεχούς τάσης εισόδου μέσω ενός τριφασικού μετατρο -πέα του κινητήρα φαίνεται στο σχήμα 2.38.

Σχ.2.38: Σύστημα ελέγχου της ταχύτητας εvός κινητήρα Σ.Ρ. με τη χρήση ηλεκτρονικών διακοπτών.
Η μέση τιμή της ταχύτητας περιστροφής του κινητήρα εξαρτάται από τη μέση τιμή της τάσης που εφαρμόζεται στον κινητήρα.
Το χρονικό αυτό διάστημα εξαρτάται από τη σχετική φάση κατά την οποία διεγείρο -νται οι SCR από τον ανορθωτή.
Το κύκλωμα αυτό τροφοδοτεί τον κινητήρα με τάση που έχει συγκεκριμένη πολικό -τητα.
Το σχήμα 2.39 δείχνει ένα βελτιωμένο κύκλωμα ελέγχου που μπορεί να τροφοδοτεί τον κινητήρα με τάση οποιασδήποτε πολικότητας.

Σχ. 2.39: Σύστημα ελέγχου της ταχύτητας ενός κινητήρα Σ.Ρ. με τη χρήση ηλεκτρονικών διακοπτών.

2.6.4. Πέδηση κινητήρων Σ.Ρ.

Ηλεκτρική πέδηση
Από τη στιγμή που ένας κινητήρας αποσυνδέεται από το δίκτυο, μέχρι να σταματή -σει να περιστρέφεται, μεσολαβεί ορισμένο χρονικό διάστημα.
Το διάστημα αυτό, ιδίως στους μεγάλους κινητήρες, είναι σημαντικό και σε ορισμέ -νες εφαρμογές ανεπιθύμητο, όπως π.χ. σε ανυψωτικά μηχανήματα Σ.Ρ., ανελκυ στήρες Σ.Ρ. κ.λπ.
Στις περιπτώσεις αυτές, για να μειώσουμε όσο το δυνατό το διάστημα αυτό, εφαρ -μόζουμε την ηλεκτρική πέδηση ως εξής:
Όταν ο κινητήρας αποσυνδέεται από το δίκτυο, εξακολουθεί να περιστρέφεται, λόγω της κινητικής ενέργειας, την οποία έχει τόσο αυτός όσο και το μηχάνημα το οποίο κινεί.

Για να καταναλώσουμε την κινητική του ενέργεια, αρκεί να μετατρέψουμε προσωρι -νά τον κινητήρα σε γεννήτρια με κατανάλωση. Τότε, η κινητική ενέργεια μετατρέπε ται από τη γεννήτρια σε ηλεκτρική και οδηγείται στην κατανάλωση ή τις καταναλώ -σεις, τις οποίες τροφοδοτεί η γεννήτρια.
Η προσωρινή αυτή μετατροπή του κινητήρα σε γεννήτρια γίνεται συνήθως με δυο τρόπους.
Με τον πρώτο τρόπο, ο κινητήρας αποσυνδέεται από το δίκτυο και το τύλιγμα του τυμπάνου του συνδέεται στα άκρα μιας ωμικής αντίστασης. Κατ' αυτόν τον τρόπο, η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από την ΗΕΔ, μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια κατά μήκος της αντίστασης.

Η μηχανική ενέργεια του κινητήρα και του κινούμενου μηχανήματος καταναλώνεται σύντομα και οι στροφές του μειώνονται γρήγορα. Με τη μείωση των στροφών μειώ -νεται και η ΗΕΔ και στις λίγες στροφές η ηλεκτρική πέδηση είναι ελάχιστη. Γι' αυτό, όταν ο κινητήρας πλησιάζει στη θέση ηρεμίας, εφαρμόζεται συμπληρωματικά μηχα -νική πέδηση. Ο τρόπος αυτός της πέδησης είναι πολύ απλός και εφαρμόζεται συνή θως σε συνδυασμό με τους αυτόματους εκκινητές. Όταν πατάμε το Stop (στοπ) του κινητήρα, ο εκκινητής αποσυνδέει τον κινητήρα από το δίκτυο και τον συνδέει στην αντίσταση, ώστε να εργαστεί ως γεννήτρια και να σταματήσει σύντομα.

Με το δεύτερο τρόπο, ο κινητήρας μετατρέπεται σε γεννήτρια χωρίς να αποσυνδε -θεί από το δίκτυο, αλλά αφού με ορισμένο τρόπο αυξήσουμε την ΗΕΔ περισσότερο από την τάση του δικτύου. Τότε η ηλεκτρική ενέργεια, αντί να καταναλωθεί σε ωμική αντίσταση σε μορφή θερμότητας, παρέχεται στο δίκτυο και χρησιμοποιείται από άλλους καταναλωτές του δικτύου. Αυτός ο τρόπος εφαρμόζεται π.χ. στην ηλεκτρική έλξη, όταν το τρένο κινείται σε μεγάλες κατωφέρειες. Έτσι έχουμε συνεχή πέδηση και αποφεύγουμε τις απώλειες ενέργειας. Για την πλήρη στάση στους σταθμούς χρησιμοποιείται και πάλι μηχανική πέδηση, π.χ. αερόφρενα.

2.6.5. Eρωτήσεις
- 1. Αναφέρετε τους τρόπους μεταβολής της ταχύτητας περιστροφής των κινητή -ρων Σ.Ρ.
- 2. Αναφέρετε τα πιο συνηθισμένα στοιχεία που χρησιμοποιούνται στα κυκλώματα ελέγχου για την εκκίνηση των κινητήρων Σ.Ρ.
- 3. Τι είναι το ρελέ με χρονική καθυστέρηση;
- 4. Ποια είναι η χρήση του θερμικού διακόπτη υπερφόρτισης;
- 5. Να σχεδιαστεί απλό σύστημα ελέγχου ταχύτητας ενός κινητήρα Σ.Ρ. με τη χρή -ση ηλεκτρονικών διακοπτών.
- 6. Γιατί χρησιμοποιούμε την ηλεκτρική πέδηση στους κινητήρες Σ.Ρ.;
- 7. Γιατί χρησιμοποιούμε αντιστάσεις εκκίνησης στους κινητήρες Σ.Ρ.;

Βάλτε σε κύκλο το γράμμα μπροστά από τη σωστή απάντηση
- 8. Οι ασφάλειες προστατεύουν τον κινητήρα από:
- β. διαρροή ηλεκτρικού ρεύματος.
- α. βραχυκύκλωμα.
- γ. υπέρταση.
- 9. Ένα μειονέκτημα του συστήματος Ward - Leonard (Βαρτ-Λέοναρντ) είναι:
- β. ο μεγάλος όγκος.
- α. ο μεγάλος βαθμός απόδοσης.
- γ. το υψηλό κόστος.

Ενότητα 2.7.

Σερβoκιvητήρες και μηχαvές Σ.Ρ. vέας τεχvoλoγίας

Διδακτικοί στόχοι
Μετά από τη μελέτη της ενότητας αυτής θα πρέπει να μπορείτε:
- 1. Να διατυπώνετε τις αρχές λειτουργίας των κινητήρων Σ.Ρ. νέας τεχνολογίας.
- 2. Να περιγράφετε τα βασικά μέρη των σύγχρονων κινητήρων Σ.Ρ. (Ηλεκτρο -νικών, Βηματικών κ.λπ.)

2.7.1. Σερβοκινητήρες Σ.Ρ.
Οι σερβοκινητήρες Σ.Ρ. είναι ειδικά σχεδιασμένες μηχανές Σ.Ρ. με υψηλή ροπή και χαμηλή αδράνεια.
Χρησιμοποιούνται σε συστήματα που απαιτούν υψηλή ροπή και μεγάλη κλίμακα ταχύτητας.
Υπάρχουν δυο βασικοί λόγοι για να χρησιμοποιηθούν οι μηχανές αυτές στα συστή -ματα ελέγχου:
- α. η ευκολία με την οποία μπορεί να ελεγχθεί η ταχύτητά τους,
- β. η ικανότητα να παρέχουν ενίσχυση ισχύος.
Στους σερβοκινητήρες Σ.Ρ., εμφανίζονται βασικά οι ακόλουθες περιπτώσεις τροφο -δοσίας τους:

- α. Το τύλιγμα του στάτη τροφοδοτείται από πηγή σταθερής τάσης (ή ρεύματος) και το τύλιγμα του δρομέα διεγείρεται από το σήμα ελέγχου (σφάλμα του συστήματος).
- β. Το τύλιγμα του δρομέα τροφοδοτείται από πηγή σταθερής τάσης (ή ρεύματος) και το τύλιγμα του στάτη διεγείρεται από το σήμα ελέγχου.
Επίσης υπάρχουν περιπτώσεις, όπου το σταθερό μαγνητικό πεδίο του σερβοκινη -τήρα δημιουργείται από μόνιμο μαγνήτη και περιπτώσεις όπου το τύλιγμα του στάτη και του δρομέα τροφοδοτούνται σε σειρά, παράλληλα ή μικτά.

Τα βασικά χαρακτηριστικά κάθε σερβοκινητήρα Σ.Ρ. ή Ε.Ρ. είναι:
- α. Η ροπή του κινητήρα, που είναι περίπου ανάλογη της εφαρμοζόμενης τάσης ελέγχου, η οποία αναπτύσσεται από τον ενισχυτή λόγω του σήματος σφάλματος στην είσοδό του.
- β. Η φορά της ροπής που καθορίζεται από την (στιγμιαία) πολικότητα της τάσης ελέγχου.
Η ισχύς των σερβοκινητήρων Σ.Ρ. ποικίλλει περίπου από 0,05ΗΡ έως 1000HP.
Χρησιμοποιούνται τέσσερις τύποι σερβοκινητήρων Σ.Ρ.

1. Κινητήρες ελεγχόμενου πεδίου
Ο έλεγχος αυτών γίνεται με μεταβολή της τάσης του τυλίγματος διέγερσης, λόγω του σήματος σφάλματος στην είσοδο του ενισχυτή. Σημειώνουμε ότι η ροπή τους εί -ναι μηδενική, όταν είναι μηδέν το πεδίο διέγερσης που αναπτύσσεται από το ρεύμα του ενισχυτή σφάλματος.
Επειδή το ρεύμα του τυλίγματος του δρομέα είναι πάντοτε σταθερό η ροπή εξαρτά -ται άμεσα από τη μαγνητική ροή του πεδίου, καθώς επίσης και από το ρεύμα του τυλίγματος διέγερσης, μέχρι το σημείο κορεσμού.

2. Σερβοκινητήρες ελεγχόμενου τυμπάνου
Το τύλιγμα αυτών των κινητήρων τροφοδοτείται με Σ.Ρ., που προέρχεται από πηγή σταθερού ρεύματος, ενώ το τύλιγμα τυμπάνου από τον ενισχυτή.
- Ο έλεγχος των κινητήρων ισχύος μέχρι περίπου 1000ΗΡ γίνεται με μεταβολή της τάσης του τυλίγματος του τυμπάνου τους.
Αν το σήμα σφάλματος του ενισχυτή και η πολικότητα της τάσης του τυλίγματος τυμπάνου αναστραφούν, ο κινητήρας θα αλλάξει φορά περιστροφής.
Κινητήρες ελεγχόμενου τυμπάνου μεγάλης ισχύος συνήθως τροφοδοτούνται από στρεφόμενους ενισχυτές (π.χ. Amplidyne), όπου ο σερβομηχανισμός χρειάζεται με -γάλες ισχείς.

3. Σερβοκινητήρες μόνιμων μαγνητών ελεγχόμενου τυμπάνου
Είναι μικροί σερβοκινητήρες Σ.Ρ., κλασματικής ισχύος, μικρής ροπής, για διατάξεις μετρήσεων. Έχουν μόνιμους μαγνήτες για δημιουργία σταθερού πεδίου διέγερσης και δεν τροφοδοτούνται από πηγή σταθερού ρεύματος. Συνήθως οι κινητήρες αυτοί κατασκευάζονται για ονομαστικές συνεχείς τάσεις 6V και 28V. Ο στάτης των κινητή -ρων αυτών κατασκευάζεται από χυμένο κράμα αλουμινικελίου - κοβαλτίου, σε σχή μα κυκλικού δακτυλίου, περιβάλλει το τύμπανο και αναπτύσσει μεγάλη μαγνητική ροή. Έχουν κατάλληλα τυλίγματα αντιστάθμισης για να αποφεύγεται η απομαγνή -τιση των μαγνητών όταν αναστρέφεται απότομα η πολικότητα της συνεχούς τάσης του τυλίγματος τυμπάνου.

Τα δινορρεύματα και τα φαινόμενα υστέρησης είναι αμελητέα, ο δε έλεγχος των κι -νητήρων αυτών γίνεται με μεταβολή της τάσης του τυλίγματος του τυμπάνου.

4. Σερβοκινητήρες χωρισμένου πεδίου σειράς
Είναι μικροί κινητήρες Σ.Ρ. κλασματικής ισχύος, χωρισμένου πεδίου σειράς που μπορούν να λειτουργήσουν σαν κινητήρες ελεγχόμενου ανεξαρτήτως διέ -γερσης.
Το ένα τύλιγμα ονομάζεται κύριο και το άλλο βοηθητικό, αναπτύσσουν γενικά την ίδια μαγνητεγερτική δύναμη και είναι τυλιγμένα στους πόλους έτσι ώστε να μπο -ρούν να προκαλούν αντίθετη φορά περιστροφής το ένα σε σχέση με το άλλο.
Οι σερβοκινητήρες τύπου σειράς αναπτύσουν μεγάλη ροπή εκκίνησης και ταχεία απόκριση σε μικρά σήματα σφάλματος. Γενικά οι δρομείς κινητήρων Σ.Ρ. παράλλη -λων και σειράς, παρουσιάζουν μεγαλύτερη ροπή αδράνειας από τους δρομείς των κινητήρων Ε.Ρ. ίσης ονομαστικής ισχύος, λόγω των βαρύτερων τυλιγμάτων.

2.7.2. Κινητήρες Σ.Ρ. χωρίς ψύκτρες
Οι κινητήρες αυτοί δεν διαθέτουν επαγωγικό τύλιγμα, συλλέκτη και ψήκτρες. Το επαγώγιμο έχει μόνιμους μαγνήτες και περιβάλλεται από τα σταθερά τυλίγματα του στάτη. Οι φάσεις του στάτη είναι γενικά τρεις, αλλά σε μερικούς κινητήρες ενδέχεται να είναι τέσσερις ή δύο.
Οι φάσεις παρέχονται από ένα μετατροπέα, ο οποίος μετατρέπει το Σ.Ρ. σε τριφα -σικό Ε.Ρ. To Ε.Ρ. είναι απαραίτητο για τη δημιουργία περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου από το στάτη του κινητήρα. Αυτό το πεδίο έλκει τους μόνιμους μαγνήτες του τυμπάνου με αποτέλεσμα να το περιστρέφει με την ίδια φορά περιστροφής του πεδίου. Σε εφαρμογές που απαιτείται πολύ υψηλή ροπή και χαμηλή ταχύτητα πε -ριστροφής, συνήθως χρησιμοποιούνται κινητήρες χωρίς ψήκτρες με πολύ μεγάλο αριθμό πόλων στο στάτη, που μπορεί να φτάσει και τους 64 πόλους ανά φάση.

Δύο νέοι σχεδιασμοί κινητήρων, ο κινητήρας χωρίς σχισμές και χωρίς ψήκτρες, και ο κινητήρας γεφυρωμένου στάτη, ανταγωνίζονται τους παραδοσιακούς κινητήρες τύπου χωρίς ψήκτρες. Οι κινητήρες χωρίς σχισμές δεν έχουν οδοντώσεις στο στά -τη. Έχουν επίσης μεγαλύτερη διάμετρο δρομέα με περισσότερο μαγνητικό υλικό, ενώ οι γεφυρωμένοι κινητήρες έχουν ελάσματα στάτη δύο τεμαχίων. Και οι δύο κι -νητήρες έχουν μικρότερη ροπή οδόντωσης και μικρότερο κόστος συναρμολόγησης από τους κλασσικούς κινητήρες.

2.7.3. Kινητήρες Σ.Ρ. τύπου μέσα έξω
Είναι κινητήρες χωρίς ψήκτρες όπως οι προηγούμενοι, διαφέρουν όμως ως προς την κατασκευή τους.
Οι μόνιμοι μαγνήτες του τυμπάνου τοποθετούνται στο σταθερό περίβλημα της μη -χανής, ενώ το τύλιγμα του στάτη βρίσκεται στο εσωτερικό του περιστρεφόμενου μέρους.
Οι κινητήρες αυτοί έχουν το πλεονέκτημα της μεγάλης ροπής αδράνειας καθώς επί -σης και πολύ καλά χαρακτηριστικά ρύθμισης της ταχύτητας και χρησιμοποιούνται για να οδηγούν σκληρούς δίσκους ή ταινίες ηλεκτρονικών υπολογιστών, ρομπότ κ.λπ.

2.7.4. Kινητήρες μόνιμων μαγνητών
Οι κινητήρες αυτοί διαθέτουν τύλιγμα οπλισμού και ψήκτρες, όπως και οι συμβατι -κοί κινητήρες. Το μαγνητικό πεδίο προέρχεται από μόνιμους μαγνήτες και όχι από ηλεκτρομαγνήτες.
Συγκρινόμενοι με τους συμβατικούς κινητήρες έχουν υψηλότερο βαθμό απόδοσης και αυτό γιατί διότι παρέχεται ηλεκτρική ισχύς μόνο στο τύλιγμα του επαγώγιμου. Επίσης είναι μικρότερου μεγέθους και ελαφρύτεροι, αν έχουν και οι δύο την ίδια ιπποδύναμη.
Οι κινητήρες μόνιμων μαγνητών χρησιμοποιούνται σε αλιευτικά σκάφη, μικρά ηλε -κτρικά οχήματα κ.λπ.

2.7.5. Βηματικοί Kινητήρες
Οι βηματικοί κινητήρες χρησιμοποιούνται σε λειτουργίες ψηφιακού ελέγχου.
Οι κινητήρες αυτοί είναι δύο φάσεων μόνιμου μαγνήτη και παρέχουν μια συγκεκρι -μένη γωνιακή κίνηση κάθε φορά που η πολικότητα του τυλίγματος αλλάζει.
Κατασκευάζονται με οπλισμό μόνιμου μαγνήτη που ονομάζεται οδοντωτός ρότορας και με πηνία δύο πεδίων.
Δύο καλύμματα του στάτη σχηματίζονται γύρω από κάθε περιέλιξη και γίνονται εναλλακτικά ενεργός βόρειος και νότιος μαγνητικός πόλος. Τα καλύμματα έχουν ζεύγη πόλων μηχανικά μετατιθέμενα κατά ½ πολικό βήμα. Μεταξύ των δυο καλυμ -μάτων του στάτη η μετατόπιση είναι ¼ του πολικού βήματος.

- Ο δρομέας μόνιμου μαγνήτη, μαγνητίζεται με τον ίδιο αριθμό ζευγών πόλων που περιέχονται σε ένα τμήμα περιέλιξης του στάτη. Αλληλεπίδραση μεταξύ δρομέα και στάτη (αντίθετοι πόλοι έλκονται και όμοιοι απωθούνται), έχει σαν αποτέλεσμα την κίνηση του δρομέα κατά το ¼ ενός πολικού βήματος σε κάθε αλλαγή πολικότητας τυλίγματος.
Ένα μοτέρ 2 φάσεων με 12 ζεύγη πόλων ανά τμήμα πηνίου στάτη, μπορεί να κινη -θεί 48 βήματα ανά περιστροφή ή 7,5° ανά βήμα.
Ο ηλεκτρικός κινητήρας είναι σχεδιασμένος με τέτοιο τρόπο, ώστε, αν εφαρμοστεί ένας μόνο παλμός τάσης από τον μικροϋπολογιστή, ο άξονας του κινητήρα περι -στρέφεται κατά ορισμένες μοίρες. Ένας ακόμη παλμός προκαλεί άλλη μια ίση με τακίνηση ή βήμα. Έτσι ο υπολογιστής για να μετακινήσει την ελεγχόμενη συσκευή (συνήθως βαλβίδα) σε όποια θέση θέλουμε, εφαρμόζει μια σειρά από παλμούς. Με αυτόν τον τρόπο ένας βηματικός κινητήρας ελέγχει την κίνηση σε κάποια θέση.

Οι κινητήρες βήματος με έλεγχο της θέσης χρησιμοποιούνται στον έλεγχο του μίγ -ματος αέρα/καυσίμου και στον έλεγχο διατήρησης σταθερής ταχύτητας. Επίσης χρησιμοποιούνται και για την οδήγηση μηχανικών χιλιομετρητών.

2.7.6. Kινητήρας των αρθρώσεων - Kινητήρας Σ.Ρ. κινητού πηνίου
Η κίνηση του χειριστή και, κατ' επέκταση του ρομποτικού εργαλείου, είναι αποτέ -λεσμα της συνδυασμένης κίνησης των αρθρώσεων, οι οποίες οδηγούνται από κι νητήρες. Οι κινητήρες των αρθρώσεων, μπορεί να είναι ηλεκτρικοί, υδραυλικοί, ή πνευματικοί, με συνηθέστερο τύπο τον ηλεκτρικό, συνήθως Σ.Ρ. ή βηματικό.
Οι κινητήρες που χρησιμοποιούνται στα ρομπότ είναι κινητήρες ροπής, Σ.Ρ. και συ -νεχούς περιστροφής, με μόνιμη μαγνήτιση και διέγερση οπλισμών.

- Ο κινητήρας Σ.Ρ. είναι ουσιαστικά ένας μετατροπέας ροπής, ο οποίος μετατρέπει ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική. Η ροπή που αναπτύσσεται στον άξονα του κινητή -ρα είναι ανάλογη προς τη ροή του μαγνητικού πεδίου και του ρεύματος οπλισμού. Η κατασκευή του κινητήρα, είναι απλή και διαθέτει:
- α. Το στάτη, ο οποίος αποτελείται από ένα κέλυφος, σφαιροτριβεία (ρουλεμάν) και μόνιμους μαγνήτες ή ηλεκτρομαγνήτες. Οι μαγνήτες του στάτη δημιουργούν ένα μαγνητικό πεδίο γύρω από το κινούμενο τμήμα του κινητήρα, το δρομέα.
- β. Το δρομέα ο οποίος αποτελείται από τον άξονα και τα τυλίγματα, στα οποία ρέει ρεύμα για την τροφοδοσία του κινητήρα.

Το ρεύμα οδηγείται στα τυλίγματα μέσω ψηκτρών, οι οποίες εφάπτονται με το μετα -γωγέα. Ο μεταγωγέας συνδέεται ηλεκτρικά με τα τυλίγματα με τέτοιο τρόπο, ώστε να παράγεται ροπή πάντοτε κατά την επιθυμητή διεύθυνση.

2.7.7. Eρωτήσεις
- 1. Πώς είναι κατασκευασμένοι οι κινητήρες Σ.Ρ. χωρίς ψήκτρες;
- 2. Σε τι διαφέρουν οι κινητήρες Σ.Ρ. τύπου μέσα έξω από τους κινητήρες Σ.Ρ. χω -ρίς ψήκτρες;
- 3. Πώς είναι κατασκευασμένοι οι κινητήρες Σ.Ρ. μόνιμων μαγνητών;
- 4. Τι πλεονεκτήματα έχουν οι κινητήρες μόνιμων μαγνητών σε σχέση με τους συμβατικούς;
- 5. Τι είναι οι σερβοκινητήρες και που χρησιμοποιούνται;
- 6. Ποιους τύπους σερβοκινητήρων γνωρίζετε;
- 7. Τι είναι οι βηματικοί κινητήρες και που χρησιμοποιούνται;
- 8. Πώς κατασκευάζονται οι βηματικοί κινητήρες;
- 9. Πώς ένας βηματικός κινητήρας ελέγχει την κίνηση σε κάποια θέση σύμφωνα με τους παλμούς τάσης από τον μικροϋπολογιστή;
- 10. Πώς κατασκευάζονται οι κινητήρες Σ.Ρ. κινητού πηνίου;

Βάλτε σε κύκλο το γράμμα μπροστά από τη σωστή απάντηση
- 1 1 . Οι κινητήρες Σ.Ρ. χωρίς ψήκτρες διαθέτουν:
- α. επαγωγικό τύλιγμα.
- β. συλλέκτη.
- γ. κανένα από τα παραπάνω.
- 12. Οι σερβοκινητήρες έχουν:
- α. χαμηλή τάση.
- β. υψηλή αδράνεια.
- γ. κανένα από τα παραπάνω.
- 13. Οι βηματικοί κινητήρες χρησιμοποιούνται σε λειτουργίες:
- β. παλμικού ελέγχου.
- α. ψηφιακού ελέγχου.
- γ. οπτικού ελέγχου.
Ενότητα 2.8.

Εφαρμογές κινητήρων Σ.Ρ. στα οχήματα

Διδακτικοί στόχοι
Μετά από τη μελέτη της ενότητας αυτής θα πρέπει να μπορείτε:
- 1. Να γνωρίζετε τον τρόπο διαίρεσης των εκκινητών.
- 2. Να γνωρίζετε την αρχή λειτουργίας των βενζιναντλιών.

2.8.1. Eκκινητής (μίζα)
Όπως είναι γνωστό, ο κινητήρας του αυτοκινήτου, είτε είναι βενζινοκινητήρας, είτε πετρελαιοκινητήρας, δεν παίρνει εμπρός μόνος του. Χρειάζεται ξένη βοήθεια. Η βο -ήθεια αυτή παρέχεται από τον εκκινητή.
Ο εκκινητής ανήκει στο σύστημα εκκίνησης του αυτοκινήτου και είναι βασικά ένας μικρός ηλεκτροκινητήρας Σ.Ρ. με διέγερση σειράς που τροφοδοτείται από τη μπα -ταρία του αυτοκινήτου.
Είναι αναγκαίος κατά τη εκκίνηση για να δώσει στη μηχανή τις απαραίτητες στροφές (συνήθως 50 στροφές/λεπτό, που χρειάζεται για την υπερνίκηση των τριβών του κινητήρα.

Η ισχύς του εκκινητή εξαρτάται από το μέγεθος του κινητήρα, το είδος του, τον αριθμό των κυλίνδρων του και από τις στροφές του. Στους πιο μικρούς κινητήρες η ισχύς αυτή είναι της τάξης του 1HP.
Από άποψη κατασκευής ο εκκινητής μοιάζει με τις γεννήτριες Σ.Ρ., με τη διαφορά ότι τα τυλίγματά τους κατασκευάζονται από αγωγούς μεγάλης διατομής (χάλκινες λάμες) ώστε να δέχονται το ρεύμα εκκίνησης που μπορεί να φτάσει τα 150Α για τους μικρούς τύπους και ξεπερνά πολλές φορές τα 500Α σε τύπους με μεγαλύτερη ισχύ.

Χαρακτηριστικό της κατασκευής τους είναι το μακρόστενο σχήμα που έχει το ζύ -γωμα, αφού, ως γνωστό, ο χώρος στα πλευρά του κινητήρα του αυτοκινήτου είναι περιορισμένος σε πλάτος.
Η αρχή λειτουργίας είναι η ίδια με την αρχή λειτουργίας των ηλεκτροκινητήρων Σ.Ρ. που γνωρίσαμε.
Η μετάδοση της κίνησης από τον εκκινητή στον κινητήρα γίνεται με ένα ζευγάρι οδοντωτών τροχών. Το ένα, το πινιόν ή γρανάζι μίζας είναι τοποθετημένο στον άξονα του εκκινητή και εμπλέκεται με την οδοντωτή στεφάνη , που τοποθετείται στην περιφέρεια του σφονδύλου, προκαλώντας έτσι την περιστροφή του κινητήρα.

2. ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ Σ.Ρ.
Η σχέση μετάδοσης της κίνησης είναι 10:1. Αμέσως μόλις ο κινητήρας πάρει μπρο -στά, αποσυμπλέκεται το γρανάζι της μίζας γιατί διαφορετικά η μίζα θα παρασυρθεί σε κίνηση με 10πλάσιες στροφές από τις στροφές του κινητήρα, με αποτέλεσμα την καταστροφή του δρομέα, γιατί η φυγόκεντρος δυναμη που αναπτύσεται εκσφενδο -νίζει τους αγωγούς του τυλίγματος από τα αυλάκια.

Είδη των εκκινητών
Σύμφωνα με την αρχή λειτουργίας του μηχανισμού εμπλοκής οι εκκινητές διακρίνο -νται σε:
- α. αδρανειακού τύπου (με πλωτό πινιόν) (χρησιμοποιούνται στα επιβατηγά αυτοκί -νητα),
- β. τύπου προεμπλοκής (με πλωτό δρομέα).
Σύμφωνα με τον τρόπο που κινείται το πινιόν τους διακρίνουμε:
- α. ελαφρού τύπου, όπου το πινιόν κινείται σε ευθύ σφυνόδρομο,
- β. μέσου τύπου, όπου το πινιόν κινείται σε ελικοειδή σφυνόδρομο με μεγάλο βήμα.
- ● Εκκινητές πλωτού δρομέα.
Χρησιμοποιούνται συνήθως σε μεγάλα οχήματα π.χ. φορτηγά, λεωφορεία κ.λπ. Η εμπλοκή σε αυτούς γίνεται με κίνηση του δρομέα, ο οποίος δεν περιστρέφεται μόνο, αλλά έχει και τη δυνατότητα να κάνει αξονικές κινήσεις.

Στο σχήμα 2.40 φαίνεται σε τομή ένας εκκινητής (μίζα) με πλωτό δρομέα, που χρη -σιμοποιείται σε επαγγελματικά οχήματα βαρέως τύπου. Στο σχήμα 2.41 φαίνεται ένας εκκινητής μέσου τύπου και στο σχήμα 2.42 ένας εκκινητής με πλανητικό σύ -στημα. Το βασικό πλεονέκτημα αυτού του εκκινητή είναι ότι έχει μικρό βάρος, κατα λαμβάνει μικρό χώρο και μεταφέρει μεγάλη δύναμη.
Σχ. 2.40: Κύρια μέρη εκκινητή με πλωτό δρομέα.
Σχ. 2.41: Κύρια μέρη εκκινητή (μίζα) μέσου τύπου.
Σχ.2.42: Κύρια μέρη εκκινητή με πλανητικό σύστημα.

2.8.2. Ειδικοί τύποι εκκινητών

1. Γενικά
Οι διάφοροι τύποι εκκινητών που εξετάσαμε στην παράγραφο 2.8.1. ανήκουν σε εκκινητές αυτοκινήτων με ισχύ 0,3ΗΡ έως 6HΡ. Σε πολύ μεγάλους πετρελαιοκινητή -ρες φορτηγών αυτοκινήτων, χρειαζόμαστε εκκινητή με μεγαλύτερη ισχύ.
- Σ' αυτήν την περίπτωση είναι πολύ συνηθισμένη η συνδεσμολογία δύο εκκινητών, με πλωτό δρομέα, στον ίδιο κινητήρα.
Επίσης πολύ μικροί κινητήρες χρειάζονται εκκινητή με ισχύ μικρότερη από 0,3ΗΡ. Στην περίπτωση αυτή χρησιμοποιείται εκκινητής που συνδυάζεται με τον σφόνδυ -λο. Ο εκκινητής αυτός είναι συγχρόνως και γεννήτρια.

2. Εκκινητής - Γεννήτρια
- Ο εκκινητής -γεννήτρια χρησιμοποιείται σε μικρούς κινητήρες αυτοκινήτων ή σε μοτοσικλέτες και σκούτερ.
Είναι μια πολύπλοκη ηλεκτρική μηχανή, που αποτελείται από το στάτη με το ζύγω -μα και τους μαγνητικούς πόλους και από το δρομέα. Οι περισσότεροι τύποι εκκινη τών αυτού του είδους έχουν ενσωματωμένο και το διανομέα.

2.8.3. Kαθαριστήρες
Όλα τα αυτοκίνητα έχουν υποχρεωτικά ένα ζευγάρι καθαριστήρες, για το καθάρισμα του ανεμοθώρακα (παρμπρίζ) όταν βρέχει ή χιονίζει. Έτσι εξασφαλίζεται η καλή ορατότητα για τον οδηγό. Οι καθαριστήρες κινούνται από δύο ανεξάρτητους ηλε -κτροκινητήρες (παλαιού τύπου αυτοκίνητα) ή από ένα μόνο κεντρικό ηλεκτροκινη τήρα με κατάλληλο μηχανισμό διανομής της κίνησης.
- Ο ηλεκτροκινητήρας αυτός περιστρέφει ένα στρόφαλο που μετατρέπει την περι -στροφική κίνηση σε παλινδρομική, απαραίτητη για τη λειτουργία των καθαριστή ρων.
- Ο ηλεκτροκινητήρας μπορεί να εργαστεί συνήθως σε δύο ταχύτητες (σκάλες) που επιλέγονται από διακόπτη στο ταμπλό. Σε πολλά αυτοκίνητα, υπάρχει και μια πολύ αργή σκάλα για το ψιχάλισμα. Η τάση λειτουργίας του ηλεκτροκινητήρα είναι 12V και 24V, ενώ η γωνία απόκλισης του βραχίονα είναι από 55° έως 105°.

Μερικοί τύποι ηλεκτροκινητήρων έχουν μια θερμοστατική διάταξη προστασίας που τους θέτει εκτός λειτουργίας, όταν οι καθαριστήρες ακινητοποιηθούν από το χιόνι ή τον πάγο.
Τέλος αναφέρουμε ότι υπάρχουν και μηχανισμοί υαλοκαθαριστήρων που εργάζο -νται με υποπίεση αέρα ή με αέρα που παίρνουν από τον αεροσυμπιεστή.

2.8.4. Πλύστης παρμπρίζ
Η πλύση του παρμπρίζ γίνεται μέσω αντλίας που συνήθως είναι ηλεκτρική με διά -φραγμα (όπως η αντλία καυσίμου) ή με φτερωτή που κινείται από ένα μικρό κινη τήρα. Η αντλία ενεργοποιείται με ένα μπουτόν και παίρνει ρεύμα μετά το διακόπτη ανάφλεξης.
Διευκρινίζεται ότι το δοχείο με το υγρό πλύσης του παρμπρίζ τοποθετείται κάτω από το καπό, οπότε είναι απαραίτητη η χρήση της αντλίας για τον ψεκασμό του παρμπρίζ με νερό.

2.8.5. Ηλεκτρικός ανεμιστήρας (βεντιλατέρ)
Είναι γνωστό, ότι η ψύξη του κινητήρα γίνεται από το νερό του ψυγείου και αποβάλ -λεται στον περιβάλλοντα χώρο.
Τα ρεύματα αέρα, που δημιουργούνται στο χώρο του ψυγείου κατά την κίνηση του αυτοκινήτου, βοηθούν πάρα πολύ στην αποβολή της θερμότητας προς το περιβάλ -λον.
Όταν όμως το αυτοκίνητο δεν κινείται ή κινείται σε χαμηλές ταχύτητες η αποβολή αυτής της θερμότητας δυσχεραίνεται, με αποτέλεσμα ο κινητήρας του αυτοκινήτου να υπερθερμαίνεται. Για την επίλυση του προβλήματος αυτού, τοποθετούμε κοντά στο ψυγείο του αυτοκινήτου ένα ηλεκτροκίνητο ανεμιστήρα (βεντιλατέρ), ο οποίος λειτουργεί με τη βοήθεια ενός θερμοστάτη. Όταν η θερμοκρασία του νερού ξεπερά -σει τους 95°C, κλείνει ο θερμοστάτης και μπαίνει σε λειτουργία ο ανεμιστήρας. Όταν η θερμοκρασία του νερού επανέλθει στα επιτρεπόμενα όρια, τότε ο θερμοστάτης διακόπτει το κύκλωμα και ο ανεμιστήρας σταματά.

2.8.6. Ηλεκτρική βενζιναντλία
Η ηλεκτρική βενζιναντλία λειτουργεί είτε με ηλεκτροκινητήρα, είτε με ηλεκτρομαγνή -τη.
Οι ηλεκτρικές βενζιναντλίες πλεονεκτούν έναντι των μηχανικών. Η παροχή καυσί -μου ξεκινά μόλις στρίψουμε το διακόπτη της μηχανής. Η ηλεκτρική βενζιναντλία παρέχει άφθονη ποσότητα καυσίμου και ενδείκνυται η τοποθέτησή της και στους κινητήρες υψηλών απαιτήσεων.
Οι ηλεκτρικές βενζιναντλίες διακρίνονται σε δύο βασικούς τύπους:
- α. Ηλεκτρική βενζιναντλία που τοποθετείται στη γραμμή καυσίμου.
- β. Ηλεκτρική βενζιναντλία που τοποθετείται μέσα ή εξω από το ρεζερβουάρ. Στα σύχρονα αυτοκίνητα τοποθετείται μέσα στο ρεζερβουάρ.

Η ηλεκτρική βενζιναντλία που τοποθετείται στη γραμμή καυσίμου, μπορεί να λει -τουργεί είτε με ηλεκτρικό κινητήρα, είτε με ηλεκτρομαγνήτη.
Το σχήμα 2.43 δείχνει σχηματικά μια ηλεκτρική βενζιναντλία (παλμική) που λειτουρ -γεί με ηλεκτρομαγνήτη. Η χρήση της περιορίζεται στα αυτοκίνητα παλαιάς τεχνολο γίας.

2. ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ Σ.Ρ.
Σχ. 2.43: Hλεκτρική βενζιναντλία με ηλεκτρομαγνήτη.
Ο ηλεκτρομαγνήτης έλκει τον οπλισμό και τεντώνει τη φυσούνα προκαλώντας στο εσωτερικό της κενό. Έτσι αναρροφάται βενζίνη από το ρεζερβουάρ μέσα από τη βαλβίδα εισόδου μέχρι τη φυσούνα. Όταν ο οπλισμός φτάσει στο κάτω μέρος της διαδρομής του ανοίγει ένα ζευγάρι επαφών και ο ηλεκτρομαγνήτης αποσυνδέεται.
Σκοπός του επανατατικού ελατηρίου είναι να ανυψώνει τον οπλισμό και να συμπι -έζει τη φυσούνα εξαναγκάζοντας το καύσιμο να βγει από τη βαλβίδα εξόδου. Όταν ο οπλισμός φτάσει στο πάνω σημείο, κλείνει το ζεύγος επαφών, επαναδιεγείρεται ο ηλεκτρομαγνήτης και ο κύκλος επαναλαμβάνεται.

Η βενζιναντλία που τοποθετείται στο ρεζερβουάρ έχει έναν ηλεκτρικό κινητήρα, ο οποίος γυρίζει μια φτερωτή. Με την περιστροφή της φτερωτής οδηγείται το καύσιμο στο καρμπυρατέρ ή στο σύστημα έγχυσης καυσίμου (injection).
Η αντλία συνδέεται με το ηλεκτρικό κύκλωμα, διαμέσου των επαφών του ρελέ μίζας. Στη συνέχεια το κύκλωμα διατηρείται, δια μέσου του πιεστικού διακόπτη λαδιού.
Η αντλία διακόπτει τη λειτουργία της, όταν ο κινητήρας σταματήσει ή, όταν πέσει σημαντικά η πίεση λαδιού.
Το σχήμα 2.44 (α-β) δείχνει μια περιστροφική ηλεκτρική βενζιναντλία που λειτουργεί με ηλεκτροκινητήρα.

Σχ. 2.44α.

Περιστροφική ηλεκτρική βενζιναντλία
- 1. Πλευρά αναρρόφησης
- 2. Περιοριστής πίεσης
- 3. Περιστροφική αντλία
- 4. Επαγώγιμο κινητήρα
- 5. Βαλβίδα ελέγχου
- 6. Πλευρά πίεσης

Σχ. 2.44β.

Λειτουργία περιστροφικής αντλίας
- 1. Πλευρά αναρρόφησης
- 2. Έλασμα δρομέα
- 3. Κυλινδρίσκος αντλίας
- 4. Έλασμα στεφάνης κυλινδρίσκων
- 5. Πλευρά πίεσης

2. ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ Σ.Ρ.
Η ηλεκτρική βενζιναντλία είναι μια περιστροφική αντλία που παίρνει κίνηση από κινητήρα με μόνιμους, (φυσικούς) μαγνήτες.
Η ενέργεια άντλησης αρχίζει από τη στιγμή που οι κυλινδρίσκοι κατά την περιστρο -φή τους κλείνουν την οπή αναρρόφησης (είσοδος καυσίμου). Το παγιδευμένο καύ σιμο εξαναγκάζεται σε περιστροφή μπροστά από τους κυλινδρίσκους αυτούς, μέχρι να μπορέσει να διαφύγει από την αντλία μέσω της οπής εξόδου (σχ. 2.43β) και να οδηγηθεί στο σύστημα ψεκασμού.
Το καύσιμο (βενζίνη) ρέει απευθείας γύρω από τον ηλεκτρικό κινητήρα, χωρίς να υπάρχει κίνδυνος έκρηξης, αφού ποτέ δεν υπάρχει εύφλεκτο μίγμα μέσα στον κι -νητήρα.

Η ηλεκτρική βενζιναντλία απελευθερώνει πάντοτε περισσότερο καύσιμο από ότι χρειάζεται η μηχανή, έτσι ώστε να υπάρχει κάτω από όλες τις συνθήκες λειτουργίας μια ικανοποιητική πίεση στο σύστημα καυσίμου.

2.8.7. Hλεκτρικός μηχανισμός τζαμιών
Σε όλα τα αυτοκίνητα νέου τύπου τοποθετείται κυρίως στις μπροστινές πόρτες (σπάνια στις πίσω) ένας κινητήρας που ανεβάζει και κατεβάζει το τζάμι (σχ. 2.45).
Σχ. 2.45: Mηχανισμός αυτόματης λειτουργίας τζαμιού μπροστινής πόρτας.
Ένας κινητήρας χρησιμοποιείται για να λειτουργήσει ο μηχανισμός μανδάλωσης. Το σύστημα ενερνοποιείται με το χειρισμό ενός διακόπτη σε κάθε πόρτα. Η κλειδαριά κάθε πόρτας μπορεί να λειτουργήσει είτε χειροκίνητα είτε ηλεκτρικά.

2.8.8. Eρωτήσεις
- 1. Ποιος είναι ο σκοπός του εκκινητή (μίζας) στα αυτοκίνητα;
- 2. Περιγράψτε τον τρόπο μετάδοσης της κίνησης από τον εκκινητή στον κινητήρα.
- 3. Σε ποιες κατηγορίες διαιρούνται οι εκκινητές;
- 4. Ποιους ειδικούς τύπους εκκινητών γνωρίζετε;
- 5. Εξηγήστε πώς μετατρέπεται η περιστροφική κίνηση σε παλινδρομική στους κα -θαριστήρες των αυτοκινήτων.
- 6. Να περιγραφεί ο τρόπος πλύσης του παρμπρίζ.
- 7. Αναφέρετε πώς και γιατί μπαίνει σε λειτουργία ο ηλεκτρικός ανεμιστήρας (βε -ντιλατέρ).
- 8. Πώς διακρίνονται οι ηλεκτρικές βενζιναντλίες;
- 9. Να περιγραφεί η λειτουργία ηλεκτρικής βενζιναντλίας που τοποθετείται στη γραμμή καυσίμου (λειτουργία με ηλεκτρομαγνήτη).
- 10. Να περιγραφεί η λειτουργία ηλεκτρικής βενζιναντλίας που τοποθετείται στο ρε -ζερβουάρ.

Βάλτε σε κύκλο το γράμμα μπροστά από τη σωστή απάντηση
- 1 1 . Η αρχή λειτουργίας της μίζας στηρίζεται:
- β. στην αρχή λειτουργίας των γεννητριών Σ.Ρ.
- α. στην αρχή λειτουργίας των κινητήρων Σ.Ρ.
- γ. στην αρχή λειτουργίας των κινητήρων Ε.Ρ.
- 12. Ο εκκινητής - γεννήτρια χρησιμοποιείται:
- β. μόνο σε μεγάλους πετρελαιοκινητήρες.
- α. σε φορτηγά αυτοκίνητα.
- γ. σε μικρούς κινητήρες αυτοκινήτων και σε μοτοσικλέτες.
- 13. Η ηλεκτρική βενζιναντλία λειτουργεί:
- β. με ηλεκτρομαγνήτη.
- α. με ηλεκτροκινητήρα.
- γ. και με τα δύο παραπάνω.

2.9. Ανακεφαλαίωση
- ê Η κατασκευή της πρώτης μηχανής Σ.Ρ. στηρίχτηκε στην ανακάλυψη του νόμου της επαγωγής από τον Faraday (Φαραντέη).
- ê Όταν ένας αγωγός κινείται μέσα σε μαγνητικό πεδίο, έτσι που να κόβει τις μαγνη -τικές γραμμές, δημιουργείται σ' αυτόν ΗΕΔ από επαγωγή. Το μέγεθός της δίνεται από τη σχέση: Ε=Β  ℓ  u  ημα (σε V).
- ê Όταν ένας αγωγός βρίσκεται μέσα σε μαγνητικό πεδίο και διαρρέεται από ηλε -κτρικό ρεύμα, τότε ασκείται σ' αυτόν από το μαγνητικό πεδίο δύναμη που τείνει να τον κινήσει προς ορισμένη κατεύθυνση.

Το μέγεθος της δύναμης δίνεται από τη σχέση: F= Β  ℓ  I  ημα (σε Ν)
- ê Οι γεννήτριες και οι κινητήρες Σ.Ρ. είναι μηχανές όμοιες μεταξύ τους από την άπο -ψη της κατασκευής. Τα κύρια μέρη τους είναι:
- β. ο δρομέας με το επαγωγικό τύμπανο και το συλλέκτη και
- α. ο στάτης, που έχει τους μαγνητικούς πόλους και το ζύγωμα,
- γ. ο ψηκτροφορέας που στηρίζεται στο ακίνητο μέρος της μηχανής.
- ê Η δημιουργία του μαγνητικού πεδίου στις μηχανές Σ.Ρ. γίνεται από το ηλεκτρικό ρεύμα, που διαρρέει τα τυλίγματα των μαγνητικών πόλων και ονομάζεται διέγερση της μηχανής.
- ê Για να αναγνωρίζονται εύκολα οι ακροδέκτες μιας μηχανής απαιτείται η τυποποί -ηση των ακροδεκτών τους.
- ê Όταν πρόκειται να κατασκευάσουμε ένα κινητήρα, θα πρέπει για λόγους ασφαλεί -ας να γνωρίζουμε και τις συνθήκες στις οποίες θα εργαστεί.
- ê Ο κωδικός που χαρακτηρίζει το βαθμό προστασίας ενός κινητήρα αποτελείται από τα γράμματα IP συνοδευόμενα από δύο χαρακτηριστικούς αριθμούς.
- ê Ανάλογα με τον τρόπο που τα άκρα των ομάδων του τυλίγματος του επαγωγικού τυμπάνου συνδέονται με τους τομείς του συλλέκτη, τα τυλίγματα των μηχανών Σ.Ρ. διακρίνονται σε βροχοτυλίγματα και κυματοτυλίγματα.
- ê Τα βροχοτυλίγματα χρησιμοποιούνται σε μηχανές χαμηλής τάσης και υψηλής έντασης ρεύματος.
- Τα κυματοτυλίγματα χρησιμοποιούνται σε μηχανές υψηλής τάσης και χαμηλής έντασης ρεύματος.
- ê Στις γεννήτριες ξένης διέγερσης, το τύλιγμα διέγερσης τροφοδοτείται από μια ανε -ξάρτητη πηγή Σ.Ρ. Η διακύμανση τάσης στις γεννήτριες αυτές κυμαίνεται μεταξύ 5 και 10% για την κανονική ένταση διέγερσης και την κανονική ταχύτητα περιστροφής.
- ê Οι γεννήτριες με παράλληλη διέγερση έχουν το τύλιγμα διέγερσης συνδεσμολο -γημένο παράλληλα με το επαγωγικό τύμπανο. Οι μηχανές αυτές αυτοδιεγείρονται χάρη στον παραμένοντα μαγνητισμό των πόλων. Η διακύμανση τάσης στις γεννή -τριες αυτές, για σταθερή ταχύτητα περιστροφής και σταθερή αντίσταση διέγερσης, είναι μεγαλύτερη από ό,τι στις γεννήτριες με ξένη διέγερση.
- ê Οι γεννήτριες με διέγερση σειράς έχουν το τύλιγμα διέγερσης συνδεσμολογημένο σε σειρά με το επαγωγικό τύμπανο. Στις γεννήτριες αυτές, που πολύ σπάνια κατα -σκευάζονται για να αυτοδιεγερθούν, πρέπει το φορτίο να είναι συνδεδεμένο από την αρχή, ώστε να μπορεί να περάσει ρεύμα μέσα από το τύλιγμα διέγερσης.
- ê Στις γεννήτριες με σύνθετη διέγερση, το τύλιγμα κάθε πόλου αποτελείται από δύο μέρη: το παράλληλο τύλιγμα και το τύλιγμα σειράς. Το πρώτο συνδεσμολογείται όπως στις γεννήτριες με παράλληλη διέγερση και το δεύτερο, όπως στις γεννήτριες με διέγερση σειράς. Το τύλιγμα σειράς είναι δυνατό να συνδεθεί κατά δύο τρόπους έτσι ώστε: (α) να ενισχύεται το μαγνητικό πεδίο που προκαλείται από το παράλληλο τύλιγμα (αθροιστική σύνθετη διέγερση), (β) να εξασθενεί το μαγνητικό πεδίο που προκαλείται από το παράλληλο τύλιγμα (διαφορική σύνθετη διέγερση).
- ê Η ισχύς που δίνει μια γεννήτρια Σ.Ρ. δίνεται από τη σχέση: Ρ = VI (σε Watt)

Οι απώλειες διακρίνονται σε σταθερές, που είναι οι μηχανικές και οι μαγνητικές απώλειες και σε μεταβλητές, που είναι οι ηλεκτρικές απώλειες.
Η ισχύς που απορροφά η γεννήτρια από την κινητήρια μηχανή είναι μεγαλύτερη. Η διαφορά αποτελεί την ισχύ των απωλειών, οι οποίες εμφανίζονται με μορφή θερμό -τητας.
- Ο λόγος της ισχύος που δίνει μια γεννήτρια προς την ισχύ που απορροφά από την κινητήρια μηχανή, ονομάζεται βαθμός απόδοσης της γεννήτριας :
η= P = P P+P 1 απ < 1
Ο βαθμός απόδοσης μεταβάλλεται ανάλογα με το φορτίο της.

- ê Η γεννήτρια του αυτοκινήτου είναι το μηχάνημα που παράγει την ηλεκτρική ενέρ -γεια που απαιτείται για τους καταναλωτές του. Η τάση λειτουργίας της γεννήτριας είναι 6V, 12V ή 24V.
Η ονομαστική ισχύς της γεννήτριας είναι 140W , ενώ η μέγιστη ισχύς, χωρίς κίνδυνο καταστροφής της, φτάνει τα 200W.
- ê Η γεννήτρια παλμών τύπου ΗαΙΙ (Χολ) έχει εφαρμογή στο σύστημα ανάφλεξης οχημάτων. Εκμετάλλευση του φαινομένου αυτού γίνεται και στη μέτρηση μικρών μετακινήσεων. Στην ίδια αρχή λειτουργίας στηρίζεται ο διακόπτης φαινομένου ΗαΙΙ (Χολ).
- ê Η αντιηλεκτρεγερτική δύναμη ενός κινητήρα Σ.Ρ. δίνεται από τη σχέση:

- ê Κατά τη στιγμή της εκκίνησης η Ε$\_{α}$ είναι ίση με μηδέν, οπότε το ρεύμα παίρνει τη μέγιστη τιμή που είναι:
Ι = U-0 R = U R ε T T
- ê Για να αποφύγουμε το πρόβλημα της πολύ μεγάλης έντασης εκκίνησης στους κινητήρες Σ.Ρ., τοποθετούμε σε σειρά με το επαγωγικό τύλιγμα μια μεταβλητή αντί -σταση, που ονομάζεται εκκινητής . Κατά το στάδιο της εκκίνησης ισχύει η σχέση:
I = U R +R ε T ε
- ê Η ροπή στρέψης των κινητήρων Σ.Ρ. δίνεται από τη σχέση: Τ=κ$\_{1}$ΦΙ$\_{τ}$ $\_{ }$(σε Nm)
- ê Όταν ένας κινητήρας εργάζεται με φορτίο, η ηλεκτρική ισχύς που απορροφά από το δίκτυο εξαρτάται από το φορτίο και μεταβάλλεται αυτόματα, ανάλογα με τις μετα -βολές του φορτίου.
- ê Σημαντικό πλεονέκτημα των κινητήρων Σ.Ρ. σε σύγκριση με τους κινητήρες Ε.Ρ. είναι το γεγονός της εύκολης ρύθμισης των στροφών. Η ρύθμιση της ταχύτητας περιστροφής γίνεται, με δύο βασικούς τρόπους. Διατη -ρούμε την τάση σταθερή και μεταβάλλουμε το ρεύμα διέγερσης ή διατηρούμε το ρεύμα διέγερσης σταθερό και μεταβάλλουμε την τάση του επαγωγικού τυμπάνου.
- ê Η ισχύς που δίνει ο κινητήρας στον άξονά του δίνεται από τη σχέση:

P= T n 9,55 α × (σε W)
Η ηλεκτρική ισχύς που απορροφά ο κινητήρας από το δίκτυο δίνεται από τη σχέση: Ρ$\_{1}$ = UΙ (σε W)
Η διαφορά Ρ$\_{1}$-Ρ δίνει την ισχύ των απωλειών του κινητήρα. Βαθμός απόδοσης είναι ο λόγος των ισχύων:
- ê Στους κινητήρες με παράλληλη διέγερση όπως και στις αντίστοιχες γεννήτριες, το κύκλωμα διέγερσης τροφοδοτείται παράλληλα με το τύλιγμα του επαγωγικού τυ -μπάνου.
Στους κινητήρες με παράλληλη διέγερση, η ταχύτητα περιστροφής πολύ λίγο μετα -βάλλεται με την μεταβολή του φορτίου, ενώ η ροπή μεταβάλλεται ανάλογα.

Η αλλαγή της φοράς περιστροφής στους κινητήρες αυτούς γίνεται με δύο τρόπους: με την αλλαγή της φοράς του ρεύματος διέγερσης χωρίς να μεταβληθεί η φορά του ρεύματος του τυμπάνου ή με την αλλαγή της φοράς του ρεύματος τυμπάνου, χωρίς να μεταβληθεί η πολικότητα των μαγνητικών πόλων.
- ê Στους κινητήρες με διέγερση σειράς, το κύκλωμα διέγερσης είναι συνδεδεμένο σε σειρά με το τύλιγμα του επαγωγικού τυμπάνου, τους βοηθητικούς πόλους και τον εκκινητή.
Για να αλλάξουμε τη φορά περιστροφής του κινητήρα, πρέπει να αλλάξουμε τη φορά του ρεύματος στο τύλιγμα του επαγωγικού τυμπάνου και στο τύλιγμα των βο -ηθητικών πόλων, χωρίς να αλλάξουμε τη φορά του ρεύματος στη διέγερση. Στους κινητήρες με διέγερση σειράς, η ταχύτητα περιστροφής ελαττώνεται σημαντικά με την αύξηση του φορτίου, ενώ αυξάνεται σημαντικά και η ροπή.

- ê Στους κινητήρες με σύνθετη διέγερση, όπως και στις γεννήτριες, κάθε κύριος μα -γνητικός πόλος έχει δύο τυλίγματα, το παράλληλο τύλιγμα και το τύλιγμα σειράς. Το τύλιγμα σειράς μπορεί να ενισχύει το μαγνητικό πεδίο του παραλλήλου τυλίγματος ή να το εξασθενεί.
- Οι χαρακτηριστικές λειτουργίας του κινητήρα με σύνθετη διέγερση βρίσκονται μετα -ξύ των χαρακτηριστικών λειτουργίας του κινητήρα με παράλληλη διέγερση και του κινητήρα με διέγερση σειράς.
Για να αλλάξουμε τη φορά περιστροφής του κινητήρα, πρέπει να αλλάξουμε τη συνδεσμολογία, ώστε να αλλάξει η φορά του ρεύματος που διαρρέει το επαγωγικό τύμπανο και τους βοηθητικούς πόλους, ενώ διατηρούμε την ίδια φορά και στα δύο τυλίγματα διέγερσης.

- ê Η ταχύτητα περιστροφής των κινητήρων Σ.Ρ. είναι δυνατόν να μεταβάλλεται:
- - με ρύθμιση της τάσης στα άκρα του οπλισμού του και με ρύθμιση της αντίστασης του οπλισμού του.
- - με ρύθμιση της αντίστασης διέγερσης
- ê Τα πιο συνηθισμένα στοιχεία που χρησιμοποιούνται στα κυκλώματα ελέγχου για την εκκίνηση των κινητήρων είναι: Οι ασφάλειες, οι διακόπτες επαφής, τα ρελέ και οι θερμικοί διακόπτες υπερφόρτισης.
- ê Με το σύστημα Ward -Leonard (Βαρτ-Λέοναρντ) είναι δυνατόν να επιτευχθεί ένα αρκετά μεγάλο εύρος ταχυτήτων και προς τις δύο κατευθύνσεις περιστροφής. Λόγω των μειονεκτημάτων που παρουσιάζει το σύστημα Ward - Leonard (Βαρτ-Λέ -οναρντ) έχει αντικατασταθεί από τους ηλεκτρονικούς μετατροπείς ισχύος (SCR).
- ê Για να μειώσουμε, όσο είναι δυνατόν, το διάστημα που απαιτείται να σταματήσει να περιστρέφεται ένας κινητήρας, όταν αποσυνδέεται από το δίκτυο, εφαρμόζουμε την ηλεκτρική πέδηση. Για να καταναλώσουμε την κινητική ενέργεια, αρκεί να μετα -τρέψουμε προσωρινά τον κινητήρα σε γεννήτρια με κατανάλωση.
- ê Οι σερβοκινητήρες είναι ειδικά σχεδιασμένες μηχανές Σ.Ρ. με υψηλή ροπή και χαμηλή αδράνεια.
- α. Κινητήρες ελεγχόμενου πεδίου.

Χρησιμοποιούνται τέσσερις τύποι σερβοκινητήρων Σ.Ρ.
- β. Σερβοκινητήρες ελεγχόμενου τυμπάνου.
- δ. Σερβοκινητήρες χωρισμένου πεδίου σειράς.
- γ. Σερβοκινητήρες μόνιμων μαγνητών ελεγχόμενου τυμπάνου.
- ê Οι κινητήρες Σ.Ρ. χωρίς ψήκτρες δεν διαθέτουν επαγωγικό τύλιγμα, συλλέκτη και ψήκτρες. Το επαγώγιμο έχει μαγνήτες και περιβάλλεται από τα σταθερά τυλίγματα του στάτη.
- Οι φάσεις του στάτη είναι γενικά τρεις, αλλά σε μερικούς κινητήρες μπορεί να είναι τέσσερις ή δύο.
- ê Οι κινητήρες Σ.Ρ. τύπου μέσα έξω, είναι κινητήρες χωρίς ψήκτρες. Οι μόνιμοι μα -γνήτες του τυμπάνου τοποθετούνται στο σταθερό περίβλημα της μηχανής, ενώ το τύλιγμα του στάτη βρίσκεται στο εσωτερικό του περιστρεφόμενου μέρους.
- ê Οι κινητήρες μόνιμων μαγνητών διαθέτουν τύλιγμα οπλισμού και ψήκτρες όπως και οι συμβατικοί κινητήρες. Το μαγνητικό πεδίο προέρχεται από μόνιμους μαγνήτες και όχι ηλεκτρομαγνήτες.
- ê Οι βηματικοί κινητήρες χρησιμοποιούνται σε λειτουργίες ψηφιακού ελέγχου. Οι κινητήρες αυτοί είναι δύο φάσεων μόνιμου μαγνήτη και παρέχουν μια συγκεκριμένη γωνιακή κίνηση, κάθε φορά που η πολικότητα του τυλίγματος αλλάζει.
- ê Οι κινητήρες των αρθρώσεων είναι κινητήρες Σ.Ρ. κινητού πηνίου, που χρησιμο -ποιούνται σε ρομποτικά εργαλεία.
- ê Ο εκκινητής ανήκει στο σύστημα εκκίνησης του αυτοκινήτου και είναι βασικά ένας μικρός ηλεκτροκινητήρας Σ.Ρ. με διέγερση σειράς που τροφοδοτείται από τη μπα -ταρία του αυτοκινήτου. Η μετάδοση της κίνησης από τον εκκινητή στον κινητήρα γίνεται με ένα ζευγάρι οδοντωτών τροχών.
- ê Σύμφωνα με την αρχή λειτουργίας του μηχανισμού εμπλοκής οι εκκινητές διαι -ρούνται σε:
- β. τύπου προεμπλοκής (με πλωτό δρομέα).
- α. αδρανειακού τύπου (με πλωτό πινιόν).
- Σύμφωνα με τον τρόπο που κινείται το πινιόν, διαιρούνται σε:
- β. μέσου τύπου.
- α. ελαφρού τύπου.
- ê Για μεγάλους πετρελαιοκινητήρες χρειαζόμαστε ειδικούς τύπους εκκινητών με με -γαλύτερη ισχύ από τους κοινούς.
- ê Ο εκκινητής - γεννήτρια χρησιμοποιείται σε μικρούς κινητήρες αυτοκινήτων ή σε μοτοσικλέτες και σκούτερ. Είναι μια πολύπλοκη ηλεκτρική μηχανή, με στάτη, ζύγω -μα, μαγνητικούς πόλους και δρομέα.
- ê Ο ηλεκτροκινητήρας των καθαριστήρων του αυτοκινήτου περιστρέφει ένα στρό -φαλο που μετατρέπει την περιστροφική κίνηση σε παλινδρομική.

Υπάρχουν και μηχανισμοί υαλοκαθαριστήρων που εργάζονται με υποπίεση αέρα ή με αέρα που παίρνουν από τον αεροσυμπιεστή.
- ê Η πλύση του παρμπρίζ γίνεται μέσω αντλίας, που συνήθως είναι ηλεκτρική με διάφραγμα ή με φτερωτή που κινείται από ένα μικρό κινητήρα.
- ê Ο ηλεκτρικός ανεμιστήρας (βεντιλατέρ) βοηθάει στην απαγωγή της θερμότητας από το ψυγείο, όταν το αυτοκίνητο δεν κινείται ή κινείται σε χαμηλές ταχύτητες.
- ê Η ηλεκτρική βενζιναντλία λειτουργεί με ηλεκτροκινητήρα ή με ηλεκτρομαγνήτη. Οι ηλεκτρικές βενζιναντλίες διακρίνονται σε δύο βασικούς τύπους: αυτές που τοποθε -τούνται στη γραμμή καυσίμου και αυτές που τοποθετούνται στο ρεζερβουάρ.

κεφάλαιο 3 εναλλακτήρες
Εναλλακτήρες ονομάζουμε τις σύγχρονες μηχανές - γεννήτριες Ε.Ρ. που χρησιμοποιούνται:
- - στους μεγάλους σταθμούς παραγωγής ,
- - στην ηλ. έλξη και στα αυτοκίνητα ,
- - σε επιχειρήσεις και εργοστάσια ,
- -σε νοσοκομεία κ.λπ. ιδρύματα , σε απομονωμένα σπίτια και όπου αλλού χρειαζόμαστε ηλεκτρική ενέργεια , με την οποία λειτουργούν σήμερα όλες σχεδόν οι μηχανές και συσκευές (σχ. 3.1).

Ενότητα 3.1. ΕναλλακτήραςΗλεκτροπαραγωγό ζεύγος

Διδακτικοί στόχοι
Μετά από τη μελέτη της ενότητας αυτής, θα πρέπει να μπορείτε:
- 1. Να περιγράφετε και να διατυπώνετε τα χαρακτηριστικά του εναλλασσόμε -νου ρεύματος.
- 2. Να διατυπώνετε την αρχή λειτουργίας των εναλλακτήρων.
- 3. Να διατυπώνετε τη σχέση στροφών - ζευγών πόλων και συχνότητας.
- 4. Να απαριθμείτε τα βασικά εξαρτήματα των ηλεκτροπαραγωγών ζευγών και να αναγνωρίζετε τη σήμανση των ακροδεκτών και τη συνδεσμολογία τους.
- 5. Να εντοπίζετε τα όρια φόρτισης ενός ηλεκτροπαραγωγού ζεύγους.
- 6. Να εξασφαλίζετε τα μέτρα προστασίας για την ασφαλή λειτουργία των ηλε -κτροπαραγωγών ζευγών.

3.1.1. Παραγωγή εναλλασσόμενης ημιτονοειδούς τάσης

1) Γενικά
Όπως είδαμε και στο προηγούμενο κεφάλαιο (εν. 2.1.2), όταν ένα πλαίσιο (σπεί -ρα) περιστρέφεται μέσα σε σταθερό Μαγνητικό Πεδίο (Μ.Π.) έτσι, ώστε να τέ μνει τις μαγνητικές γραμμές, στα άκρα του αναπτύσσεται (από επαγωγή) εναλλασσόμενη Η.Ε.Δ. Ε ή e , ημιτονοειδούς μορφής. Το ίδιο αποτέλεσμα έχουμε και αν, αντί για τους αγωγούς του πλαισίου, περιστρέφεται το Μ.Π., δηλ. οι μαγνητικοί πόλοι (σχ. 3.2).
Σχ. 3.2: Ανάπτυξη εναλλασόμενης ημιτονοειδούς Η.Ε.Δ. με περιστροφή των πόλων.

2) Παραγωγή εναλλασσόμενης ημιτονοειδούς τάσης και ρεύματος
Για να χρησιμοποιήσουμε την εναλλασσόμενη Η.Ε.Δ. που αναπτύσσεται στο πλαί -σιο, συνδέουμε στα άκρα του -μέσω δακτυλιδιών και ψηκτρών -ένα ηλεκτρικό φορτίο (R), π.χ. ένα λαμπτήρα πυρακτώσεως.
Έτσι δημιουργείται ένα κλειστό ηλεκτρικό κύκλωμα , οπότε από την Η.Ε.Δ. e παίρνουμε μια εναλλασσόμενη ημιτονοειδή ηλεκτρική τάση u και απ' αυτή ένα εναλλασσόμενο ρεύμα (ένταση) i της ίδιας μορφής (σχ. 3.3).
H Όπως είναι γνωστό: η ηλεκτρική τάση είναι η αιτία και το ρεύμα το αποτέλεσμα .

Σχ. 3.3: Παραγωγή εναλλασόμενης ημιτονοειδούς τάσης και ρεύματος, που βρίσκονται σε φάση
Σε μια πλήρη περιστροφή του πλαισίου έχουμε και μια πλήρη εναλλαγή των εναλλασσόμενων μεγεθών (τάσης-έντασης), που λέγεται κύκλος .
Οι εναλλαγές (κύκλοι) των u και i επαναλαμβάνονται, με τον ίδιο τρόπο, σε κάθε πλήρη περιστροφή του πλαισίου, δηλ. όπως λέμε: τόσο η τάση, όσο και η ένταση του ρεύματος μεταβάλλονται περιοδικά , σε σχέση με το χρόνο t ή τη γωνία περιστροφής (φ).

3) Χαρακτηριστικά Εναλλασσόμενου Ρεύματος (Ε.Ρ.)
Τα κύρια χαρακτηριστικά του Ε.Ρ. ημιτονοειδούς μορφής, είναι:
- - η περίοδος και η συχνότητά του,
- - η στιγμιαία, η μέγιστη και η ενεργός τιμή του.
- - η γωνία φάσης και η κυκλική του συχνότητα και
Περίοδο Τ, ονομάζουμε το χρόνο στον οποίο συμπληρώνεται ένας κύκλος, δηλ. μια πλήρης μεταβολή του Ε.Ρ. και
συχνότητα f, τον αριθμό των κύκλων στο δευτερόλεπτο. Εύκολα καταλαβαίνουμε, ότι περίοδος και συχνότητα είναι αντίστροφα μεγέθη , δηλ. είναι:
T= 1 f , (σε sec) ή f= 1 T (3.1)

H Η συχνότητα μετριέται σε c/sec=Herz, με σύμβολο Hz.
Όπως φαίνεται και στο σχήμα 3.4, το Ε.Ρ. στη μισή περίοδο (Τ/2) παίρνει θετικές τιμές (+), ενώ στην άλλη μισή αρνητικές τιμές (-).
Το βιομηχανικό Ε.Ρ., δηλ. το Ε.Ρ. που χρησιμοποιείται για φωτισμό και κίνηση, έχει, σχεδόν πάντοτε στην Ευρώπη, συχνότητα 50Hz. Αυτό σημαίνει, ότι σε κάθε δευτερόλεπτο γίνονται 50 κύκλοι, δηλ. 100 θετικές και αρνητικές εναλλαγές. Έτσι, κάθε περίοδος του Ε.Ρ. διαρκεί 1/50sec= 0,02sec ή 20ms.
Σχ. 3.4: Ε.Ρ. ημιτονοειδούς μορφής και χαρακτηριστικά του.

Γωνία φάσης ή φάση φ, λέμε τη γωνία που δείχνει τη μεταβολή (θέση) του Ε.Ρ. σε μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή (φάση), ενώ κυκλική συχνότητα ω , ονομάζουμε τη μεταβολή της φάσης του Ε.Ρ. στη μονάδα του χρόνου, δηλ. είναι:
ω= φ t ή φ = ω t (σε rad ή ακτίνια) (3.2)
Για χρόνο μιας περιόδου Τ, η φ είναι ίση με 2π (360°), οπότε:
Έτσι, π.χ. για f=50Hz η κυκλική συχνότητα είναι: ω=23,1450=314rad/sec.
ω= φ t = 2π 1 Τ ω= 2π f ⇒  (σε rad/sec) (3.3)
Στιγμιαία τιμή i , ονομάζουμε την τιμή που παίρνει (έχει) το Ε.Ρ. οε κάποια τυχαία χρονική στιγμή, ενώ μέγιστη l$\_{m}$ , που λέγεται και πλάτος , ονομάζουμε τη μεγαλύτε -ρη (θετική και αρνητική) τιμή του (σχ. 3.4β).

H Η στιγμιαία τιμή του Ε.Ρ. δίνεται κάθε φορά από το γινόμενο της μέγιστης τιμής επί το ημίτονο της γωνίας φάσης, δηλ. είναι ίση με:
i = I$\_{m}$  ημφ ή i = Ι$\_{m}$  ημωt (3.4)
Όπως είδαμε, το Ε.Ρ. μεταβάλλεται ημιτονικά , με αποτέλεσμα να μην υπάρχει σταθερό μέτρο (μέγεθος) για τον υπολογισμό ή τη μέτρησή του στη πράξη. Για το λόγο αυτό ορίζουμε μια τιμή του Ε.Ρ., ισοδύναμη μ' αυτή του Σ.Ρ., που λέγεται ενεργός τιμή I$\_{εν}$ του Ε.Ρ., όπως προέκυψε από τη σύγκριση των δύο ρευμάτων.
Ενεργός τιμή Ε.Ρ. είναι η τιμή του Σ.Ρ. που, αν περνούσε μέσα από έναν ωμικό καταναλωτή για κάποιο χρόνο t, θα έδινε το ίδιο θερμικό αποτέλεσμα, μ' αυτό που δίνει το Ε.Ρ. περνώντας μέσα από τον ίδιο καταναλωτή, στον ίδιο χρόνο t.

H Η ενεργός τιμή του ημιτονικού Ε.Ρ. είναι ίση με:
I = I 2 = 1 2 I εν m m × ή I$\_{εν}$ = 0,707  I$\_{m}$ (3.5)
Παρατήρηση:
Τα ίδια χαρακτηριστικά , όπως είναι λογικό, έχει και η εναλλασσόμενη ημιτονοειδής τάση που προκαλεί το Ε.Ρ., δηλ., είναι:
u = U$\_{m}$  ημω t (3.6)
και U$\_{εν}$ = 0,707  U$\_{m}$ (3.7)

Σημείωση
Τα όργανα στην πράξη μετρούν πάντα τις ενεργές τιμές των εναλλασσόμενων μεγεθών ( U$\_{εν }$ και l$\_{εν}$ $\_{'}$) γι' αυτό και από δω και κάτω οι δείκτες ( εν ) παραλείπονται.
Στη συνέχεια του βιβλίου αυτού, όταν μιλάμε για «εναλλασσόμενο ρεύμα» Ε.Ρ., θα εννοούμε πάντα το Ε.Ρ. ημιτονοειδούς μορφής (ημιτονικό), το οποίο παράγε -ται από ειδικές ηλ. μηχανές που ονομάζονται γεννήτριες Ε.Ρ.

4) Είδη γεννητριών Ε.Ρ. - Εναλλακτήρες
Οι γεννήτριες Ε.Ρ. μπορεί να είναι σύγχρονες και ασύγχρονες .
Οι σύγχρονες γεννήτριες έχουν διέγερση με Σ.Ρ., δηλ. Μ.Π. που δημιουργείται από μαγνητικούς πόλους που τα τυλίγματά τους τροφοδοτούνται με Σ.Ρ. και παράγουν Ε.Ρ. με συχνότητα που εξαρτάται από την ταχύτητα περιστροφής της μηχανής, ενώ οι ασύγχρονες έχουν διέγερση με Ε.Ρ. και συχνότητα ρεύματος ανεξάρτητη απ' την ταχύτητα περιστροφής.
Στην πράξη χρησιμοποιούνται, σχεδόν πάντοτε, οι σύγχρονες γεννήτριες Ε.Ρ. που λέγονται και εναλλακτήρες . Ασύγχρονες γεννήτριες κατασκευάζονται πολύ σπάνια (π.χ. στις ανεμογεννήτριες).

Το Σ.Ρ., που χρειαζόμαστε για τη διέγερση των εναλλακτήρων, το παίρνουμε από μια γεννήτρια Σ.Ρ., που συνήθως είναι συνδεμένη στον ίδιο άξονα και λέγεται διεγέρτρια .
Ο εναλλακτήρας, για να δώσει Ε.Ρ. και ηλ. ενέργεια πρέπει, εκτός από τη διέγερση (Μ.Π.), να πάρει κίνηση από κάποια κινητήρια μηχανή , όπως π.χ. είναι μια πετρε -λαιομηχανή, ένας ατμοστρόβιλος, ένας υδροστρόβιλος κ.λπ.
Ανάλογα με τη διάταξη των μαγνητικών πόλων που δημιουργούν τη διέγερση, οι εναλλακτήρες διακρίνονται σε:
- α) εναλλακτήρες με εξωτερικούς πόλους και
- β) εναλλακτήρες με εσωτερικούς ή περιστρεφόμενους πόλους .

 Ειδικός τύπος των εναλλακτήρων με περιστρεφόμενους πόλους είναι οι στροβιλοεναλλακτήρες .

3.1.2. Αρχή λειτουργίας - Συχνότητα, Στροφές και Ζεύγη πόλων

α) Αρχή λειτουργίας εναλλακτήρων με εξωτερικούς πόλους
Η αρχή λειτουργίας των εναλλακτήρων με εξωτερικούς (ή σταθερούς) πόλους εί -ναι ίδια μ' αυτή των γεννητριών Σ.Ρ., δηλ. στους αγωγούς του τυλίγματος , που κινούνται μέσα στο σταθερό Μ.Π., που δημιουργεί η διέγερση της μηχανής, αναπτύσσονται από επαγωγή εναλλασσόμενες Η.Ε.Δ. ημιτονοειδούς μορφής. Η διαφορά από τις γεννήτριες Σ.Ρ. είναι ότι εδώ δεν έχουμε συλλέκτη στον άξονα, αλλά δακτυλίδια , απ' τα οποία παίρνουμε, με τη βοήθεια ψηκτρών, το παραγόμενο (για κλειστό κύκλωμα) Ε.Ρ.

Στο παρακάτω σχήμα 3.5α βλέπουμε σε τομή έναν στοιχειώδη (πολύ απλό) εναλ -λακτήρα με εξωτερικούς πόλους, στον οποίο η διέγερση (δημιουργία Μ.Π.) πετυ χαίνεται με δύο μαγνητικούς πόλους, τα τυλίγματα των οποίων τροφοδοτούνται με Σ.Ρ. από τη διεγέρτρια .
Σχ. 3.5: Στοιχειώδης εναλλακτήρας με εξωτερικούς πόλους (α) και διαδρομή χρήσιμης μαγνητικής ροής (β).
Όπως παρατηρούμε οι μαγνητικές γραμμές, δηλ. η χρήσιμη μαγνητική ροή που δη -μιουργεί τις Η.Ε.Δ. και τελικά το Ε.Ρ., ακολουθεί την κλειστή διαδρομή που φαίνεται στο σχήμα 3.5β.

β) Αρχή λειτουργίας εναλλακτήρων με εσωτερικούς πόλους
Η αρχή λειτουργίας των εναλλακτήρων με εσωτερικούς πόλους είναι γενικά ίδια μ' αυτή των εναλλακτήρων με εξωτερικούς πόλους.
Η διαφορά είναι ότι, κατά τη λειτουργία του εναλλακτήρα αυτού, οι αγωγοί είναι ακίνητοι, δηλαδή βρίσκονται στο σταθερό μέρος της μηχανής και περιστρέφονται οι μαγνητικοί πόλοι και μαζί μ' αυτούς το Μ.Π. Τώρα, οι μαγνητικές γραμμές «τέμνουν» τους αγω -γούς (και όχι οι αγωγοί τις μαγνητικές γραμμές), με το ίδιο όμως αποτέλεσμα, δηλ., τη δημιουργία εναλλασσόμενης Η.ΕΔ. και τάσης ημιτονοειδούς μορφής. Σ' αυτούς τους αγωγούς το Σ.Ρ., για τη διέγερση των πόλων, διοχετεύεται μέσω ψηκτρών και δακτυ -λιδιών που στερεώνονται στον άξονα του περιστρεφόμενου μέρους (δρομέας), ενώ το παραγόμενο Ε.Ρ. λαμβάνεται κατευθείαν από τους ακροδέκτες της μηχανής (σχ. 3.6).

Σχ. 3.6: Στοιχειώδης εναλλακτήρας με εσωτερικούς πόλους.

Σημείωση
Στην πράξη, για να πάρουμε μεγαλύτερες Η.Ε.Δ. και τάσεις, άρα και ισχυρότερα ρεύματα, τοποθετούμε στο επαγωγικό τύμπανο του εναλλακτήρα, όχι μόνο μία σπείρα, αλλά ολόκληρο τύλιγμα , που αποτελείται από πολλές ομάδες σπειρών και συγκροτήματα ομάδων και συνδεδεμένων σε σειρά (σχ. 3.7).
Σχ. 3.7: Σπείρα, ομάδα και συγκρότημα ομάδας τυλίγματος, σε "ανάπτυγμα" επαγωγικού τυμπάνου διπολικού εναλλακτήρα.
Από μια σπείρα παίρνουμε μια μικρή Η.Ε.Δ., από μια ομάδα μεγαλύτερη Η.Ε.Δ. (λίγο μικρότερη από το άθροισμα των Η.Ε.Δ. των σπειρών) και από ένα συγκρότη -μα ομάδων ακόμη μεγαλύτερη Η.Ε.Δ.

H Έτσι, τελικά από το τύλιγμα του επαγωγικού τυμπάνου παίρνουμε μια συνολική Η.Ε.Δ. της ίδιας (ημιτονικής) μορφής και συχνότητας, που έχει ενεργό τιμή λίγο μικρότερη από το άθροισμα των ενεργών τιμών των Η.Ε.Δ. των ομάδων απ' τις οποίες αποτελείται.

γ) Σχέση στροφών, συχνότητας και ζευγών πόλων εναλλακτήρα (σύγχρονη ταχύτητα)
Όπως είπαμε και στην αρχή, εναλλακτήρες ονομάζουμε συνοπτικά τις σύγχρονες γεννήτριες Ε.Ρ. Λέγονται σύγχρονες, επειδή οι συχνότητες των ηλεκτρικών τάσε -ων, που παράγονται στα τυλίγματα του στάτη, βρίσκονται σε συγχρονισμό με την ταχύτητα περιστροφής του δρομέα, όταν έχουμε ένα ζεύγος πόλων.
-  Όταν έχουμε μηχανή με περισσότερα ζεύγη πόλων, τότε η συχνότητα των τάσε -ων είναι ακέραιο πολλαπλάσιο της ταχύτητας περιστροφής του δρομέα.

Η σχέση της συχνότητας των ηλεκτρικών μεγεθών (Η.Ε.Δ.. τάσης και έντασης ρεύ -ματος) με την ταχύτητα περιστροφής του εναλλακτήρα, ανεξάρτητα απ' τον τύπο του, δίνεται από την παρακάτω εξίσωση:
όπου: p: ο αριθμός των ζευγών των μαγνητικών πόλων και
f= p n 60 s × (σε Hz) (3.8)
n$\_{s}$: ο αριθμός στροφών του εναλλακτήρα στο λεπτό.
Έτσι, ανάλογα με την επιθυμητή συχνότητα των εναλλασσόμενων μεγεθών, ο εναλ -λακτήρας πρέπει να έχει τον κατάλληλο αριθμό ζευγών πόλων.

Παράδειγμα
Εξαπολικός εναλλακτήρας (p=3) περιστρέφεται με ταχύτητα n$\_{s}$=1.000στρ/min. Τι συχνότητας Η.Ε.Δ. και ρεύματος μπορεί να μας δώσει;

Λύση
Είναι: f= p n 60 s × . Άρα: f= 31 .000 60 = 3.000 60 = 50Hz × .
Η ταχύτητα n$\_{s}$ που πρέπει να έχει ένας εναλλακτήρας, για να παράγει Η.Ε.Δ. και ρεύμα σταθερής συχνότητας (π.χ. 50Hz, που ισχύει στην Ελλάδα και σ' όλη την Ευρώπη στα δίκτυα Ε.Ρ.), λέγεται σύγχρονη ταχύτητα και δίνεται απ' τη σχέση:
n = f p s (σε στρ/sec) ή n = 60 f p s × (σε στρ/min)
Από την τελευταία σχέση, προκύπτει ο παρακάτω πίνακας 3.1, που δίνει τις σύγ -χρονες ταχύτητες των εναλλακτήρων για τον αντίστοιχο αριθμό των ζευγών των μαγνητικών πόλων (ώστε να παράγουν ρεύμα συχνότητας 50Hz).

Πίνακας 3.1. Σύγχρονες ταχύτητες εναλ/ρων

| Ζεύγη πόλων (p)   | Σύγχρονη ταχύτητα (n$\_{s}$)   |
|-------------------|-------------------------------|
| p=1               | n$\_{s}$= 3.000στρ/min         |
| 2                 | 1.500                         |
| 3                 | 1.000                         |
| 4                 | 750                           |
| 5                 | 600                           |
| 6                 | 500                           |
| 10                | 300                           |
| ...               | ...                           |

Παράδειγμα
Πόσους πόλους πρέπει να έχει εναλλακτήρας που περιστρέφεται με ταχύτητα 250στρ/min, για να παράγει ρεύμα συχνότητας 50Hz;

Λύση

Έχουμε:
n = 60 f p s × , με f = 50H$\_{Z}$ και n$\_{s}$=250στρ/min. Επομένως:
Άρα, ο εναλλακτήρας πρέπει να έχει (212) 24 πόλους.
n = 60 f p p= 60f n = 3.000 250 p=12 s s ⇒ ⇒

3.1.3. Κατασκευαστικά στοιχεία εναλλακτήρων

1) Γενικά
Οι εναλλακτήρες, όπως και οι γεννήτριες Σ.Ρ., αποτελούνται από:
- - το στάτη , που είναι το ακίνητο μέρος και
- δρομέα , που είναι το περιστρεφόμενο μέρος της μηχανής.
Για τη δημιουργία του Μ.Π. ( διέγερση ) υπάρχουν μαγνητικοί πόλοι, οι οποίοι μπορεί να βρίσκονται τόσο στο στάτη, όσο και στο δρομέα, ανάλογα με τον τύπο του εναλλακτήρα. Επίσης, υπάρχει επαγωγικό τύμπανο , στο οποίο τοποθετείται το τύλιγμα απ' το οποίο θα πάρουμε την Η.Ε.Δ. και τάση και τελικά, (αν κλείσουμε κύκλωμα) το Ε.Ρ. Ανάλογα με τη θέση των πόλων, το επαγωγικό τύμπανο βρίσκεται ή στο δρομέα (εναλλακτήρες με εξωτερικούς πόλους) ή στο στάτη (εναλ -λακτήρες με εσωτερικούς πόλους).

Παρακάτω θα δούμε πως κατασκευάζεται κάθε τύπος εναλλακτήρα με περισσότε -ρες λεπτομέρειες.

2) Εναλλακτήρες με εξωτερικούς πόλους (σχ. 3.8α)
Σ' αυτούς ο στάτης , όπως και στις μηχανές Σ.Ρ., έχει προορισμό, εκτός απ' το να στηρίζει τη μηχανή, να δημιουργεί κατάλληλη και καθορισμένη μαγνητική ροή .
Για το σκοπό αυτό αποτελείται από:
α. το ζύγωμα , στο οποίο τοποθετούνται οι μαγνητικοί πόλοι και το τύλιγμα διέγερσης .
- β. τα καλύμματα ή καπάκια (σχ. 3.8β).
γ. τον ψηκτροφορέα και τις ψήκτρες και
- δ. το κιβώτιο ακροδεκτών και τη βάση .
Σχ.3.8: Εναλλακτήρας με εξωτερικούς πόλους (α) και καλύμματα (β).

- Ο προορισμός και ο τρόπος κατασκευής κάθε μέρους του στάτη αναπτύχθηκε ανα -λυτικά, στις μηχανές Σ.Ρ. (εν. 2.2.2), γι' αυτό και εδώ απλά τα αναφέρουμε.
- Ο δρομέας των εναλλακτήρων με εξωτερικούς πόλους έχει σκοπό να δημιουρ -γεί επαγωγική τάση και ρεύμα στο τύλιγμα που τοποθετείται σ' αυτόν και περιλαμβάνει (σχ. 3.9α):
- α. Τον άξονα , που είναι κατασκευασμένος συνήθως από ατσάλι και στηρίζεται στα έδρανα.
- γ. Δύο , ή τρία δακτυλίδια , από ορείχαλκο, μονωμένα μεταξύ τους και ως προς τον άξονα και στερεωμένα σ' αυτόν, όπως φαίνεται στο σχήμα 3.9β, στα οποία συν -δέονται τα άκρα του τυλίγματος του επαγωγικού τύμπανου, που στις μηχανές Σ.Ρ. συνδέονταν στο συλλέκτη.
- β. Το επαγωγικό τύμπανο , που κατασκευάζεται από κυκλικά σιδηροελάσματα, τα οποία σχηματίζουν ένα πυρήνα με αυλάκια, μέσα στα οποία τοποθετείται το τύλιγμα που θα μας δώσει (με την περιστροφή του) το Ε.Ρ.
- δ. Έναν ανεμιστήρα (φτερωτή), που στερεώνεται στον άξονα, στην αντίθετη πλευ -ρά των δακτυλιδιών και ψύχει τα τυλίγματα των μικρών εναλλακτήρων.

- H Οι εναλλακτήρες με εξωτερικούς πόλους κατασκευάζονται μόνο για μικρές ισχείς και Χ.Τ. κι αυτό γιατί έχουν τα παρακάτω μειονεκτήματα :
- ● όλο το ρεύμα του φορτίου περνά απ' τα δακτυλίδια και τις ψήκτρες, που φθείρο -νται γρήγορα όσο κατάλληλα και αν κατασκευασθούν,
- μεγάλη καταπόνηση των μονώσεων του τυλίγματος του επαγωγικού τύμπανου, λόγω των μεγάλων φυγόκεντρων δυνάμεων που αναπτύσσονται.
- ● πολύ λίγο χώρο επαγωγικού τύμπανου, άρα και περιορισμένου τυλίγματος και

3) Εναλλακτήρας με εσωτερικούς πόλους (σχ. 3.10)
Σ' αυτούς ο στάτης περιέχει το επαγωγικό τύμπανο με το τύλιγμά του και ο δρομέας τους μαγνητικούς πόλους, δηλ. τώρα το επαγωγικό τύμπανο είναι ακίνητο και περιστρέφονται οι πόλοι.
Σχ. 3.10: Στάτης (α) και δρομέας εναλλακτήρα (β) με εσωτερικούς πόλους.
Ο στάτης των εναλλακτήρων με εσωτερικούς πόλους αποτελείται κυρίως από:
- α. το ζύγωμα , με το εξωτερικό του κέλυφος ,
- γ. το ψηκτροφορέα με τις ψήκτρες ,
- β. το επαγωγικό τύμπανο , με τον πυρήνα και το τύλιγμα ,
- δ. τα καλύμματα και το κιβώτιο ακροδεκτών .
- Ο πυρήνας του επαγωγικού τύμπανου κατασκευάζεται από πολλά κυκλικά σιδηρο -ελάσματα με εγκοπές, που έχουν επιφανειακή μόνωση από ειδικό βερνίκι και όλα μαζί σχηματίζουν παράλληλες οδοντώσεις (αυλάκια), μέσα στις οποίες τοποθετείται το τύλιγμα (σχ. 3.10α).

Το τύλιγμα αποτελείται από πολλές ομάδες , που συνδέονται μεταξύ τους σχημα -τίζοντας συγκροτήματα ομάδων , τα οποία τοποθετούνται στο πυρήνα του τυμπά νου σε μία ή δύο στρώσεις.
Από το τύλιγμα του εναλλακτήρα μένουν ελεύθερα τα άκρα του, που συνδέονται στους ακροδέκτες (κιβώτιο ακροδεκτών).
- Ο ψηκτροφορέας , που στερεώνεται στο ζύγωμα, έχει κι εδώ σε κατάλληλες υπο -δοχές τις ψήκτρες , με τις οποίες, τροφοδοτούμε με Σ.Ρ. το τύλιγμα διέγερσης των μαγνητικών πόλων.
- Ο δρομέας των εναλλακτήρων με εσωτερικούς πόλους , που έχει σαν βασικό σκοπό να περιστρέφει τους πόλους, ώστε να δημιουργεί περιστρεφόμενο Μ.Π., αποτελείται από:
- α. τον άξονα , που στηρίζεται στα έδρανα, ώστε να μπορεί εύκολα να περιστραφεί,
- γ. τα δακτυλίδια , στα οποία καταλήγει το Σ.Ρ. από τη διεγέρτρια και
- β. τους μαγνητικούς πόλους , με τα πέδιλα , τον πυρήνα και το τύλιγμα διέγερσης .
- δ. τον ανεμιστήρα , για την ψύξη των τυλιγμάτων (σχ. 3.10β).
- Η διεγέρτρια και στους εναλλακτήρες αυτούς συνδέεται συνήθως απευθείας στον άξονα του εναλλακτήρα, απ' τον οποίο και παίρνει κίνηση, οπότε παράγει Σ.Ρ. με το οποίο τροφοδοτούμε τα τυλίγματα των πόλων.

Οι μαγνητικοί πόλοι στερεώνονται ακτινικά (σχ. 3.11) στον άξονα και καθένας τους αποτελείται απ' τον πυρήνα που καταλήγει στο πέδιλο και το τύλιγμα που τυλίγε -ται γύρω απ' αυτόν και τροφοδοτείται με Σ.Ρ. από τη διεγέρτρια.
Τα τυλίγματα των πόλων συνδέονται μεταξύ τους, συνήθως σε σειρά και έτσι, ώστε να σχηματίζονται διαδοχικά βόρειος και νότιος πόλος και τα δύο άκρα , που μέ -νουν ελεύθερα, καταλήγουν στα δύο δακτυλίδια . Στο ίδιο σχήμα, φαίνεται ολόκλη ρο το κύκλωμα διέγερσης του εναλλακτήρα (σε τομή), στο οποίο βλέπουμε τη διαδρομή της (περιστρεφόμενης) χρήσιμης μαγνητικής ροής .

Σχ. 3.11: Διέγερση τετραπολικού εναλλακτήρα με εσωτερικούς πόλους.
H Στους εναλλακτήρες με εσωτερικούς πόλους κερδίζουμε πολύ περισσότερο χώρο για το τύλιγμα του τύμπανου, με αποτέλεσμα να γίνονται πιο εύκολα και για πολύ μεγαλύτερες τάσεις, οι μονώσεις, αλλά έχουμε καταπόνηση, των πόλων απ' τις φυγόκεντρες δυνάμεις που αναπτύσσονται στη περιστροφή του δρομέα. Για το λόγο αυτό χρησιμοποιούνται για μικρές ταχύτητες, όπως π.χ. έχουμε στους υδρο -ηλεκτρικούς σταθμούς. Κύριο χαρακτηριστικό των εναλλακτήρων αυτών είναι ότι έχουν δρομέα με μεγάλη διάμετρο (π.χ. 7m) και μικρό μήκος άξονα .

4) Στροβιλοεναλλακτήρες
Οι στροβιλοεναλλακτήρες είναι ειδικοί τύποι εναλλακτήρων με εσωτερικούς πόλους, που κατασκευάζονται για να λειτουργούν με μεγάλες ταχύτητες περιστροφής (π.χ. 3.000στρ/min), τις οποίες δίνουν οι ατμοστρόβιλοι και οι αεριοστρόβιλοι των θερμι -κών σταθμών.
- Ο στάτης των στροβιλοεναλλακτήρων είναι σχεδόν όμοιος με το στάτη των εναλ -λακτήρων με εσωτερικούς πόλους (η μακρόστενη μορφή του σχετίζεται με την δια φορετική κατασκευή του δρομέα και τις ανάγκες ψύξης της μηχανής).
- Ο δρομέας , όμως, αν και αποτελείται βασικά από τα ίδια τμήματα, κατασκευάζεται διαφορετικά , δηλ. δεν έχει φανερούς πόλους (σχ. 3.12α), αλλά αποτελείται από ένα μακρόστενο κυλινδρικό τύμπανο που κατά μήκος του σχηματίζει αυλάκια μέσα στα οποία τοποθετείται και στερεώνεται καλά το τύλιγμα διέγερσης .

Οι στροβιλοεναλλακτήρες κατασκευάζονται συνήθως με ένα ζεύγος πόλων, δηλ. έχουν διπολική διέγερση (σχ. 3.12β).
Σχ. 3.12: Δρομέας (α) και διέγερση (β) στροβιλοεναλλακτήρα.
Το τύλιγμα διέγερσης, με πολλές σπείρες συνδεδεμένες στη σειρά, τροφοδοτείται κι εδώ από τη διεγέρτρια , με τη βοήθεια δύο δακτυλιδιών, που στερεώνονται στον άξονα του δρομέα.

Σημείωση
Τα τελευταία χρόνια οι κατασκευαστές των μεγάλων εναλλακτήρων, αντί για γεν -νήτρια Σ.Ρ., που παρουσιάζει συχνές ανωμαλίες, χρησιμοποιούν σαν διεγέρτρια μια μικρή γεννήτρια Ε.Ρ., δηλ., ένα μικρό αυτοδιεγειρόμενο εναλλακτήρα , όπως π.χ. ο εναλλακτήρας του αυτοκινήτου (εν. 3.1.7).
Σχ. 3.13: Συγκρότημα ατμοστροβιλοεναλλακτήρα.

3.1.4. Μονοφασικοί και τριφασικοί εναλλακτήρες (Aκρoδέκτες και συνδεσμολογίες)

1) Γενικά
Στις προηγούμενες ενότητες είδαμε πώς δημιουργείται εναλλασσόμενη Η.Ε.Δ. σε απλούς εναλλακτήρες (με εξωτερικούς και εσωτερικούς πόλους), που στο επαγωγι -κό τους τύμπανο είχαν μόνο μια σπείρα.
Όπως αναφέραμε, στους πραγματικούς εναλλακτήρες το τύλιγμα του επαγωγικού τύμπανου αποτελείται από πολλές σπείρες διαμορφωμένες σε ομάδες , που τα άκρα τους συνδέονται σε σειρά, σχηματίζοντας συγκροτήματα ομάδων , δηλ. τυλίγματα .
Ανάλογα με τον αριθμό των ανεξάρτητων τυλιγμάτων που τοποθετούνται στο επα -γωγικό τύμπανο, οι εναλλακτήρες διακρίνονται σε:

- -μονοφασικούς , όταν έχουν ένα μόνο τύλιγμα, με δύο (2) ελεύθερα άκρα (δηλ. 1 φάση),
- -τριφασικούς , όταν έχουν τρία τυλίγματα και έξι (6) ελεύθερα άκρα (δηλ. 3 φάσεις) κ.λπ.
- -διφασικούς , όταν έχουν δύο τυλίγματα και τέσσερα (4) ελεύθερα άκρα (δηλ. 2 φάσεις),
Τα ελεύθερα άκρα των τυλιγμάτων του επαγωγικού τύμπανου καταλήγουν:
- ● σε δακτυλίδια (εναλλακτήρες με εξωτερικούς πόλους) και από κει στο κιβώτιο ακροδεκτών ή
- ● κατευθείαν στους ακροδέκτες του κιβωτίου ακροδεκτών της μηχανής (εναλ/ρες με εσωτερικούς πόλους).
- H Σήμερα, στην πράξη, χρησιμοποιούνται σχεδόν αποκλειστικά οι τριφασικοί εναλλακτήρες και μάλιστα με εσωτερικούς πόλους .

Για το λόγο αυτό, στη συνέχεια, θα δούμε περιληπτικά τους μονοφασικούς και, με περισσότερες λεπτομέρειες, τους τριφασικούς εναλλακτήρες με εσωτερικούς πόλους . Όσα όμως θα αναφέρουμε ισχύουν και για τους εναλλακτήρες με εξωτερικούς πόλους.
Μονοφασικοί εναλλακτήρες κατασκευάζονται σπάνια και για μικρές σχετικά ισχείς, όπως π.χ. τα μικρά ηλεκτροπαραγωγά ζεύγη .

2) Μονοφασικοί εναλλακτήρες
Μονοφασικός (1~) ονομάζεται ο εναλλακτήρας που έχει στο επαγωγικό του τύμπανο ένα μόνο τύλιγμα , από ομάδες συνδεδεμένες στη σειρά, ώστε να μένουν ελεύθερα μόνο δύο άκρα , δηλ. η αρχή της πρώτης ομάδας και το τέλος της τελευταίας. Ένα τέτοιο τύλιγμα λέγεται μονοφασικό και απ' τα άκρα του, δηλ. από τους ακροδέκτες U και V του εναλλακτήρα, μπορούμε να τροφοδοτήσουμε με Ε.Ρ. ένα μονοφασικό φορτίο.
Οι εναλλακτήρες μπορεί να έχουν διέγερση με ένα ζεύγος πόλων ή με περισσότερα

Στο σχήμα 3.14α φαίνεται, στην πιο απλή του μορφή, ένας τετραπολικός 1~ εναλλακτήρας , που στο επαγωγικό του τύμπανο έχει τέσ -σερεις οδοντώσεις (αυλάκια), δηλ. έχει ένα αυλάκι σε κάθε πολικό
ζεύγη πόλων (p). Στην πραγμα -τικότητα σε κάθε διπλό πολικό βήμα έχουμε ένα συγκρότημα ομάδων . Τα συγκροτήματα των συνδέονται συνήθως σε σειρά, ώστε να σχηματίζουν ένα μονοφασικό τύλιγμα , που τα άκρα του συνδέονται στους δύο ακροδέκτες , της πινακίδας ακρο -δεκτών, της μηχανής.
βήμα . Το τύλιγμά του αποτελείται από δύο ομάδες, που καθεμιά έχει τρεις σπείρες, δηλ. έχει 3 αγωγούς σε κάθε οδόντωση-αυλάκι. Οι αγωγοί που είναι στα αυλάκια I και II αποτε -λούν την ομάδα Ο$\_{1}$ και

Σχ. 3.14: Tετραπολικός 1~ εναλλακτήρας.
οι αγωγοί που είναι στα αυλάκια III και IV την ομάδα Ο$\_{2}$ .
Η σύνδεση των ομάδων Ο$\_{1}$ και Ο$\_{2}$ μεταξύ τους φαίνεται καλύτερα, στο σχήμα 3.14β, που είναι το '' ανάπτυγμα του επαγωγικού τύμπανου ". Όπως βλέπουμε το τέλος της Ο$\_{1}$ συνδέεται με την αρχή της Ο$\_{2}$ και τα 2 ελεύθερα άκρα τους, U και V , καταλή -γουν στους δύο ακροδέκτες του εναλλακτήρα.

3) Τριφασικοί εναλλακτήρες
Τριφασικός (3~) λέγεται ο εναλλακτήρας που έχει στο επαγωγικό του τύμπανο τρία όμοια , ανεξάρτητα, μονοφασικά τυλίγματα , δηλ. τρεις φάσεις , που η καθεμιά περιλαμβάνει το 1/3 των ομάδων ολόκληρου του τυλίγματος. Το σύνολο τριών όμοιων και ανεξάρτητων μονοφασικών τυλιγμάτων, κατάλληλα τοποθετημέ -νων μέσα στα αυλάκια του τύμπανου, λέγεται τριφασικό τύλιγμα .

Στα τριφασικά τυλίγματα έχουμε έξι άκρα:
- - τις τρεις αρχές, U, V, W, ή A, Β, C και
- - τα τέλη, X, Υ, Ζ ή α, b, c.
Το τύλιγμα U-X (ή Α-α ) αποτελεί την πρώτη φάση , το V-Υ ή ( B-b ) τη δεύτερη φάση και το W-Z ή ( C-c ) τη τρίτη φάση .
H Ο πιο απλός 3~ εναλλακτήρας έχει στο επαγωγικό του τύμπανο τρεις όμοιες και ανεξάρτητες μεταξύ τους ομάδες, π.χ. τις Α-α, B-b και C-c, τοποθετημένες συμμετρικά, κατά (360°/3) 120° (σχ. 3.15α). Απ' αυτόν τον εναλλακτήρα μπορούμε να πάρουμε τρεις (3) όμοιες και ανεξάρτητες Η.Ε.Δ. ή με την κατάλληλη σύνδεση των ομάδων-φά -σεων (σχ. 3.15β), ένα τριφασικό σύστημα Η.Ε.Δ., όπως θα δούμε στη συνέχεια.

Σχ. 3.15: Στοιχειώδης 3~ εναλλακτήρας, με εσωτερικούς πόλους (α) και σύνδεση των τυλιγμάτων του σε Δ και Υ (β).
Στο σχήμα 3.16α φαίνεται ένας τετραπολικός 3~ εναλλακτήρας, που στο επαγωγικό του τύμπανο έχει κανονικό τριφασικό τύλιγμα , με ένα συγκρότημα δύο (2) ομάδων σε κάθε φάση. Όταν λέμε κανονικό τριφασικό τύλιγμα εννοούμε, ότι οι τρεις φάσεις τοποθετούνται στο επαγωγικό τύμπανο έτσι, ώστε η καθεμιά να απέχει από τις άλλες απόσταση ίση με τα 2/3 του πολικού βήματος, δηλ. της απόστασης μεταξύ δύο ετερώνυμων διαδοχικών πόλων. Όπως φαίνεται καλύτερα στο ανάπτυγμα του επαγωγικού τυμπάνου (σχ. 3.16β), κάθε ομάδα μιας φάσης καλύπτει απόσταση ίση με ένα διπλό πολικό βήμα, δηλ. σε κάθε πολικό βήμα έχουμε ένα στοιχείο (μισή ομάδα) από κάθε φάση .

Σχ. 3.16: Μορφή τετραπολικού 3~ εναλλακτήρα (α), πηνία σε ανάπτυγμα (β) και Η.Ε.Δ. που παράγονται (γ).
Όπως είπαμε και προηγουμένως, σ' έναν 3~ εναλλακτήρα αναπτύσσονται τρεις Η.Ε.Δ., με την ίδια ενεργό τιμή και συχνότητα, που λέγονται φασικές Η.Ε.Δ. (Ε$\_{φ}$) και οι οποίες έχουν μεταξύ τους φασική απόκλιση ίση με 120 ηλεκτρικές μοίρες ή 1/3 της περιόδου Τ (σχ. 3.16γ).
Τα έξι ελεύθερα άκρα των τριών φάσεων του 3~ εναλλακτήρα, καταλήγουν στους έξι ακροδέκτες της μηχανής, όπως φαίνεται στο σχήμα 3.17, χωρίς οι τρεις φά -σεις να συνδέονται μεταξύ τους. Ένα τέτοιο τριφασικό σύστημα, στο οποίο οι τρεις φάσεις είναι τελείως ανεξάρτητες μεταξύ τους, δηλ. δεν συνδέονται ηλεκτρικά, ονο -μάζεται ανεξάρτητο τριφασικό σύστημα . Στην περίπτωση αυτή, αν θέλαμε να τροφοδοτήσουμε ένα ηλ. δίκτυο, θα χρειαζόμασταν έξι (6) αγωγούς, πράγμα που
είναι αντιοικονομικό. Για το λόγο αυτό στην πράξη οι τρεις φάσεις συνδέονται κατάλληλα μεταξύ τους , με χάλκινα ή ορειχάλκινα λαμάκια, ώστε να αποτελούν ένα αλληλένδετο τριφασικό σύστημα .

Σχ. 3.17: Σύνδεση των τριών φάσεων με τους ακροδέκτες.
Όπως είδαμε και στους 3~ Μ/Σ, δύο είναι τα βασικά αλληλένδετα συστήματα:
- - το αστεροειδές ή η σύνδεση σε αστέρα (Υ) και
- τριγωνικό ή σύνδεση σε τρίγωνο (Δ) .
Ανάλογα με το αν η συνδεσμολογία των τυλιγμάτων γίνεται σε αστέρα ή τρίγωνο , γίνεται και η κατάλληλη σύνδεση των ακροδεκτών, όπως φαίνεται στο σχήμα 3.18.
Στη σύνδεση σε αστέρα (Υ), συνδέουμε μεταξύ τους τους ακροδέκτες Ζ, X και Υ, δηλ. τα τέλη των φάσεων, ώστε να αποτελούν ένα κοινό κόμβο, που λέγεται ουδέτερος κόμβος της μηχανής, ενώ στους τρεις ακροδέκτες U, V και W, δηλ. τις αρχές των φάσεων, συνδέουμε το τριφασικό δίκτυο. Όταν το τριφασικό δίκτυο είναι τεσσάρων αγωγών, ο ουδέτερος αγωγός του δικτύου συνδέεται στον ουδέτερο κόμβο της μηχανής (σχ. 3.18α).

Στη σύνδεση σε τρίγωνο (Δ), συνδέουμε τις τρεις φάσεις σε σειρά, δηλ. τον ακροδέκτη X με τον V, τον Υ με τον W και τον Ζ με τον U έτσι, ώστε να αποτελέσουν (σχηματικά) ένα τρίγωνο. Πρακτικά αυτό γίνεται στο κιβώτιο ακροδεκτών της μηχανής, με τρία χάλκινα ή ορειχάλκινα λαμάκια.
- H Βασικό μειονέκτημα της σύνδεσης σε τρίγωνο, είναι ότι με τη σύνδεση αυτή μπορεί να τροφοδοτηθεί από τον εναλλακτήρα μόνο τριφασικό δίκτυο τριών αγωγών (σχ. 3.18β), δηλ. δίκτυο, που μας δίνει, όπως θα δούμε στην επόμενη ενότητα, μόνο μια τιμή Η.Ε.Δ. και τάσης.

Σχ. 3.18: Σύνδεση των φάσεων 3~ εναλλακτήρα και τροφοδοσία δικτύου.

Σημείωση
Φασική Η.Ε.Δ. (Ε$\_{φ'}$) εναλλακτήρα, ονομάζουμε την εσωτερική ηλ. τάση που επικρατεί μεταξύ του ακροδέκτη μιας φάσης (U, V ή W) και του ουδέτερου κόμβου. Πολική (Ε$\_{π}$) την τάση που επικρατεί μεταξύ των ακροδεκτών δύο φάσεων (σχ. 3.18).
Πιο απλά φασική είναι η Η.Ε.Δ. ( εσωτερική ηλ. τάση ) που μετριέται στα άκρα μιας φάσης και πολική είναι η τάση που μετριέται στα άκρα (μεταξύ) δύο αγωγών φάσεων (R, S, Τ ή L$\_{1}$, L$\_{2}$, L$\_{3}$).
Στη σύνδεση αστέρα , είναι: Ε$\_{π}$ = 3 Ε$\_{φ}$ = 1,73Ε$\_{φ}$ και στη σύνδεση τριγώνου: Ε$\_{π}$ Ε$\_{φ}$

(3.10)
Σχ. 3.19: Πραγματική μορφή τετραπολικού 3~ εναλλακτήρα με εσωτερικούς πόλους.
H Η ενεργός τιμή της Η.Ε.Δ., που δημιουργείται μέσα στο τύλιγμα κάθε φάσης ενός εναλλακτήρα, δηλ. η Ε$\_{φ}$ είναι ανάλογη:
- - μιας κατασκευαστικής σταθεράς (συνήθως 2,22 ),
- - της ταχύτητας περιστροφής ( n$\_{s}$ ),
- - του αριθμού των ζευγών των μαγνητικών πόλων ( p ),
- - του αριθμού των συνδεδεμένων σε σειρά αγωγών κάθε φάσης ( w$\_{o}$ ) και
- - της χρήσιμης μαγνητικής ροής κάθε πόλου ( Φ ).

(3.9)

3. ΕΝΑΛΛΑΚΤΗΡΕΣ

3.1.5. Λειτουργία και ρύθμιση τάσης εναλλακτήρα

1) Γενικά
Στο παρακάτω σχήμα 3.20 φαίνεται σε πολυγραμμικό σχέδιο ένας 3~ εναλλακτήρας, με σύνδεση των τυλιγμάτων του σε αστέρα, έτοιμος να τροφοδοτήσει 3~ ηλ. δίκτυο τεσσάρων αγωγών, σαν κι αυτό που χρησιμοποιούμε συνήθως στην πράξη.
Σχ. 3.20: Συνδεσμολογία 3~ εναλλακτήρα Χ.Τ., με σύνδεση αστέρα, μαζί με τα απαραίτητα όργανα ελέγχου.
Όπως στους Μ/Σ, έτσι και στους εναλλακτήρες έχουμε δύο λειτουργικές καταστάσεις:
- -τη λειτουργία χωρίς φορτίο (μεταβατικό στάδιο), στην οποία ο εναλλακτήρας μας δίνει Η.Ε.Δ. (ή τάση στο κενό) και
- -τη λειτουργία με φορτίο , στην οποία παίρνουμε τάση και Ε.Ρ., με το οποίο τρο -φοδοτούμε τους καταναλωτές που εξυπηρετεί ο εναλλακτήρας, δηλ. το φορτίο του.

Παρακάτω θα δούμε τη λειτουργία του εναλλακτήρα από το ξεκίνημά του και την παραγωγή Η.Ε.Δ., την κανονική του λειτουργία, δηλ. την παραγωγή της ονομαστι -κής του τάσης και τη φόρτισή του, μέχρι και τη ρύθμιση της τάσης εξόδου του. Θα κλείσουμε με τους σωστούς χειρισμούς για το σταμάτημά του.

2) Λειτουργία εναλλακτήρα χωρίς φορτίο

Εκκίνηση και παραγωγή Η.Ε.Δ.
Πριν να ξεκινήσουμε έναν εναλλακτήρα πρέπει πρώτα να εξασφαλίσουμε τα κατάλ -ληλα μέτρα προστασίας και ασφάλειας τόσο για την εγκατάσταση, όσο και για τους ανθρώπους που εργάζο -νται σ' αυτήν.
Για το σκοπό αυτό:
- -καθαρίζουμε καλά το χώρο και τα μηχανήματα, απομα -κρύνοντας τα περιττά αντικεί -μενα,
- -ελέγχουμε τη λίπανση των μηχανών και ό,τι άλλο κρίνου -με απαραίτητο.
- - κάνουμε τις απαραίτητες προκαταρκτικές εργασίες στην κινητήρια μηχανή (Κ.Μ.), ανάλογα με το είδος της (π.χ. μπορεί να χρειάζεται προθέρ -μανση, καλύτερη λίπανση στο ξεκίνημα κ.λπ.) και στη συνέ -χεια ακολουθούμε τις οδηγίες του διπλανού διαγράμματος ροής (Δ.3.1).

3) Λειτουργία εναλλακτήρα με φορτίο
Παραγωγή ονομαστικής τάσης
Λέμε ότι ένας εναλλακτήρας λειτουργεί με φορτίο όταν τροφοδοτεί , μέσω των ακροδεκτών του, φορτίο, οπότε το κύκλωμα (τυλίγματα και δίκτυο) διαρρέεται από ρεύμα I (σχ. 3.20). Στην περίπτωση αυτή λειτουργεί η κινητήρια μηχανή και η διεγέρτρια όπως είδαμε στα προηγούμενα και αφού όλα πηγαίνουν καλά, κλείνουμε τον κύριο διακόπτη του εναλλακτήρα , οπότε τροφοδοτούνται οι ζυγοί (μπάρες). Έπειτα κλείνουμε έναν-έναν τους διακόπτες φορτίου (Δφ), φορτίζοντας τον εναλλακτήρα, όπως φαίνεται και στη συνέχεια του διαγράμματος ροής (Δ.3.2).

Στη λειτουργία με φορτίο , για σταθερή ένταση διέγερσης και ταχύτητα περιστρο -φής, η τάση U του εναλλακτήρα δεν εξαρτάται μόνο από την ένταση φόρτισης (όπως στις γεννήτριες Σ.Ρ.), αλλά και από το είδος του φορτίου (ωμικό, επαγωγι -κό ή χωρητικό), που εξυπηρετεί.

Φασικά και πολικά μεγέθη εναλλακτήρα
Φασικά μεγέθη (U$\_{φ}$ και Ι$\_{φ}$) εναλλακτήρα ονομάζουμε τα μεγέθη (τάση και ένταση) που
αναφέρονται στις φάσεις του και πολικά (U$\_{π}$ και I$\_{π}$) τα μεγέθη που αναφέρονται (μετρι -ούνται) στους ακροδέκτες του και τους τροφοδοτικούς αγωγούς (R, S, Τ ή L$\_{1}$, L$\_{2}$, L$\_{3}$).
Στην πράξη χρησιμοποιούμε κυρίως τα πολικά μεγέθη , χωρίς να σημειώνουμε το δείκτη (π).
Έτσι, όταν λέμε τάση του εναλλακτήρα U , εννοούμε την πολική του τάση , δηλ. την τάση μεταξύ δύο ακροδεκτών φάσεων (ή αγωγών R, S, Τ).

Επίσης, όταν λέμε ένταση φορτίου I του εναλλακτήρα, (θα) εννοούμε την πολική ένταση , δηλ. την ένταση γραμμής (l$\_{R}$, l$\_{S}$, Ι$\_{τ}$ ή I$\_{L1}$, I$\_{L2}$, I$\_{L3}$ ).
- H Μεταξύ φασικών και πολικών μεγεθών, ανάλογα με τον τρόπο σύνδεσης των φάσεων, ισχύουν οι σχέσεις:
Για σύνδεση των φάσεων σε Υ:
U$\_{π }$= U = 3 U$\_{φ}$ και Ι$\_{π}$=Ι=Ι$\_{φ}$ (3.11)
Για σύνδεση των φάσεων σε Δ:
U$\_{π }$= U$\_{φ}$ και I$\_{π }$= Ι = 3 I$\_{φ}$ (3.12)
Στα δίκτυα Χ.Τ. της Δ.Ε.Η. έχουμε:
U$\_{φ}$=220V και U$\_{π}$=380V και με τη νέα τυποποίηση U$\_{φ}$=230V και U$\_{π}$=400V.

4) Ρύθμιση τάσης εναλλακτήρα
Όπως είδαμε παραπάνω, η τάση ενός εναλλακτήρα μεταβάλλεται όχι μόνο από την ένταση φόρτισης, αλλά και από το είδος του φορτίου. Στην πράξη όμως η τάση πρέπει να παραμένει σταθερή και ανεξάρτητη απ' τα φορτία , ώστε να λειτουρ -γούν σωστά οι καταναλωτές.
Για το σκοπό αυτό ρυθμίζουμε κατάλληλα την ένταση διέγερσης (Ι$\_{δ}$) του εναλλα -κτήρα, είτε χειροκίνητα , μεταβάλλοντας τη θέση της ρυθμιστικής αντίστασης, είτε αυτόματα , όταν ο εναλλακτήρας διαθέτει αυτόματο ρυθμιστή τάσης.

Ένας απλός τρόπος αυτόματης ρύθμισης της τάσης εξόδου εναλλακτήρα, φαίνεται στο παρακάτω σχήμα 3.21, όπου, παράλληλα με την τάση μεταξύ των ζυγών, συν -δέεται το πηνίο Π του αυτόματου ρυθμιστή.
Σχ. 3.21: Aυτόματoς ρυθμιστής τάσης.

Λειτουργία αυτόματου ρυθμιστή
Όταν η τάση εξόδου του εναλλακτήρα αυξηθεί (π.χ. λόγω μείωσης του φορτίου), θα αυξηθεί και το ρεύμα μέσα απ' το πηνίο Π του αυτόματου ρυθμιστή. Τότε το πηνίο θα έλξει τον οπλισμό του, που είναι ο μοχλός του ροοστάτη R , ώστε να προστεθεί αντίσταση στο κύκλωμα διέγερσης της διεγέρτριας (στο σχήμα σαν διεγέρτρια έχου -με μια γεννήτρια Σ.Ρ. παράλληλης διέγερσης). Η αύξηση της αντίστασης προκαλεί μείωση της έντασης διέγερσης, μείωση της μαγνητικής ροής των πόλων της διεγέρ -τριας και μείωση της τάσης της ( U$\_{δ}$ ). Η μείωση της τάσης της διεγέρτριας θα προκα λέσει μείωση της έντασης διέγερσης του εναλλακτήρα, μείωση της μαγνητικής ροής των πόλων του και άρα μείωση της τάσης εξόδου του εναλλακτήρα και επαναφορά της στην κανονική της τιμή.

Αν αντίθετα ελαττωθεί η τάση εξόδου του εναλλακτήρα, τότε θα ελαττωθεί το ρεύμα μέσα απ' το πηνίο του αυτόματου ρυθμιστή και επομένως θα μειωθεί η δύναμη έλξης του. Τότε ο μοχλός του ροοστάτη θα κινηθεί προς τα δεξιά, λόγω της επενέργειας του ελατηρίου και θα ελαττώσει την αντίσταση διέγερσης της διεγέρτριας. Άρα θα συμ -βούν κατά σειρά, αλλά αντίστροφα, όλα όσα είπαμε πριν, με αποτέλεσμα να αυξηθεί η τάση εξόδου του εναλλακτήρα, δηλ. να επανέλθει και πάλι στην κανονική της τιμή.
Εκτός απ' τον τύπο του αυτόματου ρυθμιστή που περιγράψαμε, σήμερα χρησιμο -ποιούνται πάρα πολλοί τύποι, που βασίζουν τη λειτουργία τους στα ηλεκτρονικά ισχύος , με τα οποία πετυχαίνεται πολύ γρήγορη αντίδραση ρύθμισης και σε πολύ μικρά όρια μεταβολής της τάσης (μικρότερα και του 1/4 του Volt).

H Σημειώνουμε, τέλος, ότι η ισχύς που δίνει ένας εναλλακτήρας στο δίκτυο που τροφοδοτεί, όπως και στους Μ/Σ, διακρίνεται σε:
- -φαινομένη (P$\_{s}$),
- -άεργη (P$\_{b}$).
- πραγματική (Ρ) και
Η πραγματική ισχύς Ρ που δίνει ένας εναλλακτήρας στο δίκτυο, όπως και η πολική του τάση και ένταση ( U και I ), μπορούν να μετρηθούν, με τη βοήθεια οργάνων, κατά τη λειτουργία του.
Οι ισχείς ( P$\_{s}$ , Ρ και P$\_{b}$ ) υπολογίζονται από τις σχέσεις που δώσαμε στον πίνακα 1.2, για τους Μ/Σ.

Παρατήρηση:
Στην πινακίδα του κατασκευαστή, που φέρει κάθε εναλλακτήρας, μαζί με τα ονομαστικά του χαρακτηριστικά (αριθμός φάσεων, συχνότητα, ονομαστική τάση και ένταση ρεύματος, ονομαστικό συνφ, σύγχρονη ταχύτητα περιστροφής, επιτρεπόμενη ένταση και τάση διέγερσης), αναγράφεται πάντα και η ονομαστική του ισχύς σε KVA ή MVA.
 Για το σταμάτημα του εναλλακτήρα κάνουμε τους χειρισμούς που φαίνονται στο διάγραμμα Δ.3.3.

Σημείωση
Στους σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας υπάρχουν πάντα δυο ή περισσότεροι εναλλακτήρες, που λειτουργούν παράλληλα. Μπορούν, δηλαδή, να τροφοδοτούν ταυτόχρονα τους ίδιους ζυγούς (φορτία).
Για τον παραλληλισμό (συγχρονισμό) των εναλλακτήρων, που γίνεται για λόγους συντήρησης, πιθανής βλάβης ή αύξησης φορτίου, πρέπει να ισχύουν τα εξής:
- - οι ενεργές τιμές των τάσεων των εναλλακτήρων να είναι ίσες
- - η διαδοχή των φάσεων να είναι ίδια
- - οι συχνότητες των εναλλακτήρων να είναι ίσες
- - οι τάσεις των αντίστοιχων φάσεων να μην έχουν μεταξύ τους φασική απόκλιση.

3.1.6. Ηλεκτροπαραγωγά ζεύγη (Η/Ζ)

1) Γενικά
Υπάρχουν εφαρμογές στην πράξη, στις οποίες δεν επιτρέπεται ούτε η παραμικρή διακοπή ηλεκτρικής ενέργειας , όπως π.χ.
- - σε ευαίσθητες βιομηχανικές και στρατιωτικές εγκαταστάσεις,
- - στα κομπιούτερς κρατήσεως θέσεων μιας αεροπορικής εταιρίας,
- - στα χειρουργεία ενός νοσοκομείου,
- - στο σύστημα On-line μιας τράπεζας,
- - σ' ένα δορυφορικό σταθμό κ.λπ.
Επίσης υπάρχουν περιπτώσεις που το δίκτυο παροχής ηλ. ενέργειας , π.χ. της Δ.Ε.Η., για πολλούς και διάφορους λόγους δεν μπορεί να μας εξυπηρετήσει , όπως συμβαίνει για παράδειγμα:

- - σε μικρές (ορεινές ή νησιώτικες κυρίως) και απομονωμένες περιοχές,
- - σε απομονωμένα σπίτια (βίλες),
- - στις υπαίθριες συναυλίες και εκδηλώσεις (πανηγύρια),
- - σε κατασκηνώσεις, στην εξοχή κ.λπ.
Για όλους τους παραπάνω λόγους και περιπτώσεις κατασκευάζονται και χρησιμο -ποιούνται ειδικά ζεύγη μηχανών -μιας κινητήριας μηχανής (Κ.Μ.) και μιας ηλεκτρογεννήτριας -που μας παράγουν ηλεκτρική ενέργεια, τα οποία λέγονται Ηλεκτροπαραγωγά Ζεύγη (Η/Ζ). Το κύριο πλεονέκτημά τους είναι ότι μετακινούνται εύκολα και τοποθετούνται οπουδήποτε τα έχουμε ανάγκη (σχ. 3.22).

Σχ. 3.22.
H Σήμερα κατασκευάζονται Η/Ζ σε διάφορα μεγέθη και τύπους , ανάλογα με το σκοπό και την ισχύ τους, το είδος του ρεύματος που παράγουν κ.α. Άλλο Η/Ζ θα χρησιμοποιηθεί για την παροχή ηλ. ενέργειας, π.χ. σε περίπτωση ανάγκης σ' ένα νοσοκομείο (σχ. 3.23α) και άλλο για ένα απομονωμένο σπίτι (σχ. 3.23β). Η ισχύς τους ξεκινά από 2kVA και φθάνει στα 2.000kVA.

3. ΕΝΑΛΛΑΚΤΗΡΕΣ
Σχ. 3.23: Η/Ζ μεγάλης (α) και μικρότερης ισχύος (β).
Στα Η/Ζ μεγάλης ισχύος χρησιμοποιείται πετρελαιοκινητήρας με καύσιμο πετρέλαιο Diesel (ντιζελοκινητήρας), σχεδόν σαν αυτόν των πετρελαιοκίνητων αυτοκινήτων, αλλά με μεγαλύτερη ιπποδύναμη, ενώ στα Η/Ζ μικρής ισχύος ένας μικρός βενζινο -κινητήρας. Αυτό έχει άμεση σχέση βέβαια και με το κόστος λειτουργίας των Η/Ζ, τα οποία για μεγάλες ισχείς διαθέτουν μια τριφασική σύγχρονη γεννήτρια ( εναλλακτήρα ), ενώ για μικρότερες ισχείς μια μονοφασική γεννήτρια ( φορητή ηλεκτρογεννήτρια ).

Εδώ θα ασχοληθούμε με τα Η/Ζ μεγάλης ισχύος τα οποία, είτε μόνα τους (σχ. 3.24α) είτε δύο ή περισσότερα μαζί (σχ. 3.24β), αποτελούν ουσιαστικά ένα μικρό θερμικό σταθμό παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.
(α) Ηλεκτροπαραγωγό ζεύγος στρατιωτικών προδιαγραφών.
(β) Εγκατάσταση 3 Η/Ζ 1200kVA στην Ολυμπιακή Αεροπορία.Σχ. 3.24.

2) Τεχνικά στοιχεία Η/Ζ
Στη συνέχεια αναφέρουμε τα κυριότερα τεχνικά χαρακτηριστικά και στοιχεία μεγά -λων Η/Ζ, δηλ. τη συγκρότησή τους και το σκοπό κάθε μέρους, καθώς και το σύστη μα ελέγχου και προστασίας, για την ασφαλή λειτουργία τους.

Α. Συγκρότηση (βασικά μέρη) Η/Ζ
Το Η/Ζ παραδίνεται από τους κατασκευαστές πλήρες και έτοιμο για εγκατάσταση, με τα παρακάτω βασικά μέρη και παρελκόμενα:
- 1. τον πετρελαιοκινήτηρα .
- 3. τον πίνακα ελέγχου και αυτοματισμού .
- 2. την ηλεκτρογεννήτρια .
- 4. τη διπλή αντικραδασμική βάση ,
- 6. το ψυγείο της μηχανής, ειδικά σχεδιασμένο και
- 5. τους συσσωρευτές με το σύστημα φόρτισής τους (μέσω Η/Ζ και μέσω δικτύου Δ.Ε.Η.),
- 7. σιγαστήρα και το σωλήνα απαγωγής των καυσαερίων.
Επίσης κάθε Η/Ζ, είναι συνήθως εφοδιασμένο με κατάλληλα συστήματα απόσβε -σης των ταλαντώσεων, ώστε να μην επηρεάζεται από τυχόν διαταραχές του δικτύ ου (απότομες ζεύξεις ή αποζεύξεις φορτίων, βραχυκυκλώματα κ.λπ.).

Β. Πετρελαιοκινητήρας
- Ο πετρελαιοκινητήρας των μεγάλων Η/Ζ είναι συνήθως τετράχρονος και υδρόψυ -κτος, τροφοδοτείται με ακάθαρτο πετρέλαιο και έχει σαν σκοπό την κίνηση της ηλε κτρογεννήτριας. Για την καλή και απρόσκοπτη λειτουργία του, έχει τον παρακάτω εξοπλισμό:
- ● Κλειστό σύστημα κυκλοφορίας γλυκού νερού , με ενισχυμένο ψυγείο, αντλία και ανεμιστήρα που κινούνται απ' αυτόν.
- ● Σύστημα λίπανσης με φίλτρο λαδιού και βαλβίδα και, μανόμετρο , για προστα -σία από χαμηλή πίεση του λιπαντέλαιου.
- ● Ηλεκτρικό σύστημα εκκίνησης 12V ή 24V , με ειδικό φορτιστή μπαταριών μολύ -βδου, βαρέως τύπου.
- ● Ρυθμιστή στροφών , ώστε η διακύμανση στροφών να βρίσκεται σε συγκεκριμένα όρια, για όλες τις μεταβολές του φορτίου.
- ● Φίλτρο αέρα και σύστημα προθέρμανσης του κινητήρα , για την άμεση φόρτι -ση του Η/Ζ κατά την ξαφνική αυτόματη εκκίνηση.
- ● Σωληνοειδές (ειδικό ρελέ) για το σταμάτημα της μηχανής.
- ● Πίνακα οργάνων ελέγχου του πετρελαιοκινητήρα με μανόμετρο και θερμόμετρο νερού και λαδιού.

Γ. Αντικραδασμική βάση - ζεύξη
Η αντικραδασμική βάση, από χαλύβδινο ηλεκτροσυγκολητό πλαίσιο, κατασκευάζε -ται έτσι, ώστε να μπορεί να στερεωθεί εύκολα σε σκυρόδεμα και να έχει ευκαμψία, για να εξασφαλίζεται η ευθυγράμμιση και η σταθερότητα της θέσης του Η/Ζ.
Η ζεύξη του πετρελαιοκινητήρα και της ηλεκτρογεννήτριας γίνεται μέσω ισχυρού συνδεσμοθαλάμου , ώστε να πετυχαίνεται η καλύτερη δυνατή ομοαξονική ζεύξη.
Η μετάδοση της κίνησης αποτελεί ένα ενιαίο ελαστικό σύνολο, τελείως αθόρυβο, ισχυρό και ευέλικτο.

Στη βάση υπάρχουν συνήθως ρεζερβουάρ πετρελαίου, με δείκτη στάθμης και για π.χ. 8ωρη λειτουργία, το ψυγείο νερού και οι συσσωρευτές (μπαταρίες) μολύβδου, σε ειδική υποδοχή.

Δ. Ηλεκτρογεννήτρια (σχ. 3.25)
Η ηλεκτρογεννήτρια είναι εναλλασσόμενου ρεύματος, σύγχρονη τριφασική, αυτορυθμιζόμενη και αυτοδιεγειρόμενη , χωρίς ψήκτρες, που κατασκευάζεται σύμφω -να με ειδικές προδιαγραφές (π.χ. IEC 34-1, VDE 0530 κ.α.).
Οι ηλεκτρογεννήτριες των Η/Ζ δίνουν τάση εξόδου 220V/380V (ή 231V/400V ), πε -ριστρέφονται συνήθως με ταχύτητα 1.500 στρ/min και είναι εφοδιασμένες με τα παρακάτω στοιχεία:
- ● Αντιπαρασιτική διάταξη .
- ● Αυτόματο ηλεκτρονικό ρυθμιστή τάσης που διατηρεί την τάση σταθερή.

Π.χ. σε μια περιοχή ± 1,5% της ονομαστικής τάσης των 400 V σ' οποιαδήποτε μεταβολή του φορτίου, με ταυτόχρονη μεταβολή της συχνότητας και των στροφών (κατά ±4,5%).
- ● Ειδικό χρονορελέ για τη γρήγορη αποκατάσταση της τάσης , με συνηθισμένο χρόνο μικρότερο από 0,25 sec.
- ● Ποτενσιόμετρο, για την επιλογή της ονομαστικής τιμής της τάσης .
Σημειώνουμε επίσης ότι η επιτρεπόμενη υπερφόρτιση του Η/Ζ , σύμφωνα με τους διεθνείς κανονισμούς (ISO 3046) είναι: 10% για μία ώρα , ανά δώδεκα (12) ώρες.
Σχ. 3.25: Ηλεκτρογεννήτρια Η/Ζ, σε τομή.

Σχ. 3.26: Πίνακας αυτοματισμού Η/Ζ 100kVA.

Ε. Πίνακας αυτοματισμού (σχ. 3.26)
Ο πίνακας αυτοματισμού είναι ηλεκτρονικού τύπου, κατακόρυφος, εύκολα επισκέ -ψιμος, χειριζόμενος από μπροστά, μέσα στον οποίο τοποθετείται όλο το ηλεκτρο λογικό υλικό, εκτός από τα διάφορα όργανα ελέγχου και λειτουργίας που συνήθως είναι τοποθετημένα στην πόρτα του.
- Ο πίνακας των Η/Ζ περιλαμβάνει, συναρμολογημένα, συνδεσμολογημένα και έτοι -μα για λειτουργία:
- - Τρία (3) αμπερόμετρα .
- συχνόμετρο .
- - Ένα (1) βολτόμετρο με επιλογικό διακόπτη.
- - Ένα (1) ωρομετρητή
- - Ένα (1) τριπολικό αυτόματο διακόπτη ή θερμικό ηλεκτρονόμο με μαγνητική και θερμική προστασία.
- αμπερόμετρο συνεχούς φόρτισης-εκφόρτισης συσσωρευτών.
- - Μία (1) ανορθωτική διάταξη για τη συντηρητική φόρτιση των μπαταριών εκκίνη -σης στη διάρκεια στάσης του Η/Ζ.
- σετ ακροδεκτών εισόδου-εξόδου.
- - Ένα (1) σετ βοηθητικών ασφαλειών.
- -Δύο (2) τετραπολικούς αεροδιακόπτες , ηλεκτρικά και μηχανικά μανδαλωμέ -νους, για τη μεταγωγή από το Η/Ζ στο δίκτυο και αντίστροφα.

Οι τετραπολικοί αεροδιακόπτες του εναλλακτήρα συνοδεύονται από θερμικό στοι -χείο για την προστασία του από υπερφόρτιση και τρεις ασφάλειες για προστασία από βραχυκύκλωμα.

ΣΤ. Ακροδέκτες και συνδεσμολογία
Στο σχήμα 3.27 φαίνεται το διάγραμμα συνδεσμολογίας του κυκλώματος ισχύος Η/Ζ 800kVA, στο οποίο διακρίνονται οι ακροδέκτες για τη σύνδεση με το δίκτυο, οι ακροδέκτες της ηλεκτρογεννήτριας και οι ακροδέκτες για τη σύνδεση των κατανα -λωτών.
 Το βοηθητικό κύκλωμα είναι συνήθως έτοιμο και συνδεσμολογημένο από τους κατασκευαστές των Η/Ζ.
Σχ. 3.27: Διάγραμμα συνδεσμολογίας Η/Ζ 800kVA.

Ζ. Ηλεκτρονικό σύστημα ελέγχου και προστασίας
Το σύστημα αυτό αποτελείται συνήθως από:
- 1. Επιλεκτικό διακόπτη για τις θέσεις αυτόματο - χειροκίνητο - εκτός λειτουργίας (AUTO/MANUAL/OFF).
- 2. Σύστημα ελέγχου για αυτόματη εκκίνηση του Η/Ζ σε περίπτωση απώλειας του δικτύου πόλης και επιτηρητή τάσης δικτύου .
Σε περίπτωση διακοπής ή πτώσης τάσης σε μια ή περισσότερες φάσεις κάτω από ένα προκαθορισμένο όριο (π.χ. 70% ή 80% της ονομαστικής τιμής), δίνεται εντολή εκκίνησης του Η/Ζ, μετά από μια χρονική καθυστέρηση μερικών δευτερολέπτων στον επιτηρητή λειτουργίας (ρυθμιζόμενο από 0,5÷60 sec) για την αποφυγή άσκο -πων εκκινήσεων (π.χ. λόγω στιγμιαίων ή φαινομενικών πτώσεων τάσης).

Το Η/Ζ αναλαμβάνει το φορτίο του σε συνολικό χρόνο από 10÷15 sec, απ' τη στιγμή που θα εμφανισθεί η πτώση στο δίκτυο. Η μεταγωγή αυτή γίνεται μόνο όταν η πα -ροχή της γεννήτριας έχει φθάσει στα επιτρεπτά όρια τάσης και συχνότητας.
- 3. Χρονοδιακόπτη εκκίνησης μηχανής (μίζα), που ρυθμίζεται από 3÷30 sec.
Αν για οποιοδήποτε λόγο δεν ξεκινά ο πετρελαιοκινητήρας, η προσπάθεια επανα -λαμβάνεται άλλες δύο (2) φορές. Αν δεν γίνει εκκίνηση μετά τη τρίτη προσπάθεια ακολουθεί οπτικό ή ηχητικό σήμα (συναγερμός).

- 4. Χρονοδιακόπτη επιστροφής τάσης δικτύου πόλης, ρυθμιζόμενο από 0,25 ως 30 min.
- 5. Χρονοδιακόπτη κρατήματος μηχανής σε λειτουργία μετά την εμφάνιση τάσης του δικτύου πόλης, που ρυθμίζεται από 0,5÷20 min.
Δηλαδή, όταν το δίκτυο της πόλης επανέλθει στα ανεκτά όρια (ρυθμιζόμενο ανεξάρ -τητα στις τρεις φάσεις) και έχει γίνει η μεταγωγή του φορτίου στο δίκτυο πόλης, τότε δίνεται εντολή για να αρχίσει η διαδικασία κράτησης του Η/Ζ και επανένταξης με χρονική καθυστέρηση ρυθμιζόμενη από 0,5÷20 min για τη ψύξη του Η/Ζ.

Αν στο δίκτυο ξαναεμφανιστεί σφάλμα κατά τη διάρκεια αυτής της χρονικής καθυ -στέρησης, ακυρώνεται η εντολή «κράτησης του Η/Ζ» και γίνεται άμεση μεταγωγή του φορτίου στο Η/Ζ.

6. Επιτηρητή τάσης γεννήτριας.
-  Όλες οι καταστάσεις λειτουργίας του Η/Ζ σημειώνονται με ειδικές ενδεικτικές λυχνίες . Συγκεκριμένα υπάρχει οπτική ένδειξη για τις παρακάτω καταστάσεις:
- - Φορτίο στο δίκτυο.
- - Παροχή δικτύου κανονική.
- - Ενδεικτικό σφάλματος στην εκκίνηση.
- - Ενδεικτικό τάσης γεννήτριας.
- - Ενδεικτικό υπερθέρμανσης της μηχανής.
- - Επιτηρητή υπερτάχυνσης του π/κινητήρα και ενδεικτικό.
- - Ενδεικτικό σφάλματος από βραχυκύκλωμα.
- - Ενδεικτικό χαμηλής στάθμης πίεσης λαδιού.
- - Ενδεικτικό θέσης εντός λειτουργίας του συστήματος.
- - Μπουτόν κατεπείγοντος σφάλματος.
- - Δοκιμή λυχνιών (Lamp test).
- - Οπτικοακουστικό σύστημα συναγερμού (alarm).

Αναφέρουμε τέλος ότι το Η/Ζ σταματάει αυτόματα όταν διαπιστωθεί:
- ● Υψηλή θερμοκρασία.
- ● Υπερτάχυνση π/κινητήρα.
- Χαμηλή πίεση λιπαντέλαιου.
- Υπερφόρτιση ηλ/γεννήτριας.
- Χαμηλή στάθμη υγρού ψύξης.
- ● Τάση γεννήτριας εκτός ορίων.
- ● Χαμηλή στάθμη καυσίμου στη δεξαμενή.
- Αποτυχία εκκίνησης μετά από τρεις (3) διαδοχικές προσπάθειες.
H Πολλοί κατασκευαστές Η/Ζ διαθέτουν και προγράμματα σε Η/Υ, για τον έλεγχο ασφαλούς λειτουργίας όλων των συστημάτων του.

3.1.7. Εφαρμογές εναλλακτήρων στα οχήματα

1) Γενικά
Ασφαλώς και γνωρίζουμε όλοι μας τις περισσότερες εφαρμογές της Ηλεκτρικής Ενέργειας ( Η.Ε. ), που εξαπλώνονται σ' όλους σχεδόν τους τομείς των δραστηριο -τήτων μας. Γνωρίζουμε επίσης για τους μεγάλους σταθμούς παραγωγής Η.Ε. και τους στροβιλλοεναλλακτήρες, όπως και για τα Η/Ζ που είδαμε παραπάνω. Δεν γνωρίζουμε ίσως τις εφαρμογές της Η.Ε. και σε εξειδικευμένους τομείς, όπως οι μεταφορές και οι συγκοινωνίες, που αναπτύσσονται πάρα πολύ γρήγορα με την ταυτόχρονη εξέλιξη των ανορθωτικών διατάξεων, των κινητήρων Ε.Ρ. και των εναλλακτήρων.

Πριν από μερικά χρόνια, τόσο στο αυτοκίνητο (για την παραγωγή Η.Ε.), όσο και στην ηλεκτροκίνηση μεγάλων οχημάτων (ηλεκτρική έλξη), χρησιμοποιούσαμε γεν -νήτριες Σ.Ρ. Οι όλο και αυξανόμενες , όμως, ανάγκες των σύγχρονων οχημάτων, οδήγησαν τους κατασκευαστές στη χρησιμοποίηση σύγχρονης γεννήτριας Ε.Ρ., δηλ. εναλλακτήρα .
Ο εναλλακτήρας σε σχέση με την γεννήτρια Σ.Ρ. έχει πολλά πλεονεκτήματα, όπως π.χ. μεγαλύτερη διάρκεια ζωής, μικρότερο μέγεθος και βάρος (για την ίδια ισχύ), ευκολότερη ρύθμιση της τάσης εξόδου κ.α.

Παρακάτω θα δούμε πρώτα τους εναλλακτήρες που χρησιμοποιούνται στην ηλε -κτρική έλξη και συγκεκριμένα στην κίνηση ηλεκτρικών σιδηροδρόμων. Στη συνέχεια θα δούμε τους εναλλακτήρες αυτοκινήτων και θα κλείσουμε με τη μετατροπή του παραγόμενου Ε.Ρ. σε Σ.Ρ. (στο αυτοκίνητο).

2) Εναλλακτήρες στην ηλεκτρική έλξη
Όπως αναφέραμε και στο κεφάλαιο των Μ/Σ (εν. 1.2.5) στην ηλ. έλξη χρησιμοποι -ούνται διάφορα συστήματα τροφοδοσίας. Για μεγάλες αποστάσεις έχουμε συστή ματα μεταφοράς και διανομής με Ε.Ρ., το οποίο μπορεί να είναι μονοφασικό (1~) ή τριφασικό (3~), ανάλογα με το είδος των ηλεκτροκινητήρων έλξης. Το Ε.Ρ. που χρησιμοποιείται στην ηλ. έλξη προέρχεται είτε από το δίκτυο ηλεκτροδότησης, είτε από ιδιαίτερους εναλλακτήρες (1~ ή 3~) που ονομάζονται εναλλακτήρες (ηλεκτρικής) έλξης .

Οι 1~ εναλλακτήρες έλξης χρησιμοποιούνται συνήθως στους ηλεκτροκίνητους σι -δηροδρόμους που κινούνται μέσα στις πόλεις (μετρό) ή και γύρω απ' αυτές, και κατασκευάζονται για τάσεις και συχνότητες:
- -U = 16.000V και f = 16 3 2 Hz (για την Ευρώπη) και
- -U = 11.000V και f = 25Hz (για την Αμερική).
Οι συχνότητες των 16 33 22 και 25Hz, για την ηλ. έλξη, αντί των 50 και 60Hz, προτι -μήθηκαν, γιατί μ' αυτές λειτουργούν καλύτερα οι μονοφασικοί κινητήρες έλξης, που είναι ασύγχρονοι κινητήρες (σειράς) με συλλέκτη .

Τα τελευταία χρόνια, που τελειοποιήθηκε η κατασκευή των ασύγχρονων 3~ κινητήρων (Α.Τ.Κ.), άρχισε να χρησιμοποιείται για την ηλεκτρική έλξη ο 3~ εναλλακτήρας με συχνότητα 50Hz στην Ευρώπη και 60Hz στην Αμερική. Με τους Α.Τ.Κ. πε -τυχαίνουμε μεγαλύτερες ταχύτητες, γι' αυτό χρησιμοποιούνται στους μεγαλύτερους ηλ. σιδηροδρόμους, μεταξύ πόλεων (ή και χωρών).
Οι εναλλακτήρες έλξης μπορεί να βρίσκονται σε ιδιαίτερους σταθμούς παραγωγής, οπότε η τροφοδότηση του δικτύου έλξης γίνεται με ενδιάμεσους υποσταθμούς ή πάνω στο όχημα, δηλ. στην ηλεκτράμαξα , μαζί με τον Μ/Σ έλξης. Αυτό γίνεται συ -νήθως στους μεγάλους ηλεκτροκίνητους σιδηροδρόμους, που αναπτύσσουν ταχύ τητες πάνω από 200km/h. Σ' αυτούς ο εναλλακτήρας κινείται από έναν ντηζελοκινη -τήρα, δηλ. η μηχανή έλξης αποτελεί ουσιαστικά ένα ηλεκτροπαραγωγό ζεύγος (Η/Ζ), μ' όλα τα απαραίτητα (βοηθητικά) εξαρτήματά του (σχ. 3.28).

Σχ. 3.28 : Η/Ζ με ντηζελοκι -νητήρα - 3 ~ εναλλακτήρα για σύγχρονο ηλεκτροκίνητο τρένο.
Οι νέες μηχανές έλξης DE 2000 (ντηζελοηλεκτρικές ή δηζελοηλεκτρικές) του Ο.Σ.Ε. (σχ. 3.29), έχουν σχεδιαστεί έτσι, ώστε -μετά την ολοκλήρωση του έργου της ηλεκτροκίνησηςνα μετατραπούν σε ηλεκτράμαξες , αξιοποιώντας τα πλεονεκτή -ματα της τεχνολογίας τριφασικής έλξης και στο ελληνικό δίκτυο.
ηλεκτροκίνησης

Ο.Σ.Ε.
αναμένεται
ολοκληρωθεί
2001,
την ταυτόχρονη σύνδεση του Ελλη -νικού δικτύου με τα Ευρωπαϊκά. Για το σκοπό αυτό θα κατασκευασθούν υποσταθμοί έλξης κατά μήκος του δικτύου, που θα μετατρέπουν το ρεύμα των 150kV του εθνικού δικτύ -ου σε 25kV για την τροφοδότηση της εναέριας γραμμής ηλεκτροδότησης των ηλ. μηχανών έλξης.

3) Εναλλακτήρας αυτοκινήτων
Σχ. 3.29: Η νέα μηχανή έλξης DE 2000, του Ο.Σ.Ε.
Ο εναλλακτήρας αποτελεί ένα από τα κυριώτερα μέρη του συστήματος φόρτισης του αυτοκινήτου. Σκοπός του συστήματος είναι η παραγωγή, η ρύθμιση και η αποθήκευση της ηλεκτρικής ενέργειας (Η.Ε.). Η παραγωγή Η.Ε. γίνεται με τον εναλλακτήρα ή εναλ -λάκτη, η ρύθμιση μ' έναν ρυθμιστή τάσης και η αποθήκευση μ' ένα συσσωρευτή .
- H Παλιότερα για την παραγωγή Η.Ε. στο αυτοκίνητο χρησιμοποιούσαμε μια γεννήτρια Σ.Ρ. (το γνωστό μας δυναμό ). Οι όλο και αυξανόμενες, όμως, ανάγκες των σύγχρονων αυτοκινήτων, οδήγησαν τους κατασκευαστές -από το 1960 και μετάστη χρησιμοποίηση σύγχρονης γεννήτριας Ε.Ρ., δηλ. εναλλακτήρα .
- Ο εναλλακτήρας που χρησιμοποιείται στο αυτοκίνητο είναι κατά κανόνα τριφασικός (3~) με εσωτερικούς πόλους και, όπως θα δούμε στη συνέχεια, αυτοδιεγειρόμενος . Οπως φαίνεται και στο σχήμα 3.30, αποτελείται βασικά από:
- α. το δρομέα , β. το στάτη και γ. την ανορθωτική διάταξη με τις διόδους .
- Ο δρομέας περιλαμβάνει τον άξονα , τα δακτυλίδια , στα οποία εφάπτονται οι ψή -κτρες (που βρίσκονται στον ψηκτροφορέα), τον πυρήνα με τους μαγνητικούς πό λους και το τύλιγμα διέγερσης . Ο στάτης περιλαμβάνει το επαγωγικό τύμπανο, με τον πυρήνα και το 3~ τύλιγμα , τη θήκη ψηκτρών και διόδων και τα καλύμματα . Τέλος, η ανορθωτική διάταξη περιλαμβάνει τους ειδικούς ημιαγωγούς (δι -όδους) και έχει σκοπό να μετατρέπει το παραγόμενο απ' τον εναλλακτήρα Ε.Ρ. σε Σ.Ρ., για τις ανάγκες της εγκατάστασης του αυτοκινήτου.

Στη πράξη οι μαγνητικοί πόλοι δημιουργούνται από τα άκρα των δύο μεταλλικών τμημάτων του δρομέα που προεξέχουν (σχ. 3.30γ), όταν μέσα απ' το τύλιγμα δι -έγερσης περάσει Σ.Ρ. Το τύλιγμα διέγερσης συνδέεται με το συσσωρευτή, μέσω δύο μονωμένων δακτυλιδιών (που γυρίζουν μαζί με τον άξονα), πάνω στα οποία εφάπτονται δύο σταθερές ψήκτρες (καρβουνάκια).
Ο εναλλακτήρας του αυτοκινήτου παίρνει κίνηση μέσω ιμάντα - από το στροφαλο -φόρο άξονα της μηχανής (σχ. 3.31α), δηλ. παίρνει μηχανική ενέργεια και παράγει ηλ. ενέργεια με τη μορφή 3~ Ε.Ρ. (σχ. 3.31β) Η λειτουργία του είναι ίδια μ' αυτή των 3~ εναλλακτήρων με εσωτερικούς πόλους που εξετάσαμε στην ενότητα 3.1.2.

Σχ. 3.31: Θέση εναλλακτήρα στο αυτοκίνητο (α) και 3~ σύστημα Η.Ε.Δ. που παράγει (β).
Η αυτοδιέγερση του εναλλακτήρα επιτυγχάνεται, όπως και στις γεννήτριες Σ.Ρ., από τον παραμένοντα μαγνητισμό των πόλων, που δημιουργεί στην αρχή ένα αδύνατο ρεύμα, το οποίο αυξάνεται σταδιακά με τη λειτουργία του. Επιπλέον, χρη -σιμοποιούνται και διάφορα κυκλώματα προδιέγερσης , όπως π.χ. «λαμπήρας ελέγχου φόρτισης», «λαμπήρας και ρελέ πεδίου» κ.α.
Στους εναλλακτήρες των αυτοκινήτων η σύνδεση των τριών (3) φάσεων γίνεται συ -νήθως σε αστέρα, όπως θα δούμε παρακάτω (σχ. 3.32).

4) Μετατροπή του παραγόμενου Ε.Ρ. σε Σ.Ρ.
Για τη μετατροπή του παραγόμενου απ' τον εναλλακτήρα Ε.Ρ. σε Σ.Ρ., για τη τροφο -δότηση των καταναλωτών και τη φόρτιση της μπαταρίας του αυτοκινήτου, χρησιμο ποιείται κατάλληλη ανορθωτική διάταξη με διόδους.
Η ανορθωτική διάταξη έχει συνήθως τη μορφή γέφυρας και αποτελείται από έξι (6) διόδους (σχ. 3.32α).
Οι δίοδοι (ημιαγωγοί) επιτρέπουν τη διέλευση του ρεύματος μόνο κατά τη μια (θετι -κή) ημιπερίοδο του Ε.Ρ., με αποτέλεσμα μέσα από έναν καταναλωτή R και το συσ σωρευτή (μπαταρία) να περνά πάντα συνεχές ρεύμα (σχ. 3.32β).

Σχ. 3.32: Mετατροπή του E.P. σε Σ.Ρ., με διόδους.
H Στην ηλ. έλξη και όπου απαιτείται Σ.Ρ., όπως π.χ. στους Η.Σ.Α.Π. (σχ. 3.33α) έχουμε μεγαλύτερα ανορθωτικά συγκροτήματα που περιλαμβάνουν Μ/Σ και ανορθωτές υδραργύρου ή διόδων ισχύος (σχ. 3.33β).
Σχ. 3.33: Συρμός Η.Σ.Α.Π. (α) και ανορθωτικό συγκρότημα ηλ. έλξης (β).

3.1.8. Eρωτήσεις
- 1. Mε ποιους τρόπους μπορούμε να πάρουμε Η.Ε.Δ. από επαγωγή, ημιτονοει -δούς μορφής; Τι προκαλεί αυτή αν κλείσουμε το ηλ. κύκλωμα;
- 2. Τι ονομάζουμε εναλλασσόμενο ρεύμα (Ε.Ρ.); Ποιο Ε.Ρ. χρησιμοποιείται στη πράξη; (Σχεδιάστε τη μορφή του).
- 3. Ποια τα βασικά χαρακτηριστικά του Ε.Ρ. (ημιτονοειδούς μορφής);
- 4. Τι ονομάζουμε περίοδο και τι συχνότητα Ε.Ρ.; Ποιές οι μονάδες τους;
- 5. Ποια τιμή των εναλλασσόμενων μεγεθών χρησιμοποιούμε στη πράξη; Πώς υπολογίζεται αυτή;
- 6. Τι ονομάζουμε εναλλακτήρα; Πώς διακρίνονται οι εναλλακτήρες και ποια τα χα -ρακτηριστικά τους;
- 7. Ποια η αρχή λειτουργίας των εναλλακτήρων με εσωτερικούς πόλους;
- 8. Πώς συνδέονται μεταξύ τους η συχνότητα της παραγόμενης Η.Ε.Δ., τα ζεύγη πόλων και η ταχύτητα περιστροφής εναλλακτήρα;
- 9. Από τι αποτελείται ο στάτης των εναλλακτήρων με εσωτερικούς πόλους; Πού καταλήγουν τα άκρα των τυλιγμάτων Ε.Ρ.;
- 10. Ποιος εναλλακτήρας λέγεται μονοφασικός και ποιος τριφασικός; Πόσα άκρα έχει το τύλιγμα Ε.Ρ. σε κάθε περίπτωση; Πού συνδέονται και πώς συμβολίζονται;
- 11 . Πώς συνδέονται μεταξύ τους οι τρεις (3) φάσεις εναλλακτήρα; Ποια συνδεσμολογία χρησιμοποιείται περισσότερο στην πράξη και γιατί;
- 12. Πότε λέμε ότι ένας εναλλακτήρας λειτουργεί χωρίς φορτίο και πότε με φορτίο;
- 13. Πώς ρυθμίζεται η τάση εξόδου εναλλακτήρα; Πού επεμβαίνουμε;
- 14. Τι ονομάζουμε Ηλεκτροπαραγωγό Ζεύγος (H/Ζ); Πού χρησιμοποιείται; Ποιο το κύριο χαρακτηριστικό των Η/Ζ;
- 15. Ποια τα βασικά μέρη (εξαρτήματα) των Η/Ζ:
- 16. Τι περιλαμβάνει συνήθως η ηλεκτρογεννήτρια (εναλλακτήρας) ενός Η/Ζ;
- 17. Ποια τα επιτρεπόμενα όρια φόρτισης ενός Η/Ζ;
- 18. Πώς συμβολίζονται οι ακροδέκτες Η/Ζ; Από ποιες βασικές ηλ. γραμμές αποτελείται η συνδεσμολογία των Η/Ζ;
- 19. Ποια μέτρα προστασίας λαμβάνονται για την ασφαλή λειτουργία των Η/Ζ; Τι περιλαμβάνει ένα ηλεκτρονικό σύστημα ελέγχου και προστασίας;
- 20. Ποιες οι κυριότερες εφαρμογές των εναλλακτήρων στα οχήματα; Τι λέμε εναλλακτήρες έλξης;
- 21. Από τι αποτελείται βασικά η μηχανή έλξης των ηλ. σιδηροδρόμων;
- 22. Ποιο το είδος του εναλλακτήρα αυτοκινήτου και ποιος ο σκοπός του; Πώς μετατρέπουμε το παραγόμενο απ' αυτόν Ε.Ρ. σε Σ.Ρ.;

Βάλτε σε κύκλο το γράμμα μπροστά από τη σωστή απάντηση
- 23. Για να εμφανιστεί σ' έναν αγωγό μια Η.Ε.Δ. και τάση, ο αγωγός πρέπει να κινείται μέσα σε Μ.Π. έτσι, ώστε να:
- β. εναλλάσσεται η φορά του.
- δ. ακουμπάει στους πόλους.
- α. παράγει Ε.Ρ.
- γ. τέμνει τις μαγνητικές γραμμές.
- 24. Η τάση και το (επαγωγικό) ρεύμα που παίρνουμε από μια σπείρα, που περι -στρέφεται με σταθερή ταχύτητα μέσα σε ομογενές Μ.Π., είναι μεγέθη:
- β. μεταβαλλόμενα.
- δ. εναλλασσόμενα ημιτονικά.
- α. συνεχή.
- γ. εναλλασσόμενα τετραγωνικά.
- 25. Ο αριθμός των στροφών της σπείρας στο δευτερόλεπτο, είναι ίσος με:
- β. τη στιγμιαία τιμή του Ε.Ρ.
- δ. όλα τα παραπάνω.
- α. τη περίοδο Τ, του Ε.Ρ.
- γ. τη συχνότητα f, του Ε.Ρ.
- 26. Η τιμή που έχει το Ε.Ρ. σε κάποια τυχαία χρονική στιγμή, ονομάζεται:
- β. στιγμιαία.
- δ. διαφορά φάσης.
- α. ενεργός.
- γ. φάση.
- 27. Ένα (ημιτονικό) Ε.Ρ. έχει συχνότητα 1Hz, όταν η περίοδός του διαρκεί:
- β. 2
- δ. 2
- α. 1 ms.
- γ. 1 sec.
- 28. Η φορά του ρεύματος 10 Α, 50 Hz αναστρέφεται σε κάθε δευτερόλεπτο:
- β. 100 φορές.
- δ. 10
- α. 50 φορές.
- γ. 5 φορές.
- 29. Για να πάρουμε μεγάλη Η.Ε.Δ. από έναν εναλλακτήρα τοποθετούμε στο επα -γωγικό τύμπανο:
- β. πολλές ομάδες.
- δ. όλα τα παραπάνω σε σειρά.
- α. πολλές σπείρες.
- γ. συγκροτήματα ομάδων.
- 30. Στους εναλλακτήρες με εσωτερικούς πόλους το επαγωγικό τύμπανο, με τον πυρήνα και το τύλιγμα απ' το οποίο παράγεται η εναλλασσόμενη Η.Ε.Δ. και τάση είναι τοποθετημένο:
- β. στον άξονα.
- δ. στο δρομέα.
- α. στη διεγέρτρια.
- γ. στο στάτη.
- 31. Ο εναλλακτήρας που έχει ένα μόνο τύλιγμα, στο επαγωγικό του τύμπανο, με δύο ελεύθερα άκρα, π.χ. τα U και V, ονομάζεται: α. απλός.
- γ. ασύγχρονος.
- β. σύγχρονος.
- δ. μονοφασικός.
- ε. διφασικός.
- 32. Από τους ακροδέκτες 1~ εναλλακτήρα μπορούμε να τροφοδοτήσουμε:
- β. μονοφασικό φορτίο.
- α. μικρό φορτίο Σ.Ρ.
- γ. διφασικό φορτίο.
- ε. οποιοδήποτε φορτίο.
- δ. τριφασικό φορτίο.
- 33. Οι 3~ εναλλακτήρες έχουν στο επαγωγικό τους τύμπανο τρία όμοια και ανε -ξάρτητα μεταξύ τους μονοφασικά τυλίγματα που ονομάζονται: α. ομάδες τυλίγματος. γ. αλληλένδετα.
- β. σύνολα ομάδων.
- δ. φάσεις.
- 34. Το βασικό πλεονέκτημα της σύνδεσης των τυλιγμάτων ενός εναλλακτήρα, σε αστέρα, είναι ότι έτσι μπορούμε να τροφοδοτήσουμε: α. δίκτυο τριών αγωγών. γ. μεγάλους καταναλωτές. β. 3~ καταναλωτές. δ. 1~ και 3~ καταναλωτές.
- 35. Από έναν 3~ εναλλακτήρα μπορούμε να τροφοδοτήσουμε δίκτυο Ε.Ρ., τριών ή τεσσάρων αγωγών, συνδέοντας κατάλληλα τα άκρα των φάσεων με: α. δύο λαμάκια. γ. δύο ή τρία λαμάκια.
- β. τρία λαμάκια.
- δ. τρία όμοια δακτυλίδια.
- 36. Η Η.Ε.Δ. μεταξύ των ακροδεκτών δύο φάσεων, ανεξάρτητα απ' τη σύνδεση (σε Υ ή Δ) των τυλιγμάτων των 3~ εναλλακτήρα, ονομάζεται: α. συμμετρική.
- γ. διπολική.
- β. ενεργός.
- δ. πολική.
- ε. φασική.
- 37. Κάθε ηλεκτροπαραγωγό ζεύγος (Η/Ζ) αποτελείται βασικά από:
- β. τον πίνακα ελέγχου και αυτοματισμού και την ειδική του βάση.
- α. μια κινητήρια μηχανή (πετρελαιοκινητήρα) και την ηλεκτρογεννήτρια.
- γ. τους συσσωρευτές, το ψυγείο της μηχανής και το σύστημα καυσαερίων.
- δ. όλα τα παραπάνω βασικά εξαρτήματα, κατάλληλα τοποθετημένα.
- 38. Οι ακροδέκτες της ηλεκτρογεννήτριας Η/Ζ συμβολίζονται γενικά, όπως οι αντί -στοιχοι ακροδέκτες των:
- β. μετασχηματιστών.
- δ. κινητήρων Ε.Ρ.
- α. γεννητριών Σ.Ρ.
- γ. εναλλακτήρων.
- 39. Η επιτρεπόμενη υπερφόρτιση ενός Η/Ζ δεν πρέπει γενικά να είναι μεγαλύτερη από 10% για μία ώρα στο:
- β. 6ωρο.
- δ. 12ωρο.
- α. 4ωρο.
- γ. 8ωρο.
- 40. Η ασφαλής λειτουργία των Η/Ζ εξασφαλίζεται με ειδικό σύστημα που περιλαμ -βάνει συνήθως:
- β. χρονοδιακόπτη εκκίνησης και επιστροφής τάσης.
- α. σύστημα αυτόματης εκκίνησης και επιτηρητή τάσης δικτύου.
- γ. χρονοδιακόπτη κρατήματος της μηχανής σε λειτουργία.
- ε. όλα τα παραπάνω βασικά μέρη, κατάλληλα συνδεδεμένα.
- δ. επιτηρητή τάσης γεννήτριας και οπτικές ενδείξεις.
- 41. Τετραπολικός 1~ εναλλακτήρας ηλ. έλξης, για να παράγει τάση και ρεύμα συχνότητας 16 33 22 Hz, πρέπει να περιστρέφεται με n$\_{s}$:
- β. 1.500στρ/min.
- δ. 480στρ/min.
- α. 3.000στρ/ min.
- γ. 750στρ/min.
- 42. Ο εναλλακτήρας αυτοκινήτου αντικατέστησε:
- β. τη γεννήτρια Σ.Ρ.
- δ. την ανορθωτική διάταξη.
- α. τον Μ/Σ έλξης.
- γ. τον κινητήρα Σ.Ρ.

Σχ. 3.34: Τύλιγμα επαγωγικού τυμπάνου τετραπολικού 3~ εναλλακτήρα με εσωτερικούς πόλους

3.2. Ανακεφαλαίωση
- ê Εναλλακτήρες ονομάζουμε τις σύγχρονες γεννήτριες Ε.Ρ., που παράγουν στη πράξη Η.Ε.Δ., τάση και ρεύμα ημιτονοειδούς μορφής.
- ê Ημιτονοειδής Η.Ε.Δ. αναπτύσσεται από επαγωγή σε κάθε αγωγό του τυλίγματος, όταν αυτό τέμνεται από μεταβαλλόμενη (ημιτονικά) μαγνητική ροή, που δημιουργεί -ται από τη διέγερση της μηχανής.
- ê Τα κυριότερα χαρακτηριστικά του Ε.Ρ., που παράγουν οι εναλλακτήρες, είναι η περίοδος, η συχνότητα, η φάση, η κυκλική του συχνότητα, η στιγμιαία και η ενεργός τιμή του.
- ê Στην πράξη χρησιμοποιούμε πάντα την ενεργό τιμή τάσης και ρεύματος, που προκύπτει από τη μέγιστη τιμή του ημιτονοειδούς μεγέθους επί ένα σταθερό συντε -λεστή 1/ 2 =0,707, δηλ. είναι:

U$\_{εν}$ = 0,707U$\_{m}$ και l$\_{εv}$ = 0,707l$\_{m}$
- ê Οι σύγχρονες γεννήτριες Ε.Ρ ή εναλλακτήρες διακρίνονται σε εναλλακτήρες με εξωτερικούς πόλους και σε εναλλακτήρες με εσωτερικούς πόλους . Ξεχωριστή περίπτωση εναλλακτήρων με εσωτερικούς ή περιστρεφόμενους πόλους είναι οι στροβιλλοεναλλακτήρες .
- ê Κύρια χαρακτηριστικά όλων των εναλλακτήρων είναι ότι η διέγερσή τους τροφοδοτείται με Σ.Ρ. και ότι η συχνότητα του ρεύματος που παράγουν είναι ανάλογη της ταχύτητας περιστροφής της μηχανής.
- ê Η αρχή λειτουργίας των εναλλακτήρων είναι ίδια μ' αυτή των γεννητριών Σ.Ρ., ανεξάρτητα από το αν περιστρέφονται οι αγωγοί του τυλίγματος και οι μαγνητικοί πόλοι είναι σταθεροί ή πόλοι και το τύλιγμα είναι στο σταθερό μέρος (όπως συμβαίνει στους εναλλακτήρες με εσωτερικούς πόλους).
- ê Μεταξύ της συχνότητας f , του αριθμού στροφών στο λεπτό ( n$\_{s}$ ) και του αριθμού ζευγών των μαγνητικών πόλων p του εναλλακτήρα, ισχύει πάντα η σχέση:

f= p n 60 s × (σε Hz).
- ê Σύγχρονη ταχύτητα (n$\_{s}$) εναλλακτήρα ονομάζουμε την ταχύτητα περιστροφής του δρομέα του, με την οποία μας δίνει τάση και ρεύμα ορισμένης συχνότητας.
- ê Η κατασκευή των εναλλακτήρων εξαρτάται από την ταχύτητα περιστροφής, την ισχύ και την τάση τους. Στους εναλλακτήρες με εξωτερικούς πόλους, που είναι κατάλληλοι για μικρές ισχείς και χαμηλές τάσεις, οι μαγνητικοί πόλοι είναι τοποθε -τημένοι στο στάτη της μηχανής, όπως στις μηχανές Σ.Ρ. Στους εναλλακτήρες με
εσωτερικούς πόλους, που είναι κατάλληλοι για μεγάλες ταχύτητες περιστροφής και μεγαλύτερες τάσεις, το επαγωγικό τύμπανο είναι τοποθετημένο στο στάτη, ενώ οι μαγνητικοί πόλοι στο δρομέα. Οι στροβιλοεναλλακτήρες, που κατασκευάζονται για μεγάλες ταχύτητες περιστροφής και υψηλές τάσεις, έχουν δρομέα με πολύ μεγάλο μήκος, ως προς τη διάμετρο, μέσα στις οδοντώσεις του οποίου τοποθετείται ένα (διπολικό ή τετραπολικό) τύλιγμα διέγερσης.

- ê Ο εναλλακτήρας που έχει στο επαγωγικό του τύμπανο μονοφασικό τύλιγμα λέγε -ται μονοφασικός και μπορεί να τροφοδοτήσει μονοφασικά φορτία, ενώ αυτός που έχει τρία όμοια μονοφασικά τυλίγματα, που δίνουν τρεις Η.Ε.Δ. με φασική απόκλιση 120°, λέγεται τριφασικός . Τα τυλίγματα (φάσεις) των 3~ εναλλακτήρων συνδέονται σε αστέρα ή σε τρίγωνο .
- ê Η ρύθμιση της τάσης εξόδου στους εναλλακτήρες γίνεται με μεταβολή της έντα -σης διέγερσης, μέσω ρυθμιστικής αντίστασης (χειροκίνητα ή αυτόματα).
- ê Σε περιπτώσεις που δεν επιτρέπεται καμιά διακοπή ηλεκτρικής ενέργειας, ή όπου δεν μπορεί να μας εξυπηρετήσει το δίκτυο ηλεκτροδότησης, χρησιμοποιούμε ένα ζεύγος κινητήριας μηχανής και ηλεκτρογεννήτριας που λέγεται ηλεκτροπαραγωγό ζεύγος (Η/Ζ). Για τη σωστή και ασφαλή λειτουργία των Η/Ζ, όπως και για τον τρόπο φόρτισής τους, πρέπει να ακολουθούμε πάντοτε τις οδηγίες που ορίζουν οι κατασκευαστές.
- ê Οι εναλλακτήρες χρησιμοποιούνται σήμερα και στην καθημερινή μας ζωή, ακόμη και όταν χρειαζόμαστε Σ.Ρ., όπως π.χ. στο αυτοκίνητο (όπου παράγουμε Ε.Ρ. και στη συνέχεια το μετατρέπουμε σε Σ.Ρ.).

Κεφάλαιο 4 ασύγχρονοι τριφασικοί κινητήρες (Α.Τ.Κ.)
Οι ασύγχρονοι τριφασικοί κινητήρες είναι μηχανές που με -τατρέπουν την εναλλασσόμενη ηλεκτρική ενέργεια του τριφασι -κού δικτύου σε μηχανική.
Το τύλιγμα του οπλισμού του στά -τη του κινητήρα, τροφοδοτείται με τριφασικό ρεύμα και αναπτύσσε -ται στο εσωτερικό της μηχανής περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο, που επιδρά στο δρομέα και πα -ράγει ροπή περιστροφής.
Οι κινητήρες αυτοί έχουν απεριό -ριστες εφαρμογές σ' όλους τους τομείς της σύγχρονης τεχνολογίας.

Σχ. 4.1.: Ασύγχρονος Tριφασικός Kινητήρας.

Ενότητα 4.1.

Γεvικές γνώσεις για Ασύγχρονους Τριφασικούς Kιvητήρες (Α.Τ.Κ)

Διδακτικοί στόχοι
Μετά από τη μελέτη της ενότητας αυτής θα πρέπει να μπορείτε:
- 1. Να περιγράφετε και να διατυπώνετε τα χαρακτηριστικά του τριφασικού ρεύματος.
- 2. Να περιγράφετε και να διατυπώνετε τις σχέσεις μεταξύ πολικών και φασι -κών μεγεθών.
- 3. Να απαριθμείτε τις απαραίτητες συνθήκες για τη δημιουργία του στρεφόμε -νου μαγνητικού πεδίου.
- 4. Να περιγράφετε και να διατυπώνετε την αρχή λειτουργίας των Α.Τ.Κ.
- 5. Να απαριθμείτε τα είδη των Α.Τ.Κ.
- 6. Να περιγράφετε τις χαρακτηριστικές Ροπής-Στροφών.
- 7. Να απαριθμείτε τα βασικά μέρη από τα οποία αποτελούνται οι A.Τ.Κ.

4.1.1. Είδη ασύγχρονων τριφασικών κινητήρων
Οι ασύγχρονοι κινητήρες λόγω της απλότητας της κατασκευής τους, του χαμηλού κόστους, της ελάχιστης συντήρησης και της μεγάλης συγκέντρωσης ισχύος, είναι οι πιο διαδεδομένοι κινητήρες στη βιομηχανία.
Ονομάζονται διαφορετικά και επαγωγικοί κινητήρες , γιατί το ρεύμα διέγερσης του δρομέα δημιουργείται από επαγωγή αντί να παρέχεται με ηλεκτρική σύνδεση από κάποια πηγή.
Οι ασύγχρονοι κινητήρες διακρίνονται σε μονοφασικούς και τριφασικούς . Στο κε -φάλαιο αυτό θα αναπτύξουμε τους τριφασικούς κινητήρες. Οι ασύγχρονοι τριφασι κοί κινητήρες ανάλογα με τη κατασκευή του δρομέα διακρίνονται σε δύο τύπους:

- α) κινητήρας με βραχυκυκλωμένο δρομέα,
- β) κινητήρας με δακτυλιοφόρο δρομέα.

4. ΑΣΎΓΧΡΟΝΟΙ ΤΡΙΦΑΣΙΚΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ (Α.Τ.Κ.)

4.1.2. Κατασκευαστικά στοιχεία του στάτη των ασύγχρονων τριφασικών κινητήρων (Α.Τ.Κ.)
Το ακίνητο μέρος ενός ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα, ο στάτης , αποτελεί το μόνο στοιχείο που συνδέεται ηλεκτρικά με το δίκτυο (σχ. 4.4). Η κατασκευή του (σχ. 4.5) είναι όμοια με την κατασκευή των 3 εναλλακτήρων με εσωτερικούς πόλους. Διαφορά υπάρχει κυρίως στη διαμόρφωση του κελύφους, το οποίο προσαρμόζεται στις συν -θήκες, κάτω από τις οποίες πρόκειται να εργασθεί ο ασύγχρονος κινητήρας.
Σχ. 4.4: Α.Τ.Κ.
Σχ. 4.5: Στάτης Α.Τ.Κ.

Μέσα στο κέλυφος είναι τοποθετημένος ο πυρήνας του τυμπάνου, που κατασκευά -ζεται από πολλά μαγνητικά ελάσματα , συνήθως πυριτιούχου χάλυβα, που κόβο νται σε ειδικές πρέσσες και έχουν τη μορφή του σχήματος 4.6.
Τα ελάσματα αυτά είναι περασμένα με ειδικό βερνίκι, συγκρατούνται με κοχλίες και αποτελούν το ζύγωμα της μηχανής.
Στα αυλάκια (οδοντώσεις) που σχηματίζονται τοποθετούνται οι τρεις φάσεις του τυλίγματος, ώστε να δημιουργείται στο εσωτερικό ένα μαγνητικό πεδίο Β$\_{ολ}$ , όπως φαίνεται στο σχήμα 4.7.

Σχ. 4.6: Μαγνητικά ελάσματα στάτη.
Σχ. 4.7: Μαγνητικό πεδίο στάτη.

4.1.3. Χρησιμότητα του στάτη των Α.Τ.Κ.
Ο στάτης χρειάζεται για να δημιουργεί τη διέγερση της μηχανής, που στην περίπτω -ση των Α.Τ.Κ. είναι ένα στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο .
Στις οδοντώσεις του πυρήνα τοποθετείται τριφασικό τύλιγμα, τα άκρα του οποίου καταλήγουν στους έξι ακροδέκτες του κινητήρα (σχ. 4.8.α).
Οι τρεις φάσεις του τυλίγματος του στάτη συνδέονται σε αστέρα ή τρίγωνο (σχ.4.8.β).
Σχ. 4.8: (α) Άκρα τριφασικής μηχανής και (β) τύλιγμα στάτη Α.Τ.Κ.
Τα άκρα U, V, W χρησιμοποιούνται για να συνδέονται στο τριφασικό δίκτυο τροφο -δοσίας R,S,T,Mp (παλιός συμβολισμός), L$\_{1}$, L$\_{2}$, L$\_{3}$, Ν (νέος συμβολισμός) και να παίρνουν ισχύ, ενώ τα Χ,Υ,Ζ για να δημιουργούν αλληλένδετο τριφασικό σύστημα.

4.1.4. Πολικά - φασικά μεγέθη
Υπάρχουν δύο τρόποι για να συνδεθούν οι τρεις φάσεις:

Ø σύνδεση σε αστέρα (Υ)
Ενώνοντας με χάλκινα λαμάκια τους ακροδέκτες Χ,Υ,Ζ της μηχανής, συνδέουμε τα τυλίγματα σε αστέρα Υ, όπως φαίνεται στο σχήμα 4.9.
Σχ. 4.9: Συνδεσμολογία αστέρα.
Η τάση στα άκρα μιάς φάσης λέγεται φασική τάση και η τάση μεταξύ δύο γραμμών τροφοδοσίας, πολική τάση .
Στη συνδεσμολογία αστέρα παίρνοντας τυχαία μία φάση, την 1 η φάση, παρατηρού -με ότι η φασική τάση είναι η τάση U$\_{UX}$ =U$\_{RN}$ . Από την τριγωνομετρική ανάλυση του σχήματος 4.10 προκύπτει ότι U$\_{RS}$ = 3 U$\_{RN}$ .

Δηλαδή: Uπολική = 3  Uφασική και σε συντομία: U$\_{π}$ = 3 U$\_{Φ}$ (4.1.)
Σχ. 4.10: Πολικά - φασικά μεγέθη.
Το ρεύμα που παρέχεται στη 1 η φάση από το δίκτυο είναι l$\_{R}$.
Παρατηρώντας το σχήμα 4.9 προκύπτει: Ι$\_{R}$=Ι$\_{Φ1}$
Γενικεύοντας μπορούμε να γράψουμε: Ι$\_{φασικό}$ = Ι$\_{πολικό}$ και σε συντομία: Ι$\_{φ}$=Ι$\_{π}$ (4.2)

Ø Σύνδεση σε τρίγωνο (Δ)
Ενώνοντας στη συνέχεια τους ακροδέκτες U με Ζ, V με X και W με Υ συνδέουμε, τα τυλίγματα σε τρίγωνο (Δ) όπως φαίνεται στο σχήμα 4.11.
Σχ. 4.11: Συνδεσμολογία τριγώνου.
Στη συνδεσμολογία τριγώνου η φασική τάση U$\_{UX}$ =U$\_{RS}$ , δηλαδή Uφασική = Uπολική σε συντομία: U$\_{Φ }$ = U$\_{Π}$ (4.3.)

4. ΑΣΎΓΧΡΟΝΟΙ ΤΡΙΦΑΣΙΚΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ (Α.Τ.Κ.)
Από την τριγωνομετρική ανάλυση των ρευμάτων προκύπτει: Ι$\_{πολικό}$ = 3 Ι$\_{φασικό}$ σε συντομία: Ι$\_{π}$ = 3 Ι$\_{φ}$ (4.4.)
H Ανεξάρτητα από τη συνδεσμολογία η πραγματική ισχύς που απορροφά ο κινη -τήρας από το δίκτυο είναι: Ρ = 3 U$\_{Π}$  Ι$\_{Π}$  συνφ (σε W) (4.5.)

4.1.5. Στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο
Ο στάτης κάθε ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα αποτελείται από τρία τυλίγματα (Α,Β,Γ) που σχηματίζουν γωνίες 120° μεταξύ τους, όπως φαίνεται στο σχήμα 4.12. Όταν εφαρμοσθεί εναλλασσόμενη τάση στο στάτη, έχουμε ροή ρεύματος μέσα από τα πηνία. Η μαγνητική ροή εξαρτάται από τη φορά του ρεύματος.
Σχ. 4.12: Τριφασικό τύλιγμα στάτη.
Αν υποθέσουμε ότι θετική φορά ρεύματος δημιουργεί στα πηνία Α$\_{1}$,Β$\_{1}$,Γ$\_{1}$ Βόρειο μαγνητικό πόλο (Β) και στα Α$\_{2}$,Β$\_{2}$,Γ$\_{2}$ Νότιο μαγνητικό πόλο (Ν), καταλήγουμε στον πίνακα:

Πίνακας 4.1. Δημιουργία μαγνητικών πόλων

| Πηνίο   | Φορά Ρεύματος   | Φορά Ρεύματος   |
|---------|-----------------|-----------------|
| Α$\_{1}$ | Θετική (+)      | Αρνητική (-)    |
|         | Βόρειος (Β)     | Νότιος (Ν)      |
| Α$\_{2}$ | Νότιος (Ν)      | Βόρειος (Β)     |
| Β$\_{1}$ | Βόρειος (Β)     | Νότιος (Ν)      |
| Β$\_{2}$ | Νότιος (Ν)      | Βόρειος (Β)     |
| Γ$\_{1}$ | Βόρειος (Β)     | Νότιος (Ν)      |
| Γ$\_{2}$ | Νότιος (Ν)      | Βόρειος (Β)     |
Τα τρία τυλίγματα του στάτη τροφοδοτούνται με τριφασικό ρεύμα. Για να γίνει κα -τανοητή η δημιουργία του μαγνητικού πεδίου επιλέγουμε τη χρονική στιγμή μηδέν

(t=0). To ρεύμα στο πηνίο Α είναι μηδέν, στο Β είναι αρνητικό και στο Γ θετικό. Με βάση τον προηγούμενο πίνακα τα Β$\_{1}$ και Γ$\_{2}$ είναι Νότιοι πόλοι και τα Β$\_{2}$ και Γ$\_{1}$ Βό -ρειοι πόλοι. Η δημιουργούμενη συνολική μαγνητική ροή φαίνεται στο σχήμα 4.13.
Σχ. 4.13: Δημιουργία μαγνητικής ρoής.
Αν με τον ίδιο τρόπο εξετάσουμε το δημιουργούμενο μαγνητικό πεδίο για τριφασικό σύστημα παροχής και για χρόνους που αντιστοιχούν σε γωνίες 60°, όταν το ρεύ -μα συμπληρώσει φάση 360°, το μαγνητικό πεδίο έχει περιστραφεί αντίστοιχα κατά 360°.

Σχ. 4.14: Στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο.

4.1.6. Αρχή λειτουργίας ασύγχρονων τριφασικών κινητήρων
Στους κινητήρες συνεχούς ρεύματος μέσα από το συλλέκτη τροφοδοτείται με ρεύ -μα ο δρομέας που βρίσκεται σε μαγνητικό πεδίο δημιουργούμενο από το τύλιγμα διέγερσης. Αποτέλεσμα αυτών είναι η δημιουργία μαγνητικής δύναμης (Laplace) που περιστρέφει το δρομέα.
Στους ασύγχρονους κινητήρες, ο δρομέας είναι ηλεκτρικά ανεξάρτητος από το στά -τη και δεν τροφοδοτείται με ρεύμα από το δίκτυο. Στα τρία τυλίγματα του στάτη δίνουμε τριφασικό ρεύμα και δημιουργείται το στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο που τέ -μνει τις σπείρες του δρομέα. Στο δρομέα αναπτύσσονται επαγωγικά ρεύματα, με αποτέλεσμα τη δημιουργία μαγνητικής δύναμης (Laplace) που περιστρέφει το δρο -μέα (σχ. 4.15).

Σχ. 4.15: Mαγνητικές δυνάμεις.
Η ταχύτητα περιστροφής n του κινητήρα είναι πάντοτε μικρότερη από τη σύγχρονη ταχύτητα n$\_{s}$ του στρεφόμενου μαγνητικού πεδίου. Αν υποθέσουμε ότι n=n$\_{s}$ , τότε δεν θα προλαβαίνει το μαγνητικό πεδίο να κόψει τους αγωγούς του δρομέα, δεν θα έχουμε επαγωγή και φυσικά θα μηδενισθεί η μαγνητική δύναμη και θα σταματήσει ο κινητήρας. Όπως είναι γνωστό:
F= B$\_{σ}$ Ι$\_{δ}$ ℓ (4.6.)
όπου: F: μαγνητική δύναμη (Laplace) σε (Ν) Β$\_{σ}$: μαγνητική επαγωγή στρεφόμενου μαγνητικού πεδίου σε Τ (VS/m 2 ) Ι$\_{δ}$: ρεύμα δρομέα από επαγωγή σε (Α) ℓ: μήκος αγωγού δρομέα σε (m)

4.1.7. Ολίσθηση
To στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο περιστρέφεται με ταχύτητα που εξαρτάται από τη συχνότητα (f) του ρεύματος τροφοδοσίας και τα ζεύγη πόλων (p) του τυλίγματος του στάτη.
Η ταχύτητα αυτή λέγεται σύγχρονη ταχύτητα n$\_{s}$.
n = 60f p s (4.7)
n$\_{s}$: σύγχρονη ταχύτητα σε στρ/min (Σ.Α.Λ)
p: ζεύγη μαγνητικών πόλων
f: συχνότητα τροφοδοσίας σε Hz (1/sec)
Ο δρομέας του κινητήρα περιστρέφεται με ταχύτητα n που εξαρτάται από το φορτίο του άξονα. Ο λόγος της διαφοράς μεταξύ της σύγχρονης ταχύτητας n$\_{s}$ και της ταχύ -τητας του κινητήρα n , προς τη σύγχρονη ταχύτητα, ονομάζεται ολίσθηση s:

s= n - n n s s (4.8.)
Η ολίσθηση ενός κινητήρα δεν είναι σταθερή, μεταβάλλεται με το φορτίο και αυξά -νεται με αυτό.

Παράδειγμα
Ασύγχρονος τριφασικός κινητήρας με εξαπολικό τύλιγμα τροφοδοτείται από δί -κτυο συχνότητας 50Hz και περιστρέφεται με ταχύτητα 955στρ/min. Πόση είναι η ολίσθησή του;

Λύση
Η σύγχρονη ταχύτητα είναι: n= 60f p = 60 50 3 =1000 στρ/ min s ×
Άρα η ολίσθηση θα είναι: s= n-n n = 1000 - 955 1000 =0,045 s s ή 4,5%

4.1.8. Ροπή ασύγχρονων τριφασικών κινητήρων
Ένα από τα σημαντικότερα στοιχεία του κινητήρα είναι η ροπή (Τ) που μπορεί να αναπτύξει στον άξονά του για να περιστρέφει το φορτίο.
Μέσα από σχέσεις της Μηχανικής καταλήγουμε στην έκφραση της ροπής:
T= 9,55 P n$^{×}$ (4.9.)
όπου:
ροπή (σε Nm)
ταχύτητα κινητήρα (σε στρ/min)
αποδιδόμενη ισχύς (σε W)

Τ: Ρ: n:

4. ΑΣΎΓΧΡΟΝΟΙ ΤΡΙΦΑΣΙΚΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ (Α.Τ.Κ.)
Στο σχήμα 4.16 φαίνεται η τυπική καμπύλη ροπής-στροφών ενός ασύγχρονου τρι -φασικού κινητήρα. Η καμπύλη αυτή είναι σημαντική για τη λειτουργία των κινητή ρων. Κατά την εκκίνηση, όταν οι στροφές είναι πρακτικά μηδέν, η ροπή του κινητήρα έχει τιμή Τ$\_{εκ}$ και λέγεται ροπή εκκίνησης . Καθώς αυξάνονται οι στροφές, αυξάνεται και η ροπή μέχρι την τιμή Τ$\_{μεγ}$ που λέγεται μέγιστη ροπή ή ροπή ανατροπής .
Στη συνέχεια η ροπή μειώνεται απότομα και μηδενίζεται, όταν η ταχύτητα του κινη -τήρα φθάσει τη σύγχρονη ταχύτητα.

Στο σχήμα 4.16 φαίνεται και η καμπύλη ροπής-στροφών του φορτίου. Σε κάθε ταχύ -τητα η διαφορά μεταξύ της ροπής του κινητήρα και της ροπής του φορτίου λέγεται ροπή επιτάχυνσης .
Η ροπή εκκίνησης του κινητήρα πρέπει να είναι αρκετά μεγαλύτερη από την αντί -στοιχη ροπή εκκίνησης του φορτίου. Η ροπή του κινητήρα πρέπει να παραμένει με γαλύτερη από τη ροπή του φορτίου όλο το διάστημα που ο κινητήρας επιταχύνεται μέχρι να φθάσει στη ταχύτητα λειτουργίας του. Η ταχύτητα λειτουργίας και η ροπή λειτουργίας καθορίζονται από το σημείο λειτουργίας Λ που είναι η τομή των δύο καμπυλών του σχήματος 4.16.

Η λειτουργία του κινητήρα στο τμήμα της καμπύλης πριν τη μέγιστη ροπή (Τ$\_{μεγ}$) είναι ασταθής λειτουργία και μετά τη μέγιστη ροπή είναι ευσταθής λειτουργία . Ο κινη -τήρας εργάζεται στην ευσταθή περιοχή για να μπορεί να προσαρμόζεται αυτόματα στις διακυμάνσεις του φορτίου. Στην περιοχή αυτή, αν για κάποιο λόγο αυξηθεί το φορτίο, θα μειωθεί η ταχύτητα και κατόπιν θα αυξηθεί η ροπή ώστε να μπορέσει ο κινητήρας να περιστρέψει το φορτίο.
Σχ. 4.16: Καμπύλη ροπής - ταχύτητας ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα.

Παράδειγμα
Να υπολογισθεί η ισχύς που πρέπει να έχει στον άξονά του ένας ασύγχρονος τριφασικός κινητήρας, όταν κινεί φορτίο με μέγιστη ροπή στέψης 370N.m και ταχύτητα 40στρ/min.

Λύση
Από τη σχέση T= 9,55 P n$^{×}$ έχουμε: P= Tn 9,55 = 370 40 9,55 = 1549,73 W × ×

4.1.9. Eρωτήσεις
- 1. Ποια είναι τα είδη των ασύγχρονων τριφασικών κινητήρων (Α.Τ.Κ);
- 2. Πώς είναι διαμορφωμένος ο στάτης των Α.Τ.Κ.;
- 3. Πώς γίνεται η σύνδεση των ακροδεκτών του τυλίγματος του στάτη σε αστέρα και τρίγωνο; Δώστε για κάθε σύνδεση τη σχέση φασικών-πολιτικών τάσεων και ενστάσεων.
- 4. Ποιος τύπος μας δίνει την ολίσθηση ενός ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα; Είναι δυνατόν η ολίσθηση να πάρει τιμή μηδέν και μονάδα;
- 5. Ποιος τύπος μας δίνει τη ροπή ενός ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα;
- 6. Τι ονομάζουμε ροπή ανατροπής και τι ροπή επιτάχυνσης κινητήρα;
- 7. Από τι εξαρτάται η ροπή ενός ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα;
- 8. Σχεδιάστε τη χαρακτηριστική ροπής-ταχύτητας ασύγχρονου τριφασικού κινητή -ρα και σημειώστε τα βασικά μεγέθη.
- 9. Εξηγείστε τον τρόπο δημιουργίας στρεφόμενου μαγνητικού πεδίου.
- 10. Περιγράψτε την αρχή λειτουργίας των Α.Τ.Κ.
- 11 . Πότε έχουμε ασταθή λειτουργία του κινητήρα;
- 12. Ποιο είναι το μέρος της χαρακτηριστικής ροπής-ταχύτητας για το οποίο η λει -τουργία του κινητήρα είναι ευσταθής;
- 13. Πώς προσαρμόζεται ο κινητήρας στην αύξηση του φορτίου του, αν λειτουργεί στο τμήμα ευσταθούς λειτουργίας της χαρακτηριστικής ροπής ταχύτητας;
- 14. Ασύγχρονος τριφασικός κινητήρας με δύο πόλους έχει συχνότητα τροφοδοσίας 50Hz. Όταν λειτουργεί χωρίς φορτίο η ολίσθησή του είναι 0,7% ενώ κατά την λειτουργία του με κανονικό φορτίο η ταχύτητά του είναι 2800στρ/min.

Να βρεθούν:
- β) η ταχύτητα στη λειτουργία χωρίς φορτίο.
- α) η σύγχρονη ταχύτητα του κινητήρα.
- γ) η ολίσθηση κατά την κανονική λειτουργία του.
(ΑΠ. α) 3000 στρ/min, β) 2979στρ/min, γ) 6,67%)
- 15. Ασύγχρονος τριφασικός κινητήρας απορροφά ισχύ N=8.000W και έχει βαθ -μό απόδοσης 0,9. Περιστρέφεται με ταχύτητα 1500στρ/min. Να βρεθεί η ροπή που αναπτύσσει στον άξονά του. (ΑΠ. 45,84N.m)

4. ΑΣΎΓΧΡΟΝΟΙ ΤΡΙΦΑΣΙΚΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ (Α.Τ.Κ.)
- 16. Ασύγχρονος τριφασικός κινητήρας συνδέεται με δίκτυο συχνότητας f=50Hz. Η ολίσθηση στην πλήρη φόρτιση είναι 5% και έχει περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο τεσσάρων πόλων.

Να βρεθούν:
- β) η ταχύτητα περιστροφής του δρομέα.
- α) η σύγχρονη ταχύτητα του κινητήρα.
- (ΑΠ. α) 1800στρ/min. β) 1710στρ/min)

Βάλτε σε κύκλο το γράμμα μπροστά από τη σωστή απάντηση
- 17. Ο νέος συμβολισμός των αγωγών τριφασικού δικτύου είναι:
- β. R, S, Τ, Μp.
- α. L$\_{1}$ , L$\_{2}$, L$\_{3}$, Ν.
- γ. U, V, W.
- 18. Στην συνδεσμολογία αστέρα Α.Τ.Κ. ισχύει:
- β. Ι$\_{φ}$ = I$\_{π}$ .
- α. V$\_{π}$=V$\_{φ}$ .
- γ. Ρ=3V$\_{π}$Ι$\_{π}$συνφ.
- 19. Σε κάθε κινητήρα η διαφορά μεταξύ της ροπής του κινητήρα και της ροπής του φορτίου λέγεται:
- β. ροπή επιτάχυνσης.
- α. ροπή εκκίνησης.
- γ. ροπή ανατροπής.
- 20. Για να έχει ευσταθή λειτουργία ο κινητήρας πρέπει να εργάζεται:
- β. στη ροπή εκκίνησης που είναι αρκετά μεγάλη.
- α. στη μέγιστη ροπή του.
- γ. στο τμήμα της καμπύλης μετά την μέγιστη ροπή.
- 21. Το πηλίκο της διαφοράς n$\_{s}$-n, προς n$\_{s}$ ονομάζεται:
- β. ευστάθεια.
- α. σύγχρονη ταχύτητα.
- γ. ολίσθηση.
- 22. Ένας Α.Τ.Κ. για να αποδώσει ωφέλιμη ισχύ 4kW και ροπή 40Nm, πρέπει να περιστρέφεται με ταχύτητα:
- β. n=830 στρ/min.
- α. n=955 στρ/min.
- γ. n=560 στρ/min.

Ενότητα 4.2.

Ασύγχρονοι Τριφασικοί Kινητήρες με Βραχυκυκλωμένο Δρομέα (Κ.Β.Δ.)

Διδακτικοί στόχοι
Μετά από τη μελέτη της ενότητας αυτής θα πρέπει να μπορείτε:
- 1. Να απαριθμείτε τα μέρη από τα οποία αποτελούνται οι Κ.Β.Δ.
- 2. Να αναγνωρίζετε τη σήμανση των ακροδεκτών και τη συνδεσμολογία τους.
- 3. Να αιτιολογείτε την τάση λειτουργίας των Κ.Β.Δ.
- 4. Να περιγράφετε τους τρόπους εκκίνησης και να σχεδιάζετε τη συνδεσμο -λογία.
- 5. Να περιγράφετε τα προβλήματα που δημιουργούνται από τη βύθιση τάσης.
- 6. Να περιγράφετε τους τρόπους ρύθμισης στροφών των Κ.Β.Δ. με αντιστά -σεις και χρήση ηλεκτρονικών ισχύος.
- 7. Να αναφέρετε τους τρόπους πέδησης Κ.Β.Δ.

4.2.1. Κατασκευαστικά στοιχεία
Το τύλιγμα του δρομέα αποτελείται από μεταλλικές ράβδους από χαλκό ή ορείχαλ -κο, τα άκρα των οποίων βραχυκυκλώνονται από δύο δακτυλίδια βραχυκύκλωσης (σχ. 4.17).
Σχ. 4.17: Τύλιγμα κλωβού δρομέα.
Η σύνδεση γίνεται με συγκόλληση ή χύτευση. Ο δρομέας δεν συνδέεται ηλεκτρι -κά με άλλο τμήμα του κινητήρα και το ρεύμα που κυκλοφορεί σ' αυτόν είναι από επαγωγή λόγω του στρεφόμενου μαγνητικού πεδίου.
Αν τα αυλάκια στο τύμπανο του δρομέα είναι απλά, το τύλιγμα λέγεται απλού κλω -βού , αν φέρει διπλά αυλάκια το τύλιγμα λέγεται διπλού κλωβού και αν τα αυλάκια είναι βαθειά, το τύλιγμα λέγεται με βαθειά αυλάκια (σχ. 4.18).

Σχ. 4.18: Διάφοροι τύποι αυλακιών δρομέα.
Οι κινητήρες με τύλιγμα απλού κλωβού είναι γενικά απλής κατασκευής, έχουν μι -κρό κόστος και καλό βαθμό απόδοσης. Στους μικρούς κινητήρες το τύλιγμα απλού κλωβού κατασκευάζεται από καθαρό αλουμίνιο που χύνεται μέσα στα αυλάκια. Το μειονέκτημα των κινητήρων απλού κλωβού είναι το μεγάλο ρεύμα εκκίνησης με αντίστοιχα μικρή ροπή εκκίνησης . Λόγω των δυσμενών συνθηκών εκκίνησης, οι κινητήρες απλού κλωβού είναι κινητήρες μικρής ισχύος. Τα παραπάνω μειονε -κτήματα μειώνονται, όταν οι κινητήρες έχουν τύλιγμα διπλού κλωβού ή τύλιγμα με βαθειά αυλάκια.

Κατασκευαστικές κλάσεις κινητήρων με βραχυκυκλωμένο δρομέα
Οι κατασκευαστές προσπαθούν να μεταβάλλουν την αντίσταση και την αντίδραση των τυλιγμάτων του δρομέα μεταβάλλοντας το μέγεθος, τη μορφή και το βάθος των αυλακιών του, όπως φαίνεται στα σχήματα 4.18, 4.19, 4.20. Έτσι επιτυγχάνουν με -γάλη ροπή εκκίνησης και μικρό ρεύμα εκκίνησης του κινητήρα. Αυτά είναι απα ραίτητα για την ομαλή εκκίνησή του και την ανεπιθύμητη πτώση τάσης του δικτύου, που προκαλεί ταλαντώσεις στη λειτουργία διπλανών συσκευών.

Έχει γίνει διαχωρισμός των κινητήρων με βραχυκλωμένο δρομέα σε τέσσερις κλά -σεις ανάλογα με τη συμπεριφορά τους κατά την εκκίνηση και κατά την κανονική λειτουργία (σχ. 4.21).
Σχ. 4.21: Χαρακτηριστικές ροπής-ταχύτητας για A,B,C,D κλάση κινητήρα βραχυκυκλωμένου δρομέα.
- Ø Κλάση Α: Κανονική ροπή εκκίνησης και κανονικό ρεύμα εκκίνησης. Έχουν τύ -λιγμα απλού κλωβού και διακρίνονται για την καλή επίδοση λειτουργίας σε βάρος της εκκίνησης. Η μέγιστη ροπή είναι μεγαλύτερη του 2,5Τ$\_{ον}$ και σε ταχύτητα πάνω από 0,8n$\_{s}$ που σημαίνει ολίσθηση μικρότερη του 0,2. Το ρεύμα εκκίνησης είναι μεγάλο ίσο με 5+8Ι$\_{ον}$ . Χρησιμοποιούνται για κίνηση μηχανημάτων σταθερής ταχύ -τητας χωρίς μεγάλη ροπή εκκίνησης, όπως εργαλειομηχανές, αντλίες, ανεμιστήρες.
- Ø Κλάση Β: Κανονική ροπή εκκίνησης ίδια με την κλάση Α, μικρή ολίσθηση και ρεύμα εκκίνησης το 75% της κλάσης Α. Το ρεύμα εκκίνησης μειώθηκε με σχεδιασμό τυλίγματος υψηλής αντίδρασης σκέδασης ενώ η ροπή εκκίνησης είναι ίδια με την κλάση Α με κατασκευή όμως διπλού κλωβού ή κλωβού με βαθειά αυλάκια. Οι εφαρ -μογές τους είναι ίδιες με την κλάση Α και έχουν αντικατασταστήσει στη σύγχρονη τεχνολογία τους κινητήρες κλάσης Α, λόγω του χαμηλότερου ρεύματος εκκίνησης.
- Ø Κλάση Γ: Έχουν τύλιγμα δρομέα διπλού κλωβού μεγαλύτερης αντίστασης από την Α και τη Β κλάση. Αναπτύσσουν μεγαλύτερη ροπή εκκίνησης, χρειάζονται μικρό -τερο ρεύμα εκκίνησης, έχουν μικρότερο βαθμό απόδοσης και μεγαλύτερη ολίσθηση από τις δύο προηγούμενες κλάσεις. Έχουν μεγαλύτερο κόστος και χρησιμοποιού -νται σε φορτία που χρειάζονται μεγάλη ροπή εκκίνησης όπως συμπιεστές, μεταφο ρικές ταινίες, ισχύος 10PS μέχρι 300PS.
- Ø Κλάση Δ: Έχουν τύλιγμα απλού κλωβού με ράβδους από ορείχαλκο, μικρό -τερης διατομής για να παρουσιάζουν μεγαλύτερη αντίσταση. Αναπτύσσουν πολύ μεγάλη ροπή εκκίνησης με χαμηλό ρεύμα εκκίνησης. Η μέγιστη ροπή ξεπερνά την τριπλάσια της ονομαστικής και επιτυγχάνεται σε χαμηλές ταχύτητες με ολίσθηση 0,5 έως 0,11 με χαμηλό βαθμό απόδοσης.

Χρησιμοποιούνται για κίνηση διακοπτόμενων φορτίων που χρειάζονται μεγάλη επι -τάχυνση και για κρουστικά φορτία όπως πρέσσες, διατρητικά μηχανήματα, ψαλίδια και μηχανήματα με σφόνδυλο.

4.2.2. Ακροδέκτες, συνδεσμολογίες
Στην παράγραφο 4.1.4. είχαμε αναφερθεί στα τρία τυλίγματα του στάτη του κινητή -ρα, U-X, V-Y, W-Z και είχαμε περιγράψει πώς συνδεσμολογούνται σε αστέρα (Υ) και σε τρίγωνο (Δ).
Σύμφωνα με τη σύγχρονη τυποποίηση τα τρία τυλίγματα έχουν ακροδέκτες U$\_{1}$ -U$\_{2}$ , V$\_{1}$- V$\_{2}$ και W$\_{1}$ -W$\_{2}$ (σχ. 4.22).
Σχ. 4.22: Σύνδεση των τριών φάσεων του στάτη (α) σε αστέρα (Υ) και (β) σε τρίγωνο (Δ).
Τα συνηθέστερα κιβώτια ακροδεκτών είναι:
- β. ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα δύο ταχυτήτων (σχ. 4.24)
- α. ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα μιάς ταχύτητας (σχ. 4.23)
- γ. ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα τριών ταχυτήτων
- δ. ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα πολλαπλών ταχυτήτων.

Στο κιβώτιο ακροδεκτών υπάρχει συνήθως ακροδέκτης γείωσης με ένδειξη ΡΕ, αν και οι κινητήρες, τις περισσότερες φορές, έχουν γείωση ιδιαίτερη, απ' ευθείας στο κέλυφος της μηχανής.
Συνδεσμολογία Δ
Σχ. 4.23: Aσύγχρovoς τριφασικός κινητήρας μιας ταχύτητας.
Σχ. 4.24: Συνδέσεις κιβωτίου ακροδεκτών ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα δύο ταχυτήτων.

4.2.3. Τάση λειτουργίας
Τα πηνία των τριών φάσεων του κινητήρα ανάλογα με τη διατομή τους μπορούν να εργασθούν σε μία καθορισμένη από τον κατασκευαστή τάση. Αυτή υποχρεωτικά αναγράφεται στην πινακίδα της μηχανής. Για παράδειγμα, αν η ένδειξη είναι 220VΔ/ 380VY , ο κινητήρας μπορεί να εργασθεί με πολική τάση δικτύου 220V σε σύνδεση τριγώνου και 380V σε σύνδεση αστέρα, όπως φαίνεται στο σχήμα 4.25.
Σχ. 4.25: Τάσεις λειτουργίας σε Υ και Δ, με ένδειξη πινακίδας 220V Δ/380V Υ.
Άλλες συνηθισμένες ενδείξεις είναι: 380VΔ, 380VΔ/660VY.

Η χαμηλή τάση του δίκτυου της ΔΕΗ είναι 220/380V, που σημαίνει, ότι μπορούμε να έχουμε πολική τάση στη μηχανή 380V . Στο σχήμα 4.25, μπορεί να πραγματοποι -ηθεί μόνο η σύνδεση αστέρα.
Σύμφωνα με τους διεθνείς κανονισμούς IEC, η επιτρεπόμενη διακύμανση τάσης τροφοδοσίας είναι ±5% της ονομαστικής. Οι κινητήρες πρέπει να μπορούν να αποδίδουν την πλήρη ισχύ τους σε μεταβολή της τάσης από 105% έως 95% αλλά υπό ονομαστική συχνότητα. Επίσης η νέα τυποποίηση της χαμηλής τάσης του δικτύου της Δ.Ε.Η. είναι 230/400V.

Κατασκευάζονται ασύγχρονοι τριφασικοί κινητήρες που μπορούν να λειτουργήσουν σε δύο τάσεις τροφοδοσίας. Αυτοί έχουν δύο τυλίγματα ανά φάση σε κιβώτιο εννιά και δώδεκα άκρων, όπως φαίνεται στο σχήμα 4.26 και 4.27.
Σχ. 4.26: Ασύγχρονος τριφασικός κινητήρας πολλαπλών τάσεων, 9 άκρων (SIEMENS).

4. ΑΣΎΓΧΡΟΝΟΙ ΤΡΙΦΑΣΙΚΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ (Α.Τ.Κ.)
Σχ. 4.27: Aσύγχρovoς τριφασικός κινητήρας πολλαπλών τάσεων 12 άκρων (SIEMENS).
Παρατηρούμε ότι, για μικρές τάσεις τα τυλίγματα συνδέονται παράλληλα και για μεγάλες σε σειρά, τόσο στον αστέρα όσο και στο τρίγωνο .
Άλλη τυποποίηση ακροδεκτών κινητήρων πολλαπλών τάσεων είναι με αριθμούς. Τα άκρα κάθε πηνίου διαφέρουν κατά τον αριθμό τρία (3), όπως φαίνεται στα σχή -ματα 4.28 και 4.29.
Σχ. 4.28: Συνδεσμολογία αστέρα μεγάλης τάσης εννιά ακροδεκτών.
Σχ. 4.29: Συνδεσμολογία τριγώνου μεγάλης τάσης δώδεκα ακροδεκτών. (Λείπουν οι ακροδέκτες 10,11,12)

4.2.4. Εκκίνηση ασύγχρονων τριφασικών κινητήρων βραχυκυκλωμένου δρομέα
Οι κινητήρες βραχυκυκλωμένου δρομέα μπορούν να συνδεθούν απευθείας στο δί -κτυο με έναν απλό εξοπλισμό.
Κατά την εκκίνηση όμως απορροφούν ρεύμα τετραπλάσιο μέχρι οκταπλάσιο του ονομαστικού, που προκαλεί στιγμιαία πτώση τάσης του δίκτυου και η οποία έχει επιπτώσεις στους άλλους καταναλωτές. Η πτώση τάσης, που λέγεται και βύθι -ση τάσης δημιουργεί ιδιαίτερα προβλήματα σε κινητήρες, ηλεκτρονικά μηχανήματα κ.α. Σύμφωνα με τους κανονισμούς IEC όπως είδαμε, η τροφοδοσία των κινητήρων μπορεί να έχει διακυμάνση 5%.

Αρκετές μέθοδοι εκκίνησης αναπτύχθηκαν προκειμένου να επιλύσουν τα προβλή -ματα της εκκίνησης:

α) Απευθείας εκκίνηση
Ο κινητήρας συνδέεται στο δίκτυο μέσω τριπολικού διακόπτη (σχήμα 4.22).. Η μέ -θοδος αυτή εφαρμόζεται σε κινητήρες μικρής ισχύος μέχρι 1,5PS. Δημιουργεί πτώ ση τάσης στο δίκτυο, γι'αυτό η ΔΕΗ έχει εκδώσει σχετική οδηγία που προσδιορίζει το μέγιστο ρεύμα εκκίνησης στην περίπτωση αυτή.

Ø Χαρακτηριστικά λειτουργίας: ≅
- - Ρεύμα εκκίνησης: Ι$\_{εκκ}$ ≅ 6Ι$\_{ον}$. Μεγάλο ρεύμα εκκίνησης, δημιουργία πτώσης τάσης.
- Μεγάλη ροπή εκκίνησης, δυνατότητα εκκίνησης με φορτίο.
- - Ροπή εκκίνησης: Τ$\_{εκκ}$ 1,5 Τ$\_{ον}$.
- - Απλός εξοπλισμός.
- - Αδυναμία ρύθμισης.
Σχ. 4.30: Χαρακτηριστικές λειτουργίας ασύγχρονου κινητήρα με απευθείας εκκίνηση.

β) Εκκίνηση με διακόπτη αστέρα - τριγώνου Υ-Δ
Η εκκίνηση γίνεται με ειδικό χειροκίνητο ή με αυτόματο διακόπτη αστέρα - τριγώνου (Υ-Δ). Στο σχήμα 4.31 φαίνεται ένας χειροκίνητος διακόπτης αστέρα-τριγώνου.
Σχ. 4.31: Xειροκίvητoς διακόπτης Υ-Δ.
Σχ. 4.32: Tάσεις και Ρεύματα σε σύνδεση Υ-Δ.
Κατά την εκκίνηση ο διακόπτης στρέφεται στη θέση V και οι επαφές του ενώνουν τους ακροδέκτες W$\_{2}$, U$\_{2}$, V$\_{2}$ και συνδέουν το στάτη σε αστέρα που τροφοδοτεί κάθε φάση του κινητήρα με φασική τάση δικτύου. Για δίκτυο Χ.Τ. ΔΕΗ: U$\_{φ}$=220V.

Όταν ο κινητήρας φθάσει σε κάποιο οριακό αριθμό στροφών, στρέφουμε το διακό -πτη στη θέση Δ. Οι επαφές του ενώνουν τους ακροδέκτες U$\_{1}$ -W$\_{2}$ , V$\_{1}$ -U$\_{2}$ , W$\_{1}$ -V$\_{2}$ συν δέοντας το στάτη σε τρίγωνο και τροφοδοτώντας κάθε φάση του κινητήρα με πολική τάση δικτύου, για δίκτυο Χ.Τ. ΔΕΗ: U$\_{π}$ =U= 3U$\_{φ }$= 3 220=380V
Αν ο κινητήρας ξεκινούσε απ'ευθείας σε συνδεσμολογία τριγώνου, το ρεύμα εκκίνη -σης μέσα από κάθε φάση του θα ήταν: Ι$\_{φ}$ =U$\_{π}$ /Ζ όπου Ζ, η σύνθετη αντίσταση κάθε φάσης του κινητήρα. Από το δίκτυο θα απορροφούσε ρεύμα: Ι$\_{Δ }$ = 3 Ι$\_{φ}$ = 3  U$\_{π }$ / Z. Σε συνδεσμολογία αστέρα όμως, το ρεύμα εκκίνησης μέσα από κάθε φάση του κινητήρα θα είναι:

I = U Ζ = U 3Ζ φ φ Π ×
Από το δίκτυο θα απορροφούσε ρεύμα Ι$\_{γ}$=Ι$\_{φ}$ λόγω αστέρα: Ι = I= U 3Ζ Yφ Π ×
Επειδή U Ζ = 3 Ι$\_{Δ}$ Π έχουμε: I = 1 3 Ι 3 = I 3 Y Δ Δ ×
Συνεπώς θα έχουμε: I = I 3 Y Δ

Συμπέρασμα
Με συνδεσμολογία αστέρα ο κινητήρας μειώνει τρεις φορές το ρεύμα εκκί -νησης σε σχέση με τη συνδεσμολογία τριγώνου.

Ø Χαρακτηριστικά λειτουργίας:
- - Ρεύμα εκκίνησης: Ι$\_{εκκ}$ 2 Ι$\_{ον}$.
- - Παρατηρούνται αιχμές ρεύματος και ροπής κατά τη μεταλλαγή από αστέρα σε τρίγωνο.
- - Ροπή εκκίνησης: T$\_{εκκ}$ 0,5 Τ$\_{ον}$. Δηλαδή η ροπή εκκίνησης μειώθηκε κατά τρεις φορές και πρέπει η εκκίνηση να γίνει χωρίς φορτίο ή με μικρή ροπή φορτίου.
- - Σύνθετος εξοπλισμός.
- - Αδυναμία ρύθμισης.
Σχ. 4.33: Χαρακτηριστικές λειτουργίας ασύγχρονου κινητήρα με διακόπτη Υ-Δ.

γ) Εκκίνηση με αντιστάσεις στο στάτη
Με τη διάταξη του σχήματος 4.34 παρεμβάλλουμε σε σειρά με το τύλιγμα του στάτη αντιστάσεις R. Έτσι ο κινητήρας εκκινεί με ελαττωμένη τάση και φυσικά ελλαττωμέ -νη ένταση. Προοδευτικά, καθώς αυξάνεται η ταχύτητα, ελαττώνουμε την αντίσταση μέχρι ο κινητήρας να αποκτήσει την ονομαστική του ταχύτητα, οπότε ο εκκινητής τίθεται εκτός δικτύου.

Ø Χαρακτηριστικά λειτουργίας:
- - Ροπή εκκίνησης: Τ$\_{εκκ }$ 0,75 Τ$\_{ον}$ δηλαδή έχομε μικρή ροπή εκκίνησης.
- - Αδυναμία ρύθμισης.
- - Ρεύμα εκκίνησης: Ι$\_{εκκ }$ ≅ 4,5 l$\_{ον}$. ≅
- - Σύνθετος εξοπλισμός.
Θα μπορούσαν οι αντιστάσεις να αντικατασταθούν από στραγγαλιστικά πηνία που δεν έχουν κατανάλωση ισχύος.
Σχ. 4.34: Εκκίνηση με αντιστάσεις στο στάτη.
Σχ. 4.35: Χαρακτηριστικές λειτουργίας ασύγχρονου κινητήρα με αντιστάσεις στο στάτη.

δ) Εκκίνηση με αυτομετασχηματιστή
Κατά την εκκίνηση κλείνουμε το διακόπτη Δ$\_{1}$ και τροφοδοτούμε τον κινητήρα με ελαττωμένη τάση μέσω του αυτομετασχηματιστή. Όταν η ταχύτητα του κινητήρα φθάσει περίπου στο 80% της κανονικής, πατάμε τον μεταγωγικό διακόπτη Δ$\_{2}$ και θέτουμε τον κινητήρα υπό πλήρη τάση δικτύου. Ταυτόχρονα ανοίγουμε το διακόπτη Δ$\_{1}$ και θέτουμε τον αυτομετασχηματιστή εκτός τάσης (σχ. 4.36).

Ø Χαρακτηριστικά λειτουργίας:
- - Ρεύμα εκκίνησης: Ι$\_{εκκ }$ 3,5 Ι$\_{ον}$.
- ≅
- - Σύνθετος εξοπλισμός.
- - Ροπή εκκίνησης: Τ$\_{εκκ }$ 0,8 Τ$\_{ον}$. Μικρή ροπή εκκίνησης.
- - Αδυναμία ρύθμισης.
Το ρεύμα εκκίνησης μειώνεται ανάλογα με τη μείωση της τάσης τροφοδοσίας και η ροπή εκκίνησης μειώνεται ανάλογα με το τετράγωνο της τάσης τροφοδοσίας του κινητήρα.
Αν ο κινητήρας ξεκινά με φορτίο στον άξονά του, χρειάζεται έλεγχος της καμπύλης φορτίου και της καμπύλης του κινητήρα με μειωμένο ρεύμα εκκίνησης (σχ. 4.37).

Σχ. 4.36: Εκκίνηση με αυτομετασχηματιστή.
Σχ. 4.37: Χαρακτηριστικές λειτουργίας ασύγχρονου κινητήρα με αυτομετασχηματιστή.

ε) Εκκίνηση με ηλεκτρονικό εκκινητή
Ο ηλεκτρονικός εκκινητής είναι μία ηλεκτρονική συσκευή που επιτρέπει τον έλεγχο της διαδικασίας εκκίνησης του κινητήρα. Ανάλογα με τη ροπή του φορτίου, μπο -ρούμε να προσαρμόσουμε την τάση του κινητήρα και να επιτύχουμε την βέλτιστη εκκίνηση, τόσο από άποψη ροπής, όσο και από άποψη έντασης ρεύματος.
Σχ. 4.38: Ηλεκτρονικός εκκινητής α) Συνδεσμολογία θυρίστορ, β) Τάση τροφοδότησης κινητήρα και γ) Λειτουργίες μικροεπεξεργαστή.
Η τροφοδοσία του κινητήρα γίνεται με προοδευτική αύξηση της τάσης εκκίνησης, με τη παρεμβολή έξι θυρίστορ, δύο ανά φάση, τοποθετημένων ανάστροφα όπως φαίνεται στο σχήμα 4.38α.

Η τάση μεταβάλλεται με τη γωνία έναυσης (γ) των θυρίστορ μετά από κάθε πέ -ρασμα του εναλλασσόμενου ρεύματος από το μηδέν. Αυτή η τεχνική εγγυάται ευ στάθεια και ομαλή περιστροφή του κινητήρα χωρίς μηχανικά κτυπήματα στη φάση της εκκίνησης. Οι ηλεκτρονικοί εκκινητές έχουν δυνατότητα ρύθμισης των χαρα -κτηριστικών λειτουργίας κατά την εκκίνηση και το σταμάτημα. Συνήθως διατίθενται διάφορα προγράμματα με διαφορετικές καμπύλες ρεύματος-ροπής-στροφών, ώστε να προσαρμόζεται η εκκίνηση στις εκάστοτε παραμέτρους του φορτίου. Ένας μι -κροεπεξεργαστής (σχ. 4.38β) ελέγχει και βελτιστοποιεί διαρκώς τις βασικές παραμέτρους του εκκινητή και του κινητήρα. Αυτές είναι:

- - Οι συνθήκες εκκίνησης και σταματήματος.
- - Η υπερθέμανση του κινητήρα με υπολογισμό της θερμικής του εικόνας και δυνα -τότητα θερμικής προστασίας.
- - Το ρεύμα του κινητήρα συγκρινόμενο με το μέγιστο επιτρεπτό ρεύμα που εξαρτά -ται από το μέγεθος του εκκινητή, το ονομαστικό ρεύμα του κινητήρα και τη διάρ κεια λειτουργίας.
- - Η προστασία του κινητήρα και ο εκκινητής.
- - Η επιτήρηση του δικτύου παροχής (μείωση τάσης, απουσία φάσης).
- - Ο διάλογος και η σηματοδότηση κατάστασης και σφαλμάτων.
- - Η ρύθμιση του χρόνου εκκίνησης και παύσης του κινητήρα.
- H Οι σύγχρονοι εκκινητές διαθέτουν ειδικό χειριστήριο, όπως αυτό που φαί -νεται στο σχήμα 4.39, προκειμένου ο προγραμματισμός των παραμέτρων τους να γίνεται εύκολα και γρήγορα.

Με το χειριστήριο επιλέγονται τα ακόλουθα:
- - Ο τρόπος εκκίνησης του κινητήρα.
- - Ο χρόνος εκκίνησης και παύσης λειτουργίας.
- - Η ενεργοποίηση της αυτόματης επανεκκίνησης μετά από σφάλμα.
- - Η εφαρμοσμένη αρχική τάση κατά την έναρξη της εκκίνησης.
- - Η προστασία έναντι σφάλματος στη διαδοχή των φάσεων (φορά περιστροφής).
Οι κατασκευαστές διαθέτουν πίνακες στους οποίους φαίνονται τα βασικά χαρακτη -ριστικά ενός εκκινητή, βάσει των οποίων γίνεται η επιλογή του.

4. ΑΣΎΓΧΡΟΝΟΙ ΤΡΙΦΑΣΙΚΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ (Α.Τ.Κ.)

Ø Χαρακτηριστικά λειτουργίας:
- - ροπή εκκίνησης: Τ$\_{εκκ}$=0,5÷1Τ$\_{ον}$.
- - ρεύμα εκκίνησης: Ι$\_{εκκ}$ ≅ 2 ÷ 5Ι$\_{ον}$.
- - δυνατότητα ρύθμισης των παραπάνω παραμέτρων με τις ράμπες επιτάχυνσης και επιβράδυνσης.

Διάγραμμα σύνδεσης ηλεκτρονικού εκκινητή

| Σύμβολο   | Περιγραφή         |
|-----------|-------------------|
| Μ1        | Κινητήρας         |
| Α1        | Εκκινητής         |
| ΚΜ1       | Ρελέ              |
| Q1        | Ασφαλ/κτης        |
| Q2-Q3     | Αποζεύκτες        |
| Τ1        | Μετασχη- ματιστής |
| S1-S2     | Μπουτόν           |
Σχ. 4.40: Διάγραμμα σύνδεσης ηλεκτρονικού εκκινητή (Altistart Telemecanique).

4.2.5. Ρύθμιση στροφών ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα βραχυκυκλωμένου δρομέα
Ο ασύγχρονος τριφασικός κινητήρας βραχυκυκλωμένου δρομέα πριν την εμφάνιση των ηλεκτρονικών συστημάτων οδήγησης, εθεωρείτο μηχανή σταθερής ταχύτητας. Η πτώση των στροφών από τη λειτουργία χωρίς φορτίο, στη λειτουργία με φορτίο φθάνει το 5%.
Η ταχύτητα του ηλεκτροκινητήρα δίνεται από τη σχέση: n=n$\_{s}$ (1-s).
Αντικαθιστώντας τη σύγχρονη ταχύτητα n$\_{s}$ έχουμε:
n= 60f p 1- s () (4.10.)
f: είναι η συχνότητα της τάσης τροφοδότησης σε Hz p: είναι το πλήθος των ζευγών των μαγνητικών πόλων και s: είναι η ολίσθηση
είναι η συχνότητα της τάσης τροφοδότησης σε Hz

Από την παραπάνω σχέση συμπεραίνουμε ότι, για να αλλάξει η ταχύτητα πρέπει να αλλάξει η συχνότητα f ή το πλήθος των πόλων p, αφού η ολίσθηση s στους κινητή -ρες με βραχυκυκλωμένο δρομέα αλλάζει κυρίως με το φορτίο.

α) Ρύθμιση στροφών με αλλαγή του πλήθους των πόλων
Η ταχύτητα του κινητήρα είναι αντιστρόφως ανάλογη του πλήθους των ζευγών των μαγνητικών πόλων. Για την αλλαγή του πλήθους των πόλων υπάρχουν τρεις βασι -κές μέθοδοι:
- 1. Μέθοδος διαδοχικών πόλων.
- 3. Διαμόρφωση πλάτους του πόλου (ΡΑΜ).
- 2. Πολλαπλά τυλίγματα στο στάτη.
- Ø Η μέθοδος των διαδοχικών πόλων βασίζεται στη δυνατότητα διπλασιασμού κάθε φορά των πόλων με απλές αλλαγές στη συνδεσμολογία των πηνίων διέγερ -σης. Η βασική ιδέα φαίνεται στο σχήμα 4.41. Με αλλαγή του σημείου τροφοδοσίας των δύο πηνίων, διπλασιάζονται οι πόλοι.

Ø Η μέθοδος πολλαπλών τυλιγμάτων καλύπτει το μειονέκτημα της προηγούμενης μεθόδου που είναι το ότι έχουμε μόνο δύο ταχύτητες, με λόγο 2:1. Το μειονέκτημα
αυτό ξεπερνιέται με τη δημιουργία στάτη πολλαπλών τυλιγμάτων . Η παρεμβολή του ενός ή του άλλου τυλίγματος μας δίνει διαφορετική ταχύτητα. Πρακτικά ο στά -της δεν μπορεί να περιλάβει πολλές περιελίξεις, γιατί αυξάνεται πολύ το κόστος. Συνδυάζοντας τη μέθοδο των διαδοχικών πόλων και των πολλαπλών τυλιγμάτων συνήθως κατασκευάζεται κινητήρας μέχρι τεσσάρων ταχυτήτων.
- Ø Η μέθοδος της διαμόρφωσης πλάτους του πόλου (ΡΑΜ) είναι ένας τρόπος αλλαγής του πλήθους των πόλων του στάτη με λόγο διαφορετικό από 2 προς 1, που επιτυγχάνεται με τη μεταβολή των συνδέσεων στα έξι άκρα του στάτη. Το κό -στος κατασκευής του στάτη είναι μικρότερο από το αντίστοιχο της μεθόδου πολλα πλών τυλιγμάτων. Στον πίνακα 4.2 φαίνεται ο λόγος των πόλων και οι αντίστοιχες σύγχρονες ταχύτητες και στα σχήματα 4.42, 4.43, 4.44, 4.45 διάφορες συνδεσμο -λογίες κινητήρων δύο και τριών ταχυτήτων.

Πίνακας 4.2. Λόγος ζευγών πόλων με τις αντίστοιχες σύγχρονες ταχύτητες

| Λόγος ζευγών πόλων   | Σύγχρονη ταχύτητα: n$\_{s}$=60f/p (στρ/min) f=50Hz   |
|----------------------|-----------------------------------------------------|
| 1:4                  | 3000/750                                            |
| 2:3                  | 1500/1000                                           |
| 2:5                  | 1500/600                                            |
| 3:4                  | 1000/750                                            |
| 3:5                  | 1000/600                                            |
| 4:5                  | 750/600                                             |
| 4:6                  | 750/500                                             |
| 5:6                  | 600/500                                             |

Σχ. 4.42: Ασύγχρονος τριφασικός κινητήρας δύο (2) ταχυτήτων με έvα τύλιγμα (Σύνδεση Dahlander ή PAM).
Σχ. 4.44: Ασύγχρονος τριφασικός κινητήρας τριών (3) ταχυτήτων με δύο (2) ξεχωριστά τυλίγματα, ένα (1) σε Dahlander ή σε σύνδεση PAM. Χρειάζονται εννέα (9) άκρα (SIEMENS M10).

4. ΑΣΎΓΧΡΟΝΟΙ ΤΡΙΦΑΣΙΚΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ (Α.Τ.Κ.)
Μπορεί να συναντήσουμε τα ίδια κυκλώματα με άλλες πινακίδες ακροδεκτών:
Σχ. 4.45: Διάφορες συνδεσμολογίες ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα.

β) Ρύθμιση των στροφών με μεταβολή της συχνότητας

Γενικά
Ο ασύγχρονος κινητήρας τροφοδοτείται με τάση μεταβλητής συχνότητας, που έχει σαν αποτέλεσμα τη μεταβολή του σύγχρονου αριθμού στροφών σύμφωνα με τη
σχέση:
n = 60f p s .
Αυτό με τη σειρά του προκαλεί τη μετατόπιση της καμπύλης ροπής - στροφών του κινητήρα προς τα δεξιά, όσο αυξάνεται η συχνότητα. Το σημείο λειτουργίας του μεταβάλλεται με αποτέλεσμα την ελέγξιμη μεταβολή των στροφών του, όπως φαίνεται στο σχήμα 4.46.
Ταυτόχρονα με τη μεταβολή της συχνότητας μεταβάλλεται και η τάση τροφοδοσίας, ώστε να μην αυξάνεται το ρεύμα, όταν μειώνεται η συχνότητα και να επιτυγχάνεται οικονομική και αποδοτική λειτουργία του κινητήρα. Η μέθοδος αυτή λέγεται βαθμω -τού ελέγχου σταθερού λόγου V/f.

Τη δυνατότητα παροχής ρυθμιζόμενης τάσης και συχνότητας μας την έδωσε η τα -χύτατη ανάπτυξη των ηλεκτρονικών ισχύος και ειδικά των ημιαγωγικών διακο πών όπως: θυρίστορ (SRC), διπολικό τρανζίστορ ισχύος (BJT), τρανζίστορ MOSFET, τρανζίστορ IGBT και θυρίστορ GTO. Με τα στοιχεία αυτά μπορούμε να ελέγξουμε ισχύ μέχρι 400kW.

Δομή ηλεκτρονικών ρυθμιστών στροφών
Ο ηλεκτρονικός ρυθμιστής στροφών περιλαμβάνει έναν ελεγχόμενο ανορθωτή, ένα φίλτρο, έναν αντιστροφέα που μετατρέπει το συνεχές ρεύμα σε εναλλασσόμενο ρυθμιζόμενης τάσης και συχνότητας και μία μονάδα ελέγχου.
Σχ. 4.47: Δομικό διάγραμμα ηλεκτρονικού ρυθμιστή στροφών.
Αναλυτικά, όπως φαίνεται στο κύκλωμά του (σχ. 4.47) ο ηλεκτρονικός ρυθμιστής περιλαμβάνει:
- 1) Ανορθωτική διάταξη που αποτελείται από διόδους ή θυρίστορ. Σκοπός της δι -άταξης είναι η μετατροπή της εναλλασσόμενης τάσης του δικτύου σε συνεχή με σταθερή ή ρυθμιζόμενη τιμή.
- 2) Η συνεχής τάση που προκύπτει περνά από ένα φίλτρο για εξομάλυνση. Το φίλ -τρο αυτό αποτελείται από συστοιχία πυκνωτών και πηνίων.
- 3) Η τάση που έχει εξομαλυνθεί, τροφοδοτεί τον αντιστροφέα που τη μετατρέπει σε εναλλασσόμενη μεταβλητής συχνότητας και πλάτους. Ο αντιστροφέας αποτελεί -ται από θυρίστορ ή τρανζίστορ. Ο τύπος καθορίζεται από την ισχύ και τη συχνότητα λειτουργίας.
- 4) Η μονάδα ελέγχου επικοινωνεί με όλα τα τμήματα, εποπτεύει και ελέγχει τη λει -τουργία του συστήματος. Περιλαμβάνει ένα μικροεπεξεργαστή στη μνήμη του οποί ου μπορούμε να εγγράψουμε διάφορες ρυθμίσεις και έτσι να αναγνωρίζει στιγμιαία τα χαρακτηριστικά του κινητήρα και να αυτοπροσαρμόζεται, να δίνει επιπλέον ροπή στην εκκίνηση και όταν αυτή ζητηθεί από το φορτίο.

4. ΑΣΎΓΧΡΟΝΟΙ ΤΡΙΦΑΣΙΚΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ (Α.Τ.Κ.)
Σχ. 4.48: Κύκλωμα ισχύoς εvός ηλεκτρονικού ρυθμιστή στροφών με διπολικά τρανζίστορ.

Πρακτική εφαρμογή ηλεκτρονικού ρυθμιστή ταχύτητας
Στο σχήμα 4.50 φαίνεται μία μονάδα εξαερισμού ενός δικτύου αεραγωγών. Να προ -ταθούν τεχνικές λύσεις για ρύθμιση της παροχής αέρα.
Σχ. 4.50: Μονάδα εξαερισμού.
Για να έχουμε αυτόματη ρύθμιση της παροχής υπάρχουν δύο τεχνικές λύσεις:
- 1) Τροφοδοσία από το δίκτυο ηλεκτρικού κινητήρα που κινεί ένα διάφραγμα (κλα -πέτο) και
- 2) Παρεμβολή μεταξύ του δικτύου και του κινητήρα ενός ηλεκτρονικού ρυθμιστή ταχύτητας.
Στο διάγραμμα του σχήματος 4.50, με άξονες τις μεταβλητές κατανάλωση ενέργειας (kwh) και λόγο παροχής αέρα ως προς την ονομαστική παροχή Q/Q$\_{oν}$, φαίνονται οι δύο καμπύλες που αντιστοιχούν σε δύο διαφορετικούς τρόπους ρύθμισης της πα -ροχής. Η αυξημένη κατανάλωση ενέργειας από το διάφραγμα είναι φανερή και εξη γείται από την ενέργεια που καταναλώνεται από τις δημιουργούμενες δίνες. Όπως φαίνεται από τις καμπύλες, για μείωση της παροχής αέρα στο μισό έχουμε περίπου τέσσερις φορές λιγότερη ενέργεια με την παρεμβολή του ηλεκτρονικού ρυθμιστή ταχύτητας.

Στο σχήμα 4.51 φαίνεται η χαρακτηριστική καμπύλη ροπής-ταχύτητας ενός ασύγ -χρονου κινητήρα βραχυκυκλωμένου δρομέα και η χαρακτηριστική καμπύλη της ρο πής αντίστασης-ταχύτητας μιας αντλίας.
Στο σχήμα 4.51 φαίνεται η παράλληλη μετατόπιση της καμπύλης Τ-n του κινητήρα σε μικρότερη ταχύτητα προς τα αριστερά που πραγματοποιείται με μεταβολή της τάσης και της συχνότητας τροφοδοσίας του κινητήρα, ώστε ο λόγος V/f να παρα -μένει σταθερός. Η μεταβολή αυτή πραγματοποιείται από τον ηλεκτρονικό ρυθμιστή ταχύτητας. Η παράλληλη μετατόπιση της καμπύλης γίνεται χωρίς να μεταβάλλονται οι επιδόσεις του κινητήρα. Παραμένει σταθερή η μέγιστη ροπή και η ροπή στην πε -ριοχή ευσταθούς λειτουργίας.

H Με τον ηλεκτρονικό ρυθμιστή μπορούμε να χρησιμοποιούμε τον κινητήρα σε μία μεγάλη περιοχή ταχυτήτων, από μηδενική ταχύτητα μέχρι μία μέγιστη ταχύ -τητα, που καθορίζεται από την μηχανική και ηλεκτρική αντοχή του. Στο σχήμα 4.51 φαίνεται, ότι ο ηλεκτρικός κινητήρας ακολουθώντας την καμπύλη 2, μπορεί να περιστρέψει τη φτερωτή του εξαεριστικού με μικρότερη ταχύτητα n$\_{2}$, μικρότε -ρη ροπή Τ$\_{2}$ και φυσικά μικρότερη κατανάλωση ισχύος. Μικραίνοντας την ταχύτη τα, μπορούμε να επιτύχουμε μεγάλη εξοικονόμηση ηλεκτρικής ενέργειας και να κάνουμε σύντομη απόσβεση του κόστους αγοράς του ρυθμιστή.

Πλεονεκτήματα ηλεκτρονικών ρυθμιστών
Χρησιμοποιώντας έναν ηλεκτρονικό ρυθμιστή επιτυγχάνουμε εκτός από την πλήρη ρύθμιση των στροφών και τα εξής επίσης σημαντικά:
- - Ομαλή εκκίνηση και μάλιστα ρυθμιζόμενη με μικρό ρεύμα εκκίνησης.
- - Αύξηση της ροπής εκκίνησης.
- - Ομαλή πέδηση.
- - Δυνατότητα αυτόματης ή προγραματιζόμενης ρύθμισης.
- - Εξοικονόμηση ενέργειας.
- - Πλήρη έλεγχο των στροφών.
- - Δυνατότητα αλλαγής φοράς περιστροφής χωρίς επιπλέον διακόπτες.
- - Αυξημένη προστασία του κινητήρα.

Τέλος με τη χρήση των ηλεκτρονικών ρυθμιστών στροφών μπορούμε, χρησιμοποι -ώντας ως πηγή τροφοδοσίας το δίκτυο των 50Hz, να έχουμε κινητήρες βραχυκυ κλωμένου δρομέα με ταχύτητα περιστροφής άνω των 3000στρ/λεπτό.
Η απαρίθμιση αυτών και μόνο των πλεονεκτημάτων, τα οποία μέχρι προ ολίγων ετών εθεωρούντο φαντασία, καταδεικνύει τη μεγάλη υπεροχή της ρύθμισης των στροφών μέσω ηλεκτρονικών ρυθμιστών, έναντι όλων των άλλων παλαιών μεθό -δων.

Εφαρμογές ηλεκτρονικών ρυθμιστών
Στη βιομηχανία σήμερα, σε πάρα πολλές εφαρμογές χρησιμοποιούνται ρυθμιστές στροφών, λόγω της σημαντικής βελτίωσης και αύξησης των δυνατοτήτων τους αλλά και λόγω της σημαντικής πτώσης των τιμών τους. Εδώ θα αναφέρουμε ενδεικτικά ορισμένες, συχνά εμφανιζόμενες εφαρμογές τους:
- - Αντλίες
- - Παρασκευή και επεξεργασία χάρτου
- - Ανεμιστήρες
- - Μεταφορικές ταινίες
- - Επεξεργασία μαρμάρου
- - Επεξεργασία ξυλείας
- - Γερανοί
- - Ανελκυστήρες
- - Συμπιεστές

4.2.6. Αλλαγή φοράς περιστροφής
Η αλλαγή φοράς περιστροφής του κινητήρα επιτυγχάνεται με την αλλαγή της φοράς περιστροφής του μαγνητικού πεδίου. Για να γίνει αυτή η αλλαγή αντιμεταθέτουμε τις συνδέσεις των δύο από τους τρεις αγωγούς που τροφοδοτούν τον κινη -τήρα (σχ. 4.52).

4.2.7. Πέδηση ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα βραχυκυκλωμένου δρομέα
Η πέδηση ενός ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα βραχυκυκλωμένου δρομέα μπο -ρεί να γίνει με διάφορους τρόπους:
- Ø Μηχανική πέδηση: Πραγματοποιείται μέσω ειδικών σιαγόνων που πιέζουν τον άξονα της μηχανής. Παρουσιάζουν συχνές φθορές και απαιτείται μεγάλος χρό -νος πέδησης.
- Ø Ελεύθερη πέδηση: Διακόπτεται η τάση τροφοδοσίας και ο κινητήρας σταματά μετά από αρκετό χρόνο, χωρίς όμως καταπονήσεις.
- Ø Ομαλή πέδηση: Διακόπτεται βαθμιαία η τάση τροφοδοσίας προς αποφυγή απότομης παύσης λειτουργίας της μηχανής (π.χ. σε αντλίες, μεταφορικές ταινίες, γερανούς). Η πραγματοποίηση της μεθόδου προϋποθέτει ύπαρξη ράμπας επι -βράδυνσης που υπάρχει μόνο στους ηλεκτρονικούς εκκινητές (σχ. 4.53, 4.54).

Σχ. 4.53: Ηλεκτρονικός εκκινητής για την ομαλή πέδηση Α.Τ.Κ.
Η ενεργοποίηση της ράμπας επιτρέπει:
- β) ελεγχόμενη πέδηση με μείωση των μηχανικών κτυπημάτων.
- α) ομαλή επιβράδυνση σύμφωνα με το χρόνο που έχει επιλεγεί μέσω του ποτενσι -όμετρου του εκκινητή.
- γ) προοδευτική μείωση της τάσης.
Σχ. 4.54: Καμπύλη n-t, l-t oμαλής πέδησης (α) και δυναμικής πέδησης (β).
Ø Δυναμική πέδηση: Ο στάτης αποσυνδέεται από το τριφασικό δίκτυο και τροφο -δοτείται με συνεχή τάση από πηγή ή μέσω ανορθωτή, όπως φαίνεται στο σχήμα 4.55.

Σχ. 4.55: Κυκλώματα δυναμικής πέδησης.
H Η δυναμική πέδηση μετατρέπει τον ασύγχρονο κινητήρα σε σύγχρονη γεννήτρια και όλη η ενέργεια της πέδησης απορροφάται από το δρομέα. Ο έλεγχος της ροπής πέδησης επιτυγχάνεται ρυθμίζοντας τη συνεχή τάση. Η μέθοδος αυτή επιλέγεται, όταν έχουμε μηχανές με μεγάλη αδράνεια. Το ρεύμα πέδησης υπολογί -ζεται από τη σχέση:
Ι$\_{π}$ ≤ 0,6ΚΙ$\_{Α}$ (4.11)

Ι$\_{π}$:
συνεχές ρεύμα πέδησης σε (Α)
Ι$\_{Α}$: ρεύμα φάσης κινητήρα (Α) όταν είναι αναγκαστικά ακινητοποιημένος
Κ: συντελεστής κυκλώματος πέδησης, λαμβάνεται από τον πίνακα 4.3 ανάλογα με το κύκλωμα πέδησης του σχήματος 4.55

Πίνακας 4.3. Τιμές συντελεστή Κ

| α     | β    |      | γ    | Κύκλωμα δ     |
|-------|------|------|------|---------------|
| 1,225 | 1,41 | 2,12 | 2,45 | Συντελεστής Κ |

Ø Πέδηση με αντιστροφή της φοράς του μαγνητικού πεδίου
Η φορά περιστροφής του μαγνητικού πεδίου αντιστρέφεται με αντιμετάθεση δύο φάσεων τροφοδότησης του στάτη. Ο δρομέας τείνει να περιστραφεί αντίθετα και να ισορροπήσει τη ροπή του φορτίου. Έτσι ο ασύγχρονος κινητήρας λειτουργεί σαν ηλεκτρομαγνητική πέδη. Μεγάλο μειονέκτημα της μεθόδου είναι η έντονη κατα -πόνηση της μηχανής, από τα υπερβολικά ρεύματα στο στάτη και στο δρομέα. Ελατ τώνονται οι τιμές αυτών των ρευμάτων με παρεμβολή αντιστάσεων. Απαραίτητη προϋπόθεση εφαρμογής της πέδησης είναι η ύπαρξη ενός αισθητηρίου ταχύτητας που θα αποσυνδέσει τον κινητήρα από το δίκτυο μόλις μηδενισθεί η ταχύτητα, γιατί διαφορετικά θα αρχίσει να περιστρέφεται ανάστροφα.

4.2.8. Ισχύς, απώλειες και βαθμός απόδοσης ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα βραχυκυκλωμένου δρομέα
Σχ. 4.56: Τριφασικός κινητήρας με φορτίο.
Η ισχύς που απορροφά από το δίκτυο ο κινητήρας είναι ηλεκτρική ισχύς, μπορεί να μετρηθεί με βαττόμετρο και δίνεται από τη σχέση:
Ρ$\_{1 }$ = 3 UΙ συνφ (σε W) (4.12)
Η ισχύς που δίνει στον άξονά του και κατ' επέκταση στο συνδεδεμένο φορτίο είναι μηχανική ισχύς και δίνεται από τη σχέση:
P= T n 9,55 × (σε W) (4.13)
Τ: ροπή (σε Nm)
n: ταχύτητα κινητήρα (σε στρ/min)

Απώλειες, βαθμός απόδοσης ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα βρα -χυκυκλωμένου δρομέα
Οι απώλειες του κινητήρα είναι δύο ειδών:
- 1. απώλειες σταθερές που δεν μεταβάλλονται με το φορτίο και
- 2. απώλειες μεταβλητές που μεταβάλλονται με το φορτίο.
Οι σταθερές απώλειες είναι: α) μαγνητικές απώλειες , που λέγονται και απώλει -ες σιδήρου Ρ$\_{σ}$ γιατί οφείλονται στο φαινόμενο της μαγνητικής υστέρησης και των δινορρευμάτων στο σιδερένιο πυρήνα της μηχανής και β) μηχανικές απώλειες Ρ$\_{μ}$ λόγω τριβών στους τριβείς του άξονα και αερισμού της φτερωτής της μηχανής.

Οι μεταβλητές απώλειες είναι: α) ηλεκτρικές απώλειες του στάτη , που οφείλο -νται στην ωμική αντίσταση των χάλκινων τυλιγμάτων του στάτη και λέγονται απώ λειες χαλκού στάτη Ρ$\_{χ,σ}$ , και β) ηλεκτρικές απώλειες δρομέα που οφείλονται στην ωμική αντίσταση των χάλκινων τυλιγμάτων του δρομέα και λέγονται απώλειες χαλ -κού δρομέα Ρ$\_{χ,δ}$ .
Σχ. 4.57: Κατανομή απωλειών ασύγχρονου κινητήρα.

Ø Υπολογισμός απωλειών
Οι απώλειες χαλκού υπολογίζονται από το τον νόμο του Τζάουλ:
Ρ$\_{χ,σ}$= 3l 2 R$\_{1}$ όπου R$\_{1}$: η αντίσταση της μιας φάσης του στάτη
Ρ$\_{χ,δ}$= 3I 2 $\_{δ}$R$\_{δ}$ όπου R$\_{δ}$: η αντίσταση του δρομέα.
Επειδή τα Ι$\_{δ}$, R$\_{δ}$ είναι δύσκολο να υπολογισθούν, μπορούμε προσεγγιστικά να υπο -λογίσουμε τις απώλειες χαλκού του δρομέα από την ισχύ του μαγνητικού πεδίου:

Ø Πείραμα με κινητήρα χωρίς φορτίο
P = Τn 9,55 s MΠ × άρα P = Τn 9,55 -Tn 9,55 = T 9,55 nn= Tn 9,55 s χ,δ s s s  ()  = ⇒
P$\_{ΜΠ}$ S=(P$\_{1}$-P$\_{χ,σ}$) s ⇒ Ρ$\_{χ,δ}$ = (P$\_{1}$-P$\_{χ,σ}$)  s
⇒ θεωρώντας αμελητέες τις απώλειες σιδήρου.
Ο κινητήρας συνδέεται στο δίκτυο και μετράμε με βαττόμετρο και αμπερόμετρο την ισχύ Ρ$\_{ο}$ και το ρεύμα Ι$\_{ο}$ που απορροφά σε λειτουργία χωρίς κανένα φορτίο. Η ισχύς Ρ$\_{ο }$αντιπροσωπεύει τις απώλειες σιδήρου Ρ$\_{σ}$, τις μηχανικές απώλειες Ρ$\_{μ}$ και τις απώλειες χαλκού του στάτη. Οι απώλειες χαλκού του δρομέα είναι αμελητέες.

P$\_{ο}$ =P$\_{σ +}$P$\_{μ +}$P$\_{χ,σ}$ =P$\_{σ +}$P$\_{μ}$ +3Ι$\_{ο}$ 2 R$\_{1}$

Ø Πείραμα με ακινητοποιημένο το δρομέα του κινητήρα
Ακινητοποιούμε το δρομέα και τροφοδοτούμε το στάτη με τάση μικρότερη της ονο -μαστικής, ώστε το ρεύμα που απορροφά ο κινητήρας από το δίκτυο να είναι ίσο με το ονομαστικό. Η ένδειξη του βαττόμετρου είναι Ρ$\_{ακ}$ και αντιπροσωπεύει τις απώ -λειες χαλκού στάτη και δρομέα και τις απώλειες σιδήρου. Προσεγγιστικά μπορούμε να γράψουμε:
Ρ$\_{ακ}$ = P$\_{χ,σ +}$ P$\_{χ,δ}$ + P$\_{σ}$
Ρ$\_{χ,δ}$=Ρ$\_{ΜΠ}$-Ρ θεωρώντας τις μηχανικές απώλειες αμελητέες, Ρ$\_{ΜΠ}$ είναι η ισχύς του μαγνητικού πεδίου που μεταφέρει την ισχύ από το στάτη στο δρομέα: 

(4.14)

Ø Βαθμός απόδοσης
Ο βαθμός απόδοσης ενός κινητήρα είναι το πηλίκο της αποδιδόμενης μηχανικής ισχύος στον άξονά του προς την ηλεκτρική ισχύ που απορροφά από το δίκτυο.
η= P = P-P P = P P+P 1 1 απ 1 1 απ (4.15)
όπου Ρ$\_{απ}$ =Ρ$\_{χ,σ}$ +Ρ$\_{χ,δ}$ +Ρ$\_{σ}$ +Ρ$\_{μ}$
Ο βαθμός απόδοσης του κινητήρα όπως φαίνεται στο σχήμα 4.58 μεταβάλλεται ελάχιστα για μία μεγάλη περιοχή ισχύος.
Σχ. 4.58: Διάφορες χαρακτηριστικές καμπύλες ασύγχρονου κινητήρα.

Παράδειγμα
Ασύγχρονος τριφασικός κινητήρας βραχυκυκλωμένου δρομέα τροφοδοτείται με πο -λική τάση 380V, έχει συντελεστή ισχύος 0,8 και βαθμό απόδοσης 0,85. Στρέφει εργαλειομηχανή που ασκεί στην έξοδό της ροπή 450N.m με ταχύτητα 30στρ/min. Ο βαθμός απόδοσης της εργαλειομηχανής είναι 0,7.
Σχ. 4.59: Aσύγχρονος τριφασι -κός κινητήρας.

Να υπολογισθούν:
β. η ένταση του ρεύματος που απορροφά από το δίκτυο,
α. η ισχύς του ηλεκτροκινητήρα,
γ. οι απώλειες του κινητήρα.

Λύση
α. Η ισχύς στην έξοδο της εργαλειομηχανής θα είναι:
P = T n 9,55 E × × = 450 30 9,55 =1.413,6W
Με βάση το βαθμό απόδοσης της εργαλειομηχανής και του κινητήρα:
P= P η E Ε = 1.413,6 0,85 = 2019,4W Όμως η= P P$\_{1}$ άρα P= 2019,4 0,85 = 2375,7W 1
β. Η ηλεκτρική ισχύς δίνεται από τη σχέση:
Ρ = 3 UIσυνφ άρα I= P 3U συνφ = 2375,7 3 380 0,8 =4,5 Α 1 ×× ××
γ. Οι απώλειες του κινητήρα είναι: Ρ$\_{απ}$=Ρ$\_{1}$-Ρ=2375,7-2019,4=356,3W

ΣΗΜΕΙΩΣΗ
Ο βαθμός απόδοσης Α.Τ.Κ. προσδιορίζεται προσεγγιστικά από τη σχέση η=1-S όπου: S, η διολίσθηση του Α.Τ.Κ.

4.2.9. Eρωτήσεις
- 1. Πώς είναι διαμορφωμένος ο πυρήνας του δρομέα κινητήρα βραχυκυκλωμένου δρομέα;
- 2. Γιατί είναι πιο διαδεδομένος ο κινητήρας με βαθιά αυλάκια;
- 3. Κινητήρας έχει ένδειξη 380VΔ. Μπορεί να συνδεθεί σε δίκτυο 220/380V; Σχήμα και εξήγηση.
- 4. Ποιοι λόγοι επιβάλλουν την εκκίνηση των ασύγχρονων τριφασικών κινητήρων μέσω διάταξης εκκίνησης; Ποιοι μέθοδοι εκκίνησης ασύγχρονου τριφασικού κι -νητήρα βραχυκυκλωμένου δρομέα υπάρχουν;
- 5. Πότε μπορεί να εκκινήσει απευθείας (χωρίς μέσο εκκίνησης) ένας ασύγχρονος τριφασικός κινητήρας; Ποια είναι τα χαρακτηριστικά λειτουργίας του;
- 6. Πώς γίνεται η εκκίνηση με διακόπτη αστέρα-τριγώνου; Πώς μεταβάλλεται η ροπή και η ένταση με αυτόν τον τρόπο εκκίνησης; Τι προϋποθέσεις πρέπει να πληρούνται για να μπορέσει ένας ασύγχρονος τρι -φασικός κινητήρας βραχυκυκλωμένου δρομέα να εκκινήσει με διακόπτη αστέ ρα τριγώνου;
- 7. Τι επιπτώσεις έχει η λανθασμένη μετάβαση από τη σύνδεση αστέρα-τριγώνου;
- 8. Σχεδιάστε κύκλωμα εκκίνησης με αντιστάσεις στο στάτη. Πώς μεταβάλλονται τότε η ένταση και η ροπή του κινητήρα βραχυκυκλωμένου δρομέα;
- 9. Σχεδιάστε κύκλωμα εκκίνησης με αυτομετασχηματιστή. Πόσο μειώνεται η ένταση και η ροπή εκκίνησης;
- 10. Περιγράψτε το κύκλωμα και τη λειτουργία του ηλεκτρονικού εκκινητή.
- 11 . Αναφέρετε ονομαστικά τις μεθόδους ρύθμισης στροφών Α.Τ.Κ.
- 12. Περιγράψτε τη ρύθμιση στροφών με τη μέθοδο βαθμωτού ελέγχου σταθερού λόγου V/f.
- 13. Σχεδιάστε και εξηγείστε το δομικό διάγραμμα ηλεκτρονικού ρυθμιστή στροφών.
- 14. Ποια είναι τα πλεονεκτήματα του ηλεκτρονικού ρυθμιστή στροφών;
- 15. Πώς γίνεται η αλλαγή της φοράς περιστροφής ενός Α.Τ.Κ. βραχυκυκλωμένου δρομέα;
- 16. Αναφέρετε ονομαστικά τους τρόπους πέδησης ενός Α.Τ.Κ. βραχυκυκλωμένου δρομέα.
- 17. Ποια η διαφορά της μορφής της ισχύος που απορροφά ένας ασύγχρονος τρι -φασικός κινητήρας από την ισχύ που αποδίδει; Γράψε τους τύπους για τον υπολογισμό των δύο μορφών.
- 18. Ποιες είναι οι σταθερές απώλειες ενός ασύγχρονου κινητήρα;
- 19. Ποιες απώλειες μεταβάλλονται με την μεταβολή του φορτίου; Πώς αλλιώς ονο -μάζονται;
- 20. Σχεδιάστε και εξηγείστε το διάγραμμα κατανομής απωλειών κινητήρα.
- 21. Ποιος τύπος μας δίνει τις ηλεκτρικές απώλειες του δρομέα;
- 22. Πώς υπολογίζουμε τις σταθερές απώλειες;
- 23. Πώς μεταβάλλεται ο βαθμός απόδοσης ενός ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα με τη μεταβολή του φορτίου;
- 24. Ποιος τύπος δίνει το βαθμό απόδοσης ενός ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα;
- 25. Πώς μεταβάλλεται ο συντελεστής ισχύος με την μεταβολή του φορτίου σε ένα ασύγχρονο τριφασικό κινητήρα; Τι επιπτώσεις έχει αυτό στην επιλογή ενός τέ -τοιου κινητήρα;
- 26. Ασύγχρονος τριφασικός κινητήρας με ονομαστική ισχύ 6000W περιστρέφεται με την ονομαστική του ταχύτητα 1000στρ/min. Να βρεθεί αν μπορεί να εκκινή -σει φορτίο ροπής 150Ν, αν η ροπή εκκίνησής του είναι: Τ$\_{εκκ}$ =1,75Τ$\_{ον}$.
- 27. Ασύγχρονος τριφασικός κινητήρας δύο (2) πόλων, τροφοδοτείται με τάση κα -νονικής συχνότητας f=50Hz. Λόγω υπερφόρτισης του δικτύου η συχνότητα έχει μειωθεί σε f=49,97Hz. Αν η ταχύτητα στον άξονα του κινητήρα πρέπει να είναι n=2900στρ/min να βρεθούν:
- β) η σύγχρονη ταχύτητα με την μείωση της συχνότητας.
- α) η σύγχρονη ταχύτητα για κανονική συχνότητα.
- γ) η ολίσθηση στις παραπάνω περιπτώσεις.

(ΑΠ. α) 3000στρ/min, β) 2998,2στρ/min, γ) 3,33%, 3,27%)
- δ) τι συμπεράσματα βγαίνουν από την μεταβολή της συχνότητας;
- 28. Ασύγχρονος τριφασικός κινητήρας τεσσάρων (4) πόλων τροφοδοτείται με τάση συχνότητας f=50Hz. Η ολίσθηση χωρίς φορτίο είναι s=0,5% και η ταχύτητα ονομαστικής λειτουργίας (με πλήρες φορτίο) είναι n=1430στρ/min. Να βρεθούν:
- β) η ταχύτητα στην εν κενώ λειτουργία του.
- α) η σύγχρονη ταχύτητα του κινητήρα.
- γ) η ολίσθηση κατά την κανονική λειτουργία του.
(ΑΠ. α) 1500στρ/min, β) 1492,5στρ/min, γ) 4,66%)
- 29. Τετραπολικός ασύγχρονος τριφασικός κινητήρας κινεί φορτίο ροπής 70Nm με ταχύτητα 1400στρ/min. Η συχνότητα του δικτύου τροφοδοσίας είναι 50Hz. Όλες οι απώλειες εκτός από τις ηλεκτρικές του δρομέα θεωρούνται αμελητέες. Να βρεθούν:
- β) ο βαθμός απόδοσης προσεγγιστικά.
- α) η ολίσθηση.
- γ) η ισχύς εξόδου.
- ε) οι ηλεκτρικές απώλειες δρομέα προσεγγιστικά.
- δ) η ισχύς εισόδου προσεγγιστικά.

(ΑΠ. α) 6,66%, β) 93,33%, γ) 10.261,78W, ε) 733,22W)
- 30. Ασύγχρονος τριφασικός κινητήρας συνδέεται σε δίκτυο 220/380V. Ο συντελε -στής ισχύος είναι 0,9 και ο βαθμός απόδοσής του 0,8. Ο κινητήρας στρέφει τόρνο μηχανουργείου με ροπή 170Ν και ταχύτητα 30στρ/λεπτό. Ο βαθμός απόδοσης του τόρνου είναι 70%. Να βρείτε:
- β) την ένταση του απορροφούμενου ρεύματος.
(ΑΠ. α) 953,57W, 1,29PS, β) 1,61Α)

Bάλτε σε κύκλο το γράμμα μπροστά από τη σωστή απάντηση
- 31. Με συνδεσμολογία αστέρα ο ασύγχρονος κινητήρας:
- β. μειώνει το ρεύμα εκκίνησης τρεις φορές σε σχέση με το τρίγωνο.
- α. αυξάνει το ρεύμα εκκίνησης.
- γ. διατηρεί σταθερή τη ροπή.
- 32. Ο ηλεκτρονικός εκκινητής ελέγχει τη διαδικασία εκκίνησης του κινητήρα με:
- β. γέφυρα έξι αντιπαράλληλων θυρίστορ.
- α. διάταξη αυτομετασχηματιστή.
- γ. γέφυρα έξι διόδων.
- 33. Ο ηλεκτρονικός ρυθμιστής στροφών αποτελείται από:
- β. ανορθωτική διάταξη - φίλτρο - αντιστροφέα - μονάδα ελέγχου.
- α. ανορθωτική διάταξη - φίλτρο.
- γ. αυτομετασχηματιστή ανορθωτική διάταξη - διόδους.
- 34. Ο ηλεκτρονικός ρυθμιστής στροφών:
- β. μετατοπίζει την καμπύλη προς τα αριστερά.
- α. μετατοπίζει την καμπύλη Τ-n προς τα πάνω.
- γ. μετατοπίζει την καμπύλη του φορτίου.
- 35. Η δυναμική πέδηση κινητήρα:
- β. πραγματοποιείται μέσω ειδικών, ισχυρών σιαγόνων με ηλεκτρονικό έλεγχο.
- α. μετατρέπει τον κινητήρα σε σύγχρονη γεννήτρια.
- γ. διακόπτει βαθμιαία την τάση τροφοδοσίας.
- 36. Ένας Α.Τ.Κ. με ωφέλιμη ισχύ 10kW και συνολικές απώλειες 2kW, έχει βαθμό απόδοσης:
- β. η=0,83.
- α. η=0,80.
- γ. η=0,90.
- α) την ισχύ του κινητήρα.

Ενότητα 4.3.

Ασύγχρονοι Τριφασικοί Κινητήρες με Δακτυλιοφόρο Δρομέα (Κ.Δ.Δ.)

Διδακτικοί στόχοι
Μετά από τη μελέτη της ενότητας αυτής θα πρέπει να μπορείτε:
- 1. Να απαριθμείτε τα μέρη από τα οποία αποτελούνται οι Κ.Δ.Δ.
- 2. Να αναγνωρίζετε τη σήμανση των ακροδεκτών.
- 3. Να αιτιολογείτε την τάση λειτουργίας των Κ.Δ.Δ.
- 4. Να περιγράφετε τους τρόπους εκκίνησης και να σχεδιάζετε τη συνδεσμο -λογία.
- 5. Να περιγράφετε τους τρόπους ρύθμισης στροφών των Κ.Δ.Δ. με αντιστά -σεις ή χρήση ηλεκτρονικών ισχύος.
- 6. Να αναφέρετε τους τρόπους πέδησης Κ.Δ.Δ.

4.3.1. Κατασκευαστικά στοιχεία
Ο στάτης του κινητήρα με δακτυλίδια δεν έχει καμία διαφορά από το στάτη του κινη -τήρα βραχυκυκλωμένου δρομέα. Ο δρομέας όμως είναι τελείως διαφορετικός. Απο τελείται από μαγνητικά ελάσματα με εγκοπές που σχηματίζουν οδοντώσεις μέσα στις οποίες τοποθετείται το τύλιγμα. Ο αριθμός των πόλων του δρομέα είναι ίδιος με τον αριθμό των πόλων του στάτη. Το τύλιγμα του δρομέα είναι συνδεδεμένο κατ' αστέρα ή τρίγωνο, τα τρία άκρα του οποίου συνδέονται σε τρία μονωμένα μεταξύ τους δακτυλίδια , στερεωμένα πάνω στον άξονα του δρομέα.

Στα δακτυλίδια εφάπτονται ψήκτρες , με ψηκτροθήκες στερεωμένες στο στάτη. Μέσω των ψηκτρών, κάθε φάση του δρομέα συνδέεται με την αντίσταση ενός τρι -φασικού εκκινητή , όπως φαίνεται στο σχήμα 4.60.

4. ΑΣΎΓΧΡΟΝΟΙ ΤΡΙΦΑΣΙΚΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ (Α.Τ.Κ.)
Σχ. 4.60: Συνδεσμολογία (α) και δρομέας (β) Α.Τ.Κ. με δακτυλίδια.
Με τις αντιστάσεις του εκκινητή μπορούμε να επιτύχουμε εκκίνηση με χαμηλό ρεύ -μα και μεγάλη ροπή.
H Οι ακροδέκτες, οι συνδεσμολογίες με το δίκτυο και η τάση λειτουργίας των κινη -τήρων βραχυκυκλωμένου δρομέα, που αναφέραμε στην ενότητα 4.2, ισχύουν και για τους κινητήρες με δακτυλιοφόρο δρομέα.

4.3.2. Εκκίνηση ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα με δακτυλίδια
Όπως αναφέραμε στο κύκλωμα του δρομέα, στο σχήμα 4.60 είναι δυνατή η σύνδε -ση εξωτερικών αντιστάσεων μέσω δακτυλιδιών και ψηκτρών.
Ξεκινώντας από μία αντίσταση R$\_{1}$ ίση με την ωμική αντίσταση των τυλιγμάτων του δρομέα R$\_{1}$= R$\_{δρ}$ , προσθέτουμε βηματικά εξωτερικές ανιστάσεις R , έτσι ώστε R$\_{2}$=R$\_{1}$+R, R$\_{3}$=R$\_{1}$+2R, R$\_{4}$=R$\_{1}$+3R.
- Ø Παρατηρούμε από τις καμπύλες Τ-n και Ι-n ότι, καθώς αυξάνεται η αντίσταση του δρομέα, η μέγιστη ροπή T$\_{max}$ παραμένει σταθερή, αλλά πραγματοποιείται σε μικρότερη ταχύτητα.

Με την προσθήκη της R$\_{4}$ έχουμε επιτύχει ροπή εκκίνησης ίση με τη μέγιστη T$\_{EKK,4}$=T$\_{max}$ και ρεύμα εκκίνησης αρκετά χαμηλό σε σχέση με αυτό που θα είχαμε με αντίσταση δρομέα ίση με την R$\_{1}$ . Στις κανονικές συνθήκες λειτουργίας ο κινητήρας παρουσιάζει μεγάλη ολίσθηση και φυσικά μικρή απόδοση. Στην εκκίνηση έχουμε συνδεδεμέ -νη την αντίσταση R$\_{4}$ και, καθώς αυξάνεται η ταχύτητα, βηματικά αφαιρούνται οι αντιστάσεις μέσω χειροκίνητου διακόπτη ή καλύτερα αυτόματα μέσω ηλε -κτρονόμου και χρονοδιακόπτη. Λίγο πριν φθάσει ο κινητήρας στις ονομαστικές του στροφές, έχουν βραχυκυκλωθεί οι εξωτερικές αντιστάσεις και λειτουργεί μόνο με την αντίσταση του δρομέα σαν κινητήρας βραχυκυκλωμένου δρομέα.

Στο σχήμα 4.62 φαίνεται η διάταξη των επαφών των ηλεκτρονόμων C$\_{1}$, C$\_{2}$, C$\_{3}$ που βαθμιαία κλείνουν. Στο σχήμα 4.61 φαίνεται η αντίστοιχη πριονωτή μεταβολή της ροπής του κινητήρα.
Σχ. 4.61: Εκκίνηση ασύγχρονου κινητήρα με δακτυλίδια με παρεμβολή αντιστάσεων.
Σχ. 4.62: Aυτοματισμός εκκίνησης ασύγχρονου κινητήρα με δακτυλίδια.

4.3.3. Ρύθμιση στροφών ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα με δακτυλίδια
Όπως είδαμε και στους κινητήρες με βραχυκυκλωμένο δρομέα, η ταχύτητα περι -στροφής n=60 f p 1-s () μπορεί να μεταβληθεί επιδρώντας σε τρεις παραμέτρους
- p, f, s. Οι μέθοδοι είναι ίδιες, μόνο που στον κινητήρα με δακτυλιοφόρο δρομέα μας δίνονται μεγαλύτερα περιθώρια ρύθμισης με ταυτόχρονη μεταβολή της αντίστασης του δρομέα.

Αλλαγή ολίσθησης s
Την ολίσθηση μπορούμε να τη μεταβάλλουμε με αλλαγή της τάσης τροφοδοσίας του στάτη ή με αλλαγή της αντίστασης του δρομέα.

1. Αλλαγή της τάσης τροφοδοσίας του στάτη
Η αλλαγή της τάσης τροφοδοσίας του στάτη δίνει τις χαρακτηριστικές Τ-n του σχή -ματος 4.63. Η ρύθμιση των στροφών γίνεται σε ένα μικρό εύρος από n$\_{ελαχ}$, μέχρι n$\_{μεγ}$. Πρέπει να υπερκαλύπτεται φυσικά η ροπή του φορτίου. Σε κάθε εφαρμογή υπάρχει μία ελάχιστη τιμή τάσης του στάτη που, αν ξεπεραστεί, οδηγεί το σύστημα σε ασταθή λειτουργία. Για να βελτιωθεί το σύστημα από πλευράς ευστάθειας πρέ -πει να έχουμε κινητήρα με δρομέα με μεγάλη αντίσταση.

Αν ο κινητήρας είναι με βραχυκυκλωμένο δρομέα θα έχουμε σε κανονική λειτουργία υπερθέρμανση, απώλειες και μικρό βαθμό απόδοσης.
Η μέθοδος ενδείκνυται κυρίως για κινητήρα με δακτυλιοφόρο δρομέα, που μπορού -με να προσθέσουμε βηματικά εξωτερικές αντιστάσεις και να επιτύχουμε την ίδια μέγιστη ροπή σε μικρότερη ταχύτητα.
Στο σχήμα 4.63 φαίνονται για δύο τάσεις τροφοδοσίας U$\_{1}$ >U$\_{4}$ , οι καμπύλες Τ-n με αντιστάσεις δρομέα R$\_{1}$ και R$\_{4}$ με R$\_{4}$>R$\_{1}$.
Με συνδυασμό τιμής αντίστασης δρομέα και τάσης τροφοδοσίας μπορούμε να επι -τύχουμε ρύθμιση της ταχύτητας του κινητήρα με μεγάλα περιθώρια. Η ελάχιστη τα χύτητα είναι n$\_{1}$, και η μέγιστη n$\_{2}$. Η μεταβολή της τάσης τροφοδοσίας γίνεται
ηλεκτρονικά με παρεμβολή μετατροπέα έξι θυρίστορ, δύο ανά φάση τοποθε -τημένα ανάστροφα (TRIAC). Η αλλαγή της γωνίας έναυσης των θυρίστορ μετα βάλλει την τάση τροφοδοσίας.

2. Αλλαγή αντίστασης δρομέα μέσω διακόπτη (σύστημα ON-OFF)
Οι τάσεις που παράγονται στο δρομέα, ανορθώνονται με μία γέφυρα, εξομαλύνο -νται με φίλτρο L,C και έτσι παράγεται μια συνεχής τάση που δεν παρουσιάζει αιχμές μεταγωγικής έντασης (σχ. 4.65). Όταν ο διακόπτης Δ είναι ανοικτός (Δ/off), ο δρο -μέας είναι συνδεδεμένος με την αντίσταση R, που έχει μεγάλη τιμή και ακολουθεί την καμπύλη 1 του σχήματος 4.66. Όταν ο διακόπτης Δ είναι κλειστός (Δ/on), είναι συνδεδεμένες οι αντιστάσεις R, και παράλληλα η R$\_{2}$, η οποία είναι πολύ μικρή. Η συνολική αντίσταση είναι μικρή και ο κινητήρας ακολουθεί την καμπύλη 2. Αν ο χρόνος που παραμένει ανοικτός ο διακόπτης είναι t$\_{on}$ και ο χρόνος που παραμένει κλειστός t$\_{off}$, για μία ταχύτητα n$\_{1}$, η μέση ροπή θα είναι:

T= T t +T t t + t off offon on on off × × , άρα θα έχουμε T= T + t t T 1+ t t off on off on on off × (4.16)
Σχ. 4.65: Κύκλωμα αλλαγής αvτίστασης δρομέα μέσω διακόπτη.
Σχ. 4.66: Καμπύλες Τ-n σε κύκλωμα αλλαγής αντίστασης δρομέα μέσω διακόπτη.
Μέσω ηλεκτρονικής συσκευής οδήγησης μπορεί να μεταβληθεί ο λόγος t$\_{οn}$/t$\_{off}$ με αποτέλεσμα να μεταβληθεί η μέση ροπή του δρομέα. Η ροπή του φορτίου είναι συγκεκριμένη, άρα έτσι θα ρυθμιστεί η ταχύτητα.

Στατική ρύθμιση ολίσθησης και ανάκτηση ισχύος
Τα συστήματα ρύθμισης ταχύτητας δακτυλιοφόρων κινητήρων που μελετήσαμε, στηρίζονται στη μεταβολή της εξωτερικής αντίστασης του δρομέα. Ο τρόπος αυτός αυξάνει τις θερμικές απώλειες και φυσικά μας δίνει χαμηλό βαθμό απόδοσης.
Τα ηλεκτρονικά ισχύος μας βοηθούν να αλλάξουμε τη χαρακτηριστική ροπής - στροφών (Τ-n) χωρίς απώλειες . Περίπου το 90% της ισχύος του δρομέα αντί να μετατραπεί σε θερμότητα πάνω στις εξωτερικές αντιστάσεις, επιστρέφει στο δίκτυο τροφοδοσίας.

Η διάταξη με την οποία επιτυγχάνεται η ρύθμιση ταχύτητας και ταυτόχρονα η ανά -κτηση ισχύος είναι η γνωστή διάταξη ηλεκτρονικού ρυθμιστή στροφών που με λετήσαμε στη ρύθμιση ταχύτητας κινητήρα βραχυκυκλωμένου δρομέα. Ο ηλεκτρο -νικός ρυθμιστής θα μπορούσε να τροφοδοτήσει το στάτη με ελεγχόμενη τάση και συχνότητα (σχ. 4.67) και έτσι να ελεγχθεί η ταχύτητα, όπως στους κινητήρες βραχυ -κυκλωμένου δρομέα.
Σχ. 4.67: Mετατροπέας ΕΡ/ΕΡ.
Στους κινητήρες με δακτυλίδια μπορούμε όμως να συνδέσουμε τον ηλεκτρονικό ρυθμιστή στο δρομέα, να μεταβάλλουμε τη γωνία έναυσης των θυρίστορ και έτσι να αλλάξει η χαρακτηριστική ροπής - στροφών (Τ-n) και ταυτόχρονα να ανατροφοδο -τηθεί το δίκτυο τροφοδοσίας, όπως φαίνεται στα σχήματα 4.68 και 4.69.

Σχ. 4.68: Χαρακτηριστικές ροπής - στροφών για διάφορες γωνίες έναυσης των θυρίστορ.
Σχ. 4.69: Έλεγχος ταχύτητας δακτυλιοφόρου κινητήρα με μετατροπέα EP/EP (CASCADE).

4.3.4. Πέδηση ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα με δακτυλίδια
Η πέδηση ενός κινητήρα με δακτυλίδια μπορεί να γίνει με τους τρόπους που ανα -πτύχθηκαν στον κινητήρα με βραχυκυκλωμένο δρομέα. Αυτοί είναι:
α) μηχανική πέδηση, β) ελεύθερη πέδηση, γ) ομαλή πέδηση, δ) δυναμική πέδηση Σ.Ρ. και ε) πέδηση με αντιστροφή του μαγνητικού πεδίου.
Στα σχήματα 4.70 και 4.71 φαίνονται κυκλώματα πέδησης.
Σχ. 4.71: Αντιστροφή μαγνητικού πεδίου δακτυλιοφόρου κιvητήρα.

4.3.5. Eρωτήσεις
- 1. Περιγράψτε την κατασκευή του δρομέα Κ.Δ.Δ.
- 2. Πώς είναι συνδεδεμένες οι φάσεις του τυλίγματος του δρομέα Κ.Δ.Δ.; Σχεδιά -στε τη συνδεσμολογία.
- 3. Τι συμβαίνει, όταν αυξηθεί η αντίσταση του δρομέα Κ.Δ.Δ.;
- 4. Πώς εκμεταλευόμαστε το πλεονέκτημα της μετατόπισης της μέγιστης ροπής ενός Κ.Δ.Δ.;
- 5. Ποια είναι τα πλεονεκτήματα της εκκίνησης Κ.Δ.Δ;
- β ) Ποια είναι η διαφορά στην εκκίνηση των ασύγχονων τριφασικών κινητήρων με βραχυκυκλωμένο και δακτυλιοφόρο δρομέα όσο αφορά την ένταση, τη ροπή και την ταχύτητα εκκίνησης;
- α) Πώς μεταβάλλεται η ένταση, η ροπή και η ταχύτητα;
- 6. Εξηγείστε την αλλαγή αντίστασης του δρομέα με διακόπτη συστήματος ON-OFF.
- 7. Σχεδιάστε και εξηγείστε το σύστημα μετατροπέα ΕΡ/ΕΡ για έλεγχο ταχύτητας Κ.Δ.Δ. και ανάκτηση ισχύος.
- 8. Αναφέρετε ονομαστικά τις μεθόδους πέδησης Κ.Δ.Δ.
- 9. Συγκρίνετε ασύγχρονο κινητήρα με δακτυλίδια με ασύγχρονο κινητήρα, βραχυ -κυκλωμένου δρομέα.

Βάλτε σε κύκλο το γράμμα μπροστά από τη σωστή απάντηση
- 10. Μεγαλώνοντας την αντίσταση που είναι συνδεδεμένη στον δρομέα κινητήρα με δακτυλίδια:
- β. μικραίνει η ροπή εκκίνησης.
- α. μικραίνει το ρεύμα εκκίνησης.
- γ. μεγαλώνουν και τα δύο.
- 1 1 . Μεγαλώνοντας την τάση τροφοδοσίας του κινητήρα με δακτυλίδια:
- β. μεγαλώνει τετραγωνικά η ροπή εκκίνησης.
- α. μεγαλώνει αναλογικά η ροπή εκκίνησης.
- γ. μικραίνει η ροπή εκκίνησης.
- 12. Με συνδυασμό μεταβολής αντίστασης δρομέα και τάσης τροφοδοσίας: α. μικραίνει η περιοχή ρύθμισης ταχύτητας.
- γ . μικραίνει ή μεγαλώνει η περιοχή ρύθμισης ταχύτητας ανάλογα με την καμπύ -λη του φορτίου.
- β. μεγαλώνει η περιοχή ρύθμισης.
- 13. Στον έλεγχο ταχύτητας κινητήρα με δακτυλίδια και ανάκτηση ισχύος:
- β . τροφοδοτείται ο στάτης με ελεγχόμενη τάση και συχνότητα και ο δρομέας επιστρέφει την παραγόμενη ισχύ στο δίκτυο.
- α . τροφοδοτείται ο δρομέας με ελεγχόμενη τάση και συχνότητα και ο στάτης επιστρέφει την παραγόμενη ισχύ στο δίκτυο.
- γ . τροφοδοτούμε το στάτη και το δίκτυο μέσω ανορθωτή -φίλτρο -αντιστρο -φέα.
- 14. Η φορά περιστροφής Α.Τ.Κ. με δακτυλίδια αλλάξει:
- β. με αντιμετάθεση των άκρων δυο φάσεων.
- α. με μεταβολή της ολίσθησης.
- γ. με αντιστροφή της τάσης τροφοδοσίας.
- 15. Η ισχύς που απορροφά ένας Α.Τ.Κ. με δακτυλίδια δίνεται από τη σχέση:
- β. UI.
- α. Ρ$\_{Ι}$ = 3 UΙσυνφ.
- γ. Ρ$\_{Ι}$ = 3 U Ιημφ.
- 16. Ένας ασύγχρονος Κ.Δ.Δ., με ολίσθηση 5%, έχει κατά προσέγγιση βαθμό από -δοσης:
- β. 95%.
- α. 85%.
- γ. 90%.
- 17. Ο κινητήρας της προηγούμενης ερώτησης, όταν απορροφά από το δίκτυο τρο -φοδοσίας ισχύ 10kW, αποδίδει ισχύ:
- β. P=9kW.
- α. P=9,5kW.
- γ. P=8,5kW.
- 18. Η ένταση του ρεύματος, που απορροφά ο κινητήρας της προηγούμενης ερώτη -σης, όταν λειτουργεί με τάση 400V και έχει συνφ=0,867 είναι:
- β. Ι=12,7Α.
- α. Ι=10,3Α.
- γ. Ι=16,6Α.
- 19. Ο κινητήρας της προηγούμενης ερώτησης έχει συνολικές απώλειες:
- β. P$\_{απ }$=500W.
- α. Ρ$\_{απ}$ =300W.
- γ. Ρ$\_{απ}$ =400W.

Ενότητα 4.4.

Έλεγχος - βλάβες - συντήρηση ασύγχρονων τριφασικών κινητήρων

Διδακτικοί στόχοι
- Μετά από τη μελέτη της ενότητας αυτής θα πρέπει να μπορείτε:
- 1. Να αναγνωρίζετε από τις ενδείξεις των οργάνων την κατάσταση λειτουργί -ας των Α.Τ.Κ.
- 2. Να περιγράφετε πώς και πού θα συνδεθούν τα όργανα ελέγχου του Α.Τ.Κ.
- 3. Να περιγράφετε τις μετρήσεις που είναι απαραίτητες για τον προσδιορισμό των ακροδεκτών των Α.Τ.Κ.
- 4. Να προσδιορίζετε από τη συμπεριφορά του κινητήρα την πιθανή βλάβη και να κάνετε την κατάλληλη μέτρηση για τον προσδιορισμό της.
- 5. Να περιγράφετε πώς θα συντηρήσετε ένα Α.Τ.Κ.
- 6. Να περιγράφετε τους διάφορους ελέγχους των κινητήρων.

4.4.1. Έλεγχoς κινητήρων με την παράδοση
- 1. Mε την παράδοση ο ηλεκτρολόγος πρέπει να ελέγξει τους κινητήρες που παρέλα -βε, τα διάφορα εξαρτήματα και τον πίνακα.
- 2. Εάν ο κινητήρας είναι εξωτερικά χτυπημένος ή η συσκευασία του έχει υποστεί ζημιά, έτσι ώστε να συμπεραίνεται κάποιο ατύχημα κατά τη μεταφορά του, τότε η παραλαβή του κινητήρα πρέπει να γίνεται μόνο μετά την επίσημη αναφορά και πα -ρουσία εκπροσώπου του μεταφορέα.

Έλεγχος μεταφοράς και αποθήκευσης κινητήρων
- 1. Οι κινητήρες μεταφέρονται πλήρως συναρμολογημένοι χωρίς συσκευασία ή συ -σκευασμένοι μετά από συμφωνία πωλητή και αγοραστή.
- 2. Οι κινητήρες θα πρέπει να ανυψώνονται με γερανό χρησιμοποιώντας τις αναρτή -σεις του κελύφους, εάν δεν υπάρχει συσκευασία ή τα σημεία που σημειώνονται επί της συσκευασίας. Ο χειρισμός πρέπει να γίνεται με μεγάλη προσοχή προς αποφυ -γή μηχανικών βλαβών ή παραμορφώσεων του κελύφους.
- 3. Εάν ο κινητήρας δεν εγκατασταθεί αμέσως μετά την παράδοση, πρέπει να ληφθούν μέτρα αποθήκευσης. Η αποθήκευση πρέπει να γίνει σε κλειστό, καθα -ρό, στεγνό και αεριζόμενο χώρο με θερμοκρασία όχι μικρότερη από +3°C για να
προστατεύεται ο κινητήρας και ειδικότερα οι περιελίξεις του από πάγο και υγρασία. Στην αποθήκη δεν επιτρέπεται η παρουσία βλαβερών αερίων ή ηλεκτρικά αγώγιμης σκόνης (σκόνη άνθρακα ή μεταλλική σκόνη).

Απαγορεύεται η αποθήκευση στο ύπαιθρο.
- 4. Τα έδρανα (ρουλεμάν) πρέπει να προστατεύονται από τη σκουριά με την χρήση κατάλληλου γράσσου.
- 5. Για την προστασία των δακτυλίων από τη σκόνη και την υγρασία, στους δακτυ -λιοφόρους κινητήρες, οι ψήκτρες πρέπει να αφαιρεθούν και να συσκευασθούν σε χαρτί παραφίνης. Οι δακτύλιοι πρέπει ακόμα να αλειφθούν με γράσσο και να τυλι -χθούν με χαρτί παραφίνης.
- 6. Σε τακτά χρονικά διαστήματα, όχι πάντως μεγαλύτερα των τριών μηνών, ο κινη -τήρας πρέπει να επιθεωρείται και σε περίπτωση σκουριών αυτές πρέπει να αφαι ρούνται.
- 7. Τα περιστρεφόμενα μέρη του κινητήρα πρέπει μια φορά το μήνα να περιστρέ -φονται κατά μισή στροφή με το χέρι έτσι ώστε να προλαμβάνεται το σημάδεμα του εσωτερικού δακτυλίου του ρουλεμάν.
- 8. Συσκευασμένοι ή όχι οι κινητήρες δεν πρέπει να αποθηκεύονται ο ένας πάνω στον άλλο.
- 9. Απαγορεύεται η μεταφορά του κινητήρα πάνω σε κυλιόμενους κυλίνδρους ή σω -λήνες όπως και η κύλησή του στο έδαφος.

Έλεγχος προστασίας των κινητήρων
Ο αγοραστής πρέπει να εξασφαλίζει τουλάχιστον τους ακόλουθους τρεις τύπους προστασίας:
- 1. Προστασία έναντι υπερφόρτισης.
- 2. Προστασία έναντι βραχυκυκλώματος.
- 3. Προστασία έναντι πτώσης της τάσης.

Έλεγχος θεμελίωσης-σύνδεσης κινητήρων
- 1. Οι κινητήρες πρέπει να θεμελιώνονται σε γερά θεμέλια χωρίς κραδασμούς και σε χώρους που ανταποκρίνονται στον σχεδιασμό τους. Υποχρέωση του αγοραστή εί -ναι να παρέχει την κατάλληλη θεμελίωση. Πριν την εγκατάσταση πρέπει να ελεγχθεί η ομαλότητα και η οριζοντιότητα της επιφάνειας τοποθέτησης του κινητήρα.
- 2. Κατά την εγκατάσταση του κινητήρα τα κατεργασμένα μέρη του (άκρα άξονα) πρέπει να προστατεύονται καλυπτόμενα από δέρμα ή λάστιχο.
- 3. Μετά την εγκατάσταση του κινητήρα θα πρέπει να καθαριστεί το γράσσο από τα μεταλλικά μέρη με ένα πανί ποτισμένο σε πετρέλαιο. Κατά την διαδικασία αυτή απαιτείται προσοχή για να αποφευχθεί η εισχώρηση πετρελαίου στα μονωμένα μέρη του κινητήρα.
- 4. Ο κινητήρας και ο εξοπλισμός του πρέπει να γειώνονται σύμφωνα με τους κανό -νες ασφαλείας. Οι ακροδέκτες γείωσης βρίσκονται πάνω στο κέλυφος του κινητήρα. Ο προστατευτικός ακροδέκτης που συνδέεται στη γείωση του δικτύου τοποθετείται μέσα στο κιβώτιο ακροδεκτών.
- 5. Οι κύριες συνδέσεις πρέπει να γίνονται σύμφωνα με τα στοιχεία του κινητήρα, τα οποία αναφέρονται στην πινακίδα του.

Έλεγχος υγρασίας κινητήρα
Όλοι ανεξαιρέτως οι κινητήρες πριν τεθούν σε λειτουργία πρέπει να ελέγχονται ως προς την υγρασία. Χρησιμοποιώντας ένα μέγγερ, ελέγχουμε τα τυλίγματα στα 500V. Αποδεκτή θεωρείται η υγρασία, όταν, υπό κανονικές κλιματολογικές συνθή -κες, μετρήσουμε αντίσταση μόνωσης μέχρι 40ΜΩ. Σε διαφορετική περίπτωση είναι απολύτως απαραίτητο να υποβληθεί ο κινητήρας στη διαδικασία του στεγνώματος.
Το στέγνωμα του κινητήρα μπορεί να γίνει με τη βοήθεια ηλεκτρικού ρεύματος με το οποίο τροφοδοτούμε το στάτη, με μειωμένη όμως τάση (10-15% της ονομαστι -κής). Μπορούμε επίσης να στεγνώσουμε τον κινητήρα θερμαίνοντάς τον εξωτερικά (αφού προηγουμένως τον αποσυναρμολογήσουμε) με αντιστάσεις, φούρνο κ.λπ. ακολουθώντας μία συγκεκριμένη διαδικασία. Συνιστάται το στέγνωμα σε φούρνο και, εάν κρίνεται σκόπιμο, η επικοινωνία με το εργοστάσιο κατασκευής.

Έλεγχος μηχανικής ζεύξης
- 1. Οι ηλεκτροκινητήρες, στους οποίους αναφέρονται οι παρούσες οδηγίες, είναι συ -νήθως σχεδιασμένοι για απ'ευθείας ζεύξη με άλλες μηχανές ή συσκευές. Διαφορετι κά πρέπει ο κατασκευαστής να υποδεικνύει τρόπο ζεύξης.
- 2. Ο κινητήρας πρέπει να τεθεί σε λειτουργία πριν γίνει η ζεύξη, ώστε να ελεγχθεί τυχούσα ζημιά κατά την διάρκεια της μεταφοράς.
- 3. Η ζεύξη πρέπει να γίνεται μόνο από ειδικευμένο προσωπικό και με μεγάλη προ -σοχή, ώστε να υπάρχει τέλεια ευθυγράμμιση μεταξύ του άξονα του κινητήρα και του άξονα της οδηγούμενης μηχανής. (Η απόκλιση δεν πρέπει να υπερβαίνει το 1/10mm). Η οδηγούμενη μηχανή δεν πρέπει να μεταφέρει κραδασμούς ή αξονικές πιέσεις στον κινητήρα κατά την διάρκεια της εκκίνησης ή της λειτουργίας.
- 4. Οι κινητήρες μας μπορούν να μεταδώσουν την κίνηση και με ιμάντες. Για την επιλογή των κατάλληλων ιμάντων και τροχαλιών, ζητούνται τα σχετικά έντυπα των εργοστασίων κατασκευής.
- 5. Η τροχαλία θα πρέπει να τοποθετείται έτσι ώστε να παρέχει σημείο εφαρμογής της τάσης του ιμάντα το οποίο δεν πρέπει να είναι πέρα του άκρου του άξονα.
- 6. Το τμήμα του σύνδεσμου και η τροχαλία που εφαρμόζονται στον άξονα του κινη -τήρα πρέπει να είναι δυναμικά ζυγοσταθμισμένα.

Έλεγχος των κινητήρων πριν την έναρξη λειτουργίας
Μετά την εγκατάσταση και πριν την έναρξη λειτουργίας ο κινητήρας πρέπει υποχρε -ωτικά και λεπτομερώς να ελεγχθεί. Ο έλεγχος αυτός περιλαμβάνει τους παρακάτω επιμέρους ελέγχους:
- 1. Έλεγχος όλων των εξαρτημάτων σύσφιγξης και στεγανοποίησης.
- 2. Έλεγχος για την πιθανή ύπαρξη ξένων σωμάτων μέσα στον κινητήρα.
- 3. Έλεγχος για το αν ο κινητήρας συνοδεύεται από το έντυπο των οδηγιών του κα -τασκευαστή.
- 4. Έλεγχος περιστροφής του δρομέα του κινητήρα.
- 5. Έλεγχος (στους προστατευόμενους κινητήρες IP 23) πιθανής ύπαρξης σκόνης η οποία πρέπει να απομακρύνεται με πεπιεσμένο αέρα.
- 6. Έλεγχος της όλης εγκατάστασης σε σχέση με τους κανονισμούς Εργατικής ασφά -λειας και Πυροπροστασίας.
- 7. Έλεγχος των αντιστάσεων μόνωσης των περιελίξεων και των καλωδίων σύνδε -σης με την χρήση μέγγερ των 1000V.
- 8. Έλεγχος αντίστασης μόνωσης των θερμίστορ (στους κινητήρες που είναι εφοδι -ασμένοι με θερμίστορ) η οποία πρέπει να μετρηθεί σύμφωνα με τις ειδικές οδηγίες που συνοδεύουν τον κινητήρα όπου και αναφέρεται ο τύπος του θερμίστορ που χρησιμοποιείται. ΠΡΟΣΟΧΗ: ΜΕΓΙΣΤΗ ΤΑΣΗ ΣΤΑ ΘΕΡΜΙΣΤΟΡ 2V.
- 9. Έλεγχος των τυλιγμάτων τόσο ως προς το σώμα όσο και μεταξύ των ιδίων για χρονική διάρκεια ενός λεπτού σε αυξανόμενη τάση εναλασσόμενου ρεύματος.
- 10. Έλεγχος των πλευρικών καλυμμάτων και του καλύμματος του ανεμιστήρα, ώστε να αποδίδεται ο απαιτούμενος βαθμός προστασίας.
- 11. Έλεγχος των ακροδεκτών, των περικοχλίων σύσφιγξης και των κοχλιών της πι -νακίδας άκρων, ώστε να προλαμβάνεται η υπερθέρμανση των καλωδίων σύνδεσης.
- 12. Έλεγχος της ροής αέρα του χώρου στον οποίο θα εγκατασταθεί ο κινητήρας έτσι, ώστε η θερμοκρασία του αέρα να μην υπερβαίνει τους 40°C.
- 13. Έλεγχος των ελάχιστων αποστάσεων που απαιτούνται για τη δυνατότητα αναρ -ρόφησης του ανεμιστήρα ψύξης (τουλάχιστον 1,2m από το πίσω μέρος του κινητή ρα και 0,5m από τα πλάγια πρέπει να είναι ελεύθερος χώρος).
- 14. Έλεγχος λίπανσης. Φεύγοντας από το εργοστάσιο ο κινητήρας πρέπει να έχει τα έδρανά του ήδη γεμάτα με γράσσο και έτοιμα για λειτουργία.
- β. Αν το διάστημα μεταξύ της παράδοσης και της θέσης σε λειτουργία είναι με -
- α. H λίπανση των εδράνων είναι μία εύκολη διαδικασία, αφού και στα δύο έδρα -να υπάρχουν γρασσαδόροι για την εισαγωγή του γράσσου και βαλβίδες για την απομάκρυνση της περίσσειας του γράσσου. Με τον τρόπο αυτό είναι δυνατή η λίπανση του κινητήρα χωρίς τη διακοπή της λειτουργίας του. Τα διαστήμα -τα λίπανσης δεν πρέπει να υπερβαίνουν τον ένα χρόνο. Στους κινητήρες όπου δεν υπάρχει γρασσαδόρος δεν απαιτείται λίπανση καθ'όσον χρησιμοποιούνται έδρανα αυτολιπαινόμενα.

γάλο (μεγαλύτερο από 6 μήνες), η λίπανση πρέπει να ελεγχθεί, μετακινώντας το κάλυμμα των εδράνων και παρατηρώντας, αν το γράσσο είναι σκληρό ή έχει χάσει τις λιπαντικές του ιδιότητες. Αν είναι αλλοιωμένο εξαιτίας της μεγάλης δι -άρκειας αποθήκευσης πρέπει να αντικατασταθεί και τα έδρανα να καθαριστούν προσεκτικά και να στεγνώσουν με στεγνό πεπιεσμένο αέρα. Μετά τον καθαρι -σμό, το 1/3 έως το 1/2 του διαθέσιμου χώρου πρέπει να το γεμίσουμε με γράσ σο, με αντοχή λειτουργίας μέχρι 110°C.
- γ. Ασυνήθιστες ταλαντώσεις ή θόρυβοι, συνήθως οφείλονται σε κακή κατάσταση των εδράνων. Σ'αυτή την περίπτωση είναι προτιμότερη η αντικατάσταση των εδράνων.
- 15. Έλεγχος καλωδίωσης. Πριν την πρώτη εκκίνηση του κινητήρα, η ηλεκτρι -κή καλωδίωση του κινητήρα πρέπει να υποστεί τους ακόλουθους ελέγχους από αδειούχο Ηλεκτρολόγο:
- α. Έλεγχος του ηλεκτρικού πίνακα, των διακοπτών και του αυτόματου διακόπτη εκκίνησης.
- γ. Η σύνδεση των τυλιγμάτων με τους αγωγούς πρέπει να γίνει σύμφωνα με τα στοιχεία που αναγράφονται στην πινακίδα του κινητήρα.
- β. Ρύθμιση συστημάτων προστασίας.

Έλεγχος συνδεσμολογίας - φοράς περιστροφής - εκκίνησης σταματήματος
- 1. Η συνδεσμολογία πρέπει να γίνεται από εξειδικευμένο προσωπικό και άτομα που είναι κάτοχοι αντίστοιχης άδειας εγκαταστάσεων.
- 2. Οι ηλεκτροκινητήρες στους οποίους εφαρμόζονται οι παρούσες οδηγίες είναι σχεδιασμένοι για τάση μεταξύ των φάσεων 380/660V, 400VΔ και σε ειδικές περι -πτώσεις για διαφορετική τάση (220,415 ή 500Volts).
- 3. Κινητήρες μιας ταχύτητας.
Εάν στην πινακίδα στοιχείων αναγράφεται 380Υ, ο κινητήρας πρέπει να συνδεσμο -λογηθεί κατά Υ. Εάν στην πινακίδα αναγράφεται 380Δ, ο κινητήρας μπορεί να συν δεθεί απ'ευθείας Δ ή μέσω διακόπτη Υ-Δ.

- 4. Φορά περιστροφής.
Οι ασύγχρονοι κινητήρες στους οποίους αναφέρονται οι παρούσες οδηγίες είναι σχεδιασμένοι, έτσι ώστε να επιτρέπουν τη φορά περιστροφής και προς τις δύο κα -τευθύνσεις, που πιθανόν να απαιτούνται από το οδηγούμενο μηχάνημα. Αν η γραμ μή συνδέεται στους ακροδέκτες του στάτη, U,V και W και η φασική ακολουθία της γραμμής είναι 1,2,3, ο κινητήρας θα στραφεί κατά την ωρολογιακή φορά περιστρο -φής. Αν είναι επιθυμητή η αντίθετη φορά πρέπει να γίνει εναλλαγή των δύο από τις τρεις φάσεις που συνδέονται στον κινητήρα ή στον εκκινητή.

Στους κινητήρες Κοίλου Άξονος, όπου υπάρχει καστάνια αντεπιστροφής, πρέπει απαραιτήτως να ελέγχεται σχολαστικά η φορά περιστροφής πριν την πρώτη εκκίνηση.
Για τον πλήρη έλεγχο δεν αρκεί η προηγούμενη δοκιμή, αλλά πρέπει στιγμιαία να δοκιμασθεί η φορά.

5. Εκκίνηση.
Οι ηλεκτροκινητήρες συνήθως επιτρέπουν τη χρήση οποιασδήποτε μεθόδου εκκί -νησης. (Υ-Δ, ηλεκτρονική εκκίνηση κ.α.)

ΠΡΟΣΟΧΗ
Μικροί κινητήρες που τροφοδοτούνται άμεσα από θερμικούς διακόπτες μπορούν να ξεκινήσουν αυτόματα.
Για τοποθέτηση διακόπτη Υ-Δ χρειάζεται έλεγχος της τάσης λειτουργίας.
- 6. Ανεξάρτητα με την μέθοδο εκκίνησης, ένας κινητήρας βραχυκυκλωμένου δρομέα μπορεί να ξεκινήσει από την ψυχρή κατάσταση 2-3 φορές το πολύ, μέσα σε διάστη -μα 8 ωρών.
- 7. Στους δακτυλιοφόρους κινητήρες, ο χειριστής πρέπει να αυξάνει την ταχύτητα διαδοχικά. Αν η αύξηση αυτή γίνει πολύ γρήγορα ο κινητήρας απορροφά πολύ ρεύ -μα από τον αγωγό με συνέπεια το «κάψιμο» και την πρόωρη φθορά δακτυλίων και ψηκτρών.
- 8. Όλοι οι τύποι κινητήρων «σβήνουν» όταν διακοπεί η τροφοδοσία.

Μετά την διακοπή παροχής στον κινητήρα, για να αποσυνδέσουμε τα καλώδια τρο -φοδοσίας από τον πίνακα άκρων, πρέπει να περιμένουμε να σταματήσει πλήρως η περιστροφή.
- 9. Ενδεικτικές τιμές Ασφαλειών - Διακοπτών - Αγωγών για σύνδεση κινητήρων, τά -σεων 380V δίνονται στον παρακάτω πίνακα 4.4.

Πίνακας 4.4.
Ασφάλειες - Διακόπτες - Αγωγοί Α.Τ.Κ.

| Ισχύς   | Ασφάλεια  εκκίνηση  απ' ευθείας   | Ασφάλεια  Εκκίνηση Υ/Δ   | Διακόπτης  Υ/Δ   | Γενικός  Διακόπτης  Υ/Δ   | Διατομή Αγωγού   |
|---------|-----------------------------------|--------------------------|------------------|---------------------------|------------------|
| (HP)    | (Α)                               | (Α)                      | (Α)              | (Α)                       | (mm 2 )          |
| 0,25    | 2                                 | -                        | -                | 16                        | 2.5              |
| 0,33    | 2                                 | -                        | -                | 16                        | 2.5              |
| 0,50    | 2                                 | -                        | -                | 16                        | 2.5              |
| 0,75    | 4                                 | -                        | -                | 16                        | 2.5              |
| 1       | 4                                 | -                        | -                | 16                        | 2.5              |
| 1,5     | 6                                 | -                        | -                | 16                        | 2.5              |
| 2       | 10                                |                          | 16               | 16                        | 2.5              |
| 3       | 10                                | 6 10                     | 16               | 16                        | 2.5              |
| 4       | 16                                | 10                       | 16               | 16                        | 2.5              |
| 5,5     | 20                                | 16                       | 16               | 16                        | 2.5              |
| 7,5     | 25                                | 16                       | 16               | 16                        | 2.5              |
| 10      | 25                                | 25                       | 25               | 25                        | 4                |
| 12,5    | 35                                | 25                       | 25               | 25                        | 6                |
| 15      | 35                                | 25                       | 40               | 40                        | 6                |
| 20      | 50                                | 35                       | 40               | 40                        | 10               |
| 25      | 63                                | 50                       | 63               | 40                        | 16               |
| 30      | 80                                | 63                       | 63               | 60                        | 25               |
| 35      | 80                                | 63                       | 63               | 60                        | 25               |
| 40      | 80                                | 63                       | 63               | 60                        | 35               |
| 50      | 100                               | 80                       | 160              | 100                       | 35               |
| 60      | 160                               | 100                      | 160              | 100                       | 50               |
| 75      | 160                               | 125                      | 160              | 100                       | 70               |
| 100     | 200                               | 160                      | 160              | 200                       | 95               |
| 125     | 225                               | 200                      | 340              | 200                       | 120              |
| 150     | 300                               | 250                      | 340              | 200                       | 120              |
| 180     | 400                               | 300                      | 340              | 400                       | 150              |
| 220     | 430                               | 300                      | 340              | 400                       | 185              |
| 270     | 500                               | 430                      | 550              | 400                       | 300              |

- 10. Κινητήρες διπλών στροφών 3000/1500στρ/min ή 1500/750στρ/min. Οι κινη -τήρες αυτοί κατασκευάζονται με μια περιέλιξη με συνδεσμολογία DAHLANDER (Δ/ΥΥ).
Σχ. 4.72: Κινητήρας με περιέλιξη (DAHLANDER) Δ/ΥΥ.
Σε περίπτωση κινητήρων γιά φυγοκεντρικά φορτία π.χ. ανεμιστήρες, χρησιμοποιεί -ται ή συνδεσμολογία (DAHLANDER) (Υ/ΥΥ).
Σχ. 4.73: Κινητήρας με περιέλιξη (DAHLANDER) (Υ/ΥΥ).
H Και για τις δύο περιπτώσεις στο ακροκιβώτιο έχομε 6 ακροδέκτες. Η σύνδεση πρέπει να γίνεται ως εξής (σχ. 4.74):
Σχ. 4.74: Aλλαγή ταχύτητας σε ακροκιβώτιο έξι ακροδεκτών (DAHLANDER) της εταιρίας ΒΑΛΙΑΔΗΣ Α.Ε.

4. ΑΣΎΓΧΡΟΝΟΙ ΤΡΙΦΑΣΙΚΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ (Α.Τ.Κ.)
Η εκκίνηση πρέπει να γίνεται πάντοτε από τις χαμηλές στροφές.
- 11. Κινητήρες διπλών στροφών 1500/1000στρ/min.
Οι κινητήρες αυτοί κατασκευάζονται με δύο ανεξάρτητες περιελίξεις.
Στο ακροκιβώτιο έχουμε 6 ακροδέκτες και η σύνδεση πρέπει να γίνεται ως εξής:
DAHLANDER (Δ/ΥΥ)
Σχ. 4.75: Αλλαγή ταχύτητας σε κινητήρα με ανεξάρτητες περιελίξεις της εταιρείας ΒΑΛΙΑΔΗΣ Α.Ε.
Υπάρχουν διάφορες άλλες συνδεσμολογίες εκτός από τις βασικές που αναφέρθηκαν, οι οποίες θα πρέπει να αναζητηθούν στα συνοδευτικά έντυπα του κατασκευαστή.

Έλεγχοι κατά τη διάρκεια της λειτουργίας
- 1. Μετά την εκκίνηση πρέπει να ελεγχθεί η ταχύτητα κραδασμών του κινητήρα. Οι μέγιστες τιμές της ταχύτητας κραδασμών (V$\_{ef}$) στο σύγχρονο αριθμό στροφών (n$\_{s}$) είναι: V$\_{ef}$ =4,5mm/sec.
Σε περίπτωση αυξημένων τιμών, οι αιτίες που τις προκαλούν πρέπει να εντοπι -σθούν και η βλάβη να διορθωθεί.
Βραχυχρόνιες υπερφορτώσεις επιτρέπονται σύμφωνα με VDE 0530.
- 2. Απαγορεύεται κατά την λειτουργία του κινητήρα η υπερφόρτωσή του για μεγάλο διάστημα, αντίθετα με τις προδιαγραφές του κατασκευαστή.
- 3. Απαγορεύεται η άμεση επαφή (να ακουμπήσετε τα χέρια σας) με το κέλυφος του κινητήρα λόγω των υψηλών θερμοκρασιών που μπορεί να αναπτυχθούν κατά τη λειτουργία του.
- 4. Οι δοκιμές που γίνονται στο εργοστάσιο του κατασκευαστή εγγυώνται την καλή λειτουργία όταν εκπληρούνται οι ακόλουθοι όροι:

- - Όταν η θερμοκρασία κινείται στα σύμφωνα με την κλάση μονώσης προδιαγραμ -μένα όρια.
- - Όταν εξασφαλίζεται η αποτελεσματικότητα του συστήματος εξαερισμού με την κα -τάλληλη τοποθέτηση και διατήρησή του.
- -Όταν η θερμοκρασία του περιβάλλοντος κυμαίνεται στα προδιαγραμμένα όρια (VDE 0530).
Για να αποφευχθούν βλάβες που μπορούν να συμβούν αν οι ανωτέρω όροι δεν τηρηθούν, είναι απαραίτητο κατά την εκκίνηση και λειτουργία να ελέγχεται η θερμο -κρασία των διαφόρων τμημάτων του κινητήρα (περιελίξεις, έδρανα κ.λπ.).

Για τις μετρήσεις πρέπει να χρησιμοποιείται η μέθοδος της μεταβολής της αντίστα -σης με τη θερμοκρασία. Τα επιτρεπόμενα όρια θερμοκρασίας είναι αυτά που ανα φέρονται στα VDE 0530 για την κλάση μόνωσης που αναφέρεται στην πινακίδα του κινητήρα.
Εάν γίνεται χρήση λιπαντικών με επιτρεπόμενη θερμοκρασία τους 100°C, επιτρέ -πεται θερμοκρασία των εδράνων μέχρι τους 70°C.

4.4.2. Συντήρηση κατά την λειτουργία
- 1. Η συντήρηση καθώς και η επισκευή των κινητήρων πρέπει να γίνεται από εξειδι -κευμένο προσωπικό, αδειούχους ηλεκτρολόγους με σχετική εμπειρία.
- Ο εξαερισμός του κινητήρα δεν πρέπει να εμποδίζεται (από το σύστημα κάλυψης του ανεμιστήρα).
- 2. Για την ομαλή και ασφαλή λειτουργία του κινητήρα απαιτείται η καλή κατάσταση τόσο από ηλεκτρολογικής όσο και από μηχανολογικής πλευράς.
- Οι έλεγχοι πρέπει να είναι ανάλογοι των συνθηκών λειτουργίας του κινητήρα.
- 4. Σε ορισμένες περιπτώσεις ιδιαίτερων συνθηκών λειτουργίας (π.χ. τροπικό κλίμα) πρέπει να γίνονται προληπτικοί έλεγχοι.
- 3. Οι έλεγχοι και οι τακτικές επιδιορθώσεις εξαρτώνται αποκλειστικά από τις συν -θήκες λειτουργίας του κινητήρα, εννοώντας με αυτό τις ονομαστικές συνθήκες λει τουργίας και τις συνθήκες του περιβάλλοντος του χώρου εγκατάστασης, π.χ. υγρα -σία, περιεκτικότητα σε σκόνη, θερμοκρασία περιβάλλοντος, τύπος προστασίας κινητήρα κ.λπ.
- 5. Οι ψήκτρες των δακτυλιοφόρων κινητήρων, πρέπει να αντικαθίστανται, όταν το ύψος της ψήκτρας έχει μειωθεί κατά 60%. Εάν το αρχικό ύψος της ψήκτρας είναι 40mm αυτή πρέπει να αντικατασταθεί, όταν το ύψος της φτάσει τα 16mm.
- 6. Κατά τη λειτουργία πρέπει περιοδικά να ελέγχονται και να επιθεωρούνται:
- - οι κοχλίες και τα περικόχλια σύσφιξης του κινητήρα στη βάση του
- - η θερμοκρασία του περιβάλλοντος και του κινητήρα (κατ'αρχήν επί του κελύ -φους και τοπικώς στα έδρανα και τον άξονα)
- - η ακρίβεια στη ζεύξη του κινητήρα
- - οι κοχλίες σύσφιξης του καλύμματος του ανεμιστήρα
- - ο θόρυβος και κυρίως ο θόρυβος ο προερχόμενος από τα έδρανα
- - οι συνδέσεις στο κιβώτιο των ακροδεκτών (έλεγχος καλής επαφής και σύσφιξης)
- - η τάση (το «τέντωμα») των ιμάντων εάν έχουμε ιμαντοκίνηση
- - Στους Δακτυλιοφόρους κινητήρες πρέπει επιπλέον να ελέγχονται:
- - η αντίσταση μόνωσης της περιέλιξης
- α. οι δακτύλιοι
- γ. ο ψηκτροφορέας ως προς την στερέωσή του και τη μόνωση.
- β. οι ψήκτρες ως προς το μέγεθος, την πίεση και τη δυνατότητα ολισθήσης μέσα στις ψηκτροθήκες
- 7. Περιοδικά, χωρίς να αποσυναρμολογηθεί ο κινητήρας από τη μηχανή πρέπει να γίνονται οι εξής εργασίες συντήρησης:
- - καθαρισμός του πλέγματος του καλύμματος ανεμιστήρα
- - καθαρισμός των καναλιών αερισμού
- - λίπανση των εδράνων και έλεγχος του συστήματος λίπανσης
- - έλεγχος της αντίστασης μόνωσης της περιέλιξης και των καλωδίων σύνδεσης
- - καθαρισμός των μερών με ίχνη σκουριάς
- 8. Στους κινητήρες μεγάλης ισχύος είναι σκόπιμο ο αγοραστής να διατηρεί κατάστα -ση ωρών λειτουργίας και αριθμού εκκινήσεων.
- 9. Επισημαίνεται ακόμη, πως καμία ευθύνη δεν φέρει ο κατασκευαστής από τυχόν ατύχημα ή βλάβη που μπορεί να προκληθεί από χρήση ανταλλακτικών χωρίς εγγύ -ηση καθώς και από τη μη συμμόρφωση με τις οδηγίες χρήσης.

4.4.3. Επίπεδα θορύβου
Οι μικροί κινητήρες έχουν στάθμη θορύβου που δεν υπερβαίνει τα 70dB(A) (ακου -στική πίεση).
Ακολουθεί πίνακας, στον οποίο αναφέρονται οι κινητήρες των οποίων η στάθμη θορύβου στο 1m από την επιφάνειά του μπορεί να υπερβεί τα 70dΒ(Α).
Πίνακας 4.5. Στάθμη θορύβου κινητήρων

| Ακουστική Πίεση dB(A)   | Ακουστική Πίεση dB(A)   | Ακουστική Πίεση dB(A)   | Ακουστική Πίεση dB(A)   |
|-------------------------|-------------------------|-------------------------|-------------------------|
| 2-πόλοι                 | 4-πόλοι                 | 6-πόλοι                 | 8-πόλοι                 |
| 72                      | -                       | -                       | -                       |
| 72                      | -                       | -                       | -                       |
| 72                      | -                       | -                       | -                       |
| 72                      | -                       | -                       | -                       |
| 74                      | -                       | -                       | -                       |
| 75                      | -                       | -                       | -                       |
| 77                      | -                       | -                       | -                       |
| 80                      | 71                      | -                       | -                       |
| 83                      | 80                      | -                       | 75                      |
| 83                      | 80                      | 75                      | 75                      |

Οι τιμές του πίνακα αναφέρονται για ημιτονοειδή παροχή 50Hz.
Για ημιτονοειδή παροχή 60Hz προσθέστε 4dB(A) στις παραπάνω τιμές.

4.4.4. Bλάβες και επισκευές Α.Τ.Κ.

Πίνακας βλαβών - διόρθωση

| Σύμπτωμα                                                                     | Πιθανή αιτία                                                                                                                             | Επισκευή                                                                                                                                                            |
|------------------------------------------------------------------------------|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 1.  Ο κινητήρας δεν ξεκι - νάει ούτε εν κενώ ούτε σε  φορτίο.                | Δεν υπάρχει τάση τροφοδο - σίας στους ακροδέκτες.                                                                                        | Έλεγχος του αυτόματου δια - κόπτη ρεύματος για πιθανή  διακοπή ρεύματος. Έλεγχος  των καλωδίων τροφοδοσίας.  Εάν υπάρχει διακοπή η σύν - δεση πρέπει να γίνει πάλι. |
|                                                                              | Μία φάση του τυλίγματος  του στάτη είναι κομμένη.                                                                                        | Το τύλιγμα του κινητήρα  πρέπει να ελεγχθεί με  megometer και να διορθω - θεί.                                                                                      |
|                                                                              | Τροφοδοσία με τάση μικρό - τερη από την ονομαστική.                                                                                      | Οι κατάλληλες μετρήσεις  πρέπει να γίνουν και να  δοθεί τάση τροφοδοσίας  ίση με την ονομαστική του  κινητήρα.                                                      |
|                                                                              | Η ροπή του φορτίου είναι  μεγαλύτερη από τη ροπή  εκκίνησης.                                                                             | Η μηχανή που οδηγείται  πρέπει να ελεγχθεί και να  διορθωθεί.                                                                                                       |
| 2.  Δύσκολη εκκίνηση ακο - λουθούμενη από μεγάλο  βύθισμα ταχύτητας.         | Οι μπάρες του δρομέα  έχουν κοπεί ή έχουν αποσυ - γκολληθεί.                                                                             | Έλεγχος αν οι μπάρες του  κλωβού εφάπτονται του  δακτυλίου βραχυκύκλωσης.  Οποιοδήποτε σφάλμα πρέ - πει να διορθωθεί.                                               |
| 3.  Δύσκολη εκκίνηση ακο - λουθούμενη από θόρυβο  και υπερθέρμανση.          | Τα έδρανα είναι φθαρμένα.                                                                                                                | Τα κατεστραμένα έδρανα  πρέπει να αντικατασταθούν.                                                                                                                  |
| 4.  Κανονική εκκίνηση  ακολουθούμενη από  μεγάλη πτώση του αριθμού  στροφών. | Πολύ χαμηλή τάση στους  ακροδέκτες λόγω μεγάλης  πτώσης τάσεως στα καλώ - δια τροφοδοσίας.                                               | Τα καλώδια τροφοδοσίας  πρέπει να αντικατασταθούν.                                                                                                                  |
| 5.  Ο κινητήρας υπερθερ - μαίνεται.                                          | Η τάση είναι πολύ υψηλή και  προκαλεί απώλειες σιδήρου. Η τάση είναι πολύ υψηλή και  προκαλεί απώλειες χαλκού. Υπερφόρτωση του κινητήρα. | Η τάση πρέπει να αποκα - τασταθεί στην ονομαστική  τιμή. Έλεγχος με βολτόμετρο  και αμπερόμετρο. Έλεγχος  φορτίου.                                                  |
|                                                                              | Ιμάντας πολύ σφικτός.                                                                                                                    | Διόρθωση τάσης ιμάντα.                                                                                                                                              |
|                                                                              | Ασύμμετερη ηλεκτρική  φόρτιση (καμμένη ασφάλεια,  σφάλμα στη διάταξη ελέγ - χου, διακοπή μιας φάσης).                                    | Αντικατάσταση ασφάλειας,  έλεγχος, σύνδεση.                                                                                                                         |

| Σύμπτωμα                                                                                                                                         | Πιθανή αιτία                                                                                                                                                   | Επισκευή                                                                                                                                                                                                                |
|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|                                                                                                                                                  | Κακός αερισμός. Λανθασμένη συνδεσμολογία  στο κιβώτιο ακροδεκτών.                                                                                              | Έλεγχος συνδεσμολογίας  σωστή σύνδεση.                                                                                                                                                                                  |
| 6.  Ο στάτης υπερθερμαίνε - ται σε ορισμένα σημεία και  η υπερθέρμανση συνο - δεύεται από υπερφόρτιση,  σε μία ή δύο φάσεις, και  δυνατό θόρυβο. | Εσωτερικό βραχυκύκλωμα  στην περιέλιξη του στάτη.                                                                                                              | Αντικατάσταση της περιέ - λιξης.                                                                                                                                                                                        |
| 7.  Όταν λειτουργεί ο κινη - τήρας, ο δρομέας έρχεται  σε επαφή με το στάτη και  δημιουργεί θόρυβο και  υπερθέρμανση.                            | Είναι πιθανόν ότι το διάκενο  μεταξύ στάτη και δρομέα  δεν είναι πια ομοιόμορφο,  λόγω ρωγμών στα έδρανα  ή στα καπάκια τους ή λόγω  κάποιας κλίσης του άξονα. | Τα καπάκια και τα φθαρμένα  μέρη των εδράνων πρέπει  να αντικατασταθούν.                                                                                                                                                |
| 8.  Ο κινητήρας παρουσι - άζει κραδασμούς κατά τη  λειτουργία.                                                                                   | Λανθασμένη ευθυγράμμι - ση του άξονα λόγω κακής  θεμελίωσης ή ανώμαλης  επιφάνειας του εδάφους.                                                                | Η βάση πρέπει να στερε - ωθεί.                                                                                                                                                                                          |
|                                                                                                                                                  | Οι κραδασμοί μπορεί να με - ταφέρονται από τη μηχανή  που οδηγείται.                                                                                           | Πρέπει να γίνει αποσύζευξη  από τη μηχανή ελέγχοντας  τη λειτουργία εν κενώ του  κινητήρα. Εάν η λειτουργία  είναι χωρίς κραδασμούς,  είναι βέβαιο ότι οι κραδασμοί  μεταφέρονται από τη μηχανή  που κινεί ο κινητήρας. |
| 9.  Τα έδρανα υπερθερμαί - νονται.                                                                                                               | Έχει εισχωρήσει σκόνη ή  άλλα ξένα σώματα, ή το  λιπαντικό είναι βρώμικο.                                                                                      | Το παλαιό λιπαντικό απομα - κρύνεται. Τα έδρανα πλένονται και  λιπαίνονται με κατάλληλο  λιπαντικό.                                                                                                                     |
|                                                                                                                                                  | Το υπερβολικό γράσσο στο  έδρανο αυξάνει τις απώλειες  των τριβών.                                                                                             | Αφαιρείται το επιπλέον  γράσσο.                                                                                                                                                                                         |
|                                                                                                                                                  | Η βαλβίδα λιπαντικού δεν  λειτουργεί κανονικά και το  έδρανο έχει φθαρεί ή κατα - στραφεί.                                                                     | Πρέπει να αντικατασταθεί.                                                                                                                                                                                               |
|                                                                                                                                                  | Ο ιμάντας που οδηγείται  είναι πολύ σφιγμένος.                                                                                                                 | Ο ιμάντας πρέπει να χαλα - ρώσει.                                                                                                                                                                                       |
|                                                                                                                                                  | Η μηχανή που οδηγείται δεν  είναι καλά κεντραρισμένη.                                                                                                          | Η έδραση των εδράνων και  το κεντράρισμα της μηχανής  πρέπει να ελεγχθούν.                                                                                                                                              |

| Σύμπτωμα                                                                               | Πιθανή αιτία                                                                                              | Επισκευή                                                                                 |
|----------------------------------------------------------------------------------------|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------|------------------------------------------------------------------------------------------|
| 10.  Ασυνήθης θόρυβος στο  έδρανο συχνά συνοδευ - όμενος από αύξηση της  θερμοκρασίας. | Τα έδρανα χρειάζοντα καθα - ρισμό. Το έδρανο έχει καταστραφεί.                                            | Αφαιρείται το παλαιό λιπαντι - κό και αντικαθίσταται με νέο. Αντικατάσταση με καινούριο. |
|                                                                                        | Λανθασμένη ζεύξη ή κακή  ευθυγράμμιση.                                                                    | Έλεγχος συναρμολόγησης  και διόρθωση. Έλεγχος  ευθυγράμμισης.                            |
| 11.  Κινητήρας με δακτυλί - δια στρέφεται με χαμηλή  ταχύτητα ενώ έχουμε βρα -         | Πολύ μικρή διατομή καλωδί - ου στη διάταξη ρύθμισης.                                                      | Αντικατάσταση.                                                                           |
|                                                                                        | Η διάταξη ρύθμισης της  ταχύτητας είναι πολύ μακριά  από τον κινητήρα.                                    | Αλλαγή θέσης ρυθμιστή.                                                                   |
|                                                                                        | Διακοπή στο κύκλωμα του  δρομέα ή στο καλώδιο που  συνδέει τον εκκινητή.                                  | Αντικατάσταση τυλίγματος.                                                                |
|                                                                                        | Ακαθαρσίες μεταξύ δακτυλι - διών κα ψηκτρών.                                                              | Καθαρισμός με βούρτσα και  σμυριδόπανο.                                                  |
|                                                                                        | Οι ψήκτρες είναι κολλημένες  στις ψηκτροθήκες. Η πίεση των ελατηρίων των  ψηκτρών δεν είναι κατάλ - ληλη. | Αντικατάσταση ψηκτρών  ψηκτροφορέα.                                                      |
|                                                                                        | Ανώμαλη η επιφάνεια των  δακτυλιδιών.                                                                     | Τρίψιμο με σμυριδόπανο ή  αντικατάσταση.                                                 |
|                                                                                        | Δακτυλίδια έκκεντρα.                                                                                      | Αντικατάσταση.                                                                           |
|                                                                                        | Υπερβολικές δονήσεις.                                                                                     | Έλεγχος στήριξης.                                                                        |
|                                                                                        | Πυκνότητα ρεύματος  ψηκτρών πολύ μεγάλη  (υπερφόρτιση).                                                   | Έλεγχος φορτίου.                                                                         |
| 12.  Προβλήματα στον  ηλεκτρονικό ρυθμιστή  στροφών:                                   | Υπερβολικά υψηλή αδρά - νεια, μεγάλο φορτίο.                                                              | Ροοστάτης ρύθμισης πιο  αργά. Μείωση φορτίου.  Απαιτείται μεγαλύτερος  ρυθμιστής.        |

4. ΑΣΎΓΧΡΟΝΟΙ ΤΡΙΦΑΣΙΚΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ (Α.Τ.Κ.)

| Σύμπτωμα                                                                             | Πιθανή αιτία                                            | Επισκευή                                                                  |
|--------------------------------------------------------------------------------------|---------------------------------------------------------|---------------------------------------------------------------------------|
| α)  Ενεργοποιείται το  σύστημα προστασίας κατά  την επιτάχυνση ή την επι - βράδυνση. | Βραχυκύκλωμα στην έξοδο.                                | Απομάκρυνση του βραχυκυ - κλώματος.                                       |
| β)  Ενεργοποιείται το  σύστημα προστασίας κατά  την ομαλή λειτουργία του  ρυθμιστή.  | Υπερβολικά υψηλό φορτίο.                                | Μείωση του φορτίου.                                                       |
| β)  Ενεργοποιείται το  σύστημα προστασίας κατά  την ομαλή λειτουργία του  ρυθμιστή.  | Μακριά καλώδια εξόδου.  Καταστροφή γέφυρας ή  Θυρίστορ. | Μείωση του μήκους των  καλωδίων. Ηλεκτρονικό ερ - γαστήριο - Προμηθευτής. |

4.4.5. Bασικές μετρήσεις και υπολογισμοί στους ασύγχρονους τριφασικούς κινητήρες

1. Εύρεση ακροδεκτών των πηνίων του στάτη
- α) Συνδέουμε μια φάση σε ένα από τα άνω άκρα και με ένα δοκιμαστικό κατσαβίδι ελέγχουμε τα κάτω άκρα. Όπου ανάψει το δοκιμαστικό είναι το άλλο άκρο του πηνί -ου. Διαφορετικά μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε ωμόμετρο.
- β) Αφού μηδενίσουμε το ωμόμετρο, συνδέουμε τον ένα ακροδέκτη του σε ένα από τα άνω άκρα και τον δεύτερο με τη σειρά στα τρία κάτω. Όπου έχει ένδειξη είναι το άλλο άκρο του πηνίου που ψάχνουμε.
Σχ. 4.77: Μέτρηση φασικής τάσης και ρεύματος γραμμής κινητήρα.

- 2. Μέτρηση φυσικής τάσης U$\_{φ}$ και πολικής τάσης U$\_{π}$ μετά το κλείσιμο του διακό -πτη Δ, όπως φαίνεται στο σχήμα 4.77.
- 3. Μέτρηση ρεύματος γραμμής κινητήρα με αμπερόμετρο ή για ευκολία με αμπε -ροτσιμπίδα, όπως φαίνεται στο σχήμα 4.77.
- 4. Μέτρηση ισχύος που απορροφά ο κινητήρας με δύο βατόμετρα σε σύνδεση Aaron: W=W$\_{1}$+W$\_{2 }$όπως φαίνεται στο σχήμα 4.79γ.

5. Υπολογισμός συντελεστή ισχύος
συνφ = P 3 U I = W+W 3 U I 1 2 ×× $\_{××}$ (4.17)

6. Έλεγχος αντίστασης μόνωσης των περιελίξεων του κινητήρα με Μέγγερ
Ελέγχουμε την αντίσταση μόνωσης κάθε φάσης ως προς το σασί του κινητήρα και φάσης-φάσης για έλεγχο υγρασίας, πρέπει το Μέγγερ στα 500V να έχει ένδειξη του -λάχιστον 40ΜΩ. Στη συνέχεια ελέγχουμε την αντίσταση μόνωσης κάθε φάσης ως προς το σασί του κινητήρα και κάθε φάσης ως προς τις υπόλοιπες δύο με Μέγγερ στα 1000V.
Σχ. 4.78: Mετρήσεις με Μέγγερ.

7. Διόρθωση συντελεστή ισχύος από συνφ$\_{1}$ σε συνφ$\_{2}$≥0,85 σύμφωνα με την ΔΕΗ
- α. Μετρούμενα μεγέθη: A, V, W
- β. Υπολογισμοί:
Από το γνωστό συν φ = P 3UI 1 ×× υπολογίζουμε την τιμή της εφφ$\_{1}$. Με συνφ$\_{2}$ δεδομένο, υπολογίζουμε τη τιμή της εφφ$\_{2}$.
Για να γίνει διόρθωση του συντελεστή ισχύος από την τιμή συνφ$\_{1}$ σε συνφ$\_{2}$ θα συν -δεθούν τρεις πυκνωτές σε αστέρα στα άκρα U,V,W του κινητήρα, μεγέθους:
C = P 3 εφφ εφφ -2π fU φ Y 1 2 2 ( ) με Uφ = U 3 (4.18)
ή τρεις πυκνωτές σε τρίγωνο στα άκρα U.V.W, μεγέθους:

C = P 3 εφφ εφφ -2π fU Δ 1 2 2 ( )$\_{ }$ (4.19)
Εύκολα προκύπτει:
C$\_{γ}$ =3XC$\_{Δ}$ (4.20)
Σχ. 4.79: Μετρήσεις για εύρεση συντελεστή ισχύος
Σχ. 4.80: Διόρθωση συντελεστή ισχύος (αντιστάθμιση), α) σε τρίγωνο, β) σε αστέρα.

8. Μέτρηση αντίστασης τυλιγμάτων στάτη
Σε συνδεσμολογία αστέρα η μετρούμενη με το ωμόμετρο αντίσταση, όπως φαίνε -ται στο σχήμα 4.81α, είναι:
Rμ=2R άρα: R=Rμ/2.
Σε συνδεσμολογία τριγώνου η μετρούμενη με το ωμόμετρο αντίσταση είναι:
Rμ = R2 R R+2R = 2 3 R × άρα: R= 3 2 Rμ
Σχ. 4.81: Μετρήσεις αντίστασης των τυλιγμάτων του στάτη, α) σε αστέρα, β) σε τρίγωνο.

4.4.6. Παραγγελία - Ανταλλακτικά
Όταν γίνεται παραγγελία ενός κινητήρα πρέπει να δίνονται οι εξής πληροφορίες:
- - ισχύς (σε HP ή kw)
- - τάση
- - ταχύτητα
- - συχνότητα
- - θερμοκρασία περιβάλλοντος
- - έδραση
- - συνθήκες λειτουργίας (αριθμός εκκινήσεων κ.α.)
Όταν χρειαστούν ανταλλακτικά είναι απαραίτητος ο αριθμός σειράς του κινητήρα.

4.4.7. Eρωτήσεις
- 1. Αναφέρετε ονομαστικά τους βασικούς ελέγχους που πρέπει να γίνονται στους ηλεκτρονικούς κινητήρες.
- 2. Ποιοι είναι οι τρεις βασικοί τύποι προστασίας που πρέπει ο εγκαταστάτης κινη -τήρων να εξασφαλίσει;
- 3. Πώς γίνεται ο έλεγχος υγρασίας (όργανα, μετρήσεις, στέγνωμα);
- 4. Πώς πρέπει να αυξάνει ο χειριστής δακτυλιοφόρου κινητήρα την ταχύτητα και για ποιο λόγο;
- 5. Γιατί μετά τη διακοπή τροφοδοσίας πρέπει να περιμένουμε να σταματήσει πλή -ρως η περιστροφή για να αποσυνδέσουμε τα καλώδια τροφοδοσίας;
- 6. Σχεδιάστε κινητήρα διπλών στροφών με τύλιγμα (DAHLANDER) Δ/ΥΥ, και Υ/ΥΥ.
- 7. Ποιες εργασίες συντήρησης πρέπει να γίνονται περιοδικά χωρίς να αποσυναρ -μολογηθεί ο κινητήρας;
- 8. Ποιοι έλεγχοι και επιθεωρήσεις πρέπει να γίνονται περιοδικά κατά τη λειτουργία του κινητήρα;
- 9. Πώς μπορείτε να βρείτε τους ακροδέκτες των πηνίων του στάτη κινητήρα;
- 10. Πώς μπορείτε να υπολογίσετε το συντελεστή ισχύος κινητήρα;
- 1 1 . Σχεδιάστε κυκλώματα μέτρησης αντίστασης μόνωσης περιελίξεων κινητήρα και εξηγείστε τη διαδικασία μέτρησης.
- 12. Πώς γίνεται η διόρθωση του συντελεστή ισχύος;
- 13. Σχεδιάστε και εξηγείστε κύκλωμα μέτρησης αντίστροφης μόνωσης τυλιγμάτων στο στάτη.
- 14. Ποια στοιχεία πρέπει να έχουμε για να παραγγείλουμε τον κατάλληλο κινητήρα;

Βάλτε σε κύκλο το γράμμα μπροστά από τη σωστή απάντηση
- 15. Η πινακίδα κινητήρα αναγράφει 380Υ μπορεί να συνδεθεί σε δίκτυο 220/380V ΔΕΗ:
- β. κατά Δ,
- α. κατά Υ,
- γ. με διακόπτη Υ-Δ.
- 16. Ανεξάρτητα με τη μέθοδο εκκίνησης, ένας κινητήρας βραχυκυκλωμένου δρο -μέα μπορεί να εκκινήσει χωρίς να δημιουργηθούν στο μέλλον προβλήματα από την ψυχρή κατάσταση:
- β. μέχρι 20 φορές ανάλογα με την ισχύ του,
- α. 2-3 φορές το πολύ μέσα σε διάστημα 8 ωρών,
- γ . δεν υπάρχει πρόβλημα αριθμού εκκινήσεων, αφού έχει εξασφαλιστεί ο σω -στός τρόπος εκκίνησης.
- 17. Οι ψήκτρες του δακτυλιοφόρου κινητήρα πρέπει να αντικαθίστανται:
- β. όταν το ύψος της ψήκτρας μειωθεί κατά 60%,
- α. όταν καταστραφούν,
- γ. όταν έχει μείνει 10% του αρχικού ύψους.
- 18. Η ροπή του φορτίου είναι μεγαλύτερη από τη ροπή εκκίνησης του κινητήρα: α. ο κινητήρας θα υπερθερμανθεί,
- γ. ο κινητήρας δεν θα ξεκινήσει.
- β. δύσκολη εκκίνηση ακολουθούμενη από μεγάλο βύθισμα τάσης,
- 19. Ο έλεγχος καλωδίωσης κατά την πρώτη εκκίνηση του κινητήρα περιλαμβάνει:
- β. έλεγχο πίνακα-κινητήρα.
- α. έλεγχο πίνακα-διακοπών-αυτόματου.
- γ. έλεγχο καλωδίωσης εκκινητή.
- δ. όλα τα παραπάνω.

4.5. Ανακεφαλαίωση
- ê Οι ασύγχρονοι τριφασικοί κινητήρες (Α.Τ.Κ.) ανάλογα με την κατασκευή του δρο -μέα διακρίνονται σε δύο τύπους:
- α) κινητήρες με βραχυκυκλωμένο δρομέα,
- β) κινητήρες με δακτυλιοφόρο δρομέα.
- ê Το τριφασικό σύστημα παροχής ισχύος αποτελείται από τρεις φάσεις που έχουν ίδιο μέτρο τάσης αλλά διαφορά τάσης 120°.
- ê Ο στάτης Α.Τ.Κ. αποτελείται από τρία πηνία με έξι ακροδέκτες. Ανάλογα με τον τρόπο συνδεσμολογίας τους έχουμε σύνδεση σε αστέρα ή σε τρίγωνο.
- ê Ο μεταφορέας ταχύτητας βρίσκεται στο εσωτερικό του κινητήρα στο πίσω μέρος.
- ê Ο δρομέας του Α.Τ.Κ. με δακτυλίδια έχει τριφασικό τύλιγμα που τα τρία άκρα του καταλήγουν σε τρία δακτυλίδια, τα οποία μέσω ψηκτρών ενώνονται με αντιστάσεις.
- ê Τα τρία πηνία του στάτη τροφοδοτούνται με τριφασικό ρεύμα και δημιουργούν πε -ριστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο. Στο τύλιγμα του δρομέα αναπτύσσονται επαγωγικά ρεύματα που δημιουργούν μαγνητικές δυνάμεις που τον περιστρέφουν

F=B$\_{σ}$ I$\_{σ}$I
ê Το μαγνητικό πεδίο περιστρέφεται με σύγχρονη ταχύτητα: n= 60f p s και ο δρομέας με ταχύτητα n που είναι πάντα μικρότερη της σύγχρονης. Ολίσθηση είναι το πηλίκο: s= n-n n s s
- ê Η ροπή που αναπτύσσει στον άξονά του ο κινητήρας είναι: T= 9,55 P n ×
- ê Η εκκίνηση Α.Τ.Κ/βραχυκυκλωμένου δρομέα γίνεται με πέντε τρόπους: α) απευ -θείας εκκίνηση, β) εκκίνηση με διακόπτη αστέρα-τριγώνου, γ) με αντιστάσεις στο στάτη, δ) με αυτομετασχηματιστή και ε) με ηλεκτρονικό εκκινητή.
- ê Η ρύθμιση στροφών Α.Τ.Κ./βραχυκλωμένου δρομέα γίνεται: α) με αλλαγή του πλήθους των πόλων και β) με μεταβολή της συχνότητας.
- ê Οι ηλεκτρονικοί ρυθμιστές στροφών αλλάζουν την τάση λειτουργίας με παράλλη -λη μεταβολή της συχνότητας ώστε ο λόγος u/f να παραμένει σταθερός. Αποτελού νται από ένα ελεγχόμενο ανορθωτή, ένα φίλτρο εξομάλυνσης, ένα αντιστροφέα και συνήθως από μία μονάδα ελέγχου (μικροεπεξεργαστή). Με τον ηλεκτρονικό ρυθμι -στή έχουμε πολλά πλεονεκτήματα κατά την εκκίνηση και λειτουργία του Α.Τ.Κ.
- ê Η αλλαγή φοράς περιστροφής Α.Τ.Κ. επιτυγχάνεται με αντιμετάθεση δύο φάσεων.
- ê Η πέδηση Α.Τ.Κ. γίνεται με διάφορους τρόπους: α) μηχανική πέδηση, β) ελεύθερη πέδηση, γ) ομαλή πέδηση.
- ê Η ισχύς που απορροφά ο Α.Τ.Κ. από το δίκτυο είναι: Ρ$\_{1}$ = 3 UI συνφ και η ισχύς που δίνει στον άξονά του: P= Tn 9,55 ×
- ê Οι απώλειες ενός Α.Τ.Κ. είναι: α) σταθερές: μαγνητικές ή απώλειες σιδήρου (Ρ$\_{σ}$) και μηχανικές (Ρ$\_{μ}$) και β) μεταβλητές: ηλεκτρικές απώλειες στάτη (Ρ$\_{χ,σ}$) και δρομέα (Ρ$\_{χ,δ}$).

Ο βαθμός απόδοσης είναι: n= P P = P-P P 1 1 απ 1
όπου Ρ$\_{απ}$ =Ρ$\_{χ,σ}$ +Ρ$\_{χ,δ }$+Ρ$\_{σ}$ +Ρ$\_{μ}$
- ê Οι Α.Τ.Κ./με δακτυλίδια λόγω εξωτερικής αντίστασης παρουσιάζουν μεγάλη ροπή εκκίνησης με μικρό σχετικά ρεύμα. Η ρύθμιση στροφών αντίστοιχα, γίνεται όπως στους κινητήρες με βραχυκυκλωμένο δρομέα, αλλά με μεγαλύτερα περιθώρια ρύθ -μισης με μεταβολή της αντίστασης του δρομέα.
- ê Οι κινητήρες κατά την αγορά και τη λειτουργία τους υπόκεινται στους ακόλουθους ελέγχους:
- - έλεγχος με την παράδοση
- - έλεγχος προστασίας
- - έλεγχος μεταφοράς και αποθήκευσης
- - έλεγχος θεμελίωσης
- - έλεγχος μηχανικής ζεύξης
- - έλεγχος υγρασίας
- - έλεγχος πριν την έναρξη λειτουργίας
- - έλεγχος κατά την διάρκεια λειτουργίας
- - έλεγχος συνδεσμολογίας-φοράς περιστροφής-εκκίνησης-σταματήματος
- ê Οι βασικές μετρήσεις και υπολογισμοί που πρέπει να γνωρίζει ο εγκαταστάτης είναι:
- - εύρεση ακροδεκτών
- - μέτρηση ρεύματος γραμμής
- - μέτρηση φασικής και πολικής τάσης
- - μέτρηση ισχύος
- - διόρθωση συντελεστή ισχύος
- - υπολογισμός συντελεστή ισχύος
- - έλεγχος αντίστασης μόνωσης, κινητήρα και εγκατάστασης

Κεφάλαιο 5 μονοφασικοί κινητήρες
Οι ασύγχρονοι μονοφασικοί κινητήρες -βραχυκυκλωμένου δρομέα και με συλλέκτηχρησιμοποιούνται όχι μόνο στον οικιακό τομέα (όπως π.χ. πλυντήρια, μίξερ, ηλ. σκούπες, ανεμιστήρες, κλιματιστικά κ.α.), αλλά και στη βιοτεχνία (αντλίες, δράπανα, ράμπες συνεργείων), το γραφείο , τα εμπορικά καταστήματα , την Ιατρική (λογιστικές και πολυγραφικές μηχανές, κινηματογραφικά μηχανήματα, ιατρικά όργανα), ακόμα και στα ανυψωτικά μηχανήματα και την ηλεκτρική έλξη .
Σχ. 5.1.: Ασύγχρονοι μονοφασικοί κινητήρες και εφαρμογές τους.

Ενότητα 5.1.

Ασύγχρονοι Μονοφασικοί Kινητήρες (Α.Μ.Κ.)

Διδακτικοί στόχοι
Μετά από τη μελέτη της ενότητας αυτής, θα πρέπει να μπορείτε:
- 1. Να περιγράφετε και να διατυπώνετε την αρχή λειτουργίας των Α.Μ.Κ.
- 2. Να απαριθμείτε τα μέρη απ' τα οποία αποτελούνται οι Α.Μ.Κ.
- 3. Να αναγνωρίζετε τη σήμανση των ακροδεκτών και τη συνδεσμολογία τους.
- 4. Να αιτιολογείτε την τάση λειτουργίας των Α.Μ.Κ.
- 5. Να περιγράφετε τους τρόπους ρύθμισης στροφών των Α.Μ.Κ.
- 6. Να αναφέρετε τους τρόπους πέδησης Α.Μ.Κ.

5.1.1. Γενικά
Στο προηγούμενο κεφάλαιο είδαμε τους Ασύγχρονους Τριφασικούς Κινητήρες (Α.Τ.Κ.). που είναι ουσιαστικά οι πιο συνηθισμένοι σε μεγάλες εμπορικές και βιο -μηχανικές εφαρμογές. Όμως τα περισσότερα σπίτια και οι μικρές επιχειρήσεις δεν έχουν τη δυνατότητα χρήσης τριφασικής ισχύος. Σ' αυτές τις περιπτώσεις όλοι οι κινητήρες θα πρέπει να λειτουργούν με τροφοδοσία από μονοφασικό δίκτυο ηλε -κτροδότησης, δηλ. να είναι μονοφασικοί .
Αυτό το κεφάλαιο ασχολείται με τους μονοφασικούς κινητήρες, που, στην πράξη, κατασκευάζονται σε πολλές παραλλαγές και τύπους, και διακρίνονται βασικά σε δύο κατηγορίες:

- - τους Ασύγχρονους Μονοφασικούς Κινητήρες (Α.Μ.Κ.) και
- Μονοφασικούς Κινητήρες (Ε.Ρ.) με συλλέκτη .
Στην ενότητα αυτή θα περιγράψουμε τους Α.Μ.Κ., οι οποίοι -σε σχέση με τους Α.Τ.Κ. ίδιας ισχύος και διαστάσεων- έχουν πολλά μειονεκτήματα, όπως π.χ. μικρό -τερο βαθμό απόδοσης, μεγαλύτερο θόρυβο κ.α. Παρ' όλα αυτά χρησιμοποιούνται πολύ, σε μικρή κυρίως ισχύ. Το κύριο γνώρισμα των κινητήρων αυτών είναι ότι, αν τεθούν σε λειτουργία , με τη βοήθεια ενός περιστρεφόμενου Μαγνητικού Πεδίου (Μ.Π.), τότε θα συνεχίζουν να περιστρέφονται έστω και αν το τύλιγμά τους τρο -φοδοτείται με μονοφασικό ρεύμα, το οποίο δεν δημιουργεί περιστρεφόμενο Μ.Π.

Πώς όμως περιστρέφεται ο δρομέας, αφού ένα μόνο τύλιγμα δεν μπορεί να παρά -γει από μόνο του περιστρεφόμενο Μ.Π. (όπως το τριφασικό τύλιγμα που τροφοδο τείται με E.P.); Η απάντηση δίνεται στην παρακάτω παράγραφο.

5.1.2. Αρχή λειτουργίας Α.Μ.Κ. - Στρεφόμενο Μ.Π.
Η αρχή λειτουργίας των Α.Μ.Κ. βασίζεται στη δημιουργία στρεφόμενου Μ.Π. από δύο τυλίγματα , κατάλληλα μετατοπισμένα μεταξύ τους και διαπιστώθηκε τυχαία, ύστερα από κάποια βλάβη (διακοπή) μιας φάσης κατά τη λειτουργία των Α.Τ.Κ. Πραγματικά, αν σ' έναν Α.Τ.Κ. διακοπεί, όταν είναι, σε λειτουργία, η μια φάση, ο κινητήρας εξακολουθεί να λειτουργεί, φυσικά με μειωμένη ισχύ. Στην περίπτωση αυτή , ανεξάρτητα από τη σύνδεση των φάσεων (σχ. 5.2), ο Α.Τ.Κ. λειτουργεί ου -σιαστικά με ένα μονοφασικό τύλιγμα στο στάτη του. Αν όμως τον σταματήσουμε και θελήσουμε να τον θέσουμε ξανά σε λειτουργία (με τις δύο τους φάσεις σαν μία) θα διαπιστώσουμε ότι δεν ξεκινά. Αυτό οφείλεται στο ότι με μια ή δύο φάσεις, δεν δημιουργείται στρεφόμενο Μ.Π., αλλά απλά εναλλασσόμενο. Ο κινητήρας ξεκινά πάλι, αν με το χέρι μας ή άλλη ειδική διάταξη , του δώσουμε μια αρχική ώθηση.

Σχ. 5.2.
Από τα παραπάνω οδηγούμαστε στο συμπέρασμα, ότι μπορούμε να έχουμε ασύγ -χρονο κινητήρα με μονοφασικό τύλιγμα, δηλ. Α.Μ.Κ., αρκεί να δημιουργήσουμε για την εκκίνησή του ένα στρεφόμενο Μ.Π. Αυτό πετυχαίνεται με τη βοήθεια ενός δεύ -τερου τυλίγματος, το οποίο τοποθετείται στο στάτη του κινητήρα και σε απόσταση μισού πολικού βήματος απ' το κύριο τύλιγμα. Το τύλιγμα αυτό, που λέγεται βοηθη -τικό τύλιγμα (ή βοηθητική φάση), πρέπει να διαρρέεται από ρεύμα που να έχει μια διαφορά φάσης , σε σχέση με το ρεύμα που διαρρέει το κύριο τύλιγμα.

- Ø Ας δούμε πως δημιουργείται στρεφόμενο Μ.Π. απ' τα δύο τυλίγματα που είναι κατάλληλα τοποθετημένα στο στάτη του κινητήρα (σχ. 5.3), όταν το βοηθητικό έχει κατασκευασθεί έτσι, ώστε να παρουσιάζει μεγάλη ωμική αντίσταση. Αν τα ρεύματα που διαρρέουν τα δύο τυλίγματα έχουν μεταξύ τους διαφορά φάσης 90°, τότε:
- ● Τη χρονική στιγμή, που δείχνει το σχήμα 5.3(I), στο κύριο τύλιγμα η ένταση έχει τη μέγιστη τιμή της, ενώ στο βοηθητικό θα είναι μηδενική. Έτσι το Μ.Π. που δημιουρ -γείται (απ' το κύριο τύλιγμα) έχει κατεύθυνση απ' το Α προς το A$\_{1.}$
- ● Μετά από ένα ακόμη τέταρτο της περιόδου το ρεύμα στο κύριο τύλιγμα θα είναι μέγιστο αρνητικό, ενώ στο βοηθητικό τύλιγμα μηδενίζεται. Δηλαδή το Μ.Π. θα κα -τευθύνεται, όπως φαίνεται στο σχήμα 5.3(III).
- ● Μετά από 1 /4 της περιόδου το ρεύμα στο κύριο τύλιγμα μηδενίζεται, ενώ το ρεύ -μα στο βοηθητικό τύλιγμα παίρνει τη μέγιστη τιμή του. Τώρα το Μ.Π. που δημιουρ γείται (απ' το βοηθητικό τύλιγμα), θα κατευθύνεται, όπως δείχνει το σχήμα 5.3(II).

Σχ. 5.3: Δημιουργία στρεφόμενου Μ.Π. από δύο τυλίγματα (Αρχή λειτουργίας Α.Μ.Κ.).
Αν συνεχίσουμε τη παρακολούθηση αυτή, θα διαπιστώσουμε, ότι σε κάθε πλήρη περίοδο του ρεύματος το Μ.Π. κάνει μια πλήρη περιστροφή, δηλ. είναι ένα στρε -φόμενο Μ.Π.
Στους περισσότερους Α.Μ.Κ., όπως θα δούμε στη συνέχεια, το βοηθητικό τύλιγμα μετά την εκκίνηση αποσυνδέεται, είτε μ' έναν φυγοκεντρικό διακόπτη , σε ορισμέ -νες στροφές, είτε μ' έναν ηλεκτρονόμο . Τότε το στρεφόμενο Μ.Π. δημιουργείται πλέον απ' το κύριο τύλιγμα και το ρεύμα που κυκλοφορεί (από επαγωγή) στους αγωγούς του δρομέα του κινητήρα.

- H Η ροπή εκκίνησης των Α.Μ.Κ. εξαρτάται από τη διαφορά φάσης μεταξύ των ρευ -μάτων των δύο τυλιγμάτων. Όσο πλησιάζει προς τις 90°, τόσο μεγαλύτερη ροπή εκκίνησης δημιουργείται.

5.1.3. Είδη, γενικά χαρακτηριστικά και χρήσεις Α.Μ.Κ.
Ανάλογα με τον τρόπο δημιουργίας της διαφοράς φάσης στο βοηθητικό τύλιγμα, οι Α.Μ.Κ. διακρίνονται βασικά σε:
- α. κινητήρες με αντίσταση,
- γ. κινητήρες με βραχυκυκλωμένες σπείρες στο στάτη.
- β. κινητήρες με πυκνωτή (ή πυκνωτές) και
- Οι Α.Μ.Κ. με αντίσταση έχουν σχετικά μικρή ροπή εκκίνησης και αρκετό θόρυ -βο κατά τη λειτουργία τους, αλλά είναι πολύ φθηνοί. Η ισχύς τους δεν ξεπερνά τα 3/4ΗΡ (1HP=736W) και χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές που δεν απαιτούν με -γάλες ροπές εκκίνησης (ή λειτουργούν με θόρυβο), όπως μηχανές γραφείου, ανε μιστήρες, φυσητήρες, φυγοκεντρικές αντλίες, πλυντήρια, ηλεκτροκίνητα εργαλεία, καυστήρες, συμπιεστές κ.α. ≅

Οι Α.Μ.Κ. με πυκνωτή κατασκευάζονται για μεγαλύτερες ισχείς (μέχρι 3HP ≅ 2kW), είναι όμως πιο ακριβοί απ' τους κινητήρες με αντίσταση και χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές που είναι απαραίτητη η μεγάλη ροπή εκκίνησης, όπως π.χ. οι αεροσυ -μπιεστές, οι αντλίες, οι ράμπες συνεργείων αυτοκινήτων, τα ηλεκτρικά ψυγεία, τα κλιματιστικά μηχανήματα και άλλα τμήματα μηχανών και συσκευών που πρέπει να ξεκινούν με φορτίο.
Οι Α.Μ.Κ. με βραχυκυκλωμένες σπείρες στο στάτη έχουν τη μικρότερη ροπή εκκίνησης και το μικρότερο βαθμό απόδοσης απ' όλους τους μονοφασικούς κινητήρες, είναι όμως πολύ φθηνοί και δεν παρουσιάζουν τακτικά βλάβες. Χρησιμοποιούνται σε οικιακές συσκευές πολύ μικρής ισχύος (π.χ. 30W), όπως ανεμιστήρες, στεγνωτήρες μαλλιών κ.λπ.

5.1.4. Κατασκευή, συνδεσμολογία, τυποποίηση και άλλα χαρακτηριστικά

Α. Κατασκευαστικά στοιχεία
Οι Α.Μ.Κ. έχουν δρομέα όμοιο μ' αυτόν των Α.Τ.Κ. που είδαμε στο προηγούμενο κεφάλαιο, δηλ. δρομέα με τύλιγμα κλωβού (από αλουμίνιο, για να είναι πιο ελαφρείς και εύχρηστοι), γι' αυτό λέγονται και Α.Μ.Κ. με βραχυκυκλωμένο δρομέα . Ο στάτης τους κατασκευάζεται λίγο διαφορετικά και περιλαμβάνει, εκτός από το κύριο και το βοηθητικό τύλιγμα και άλλα εξαρτήματα και στοιχεία, που θα δούμε παρακάτω (για κάθε είδος Α.Μ.Κ. ξεχωριστά).
Στους Α.Μ.Κ. με αντίσταση (σχ. 5.4) το βοηθητικό τύλιγμα κατασκευάζεται με αγωγό μικρής διατομής και με πολλές σπείρες έτσι, ώστε να παρουσιάζει αυξημένη ωμική αντίσταση. Σε πολλούς τύπους τέτοιων κινητήρων, σε σειρά με το βοηθητικό τύλιγμα συνδέεται και μια ωμική αντίσταση (αντιστάτης R).

Όταν ο κινητήρας προσεγγίζει την ταχύτητα λειτουργίας (πρακτικά όταν αποκτήσει το 80% των κανονικών του στροφών) ο φυγοκεντρικός διακόπτης F$\_{s}$ , που είναι στερεωμένος στον άξονα του δρομέα, θέτει εκτός κυκλώματος το βοηθητικό τύλιγμα .
H Ο φυγοκεντρικός διακόπτης είναι ένα ειδικό εξάρτημα, που η λειτουργία του εξαρτάται απ' τη φυγόκεντρη δύναμη που αναπτύσσεται κατά τη περιστροφή του δρομέα του κινητήρα.
Σχ. 5.4: Πραγματική μορφή (α) και σύνδεση των τυλιγμάτων (β) Α.Μ.Κ. με αντίσταση.
Στους Α.Μ.Κ. με πυκνωτή (σχ. 5.5α) σε σειρά με το βοηθητικό τύλιγμα και το φυγοκεντρικό διακόπτη συνδέεται ένας πυκνωτής , που συνήθως βρίσκεται στο
πάνω μέρος του κινητήρα (σχ. 5.5β). Σ' αυτούς τα δύο τυλίγματα είναι ρυθμισμένα έτσι, ώστε να παρουσιάζουν διαφορά φάσης ακριβώς 90°, με αποτέλεσμα να έχουν πολύ μεγάλη ροπή εκκίνησης.

Σχ. 5.5: Α.Μ.Κ. με πυκνωτή εκκίνησης.
Με τη κατάλληλη επιλογή του πυκνωτή, που συνήθως είναι ξηρός ηλεκτρολυτικός , αυξάνει τόσο η ροπή εκκίνησης όσο και ο βαθμός απόδοσης του κινητήρα. Αν σε κάποια εφαρμογή απαιτείται η μεγαλύτερη δυνατή ροπή εκκίνησης και καλύτερες συνθήκες λειτουργίας, το βοηθητικό τύλιγμα μπορεί να περιλαμβάνει δύο πυκνωτές: τον πυκνωτή εκκίνησης (C$\_{1}$) και τον πυκνωτή λειτουργίας (C$\_{2}$), που συνδέονται παράλληλα (σχ. 5.6β).
- H Στους κινητήρες πολύ καλής ποιότητας χρησιμοποιούνται πυκνωτές χαρτιού, αν και κοστίζουν περισσότερο, γιατί, αν π.χ. ο πυκνωτής εκκίνησης είναι ηλεκτρολυτικός και δεν ανοίξει ο φυγοκεντρικός διακόπτης, δεν θα αντέξει τη συνεχή λειτουργία και θα καταστραφεί.

Σχ. 5.6: Πραγματική μορφή (α) και σύνδεση τυλιγμάτων (β) σε Α.Μ.Κ. με δύο πυκνωτές.

5. ΜΟΝΟΦΑΣΙΚΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ
Στους Α.Μ.Κ. με βραχυκυκλωμένες σπείρες στο στάτη , η εκκίνηση, δηλ. το στρεφόμενο Μ.Π., πετυχαίνεται με τη βοήθεια δύο (2) ή τριών (3) βραχυκυκλωμέ -νων σπειρών που τοποθετούνται εναλλάξ στα απέναντι τμήματα δύο μαγνητικών πόλων που χωρίζονται σε δύο σκέλη (σχ. 5.7). Όπως είπαμε και στην αρχή, οι κινη -τήρες αυτοί έχουν πολύ κακό βαθμό απόδοσης. Σε μικρές όμως συσκευές, που δεν ενδιαφέρει πολύ η απόδοση, αποτελούν την πιο φθηνή λύση.
Σχ. 5.7: Α.Μ.Κ. με βραχυκυκλωμένες σπείρες στο στάτη.

Β. Συνδεσμολογίες και τυποποίηση ακροδεκτών
Οι συνδεσμολογίες των κυριότερων Α.Μ.Κ. βραχυκυκλωμένου δρομέα φαίνονται στο παρακάτω σχήμα 5.8, ενώ στον πίνακα 5.1, δίνονται οι συμβολισμοί των ακρο -δεκτών τους.
Σχ. 5.8: Συνδεσμολογίες Α.Μ.Κ.
Πίνακας 5.1.

|                    | Γερμανικοί V.D.E.   | Αγγλικοί B.S.   | Αμερικανοί A.S.S.   |
|--------------------|---------------------|-----------------|---------------------|
| Κύριο τύλιγμα:     | U-V                 | U$\_{1}$-U$\_{2}$ | T$\_{1}$-T$\_{2}$     |
| Βοηθητικό τύλιγμα: | W-Z                 | Z$\_{1}$-Z$\_{2}$ | T$\_{2}$-T$\_{4}$     |

Γ. Άλλα χαρακτηριστικά
- Ø Η αλλαγή της φοράς περιστροφής στους Α.Μ.Κ. γίνεται πολύ εύκολα, με την αντιμετάθεση των συνδέσεων των δύο άκρων του βοηθητικού τυλίγματος ως προς το κύριο, όπως φαίνεται και στο σχήμα 5.9, για Α.Μ.Κ. με πυκνωτή.
Εξαίρεση αποτελεί ο κινητήρας με βραχυκυκλωμένες σπείρες στο στάτη, στον οποίο, αν θέλουμε συχνή αλλαγή, θα πρέπει να υπάρχουν από κατασκευής δύο βοηθητικά τυλίγματα βραχυκυκλωμένων σπειρών, ώστε βραχυκυκλώνοντας επιλε -κτικά το ένα από τα δύο να έχουμε την επιθυμητή φορά περιστροφής.

Σχ. 5.9: Αλλαγή φοράς περιστροφής σε Α.Μ.Κ. με πυκνωτή.
- Ø Η ρύθμιση των στροφών των Α.Μ.Κ. μπορεί να γίνει μ' έναν απ' τους τρόπους που γίνεται και στους Α.Τ.Κ., δηλ. με μεταβολή:
- α) της συχνότητας του δικτύου ηλεκτροδότησης ,
- γ) της τάσης τροφοδοσίας .
- β) του αριθμού των πόλων και
Ο πιο συνηθισμένος τρόπος είναι με ρύθμιση της τάσης εισόδου, που πετυχαίνεται με έναν αυτομετασχηματιστή , ή με μια αντίσταση σε σειρά, ή με ένα ειδικό ηλε -κτρονικό κύκλωμα .
- Ø Η πέδηση των Α.Μ.Κ. γίνεται μ' έναν απ' τους τρόπους πέδησης των Α.Τ.Κ., όπως π.χ. με ηλεκτρομαγνητική πέδη, αναστρέφοντας τη φορά περιστροφής του στρεφόμενου Μ.Π.
- H Συμπερασματικά, αναφέρουμε, ότι οι Α.Μ.Κ. ανάλογα με τα χαρακτηριστικά εκκίνησης και λειτουργίας κάθε τύπου, κατατάσσονται από τον καλύτερο προς το χειρότερο, ως εξής:
- 1. Κινητήρες με πυκνωτή εκκίνησης και πυκνωτή λειτουργίας
- 3. Κινητήρες με πυκνωτή εκκίνησης
- 2. Κινητήρες με μόνιμο πυκνωτή (εκκίνησης και λειτουργίας)
- 4. Κινητήρες με αντίσταση
- 5. Κινητήρες με βραχυκυκλωμένες σπείρες στο στάτη

Φυσικά ο καλύτερος κινητήρας είναι και ο πιο ακριβός, ενώ ο χειρότερος είναι ο πιο φθηνός. Έτσι για οποιοδήποτε εφαρμογή επιλέγουμε το φθηνότερο διαθέσιμο κινητήρα που μπορεί να πραγματοποιήσει τη συγκεκριμένη εργασία.
Στον πίνακα 5.2 που ακολουθεί, φαίνονται τα τεχνικά χαρακτηριστικά Α.Μ.Κ. με πυ -κνωτή και η τάση λειτουργίας τους, που εξαρτάται βασικά από την τυποποιημένη
τιμή της τάσης του δικτύου για το οποίο προορίζονται.
(Στην πράξη κατασκευάζονται για 100V, 115V, 200V, 220V, 230V και 240V).

Πίνακας 5.2.
Α.Μ.Κ. βραχυκυκλωμένου δρομέα Χ.Τ. με πυκνωτή λειτουργίας (-0), με πυκνωτή εκκίνησης (-S) και με πυκνωτή εκκίνησης και λειτουργίας (-S0).

| Διπολικοί 3000 RPM - 50 HZ Χαρακτηριστικά Βά-   | Διπολικοί 3000 RPM - 50 HZ Χαρακτηριστικά Βά-   | Διπολικοί 3000 RPM - 50 HZ Χαρακτηριστικά Βά-   | Διπολικοί 3000 RPM - 50 HZ Χαρακτηριστικά Βά-   | Διπολικοί 3000 RPM - 50 HZ Χαρακτηριστικά Βά-   | Διπολικοί 3000 RPM - 50 HZ Χαρακτηριστικά Βά-   | Διπολικοί 3000 RPM - 50 HZ Χαρακτηριστικά Βά-   | Διπολικοί 3000 RPM - 50 HZ Χαρακτηριστικά Βά-   | Διπολικοί 3000 RPM - 50 HZ Χαρακτηριστικά Βά-   | Διπολικοί 3000 RPM - 50 HZ Χαρακτηριστικά Βά-   | Διπολικοί 3000 RPM - 50 HZ Χαρακτηριστικά Βά-   | Διπολικοί 3000 RPM - 50 HZ Χαρακτηριστικά Βά-   | Διπολικοί 3000 RPM - 50 HZ Χαρακτηριστικά Βά-   | Διπολικοί 3000 RPM - 50 HZ Χαρακτηριστικά Βά-   |
|-------------------------------------------------|-------------------------------------------------|-------------------------------------------------|-------------------------------------------------|-------------------------------------------------|-------------------------------------------------|-------------------------------------------------|-------------------------------------------------|-------------------------------------------------|-------------------------------------------------|-------------------------------------------------|-------------------------------------------------|-------------------------------------------------|-------------------------------------------------|
| Μ  έ γ ε                                        | Τύπος                                           | Ισχύς                                           | Ισχύς                                           | Ρεύμα για  220V                                 | στροφ. min                                      | Βαθμ.  αποδ.                                    | cosφ                                            | Πυκνωτής                                        | Πυκνωτής                                        | εκκίνησης                                       | εκκίνησης                                       | εκκίνησης                                       | ρος                                             |
| θ                                               |                                                 |                                                 |                                                 |                                                 |                                                 |                                                 |                                                 | Εκκίνησης                                       | Λειτουρ.                                        | I$\_{s}$/I$\_{N}$                                 | Μ$\_{s}$/Μ$\_{N}$                                 | Μ$\_{max}$/Μ$\_{N}$                               |                                                 |
| ο  ς                                            |                                                 | HP                                              | kW                                              | Α                                               | RPM                                             | %                                               |                                                 | μF/V                                            | μF/V                                            |                                                 |                                                 |                                                 | kg                                              |
| 56                                              | ΜΚ0,08/2-O                                      | 0,08                                            | 0,06                                            | 0,65                                            | 2850                                            | 44                                              | 0,95                                            | -                                               | 4/500                                           | 3,5                                             | 0,3                                             | 1,65                                            | 2,7                                             |
| 56                                              | ΜΚ0,12/2-Ο                                      | 0,12                                            | 0,09                                            | 0,81                                            | 2850                                            | 56                                              | 0,90                                            | -                                               | 4/500                                           | 3,6                                             | 0,3                                             | 1,65                                            | 2,9                                             |
| 63                                              | ΜΚ0,16/2-O                                      | 0,16                                            | 0,12                                            | 0,99                                            | 2800                                            | 58                                              | 0,95                                            | -                                               | 6/500                                           | 4,0                                             | 0,3                                             | 1,8                                             | 3,5                                             |
| 63                                              | ΜΚ0,25/2-O                                      | 0,25                                            | 0,18                                            | 1,37                                            | 2850                                            | 63                                              | 0,95                                            | -                                               | 10/500                                          | 3,5                                             | 0,3                                             | 1,8                                             | 3,9                                             |
| 71                                              | ΜΚ0,34/2-O                                      | 0,34                                            | 0,25                                            | 1,86                                            | 2850                                            | 68                                              | 0,90                                            | -                                               | 16/500                                          | 3,5                                             | 0,3                                             | 2,0                                             | 5,0                                             |
| 71                                              | ΜΚ0,50/2-O                                      | 0,50                                            | 0,37                                            | 2,56                                            | 2860                                            | 69                                              | 0,95                                            | -                                               | 20/500                                          | 4,2                                             | 0,3                                             | 2,0                                             | 6,1                                             |
| 71                                              | MK0,25/2-S                                      | 0,25                                            | 0,18                                            | 1,85                                            | 2860                                            | 55                                              | 0,80                                            | 50-60/280                                       | -                                               | 5,0                                             | 2,2                                             | 2,2                                             | 9                                               |
| 71                                              | MK0,37/2-S                                      | 0,37                                            | 0,25                                            | 2,5                                             | 2890                                            | 61                                              | 0,75                                            | 80-100/280                                      | -                                               | 6,0                                             | 3,0                                             | 2,4                                             | 11                                              |
| 80                                              | MK0,50/2-S                                      | 0,50                                            | 0,37                                            | 3,7                                             | 2880                                            | 59                                              | 0,76                                            | 80-100/280                                      | -                                               | 5,0                                             | 2,5                                             | 2,0                                             | 11                                              |
| 80                                              | MK0,75/2-S                                      | 0,75                                            | 0,55                                            | 4,9                                             | 2880                                            | 64                                              | 0,73                                            | 80-100/280                                      | -                                               | 5,2                                             | 2,0                                             | 2,2                                             | 13                                              |
| 90L                                             | MK1/2-S                                         | 1                                               | 0,75                                            | 6,0                                             | 2880                                            | 68                                              | 0,84                                            | 125-156/280                                     | -                                               | 5,5                                             | 2,6                                             | 1,9                                             | 14                                              |
| 90L                                             | MK1,5/2-S                                       | 1,5                                             | 1,1                                             | 8,8                                             | 2890                                            | 67                                              | 0,85                                            | 125-156/280                                     | -                                               | 5,6                                             | 2,0                                             | 2,0                                             | 16                                              |
| 90L                                             | MK2/2-S                                         | 2                                               | 1,5                                             | 11,3                                            | 2900                                            | 70                                              | 0,86                                            | 125-156/280                                     | -                                               | 6,0                                             | 2,0                                             | 2,1                                             | 16                                              |
| 90L                                             | MK2/2-SO                                        | 2                                               | 1,5                                             | 10                                              | 2890                                            | 72                                              | 0,98                                            | 125-156/280                                     | 20/450                                          | 5,5                                             | 1,7                                             | 1,8                                             | 21                                              |
| 90L                                             | MK2/2-SO                                        | 3                                               | 2,2                                             | 13,5                                            | 2890                                            | 74                                              | 0,98                                            | 125-156/280                                     | 32/450                                          | 5,5                                             | 1,7                                             | 1,8                                             | 22                                              |
| Τετραπολικοί 1500 RPM - 50 HZ                   | Τετραπολικοί 1500 RPM - 50 HZ                   | Τετραπολικοί 1500 RPM - 50 HZ                   | Τετραπολικοί 1500 RPM - 50 HZ                   | Τετραπολικοί 1500 RPM - 50 HZ                   | Τετραπολικοί 1500 RPM - 50 HZ                   | Τετραπολικοί 1500 RPM - 50 HZ                   | Τετραπολικοί 1500 RPM - 50 HZ                   | Τετραπολικοί 1500 RPM - 50 HZ                   | Τετραπολικοί 1500 RPM - 50 HZ                   | Τετραπολικοί 1500 RPM - 50 HZ                   | Τετραπολικοί 1500 RPM - 50 HZ                   | Τετραπολικοί 1500 RPM - 50 HZ                   | Τετραπολικοί 1500 RPM - 50 HZ                   |
| 56                                              | ΜΚ0,05/4-O                                      | 0,05                                            | 0,04                                            | 0,53                                            | 1380                                            | 40                                              | 0,85                                            | -                                               | 2/500                                           | 3,0                                             | 0,3                                             | 1,65                                            | 2,5                                             |
| 56                                              | ΜΚ0,08/4-O                                      | 0,08                                            | 0,06                                            | 0,69                                            | 1380                                            | 45                                              | 0,88                                            | -                                               | 2,5/500                                         | 3,0                                             | 0,3                                             | 1,65                                            | 2,8                                             |
| 63                                              | ΜΚ0,12/4-O                                      | 0,12                                            | 0,09                                            | 0,86                                            | 1400                                            | 54                                              | 0,88                                            | -                                               | 4/500                                           | 3,5                                             | 0,3                                             | 1,65                                            | 3,7                                             |
| 63                                              | ΜΚ0,16/4-O                                      | 0,16                                            | 0,12                                            | 1,05                                            | 1400                                            | 58                                              | 0,90                                            | -                                               | 5/500                                           | 3,5                                             | 0,3                                             | 1,65                                            | 4,1                                             |
| 71                                              | ΜΚ0,25/4-O                                      | 0,25                                            | 0,18                                            | 2,18                                            | 1400                                            | 58                                              | 0,93                                            | -                                               | 8/500                                           | 3,5                                             | 0,3                                             | 1,65                                            | 5,4                                             |
| 71                                              | ΜΚ0,34/4-O                                      | 0,34                                            | 0,25                                            | 2,18                                            | 1400                                            | 58                                              | 0,90                                            | -                                               | 10/500                                          | 3,5                                             | 0,3                                             | 1,65                                            | 6,4                                             |
| 71                                              | MK0,25/4-S                                      | 0,25                                            | 0,18                                            | 2,2                                             | 1430                                            | 54                                              | 0,70                                            | 80-100/280                                      | -                                               | 6,0                                             | 2,5                                             | 1,9                                             | 11                                              |
| 80                                              | MK0,37/4-S                                      | 0,37                                            | 0,25                                            | 3,0                                             | 1420                                            | 56                                              | 0,71                                            | 80-100/280                                      | -                                               | 5,2                                             | 2,5                                             | 1,9                                             | 11                                              |
| 80                                              | MK0,50/4-S                                      | 0,50                                            | 0,37                                            | 4,5                                             | 1430                                            | 57                                              | 0,68                                            |                                                 | -                                               |                                                 |                                                 | 1,9                                             | 12                                              |
|                                                 |                                                 |                                                 |                                                 |                                                 |                                                 |                                                 |                                                 | 80-100/280                                      |                                                 | 4,6                                             | 2,5                                             |                                                 |                                                 |
| 90L                                             | MK0,75/4-S                                      | 0,75                                            | 0,55                                            | 5,7                                             | 1440                                            | 63                                              | 0,71                                            | 125-156/280                                     | -                                               | 4,0                                             | 2,1                                             | 2,0                                             | 14                                              |
| 90L                                             | MK1/4-S                                         | 1                                               | 0,75                                            | 7,1                                             | 1440                                            | 64                                              | 0,76                                            | 125-156/280                                     | -                                               | 4,5 5,2                                         | 2,2 1,6                                         | 1,9 1,8                                         | 16 16                                           |
| 90L                                             | MK1,5/4-SO                                      | 1,5                                             |                                                 |                                                 |                                                 |                                                 | 0,96                                            |                                                 |                                                 |                                                 |                                                 |                                                 | 23                                              |
| 90L                                             |                                                 |                                                 | 1,1                                             | 7,6                                             | 1430                                            | 71                                              | 0,92                                            | 125-156/280                                     | 20/450                                          |                                                 |                                                 |                                                 |                                                 |
|                                                 | MK2/4-SO                                        | 2                                               | 1,5                                             | 9,4                                             | 1430                                            | 75                                              |                                                 | 125-156/280                                     | 32/450                                          | 5,4                                             | 1,6                                             | 1,8                                             |                                                 |

Ι$\_{S}$=ρεύμα εκκίνησης
Μ$\_{S}$=ροπή εκκίνησης
Μ$\_{max}$=μέγιστη ροπή
Ι$\_{Ν}$ =ρεύμα σε ονομαστικό φορτίο
M$\_{Ν}$=ροπή σε ονομαστικό φορτίο

5.1.5. Eρωτήσεις
- 1. Τι θα συμβεί αν κατά τη λειτουργία Α.Τ.Κ. διακοπεί η μια φάση του;
- 2. Τι ονομάζουμε Α.Μ.Κ.; Ποια η αρχή λειτουργίας τους;
- 3. Ποια τα κυριότερα είδη των Α.Μ.Κ.; Πού χρησιμοποιείται το κάθε είδος;
- 4. Ποια τα κυριότερα μέρη και εξαρτήματα των Α.Μ.Κ.;
- 5. Πώς συνδεσμολογούνται οι Α.Μ.Κ.; (να γίνουν και συνδεσμολογίες).
- 6. Με ποιους τρόπους ρυθμίζονται οι στροφές των Α.Μ.Κ. και πώς γίνεται η πέδη -σή τους;
- 7. Ποιες οι τυπικές τάσεις λειτουργίας των Α.Μ.Κ.;
- 8. Ποιος Α.Μ.Κ. είναι καλύτερος και γιατί;

Βάλτε σε κύκλο το γράμμα μπροστά από τη σωστή απάντηση
Η αρχή λειτουργίας των Α.Μ.Κ. βασίζεται στο φαινόμενο της δημιουργίας:
- β. χωρητικότητας.
- δ. φυγόκεντρης δύναμης.
- α. αντίστασης.
- γ. στρεφόμενου Μ.Π.
- 10. Οι Α.Μ.Κ. ανάλογα με τη διάταξη που προκαλεί το στρεφόμενο Μ.Π. διακρίνο -νται σε:
- β. Α.Μ.Κ. με πυκνωτή.
- δ. όλα τα παραπάνω είδη.
- α. Α.Μ.Κ. με αντίσταση.
- γ. Α.Μ.Κ. με βραχυκυκλωμένες σπείρες.
- 1 1 . Το ειδικό εξάρτημα, με το οποίο το βοηθητικό τύλιγμα των Α.Μ.Κ. (με αντίσταση ή πυκνωτή), βγαίνει «εκτός λειτουργίας», ονομάζεται:
- β. φυγοκεντρικός διακόπτης. δ. πυκνωτής λειτουργίας.
- α. φυγοκεντρικός ηλεκτρονόμος. γ. πυκνωτής εκκίνησης.
- 12. Οι στροφές των Α.Μ.Κ. μπορούν να ρυθμιστούν γενικά με μεταβολή:
- β. της τάσης τροφοδοσίας. δ. όλων των παραπάνω μεγεθών.
- α. της συχνότητας τροφοδοσίας. γ. του αριθμού των πόλων.
- 13. Ο καλύτερος Α.Μ.Κ., δηλ. αυτός με τα καλύτερα χαρακτηριστικά, είναι:
- β. ο κινητήρας με πυκνωτή εκκίνησης.
- α. ο κινητήρας με αντίσταση.
- γ. ο κινητήρας με μόνιμο πυκνωτή.
- ε. ο κινητήρας με βραχυκυκλωμένες σπείρες.
- δ. ο κινητήρας με δύο πυκνωτές (C$\_{1}$ και C$\_{2}$).

Ενότητα 5.2.

Μονοφασικοί κινητήρες με συλλέκτη

Διδακτικοί στόχοι
- Μετά από τη μελέτη της ενότητας αυτής, θα πρέπει να μπορείτε:
- 1. Να περιγράφετε και να διατυπώνετε την αρχή λειτουργίας των κινητήρων με συλλέκτη.
- 2. Να απαριθμείτε τα μέρη απ' τα οποία αποτελούνται οι μονοφασικοί κινητή -ρες με συλλέκτη.
- 3. Να αναγνωρίζετε τη σήμανση των ακροδεκτών και τη συνδεσμολογία τους.
- 4. Να αιτιολογείτε και να αντιλαμβάνεστε την τάση λειτουργίας τους.
- 5. Να περιγράφετε τους τρόπους ρύθμισης των στροφών τους.
- 6. Να αναφέρετε τους τρόπους πέδησης κινητήρων με συλλέκτη.

5.2.1. Γενικά
Οι κινητήρες που είδαμε στο προηγούμενο κεφάλαιο (Α.Τ.Κ.). αλλά και οι κινητή -ρες της προηγούμενης ενότητας (Α.Μ.Κ.), είναι αυτοί που χρησιμοποιούνται κυρίως στην πράξη. Έχουν, όμως, ένα σημαντικό μειονέκτημα δεν επιτρέπουν γενικά λεπτομερή ρύθμιση των στροφών τους (όπως π.χ. οι κινητήρες Σ.Ρ. με διέγερση σειράς) με αποτέλεσμα να αποκλείονται από τέτοιες ειδικές εφαρμογές. Το κενό αυτό καλύπτουν οι κινητήρες Ε.Ρ. με συλλέκτη , που είναι βασικά προέκταση των κινητήρων Σ.Ρ. με διέγερση σειράς.

- H Τι θα συμβεί, όμως, αν ένας κινητήρας Σ.Ρ. με διέγερση σειράς, τροφοδοτηθεί με μονοφασικό Ε.Ρ.;
Όπως γνωρίζουμε, για να αλλάξουμε τη φορά περιστροφής, σ' ένα κινητήρα Σ.Ρ., αρκεί να αλλάξουμε μόνο τη φορά του ρεύματος στο τύλιγμα του επαγωγικού τυ -μπάνου ή μόνο την πολικότητα των μαγνητικών πόλων.
Άρα, αν ένας κινητήρας Σ.Ρ. σειράς τροφοδοτηθεί με μονοφασικό Ε.Ρ., η διεύθυνση του ρεύματος σε κάθε ημιπερίοδο θα αλλάζει ταυτόχρονα τόσο στο τύλιγμα του επαγωγικού τυμπάνου, όσο και στο τύλιγμα διέγερσης. Έτσι, ο κινητήρας θα πε -ριστρέφεται πάντα κατά την ίδια φορά, δηλ. θα λειτουργεί σχεδόν κανονικά. Λέμε σχεδόν κανονικά, γιατί, στην περίπτωση αυτή, δημιουργούνται κάποια προβλήμα -τα, όπως:

- -υπερθέρμανση των πυρήνων των πόλων (λόγω των δινορρευμάτων, που αυ -ξάνονται ανάλογα με το τετράγωνο της συχνότητας και τον όγκο του υλικού).
- -μεγάλοι σπινθηρισμοί στο συλλέκτη (γιατί οι βραχυκυκλωμένες σπείρες αποτε -
λούν ένα δευτερεύον κύκλωμα, που δημιουργεί επαγωγικά ρεύματα),
- -μείωση του συντελεστή ισχύος συνφ ( cos φ), μεγαλύτερος θόρυβος κ.α.
Για την καλή λειτουργία των κινητήρων Σ.Ρ. με διέγερση σειράς, στο μονοφασικό Ε.Ρ, οι κατασκευαστές έκαναν σταδιακά και τις αναγκαίες τροποποιήσεις, ώστε οι κινητήρες αυτοί να λειτουργούν σήμερα με πάρα πολύ καλά αποτελέσματα.

5.2.2. Αρχή λειτουργίας
Η αρχή λειτουργίας των μονοφασικών κινητήρων με συλλέκτη είναι βασικά ίδια μ' αυτή των κινητήρων Σ.Ρ., δηλ. βασίζεται στις δυνάμεις Laplace που αναπτύσσο -νται από επαγωγή στο δρομέα τους. Αρκεί να αντιμετωπισθούν τα προβλήματα που αναφέραμε παραπάνω, γιατί αλλιώς ο κινητήρας απορροφά μικρότερο ρεύμα, έχει λιγότερες στροφές και αναπτύσσει μικρότερη ροπή.
Για την αντιμετώπιση των προβλημάτων αυτών και την αποτελεσματική λειτουργία των μονοφασικών κινητήρων με συλλέκτη, εκτός από την καλύτερη κατασκευή των μερών τους (με καταλληλότερα σιδηροελάσματα), χρησιμοποιούνται και επιπλέον εξαρτήματα, όπως π.χ. μηχανισμός μετάθεσης ψηκτρών . Στην περίπτωση αυτή ο συλλέκτης είναι ειδικής κατασκευής και οι ψήκτρες είναι βραχυκυκλωμένες με -ταξύ τους , ώστε να μπορούν να μετακινούνται ταυτόχρονα. Η αρχή λειτουργίας ενός τέτοιου κινητήρα, που η ταχύτητά του μπορεί να μεταβληθεί σε πολύ μεγάλα όρια, περιγράφεται με τη βοήθεια του σχήματος 5.10.

Σχ. 5.10: Αρχή λειτουργίας κινητήρα με μηχανισμό μετάθεσης ψηκτρών.
Όταν τα τυλίγματα των πόλων τροφοδοτηθούν με μονοφασικό Ε.Ρ., στα τυλίγματα του δρομέα επάγονται ρεύματα με φορά τέτοια, ώστε απέναντι απ' το βόρειο πόλο του στάτη να δημιουργείται βόρειος πόλος στο δρομέα.
- - Στη θέση α , όπου οι ψήκτρες βρίσκονται στην ουδέτερη ζώνη, το τύλιγμα του επα -γωγικού τυμπάνου δεν διαρρέεται από ρεύμα, γιατί στους μισούς αγωγούς επάγεται Η.Ε.Δ. αντίθετη απ' ότι στους άλλους μισούς και, λόγω της βραχυκύκλωσης, αλλη -
λοεξουδετερώνονται. Το μοναδικό Μ.Π. είναι τότε αυτό του στάτη, που από μόνο του δεν μπορεί να μας δώσει κίνηση.
- - Μετατοπίζοντας τις ψήκτρες στη θέση β , στο τύλιγμα του επαγωγικού τυμπάνου δημιουργείται ένα ρεύμα και ασκείται μια δύναμη μεταξύ του Μ.Π. των πόλων και του δρομέα, τα οποία σχηματίζουν μεταξύ τους γωνία α . Η δύναμη αυτή μένει πάντα με την ίδια φορά, γιατί σε κάθε εναλλαγή του ρεύματος του στάτη αλλάζει φορά και το επαγωγικό ρεύμα του δρομέα.
- -Στη θέση γ έχουμε το μέγιστο ρεύμα του επαγώγιμου, αλλά δεν δημιουργείται ροπή στρέψης γιατί τα Μ.Π. του στάτη και του δρομέα είναι αντίθετα. Η θέση αυτή λέγεται θέση βραχυκύκλωσης .

Η φορά εκκίνησης του κινητήρα εξαρτάται απ' τη φορά της αρχικής μετατόπισης των ψηκτρών ως προς τον άξονα των πόλων.
Αντίθετες μετατοπίσεις δίνουν αντίθετες φορές εκκίνησης (θέσεις β και δ).
- H Η ταχύτητα περιστροφής των κινητήρων αυτών μπορεί να μεταβληθεί σε πολύ μεγάλα όρια, δηλ. ουσιαστικά από μηδέν στροφές μέχρι τις μέγιστες που παρουσιά -ζονται κοντά στη θέση βραχυκύκλωσης, όπου έχουμε και τη μέγιστη ροπή στρέψης.

5.2.3. Είδη, γενικά χαρακτηριστικά και χρήσεις
Οι μονοφασικοί κινητήρες με συλλέκτη διακρίνονται βασικά σε:
- α. κινητήρες Σειράς.
- γ. κινητήρες Αντίδρασης.
- β. κινητήρες Γιουνιβέρσαλ (Universal) και
Οι μονοφασικοί κινητήρες σειράς κατασκευάζονται για μεγάλες σχετικά ισχείς και τάσεις, έχουν καλή προσαρμογή στις μεταβολές του φορτίου και λειτουργούν συνή -θως με μικρότερες συχνότητες. Χρησιμοποιούνται κυρίως για την κίνηση ηλεκτρι κών οχημάτων και βαρούλκων, στα ανυψωτικά μηχανήματα κ.λπ.
Η χρήση τους (στην ηλ. έλξη κυρίως) με μειωμένη συχνότητα , όπως π.χ. 16 3 22 Hz στην Ευρώπη και 25Hz στην Αμερική, οφείλεται κυρίως στο γεγονός, ότι στην εκκίνηση ή σε χαμηλές στροφές λειτουργούν με πολύ καλύτερη απόδοση και μεγαλύτερη ροπή εκκίνησης.

- Οι κινητήρες Universal , που είναι παραλλαγή των κινητήρων σειράς, κατασκευ -άζονται για ισχείς μέχρι 1/2kW και λειτουργούν το ίδιο καλά τόσο στο Ε.Ρ., όσο και στο Σ.Ρ. (στο οποίο έχουν ταχύτητα κατά 15% μεγαλύτερη). Έχουν πολύ μεγάλες ταχύτητες περιστροφής (από 3.000 ως 8.000στρ/min) και δίνουν μεγάλη ροπή, γι' αυτό χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές όπου το μικρό βάρος και η μεγάλη ροπή είναι απαραίτητα, όπως π.χ. οι ηλεκτρικές σκούπες, τα ηλεκτρικά τρυπάνια, τα δισκοπρί -ονα, οι μηχανές προβολείς, οι ραπτομηχανές κ.α. Χρησιμοποιούνται, επίσης στη βιομηχανία και την υφαντουργία.

Οι κινητήρες αντίδρασης κατασκευάζονται για ισχείς από 1/2 μέχρι και 15ΗΡ, σε διάφορες παραλλαγές και τύπους (που θα δούμε παρακάτω). Κύριο πλεονέκτημά τους είναι η μεγάλη δυνατότητα ρύθμισης στροφών. Έχουν όμως και πολλά μειονε -κτήματα, όπως μεγάλο θόρυβο κατά τη λειτουργία τους, συχνή ανάγκη συντήρησης
και μεγάλη εξάρτηση των στροφών απ' το φορτίο. Για το λόγο αυτό χρησιμοποιού -νται σε περιορισμένες εφαρμογές, όπως π.χ. τα μηχανικά εργαλεία, οι αεροσυμπιε στές, οι αντλίες βενζίνης και βαθέων φρεάτων και οι εργαλειομηχανές.

5.2.4. Κατασκευή, συνδεσμολογία, τυποποίηση και άλλα χαρακτηριστικά

Α. Κατασκευαστικά στοιχεία
Οι μονοφασικοί κινητήρες σειράς διαφέρουν κατασκευαστικά από έναν κινητήρα Σ.Ρ. με διέγερση σειράς, μόνο ως προς την κατασκευή του στάτη. Σ' αυτούς ο στά -της δεν έχει μαγνητικούς πόλους, όπως οι μηχανές Σ.Ρ., αλλά μονοφασικό τύλιγμα τοποθετημένο στις οδοντώσεις, όπως οι Α.Μ.Κ. βραχυκυκλωμένου δρομέα. Εκτός από το κύριο μονοφασικό τύλιγμα υπάρχουν συνήθως τοποθετημένα στο στάτη και άλλα δύο τυλίγματα: το βοηθητικό τύλιγμα (Β.Τ.) και το τύλιγμα αντιστάθμι -σης (Τ.Α.), τα οποία είναι συνδεδεμένα σε σειρά με το κύριο τύλιγμα και το επαγω γικό τύμπανο του δρομέα και που χρησιμεύουν για την ελάττωση των σπινθηρι -σμών στις ψήκτρες.

Η ομαλή εκκίνησή τους γίνεται συνήθως μ' έναν αυτομετασχηματιστή (σχ. 5.11).
Σχ. 5.11: Mονοφασικός κινητήρας σειράς με ΑΜ/Σ.
Οι κινητήρες Universal, όπως είπαμε και παραπάνω, είναι μικροί μονοφασικοί κινη -τήρες σειράς, που κατασκευάζονται με μαγνητικούς πόλους που προεξέχουν, όπως φαίνεται στο αριστερό μέρος του σχήματος 5.12.
Σχ. 5.12: Κινητήρας Γιουνιβέρσαλ (Universal).
Ο κινητήρας αντίδρασης αποτελείται από ένα στάτη όμοιο μ' αυτόν των Α.Μ.Κ. και από ένα δρομέα ίδιο μ' αυτόν των κινητήρων Σ.Ρ. με συλλέκτη ειδικής κατασκευ -ής και ψήκτρες βραχυκυκλωμένες μεταξύ τους (σχ. 5.13).

Οι βραχυκυκλωμένες ψήκτρες είναι στερεωμένες πάνω σε ειδικό μηχανισμό, που μας επιτρέπει με τη βοήθεια ενός χειροστρόφαλου να τις μεταθέσουμε, ώστε να έχουμε τη λειτουργία που αναφέραμε στην παράγραφο 5.2.2 δηλ., δεξιόστροφη και αριστε -ρόστροφη με μεταβολή της ταχύτητας, ανάλογα με τη γωνία α (σχ. 5.13γ και δ).
Σχ. 5.13: Kιvητήρας αντίδρασης.
Σ' άλλους τύπους κινητήρων αντίδρασης έχουμε και σύστημα ανύψωσης ψηκτρών , ώστε μόλις ο κινητήρας φθάσει στο 80% των στροφών του, ένας φυγοκεντρικός μηχανισμός που υπάρχει στο δρομέα, μετακινεί ένα δακτυλίδι που βραχυκυκλώνει τους τομείς του συλλέκτη και ταυτόχρονα απομακρύνει τις ψήκτρες για να μην φθείρο -νται. Τα τελευταία χρόνια κατασκευάζονται και επαγωγικοί κινητήρες αντίδρασης

5. ΜΟΝΟΦΑΣΙΚΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ
με επιπλέον (ανεξάρτητο) τύλιγμα κλωβού στο δρομέα, ή με τύλιγμα αντιστάθμισης στο στάτη.

Β. Συνδεσμολογίες και τυποποίηση ακροδεκτών
Στο παρακάτω σχήμα 5.14 φαίνονται οι συνδεσμολογίες των μονοφασικών κινητή -ρων με συλλέκτη και οι συμβολισμοί των ακροδεκτών τους.
Σχ. 5.14: Συνδεσμολογίες Α.Μ.Κ. με συλλέκτη.

Γ. Άλλα χαρακτηριστικά
- Ø Στους κινητήρες σειράς η ρύθμιση των στροφών πετυχαίνεται με μεταβολή της τάσης εισόδου (όπως και στους κινητήρες Σ.Ρ. σειράς) που γίνεται, ανάλογα και με τον τρόπο εκκίνησης, μέσω ρυθμιζόμενου Μ/Σ, ρυθμιστικών αντιστάσεων και ηλε -κτρονικών κυκλωμάτων.
- Ο κινητήρας σειράς έχει τη δυνατότητα ωφέλιμης ηλεκτρικής πέδησης , δηλ. λει -τουργία της μηχανής σαν γεννήτρια που αποδίδει ηλ. ενέργεια στο δίκτυο. Επειδή όμως το δίκτυο έχει σταθερή συχνότητα και το παραγόμενο ρεύμα είναι συνεχές, αυτό γίνεται πολύ δύσκολα πρακτικά. Έτσι, όταν η μηχανή λειτουργεί σαν γεννήτρια κλείνει κύκλωμα με αντιστάσεις, όπου καταναλώνεται η ενέργεια πέδησης.

(Ωφέλιμη πέδηση γίνεται μόνο με ειδικές διατάξεις).
- Ø Στους κινητήρες Universal, όπου απαιτείται σταθερός αριθμός στροφών, χρη -σιμοποιούνται φυγοκεντρικοί ρυθμιστές ή φυγοκεντρική πέδη . Έτσι προστατεύ εται και ο κινητήρας από έλλειψη φορτίου. (Αν οι κινητήρες σειράς μείνουν χωρίς φορτίο, αποκτούν πολλές στροφές με άμεσο κίνδυνο καταστροφής τους).
- Ø Στους κινητήρες αντίδρασης, τόσο η αλλαγή φοράς περιστροφής, όσο και η πέδηση και ρύθμιση των στροφών (από μηδέν μέχρι και τη μέγιστη ταχύτητα) γίνε -ται εύκολα με τη βοήθεια του χειροστρόφαλου, στο οποίο καταλήγει ο μηχανισμός μετάθεσης των ψηκτρών.
- H Οι κινητήρες σειράς κατασκευάζονται για τάσεις μέχρι και 800V, ενώ οι κινητήρες Universal και οι κινητήρες αντίδρασης, για μικρότερες, προσαρμοσμένες στις τυπο -ποιημένες τιμές του δικτύου Χ.Τ.

5.2.5. Ερωτήσεις
- 1. Τι θα συμβεί, αν συνδέσουμε ένα κινητήρα Σ.Ρ. με διέγερση σειράς στο Ε.Ρ.;
- 2. Ποια είνα η αρχή λειτουργίας των μονοφασικών κινητήρων με συλλέκτη;
- 3. Ποια είναι η αρχή λειτουργίας των κινητήρων με μηχανισμό μετάθεσης των ψη -κτρών;
- 4. Ποια είναι τα κυριότερα είδη των μονοφασικών κινητήρων με συλλέκτη;
- 5. Πώς συνδέονται οι μονοφασικοί κινητήρες με συλλέκτη στο δίκτυο; Πώς συμ -βολίζονται οι ακροδέκτες τους;
- 6. Με ποιους τρόπους ρυθμίζονται οι στροφές των μονοφασικών κινητήρων με συλλέκτη και πώς πετυχαίνεται η πέδησή τους; Για ποιες τάσεις κατασκευάζονται;

Βάλτε σε κύκλο το γράμμα μπροστά από τη σωστή απάντηση
- 7. Αν ένας κινητήρας Σ.Ρ. σειράς τροφοδοτηθεί με Ε.Ρ., τότε θα: α. υπερθερμαίνονται οι πυρήνες των πόλων του.
- γ. έχει μειωμένο συντελεστή ισχύος και μεγάλο θόρυβο.
- β. έχουμε μεγάλους σπινθηρισμούς στο συλλέκτη.
- δ. παρουσιάζει όλα τα παραπάνω προβλήματα.
- ε. καταστραφεί, γιατί δεν θα μπορεί να κινηθεί.
- 8. Οι κινητήρες Ε.Ρ. με συλλέκτη, στους οποίους η αρχή λειτουργίας, η αλλαγή φοράς περιστροφής και η απεριόριστη ρύθμιση των στροφών τους γίνεται μ' ένα μηχανισμό μετάθεσης των ψηκτρών, ονομάζονται:
- β. κινητήρες Universal.
- α. κινητήρες αντίδρασης.
- γ. φυγοκεντρικοί κινητήρες.
- δ. κινητήρες με αντίσταση.
- 9. Οι στροφές των μονοφασικών κινητήρων συλλέκτη σειράς, ρυθμίζονται με:
- β. τον αυτομετασχηματιστή (αν έχει).
- α. τον εκκινητή (ρυθμ. αντίσταση).
- γ. ειδικά ηλεκτρονικά κυκλώματα.
- δ. όλους τους πιο πάνω τρόπους.
- 10. Οι μονοφασικοί κινητήρες με συλλέκτη που κατασκευάζονται στην πράξη είναι:
- β. κινητήρες Universal.
- α. κινητήρες σειράς.
- γ. κινητήρες αντίδρασης.
- δ. όλων των παραπάνω ειδών.

Σχ. 5.15: Κινητήρας Universal.

Ενότητα 5.3.

Λειτουργία τριφασικών κινητήρων ως μονοφασικών, lσχύς Α.Μ.Κ.

Διδακτικοί στόχοι
Μετά από τη μελέτη της ενότητας αυτής, θα πρέπει να μπορείτε:
- 1. Να αιτιολογείτε πως επηρεάζεται η ισχύς του κινητήρα.
- 2. Να υπολογίζετε τη χωρητικότητα και την τάση του πυκνωτή που θα χρησι -μοποιήσετε.
- 3. Να σχεδιάζετε τους τρόπους σύνδεσης του πυκνωτή.
- 4. Να υπολογίζετε το ρεύμα απορρόφησης των κινητήρων και τη ρύθμιση των θερμικών.

5.3.1. Γενικά
Σε πολλούς τομείς εφαρμογών, όπως π.χ. στα σπίτια μας, για τη λειτουργία συ -σκευών, ή στις μικρές βιοτεχνίες, υπάρχει μόνο το μονοφασικό δίκτυο Ε.Ρ. Σε μια τέτοια περίπτωση, για την κίνηση ενός μηχανήματος, υπάρχει στη διάθεσή μας ένας κινητήρας, αλλά αυτός είναι τριφασικός (Α.Τ.Κ.). Αναρωτιόμαστε τότε:

H Μπορεί ο Α.Τ.Κ. να λειτουργήσει στο μονοφασικό δίκτυο;
Αν θυμηθούμε, όσα αναφέραμε στην αρχή για τη λειτουργία των Α.Μ.Κ., η απά -ντηση είναι ναι , αρκεί με κάποιο τρόπο να δημιουργήσουμε (για την εκκίνηση του κινητήρα) ένα στρεφόμενο Μ.Π.
Έτσι, όπως θα δούμε στη συνέχεια, μπορούμε να έχουμε λειτουργία Α.Τ.Κ. σε μονο -φασικό δίκτυο, δηλ. ο τριφασικός κινητήρας να λειτουργεί σαν μονοφασικός.

5.3.2. Λειτουργία τριφασικών κινητήρων σαν μονοφασικών
Για να μπορεί να δημιουργηθεί στρεφόμενο Μ.Π., ώστε οι Α.Τ.Κ. να ξεκινούν και όταν τους συνδέσουμε στο μονοφασικό δίκτυο, πρέπει να τους εφοδιάσουμε μ' ένα πυκνωτή μόνιμης λειτουργίας. Ο πυκνωτής αυτός, όπως θα δούμε παρακάτω, πρέπει να είναι κατάλληλης χωρητικότητας και, ανάλογα με τη συνδεσμολογία των τυλιγμάτων του στάτη, συνδέεται σε σειρά (σχ. 5.16), ή παράλληλα με μια φάση του (σχ. 5.17). Στην περίπτωση αυτή ο Α.Τ.Κ. λειτουργεί ουσιαστικά σαν ένας Α.Μ.Κ. με βοηθητικό τύλιγμα και πυκνωτή.

Σχ. 5.16: Α.Τ.Κ. ζεύξης αστέρα, που χρησιμοποιείται σαν μονοφασικός.
Σχ. 5.17: Α.Τ.Κ. ζεύξης τριγώνου που χρησιμοποιείται σαν μονοφασικός.
Ο πυκνωτής που χρησιμοποιείται είναι συνήθως πυκνωτής χαρτιού , περισσότερο ανθεκτικός, γιατί παραμένει στο κύκλωμα σ' όλη τη διάρκεια λειτουργίας του κινη -τήρα.
H Για να αλλάξουμε τη φορά περιστροφής στους κινητήρες αυτούς αντιμεταθέτου -με τη σύνδεση του πυκνωτή (σχ. 5.18).
Σχ. 5.18: Αλλαγή φοράς περιστροφής Α.Τ.Κ. που εργάζεται σαν Α.Μ.Κ.
Ø Η ροπή εκκίνησης, η ισχύς και όλα τα χαρακτηριστικά λειτουργίας του Α.Τ.Κ. που εργάζεται σαν Α.Μ.Κ., εξαρτώνται από την τιμή της χωρητικότητας του πυκνωτή.

Έτσι, με την κατάλληλη εκλογή του πυκνωτή, η ροπή εκκίνησης φθάνει στο 40% ως 50% της ονομαστικής τριφασικής ροπής και η ισχύς που αναπτύσσεται το 80% της ονομαστικής ισχύος, που θα έδινε ο Α.Τ.Κ. αν λειτουργούσε σε τριφασικό δίκτυο.
Η χωρητικότητα του κατάλληλου πυκνωτή, ώστε να έχουμε τα παραπάνω χαρακτη -ριστικά, υπολογίζεται με ακρίβεια απ' τη σχέση:
C=3,210 P U 6 b ×× (5.1)
η χωρητικότητα, σε F
και $\_{b}$: kVAr .
C: U: P η άεργη ισχύς, σε
η τάση λειτουργίας, σε V
Στη πράξη χρησιμοποιούμε συνήθως πίνακες που μας δίνουν προσεγγιστικά τη χωρητικότητα του πυκνωτή, ή το λόγο μF/kW, για κάθε τάση λειτουργίας , όπως ο παρακάτω πίνακας 5.3 (για το δίκτυο Χ.Τ. 220/380V της ΔΕΗ).

Πίνακας 5.3.

| Ισχύς A.T.K. (kW):         | 0.2   | 0.4   | 0.6   | 0.8   | 1.0   | 1.2   |
|----------------------------|-------|-------|-------|-------|-------|-------|
| Χωρητικότητα πυκνωτή (μF): | 14    | 28    | 42    | 56    | 70    | 84    |
|  U=220V                   |       |       |       |       |       |       |
| Χωρητικότητα πυκνωτή (μF): | 4     | 8     | 12    | 16    | 20    | 24    |
|  U=380V                   |       |       |       |       |       |       |
Έτσι, π.χ. για Α.Τ.Κ. 1 kW και τάση λειτουργίας 220V, θα επιλέξουμε πυκνωτή χω -ρητικότητας 70μF.

Παρατήρηση
Η χρησιμοποίηση Α.Τ.Κ. σαν Α.Μ.Κ. είναι γενικά ασύμφορη και πρέπει να γίνεται μόνο σε περίπτωση ανάγκης και για κινητήρες μικρής ισχύος.

5.3.3. Ισχύς μονοφασικών κινητήρων
Η ισχύς, που δίνει στον άξονά του ένας μονοφασικός κινητήρας (ωφέλιμη ισχύς), δίνεται από τη σχέση:
Ρ = U  I  η  συνφ (σε W) (5.2)
U: η τάση σε V, του δικτύου τροφοδότησης,
η: ο βαθμός απόδοσής του και
I: η ένταση σε Α, που απορροφά,
συνφ: ο συντελεστής ισχύος του κινητήρα.
Όπως είναι φανερό η ισχύς εξαρτάται (εκτός από τα U και I) κυρίως από το συνφ και το βαθμό απόδοσης η , τα οποία με τη σειρά τους εξαρτώνται από το φορτίο του κινητήρα.
Από την παραπάνω σχέση (5.2), αν λύσουμε ως προς την ένταση ρεύματος I, έχου -με:

I= P ηUσυνφ ×× , η οποία για η = 100% είναι: I= P U συνφ ×

Παραδείγματα
- 1. Πόση ένταση ρεύματος απορροφά από το δίκτυο, κατά τη λειτουργία του, ένας Α.Μ.Κ. ισχύος 2ΗΡ, ονομαστικής τάσης 220V και συντελεστή ισχύος 0,7; (οι απώλειές του θεωρούνται αμελητέες).

Λύση

Είναι:
Ρ=2ΗΡ=(20,736)= 1,472kW= 1.472W.
2. Α.Μ.Κ. έχει τα παρακάτω χαρακτηριστικά:
I= I = 9,56A = P U συνφ × 1472W 200 0,7 × ⇒
- - ονομαστική ισχύ 4HP,
- - συντελεστή ισχύος 0,7,
- - ονομαστική τάση 220V,
- - βαθμό απόδοσης 0,94.
Να βρεθεί η ένταση ρεύματος που απορροφά από το δίκτυο.

Λύση
Είναι: Ρ = U  I  συνφ Ι = P U συνφ η ×× ⇒
Άρα: I= 4HP 736(W) 220 0,70,94 = 2944 145 I=20,3A   ⇒

5. ΜΟΝΟΦΑΣΙΚΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ
Στη πράξη μαζί με τα τεχνικά χαρακτηριστικά των κινητήρων, δίνεται και η ένταση του ρεύματος που απορροφούν (δες πίνακα 5.2).
Με βάση τώρα, την ένταση κανονικής λειτουργίας και ανάλογα με το τύπο του κινη -τήρα, ρυθμίζουμε και το αντίστοιχο θερμικό (στοιχείο που προστατεύει τον κινητήρα από υπερένταση).
Στον παρακάτω πίνακα 5.4 φαίνονται οι συνηθισμένες τιμές περιοχής θερμικών των αυτομάτων.
Πίνακας 5.4.

| Περιοχές ρύθμισης θερμικών   | Περιοχές ρύθμισης θερμικών   |
|------------------------------|------------------------------|
| 0÷1,5Α                       | 15÷25Α                       |
| 1÷3Α                         | 22÷33Α                       |
| 2÷3,5Α                       | 30÷45Α                       |
| 3÷5,5Α                       | 40÷63Α                       |
| 4÷9Α                         | 60÷85Α                       |
| 8,5÷16Α                      | 80÷110Α                      |

Σημείωση
Στο εμπόριο μπορούμε να βρούμε περιοχές θερμικών των αυτομάτων σε οποια -δήποτε κλίμακα επιθυμούμε. Η ρύθμιση του θερμικού γίνεται στην κανονική ένταση ρεύματος (κανονικό ρεύμα) I.

5.3.4. Eρωτήσεις
- 1. Κάτω από ποιες προϋποθέσεις μπορεί να λειτουργήσει στο μονοφασικό (1~) δίκτυο της Δ.Ε.Η. ένας Α.Τ.Κ.;
- 2. Πώς συνδέεται ο πυκνωτής στη λειτουργία Α.Τ.Κ. σαν Α.Μ.Κ.;
- 3. Πώς υπολογίζεται η χωρητικότητα του πυκνωτή λειτουργίας Α.Τ.Κ σε 1~ δίκτυο;
- 4. Πώς επηρεάζεται η ισχύς του Α.Τ.Κ., όταν εργάζεται σαν Α.Μ.Κ.;
- 5. Πώς υπολογίζουμε την ωφέλιμη ισχύ Α.Μ.Κ.;
- 6. Πώς υπολογίζεται η ένταση ρεύματος που απορροφά ένας Α.Μ.Κ.; Πώς επιλέ -γεται και πώς ρυθμίζεται το θερμικό;

Βάλτε σε κύκλο το γράμμα μπροστά από τη σωστή απάντηση
- 7. Η χωρητικότητα του κατάλληλου πυκνωτή για τη λειτουργία Α.Τ.Κ. 1/2kW, στο δίκτυο των 220V της Δ.Ε.Η., πρέπει να είναι περίπου:
- β. 25μF
- α. 20μF
- γ. 30μF
- δ. 35μF
- 8. Η ρύθμιση του θερμικού, για την προστασία του κινητήρα, γίνεται πάντα: α. στο ρεύμα κανονικής λειτουργίας ( Ι$\_{Ν}$ ).
- γ. λίγο κάτω από το Ι$\_{Ν}$.
- β. λίγο πάνω από το Ι$\_{Ν}$.
- δ. ανεξάρτητα απ' το Ι$\_{Ν}$.
- 9. Α.Μ.Κ. ωφέλιμης ισχύος 2ΗΡ, με συντελεστή ισχύος και βαθμό απόδοσης ίσους με 0,8, όταν συνδεθεί στο 1~ δίκτυο της Δ.Ε.Η. (230/400V), απορροφά ένταση ρεύματος ίση με:
- β. I=10Α.
- α. I=5,5Α.
- γ. Ι=18Α.
- δ. Ι=25Α.
- 10. Α.Μ.Κ. 220V/10A με η=80% και συνφ (cosφ)=0,9, αποδίδει ισχύ:
- β. 1200W.
- α. 1584W.
- γ. 1032W.
- δ. 850W.

Ενότητα 5.4.

Έλεγχοι και μετρήσεις, Συντήρηση, Βλάβες και επισκευή μονοφασικών κινητήρων

Διδακτικοί στόχοι
Μετά από τη μελέτη της ενότητας αυτής, θα πρέπει να μπορείτε:
- 1. Να πραγματοποιείτε τις μετρήσεις που είναι απαραίτητες για τον προσδιο -ρισμό των ακροδεκτών.
- 2. Να προσδιορίζετε, από τη συμπεριφορά του κινητήρα, την πιθανή βλάβη και να κάνετε την κατάλληλη μέτρηση για τον προσδιορισμό της.
- 3. Να περιγράφετε, πώς θα συντηρήσετε ένα μονοφασικό κινητήρα και να συ -μπληρώνετε τα αντίστοιχα έντυπα.
- 4. Να αναφέρετε τις ενέργειες που θα κάνετε όταν δεν είναι δυνατόν να επι -σκευάσετε τον κινητήρα.

5.4.1. Γενικά
Ο προληπτικός έλεγχος και η συντήρηση αυξάνουν τη διάρκεια ζωής των ηλεκτρι -κών μηχανών και περιορίζουν τις βλάβες. Οι περισσότεροι τύποι των ηλεκτροκινη τήρων και ειδικότερα των μονοφασικών, απαιτούν ελάχιστη συντήρηση που περιο -ρίζεται μόνο σε περιοδική λίπανση, γι' αυτό ο έλεγχος που γίνεται με τις αισθήσεις (όραση, ακοή, όσφρηση και αφή) έχει μεγάλη σημασία.
Ανάλογα με τον τύπο της μηχανής ποικίλλει η διαδικασία του ελέγχου και της συντή -ρησης. Έτσι ορισμένοι μονοφασικοί κινητήρες εφοδιασμένοι με αυτολίπαντους τρι βείς δεν χρειάζονται καθόλου συντήρηση, ενώ σ' άλλους κυρίως με συλλέκτη, είτε με φυγοκεντρικό διακόπτη, ο έλεγχος και η συντήρηση πρέπει να γίνονται συχνά.

Το πρόγραμμα ελέγχου και συντήρησης καθορίζεται συνήθως από τον κατα -σκευαστή του ηλεκτροκινητήρα.
Στην ενότητα αυτή αναφέρονται συγκεντρωτικά τα κυριότερα σημεία ελέγχου και συ -ντήρησης, καθώς και τα συμπτώματα βλαβών συνοπτικά (μαζί με τα πιθανά αίτια) των μονοφασικών κινητήρων. Πριν τα αναφέρουμε, ας δούμε πρώτα τα κυριότερα εξαρτήματά τους, ώστε να γνωρίζουμε «για τι ακριβώς μιλάμε». Έτσι, στα παρακά -τω σχήματα φαίνονται παραστατικά τρεις απ' τους πιο εύχρηστους μονοφασικούς κινητήρες:
- - ο Α.Μ.Κ. με (μόνιμο) πυκνωτή (σχ. 5.19),
- - ο Α.Μ.Κ. με βραχυκυκλωμένες σπείρες (σχ. 5.20) και
- - ο κινητήρας Universal (σχ. 5.21).

|   α/α | Ονομασία                                                                                                      |
|-------|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|     1 | Άξονας                                                                                                        |
|     2 | Εμπρόσθιο ρουλεμάν 6204 2z                                                                                    |
|     3 | Φλάντζα                                                                                                       |
|     4 | Βάση κιβωτίου ακροδεκτών                                                                                      |
|     5 | Κάλυμμα κιβωτίου ακροδεκτών                                                                                   |
|     6 | Στάτης                                                                                                        |
|     7 | Κέλυφος                                                                                                       |
|     8 | Οπίσθιο πλευρικό κάλυμμα                                                                                      |
|     9 | Ανεμιστήρας                                                                                                   |
|    10 | Κάλυμμα ανεμιστήρα                                                                                            |
|    11 | Ελατηριωτή ροδέλα                                                                                             |
|    12 | Οπίσθιο ρουλεμάν 6202 2z                                                                                      |
|    13 | Δρομέας                                                                                                       |
|    14 | Πυκνωτής 35/400 μf/V ή 45/400 μf/V  για διπολικούς κινητήρες και 25/450  μf/V ή 30/450 μf/V για τετραπολικούς |

Σχ. 5.19: Τομή Α.Μ.Κ. με πυκνωτή - διαστάσεις και κύρια μέρη του.

5. ΜΟΝΟΦΑΣΙΚΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ
Σχ. 5.20: Α.Μ.Κ. με βραχυκυκλωμένες σπείρες.
Σχ. 5.21: Κινητήρας Universal.

5.4.2. Έλεγχοι και μετρήσεις

1) Έλεγχος του ηλεκτροκινητήρα σε στάση

Έλεγχος ακροδεκτών
Η λαθεμένη σύνδεση των ακροδεκτών προκαλεί ανωμαλίες και σε ορισμένους τύ -πους αλλάζει τη φορά περιστροφής.
Γι' αυτό ελέγχουμε τους ακροδέκτες του κύριου και του βοηθητικού τυλίγματος, κα -θώς και αυτούς του φυγοκεντρικού διακόπτη (αν υπάρχει).
- H Ο έλεγχος των τυλιγμάτων γίνεται μ' ένα ωμόμετρο ή έναν ενδεικτικό λαμπτή -ρα. Στη συνέχεια σφίγγονται πολύ καλά.
Το βοηθητικό τύλιγμα αποτελείται συνήθως από λιγότερες ομάδες και σπείρες με αγωγό μεγαλύτερης διατομής.
Επομένως το ωμόμετρο θα δείξει μικρότερη ωμική αντίσταση.

Μέτρηση αντιστάσεων
Εάν υπάρχει αμφιβολία για την καλή κατάσταση των τυλιγμάτων γίνεται μέτρηση των αντιστάσεων της μηχανής, για τον εντοπισμό τυχόν κακών κολλήσεων, βραχυ -κυκλωμένων σπειρών ή λαθεμένης συνδεσμολογίας.

Έλεγχος μόνωσης
- Ο έλεγχος της μόνωσης μεταξύ των διάφορων τυλιγμάτων και μεταξύ τυλιγμάτων και γης είναι απαραίτητος πριν από την πρώτη λειτουργία του κινητήρα. Επίσης πρέπει να ελέγχεται και η μόνωση των ψηκτρών μεταξύ τους.
Αν ο κινητήρας έχει εκτεθεί σε υγρασία πρέπει να γίνεται στέγνωμα της μόνωσης και έλεγχος για τυχόν ενδείξεις σκουριάς.
Το στέγνωμα γίνεται είτε με εξωτερική πηγή θερμότητας είτε με διοχέτευση συνε -χών ή εναλλασσόμενων ρευμάτων στα τυλίγματα και ανάπτυξη θερμότητας μέσα σ' αυτά.

Έλεγχος λίπανσης
Ελέγχεται η στάθμη, η κατάσταση των λιπαντικών και η διαφυγή λαδιού ή γράσσου.

2) Έλεγχος του κινητήρα σε λειτουργία χωρίς φορτίο
Κατά την πρώτη εκκίνηση της μηχανής πρέπει να γίνεται έλεγχος καλής λειτουργί -ας. Τα έδρανα να έχουν κανονική θερμοκρασία (45°C) και περιστροφή ήρεμη.
Η αύξηση της θερμοκρασίας των εδράνων προέρχεται από κακή λίπανση, κακή τοποθέτηση, ή κακή κατάσταση εδράνων.
Τα παραπάνω προκαλούν, εκτός από θέρμανση και ανώμαλη λειτουργία. Ανώμαλη περιστροφή προέρχεται επίσης από κακή ζυγοστάθμιση του δρομέα, χαλαρή στή -ριξη της μηχανής, ανομοιόμορφο διάκενο ή βραχυκυκλώματα στα τυλίγματα στάτη ή δρομέα.

- H Για τον έλεγχο των τυλιγμάτων, κατά τη λειτουργία χωρίς φορτίο, πρέπει να γί -νεται η λήψη των σχετικών χαρακτηριστικών καμπυλών της μηχανής, δηλαδή τά σης, ρεύματος και αριθμού στροφών. Επίσης πρέπει να ελέγχεται και η πολικότητα.

3) Έλεγχος του κινητήρα σε λειτουργία με φορτίο
Η περιστροφή του κινητήρα πρέπει να ελεγχθεί πάλι. Από την κινητήρια ή κινού -μενη μηχανή είναι δυνατόν να μεταφέρονται δονήσεις οι οποίες είναι ανεπιθύμητες για ηλεκτροκινητήρες με συλλέκτη. Ελαστικοί σύνδεσμοι (κόμπλερ) είναι σ' αυτή την περίπτωση προτιμότεροι. Επίσης, μπορεί να προκαλείται θέρμανση των εδράνων (από αξονική πίεση ή έλξη της συνδεδεμένης μηχανής ή από μεγάλη σύσφιγξη ιμά -ντων).
Δονήσεις είναι δυνατόν να προέρχονται από ηλεκτρική ή μαγνητική ασυμμετρία, όπως π.χ. διακοπή ενός τυλίγματος (κύριου ή βοηθητικού).

Μετρήσεις με φορτίο
Γίνεται έλεγχος της απορροφούμενης και αποδιδόμενης ισχύος της μηχανής. Σε συνδυασμό με τις μετρήσεις σε στάση και χωρίς φορτίο, μετριούνται και υπολογίζο -νται οι απώλειες.
Ακόμη και στον απλό κινητήρα βραχυκυκλωμένου δρομέα πρέπει να γίνεται έλεγ -χος και καθάρισμα των διόδων παραγωγής αέρα για την απαγωγή της θερμότητας, και των πτερυγίων του ανεμιστήρα.

4) Έλεγχος του συλλέκτη
Ο συλλέκτης (όπου υπάρχει) είναι το πιο ευπαθές τμήμα και γι' αυτό απαιτεί συχνό έλεγχο και συντήρηση.
Βασικές προϋποθέσεις για μία καλή μεταγωγή ρεύματος είναι η στρογγυλότητά του, η λειτουργία του χωρίς δονήσεις και η καθαριότητά του.
Ο συλλέκτης πρέπει να παρουσιάζει μία τελείως ομαλή και συχνά στιλπνή επιφάνεια.
- Ο έλεγχος του συλλέκτη επεκτείνεται και στις ψήκτρες. Πρέπει να έχουν την πί -εση που ορίζει ο κατασκευαστής συνήθως 180÷200P/cm 2 για ψήκτρες από άνθρα κα ή ελαφρώς μεταλλικές και να κινούνται ελεύθερα στις ψηκτροθήκες. Σημασία για την καλή λειτουργία έχει και η γωνία που σχηματίζουν οι ψήκτρες με το συλλέκτη.

Επίσης πρέπει να γίνεται έλεγχος της θέσης των ψηκτρών.
Τα δακτυλίδια των μηχανών δεν απαιτούν συχνό έλεγχο. Σπάνια φθείρονται, ώστε να απαιτούν τορνάρισμα. Ο έλεγχος περιορίζεται στη μόνωσή τους και στις συνδέ -σεις τους με τους αγωγούς.

5) Έλεγχος των βοηθητικών συσκευών
Οι συσκευές αυτές είναι οι διακόπτες , οι εκκινητές , οι αντιστάσεις διέγερσης κ.λπ. και απαιτούν συνήθως έλεγχο των επαφών και των συνδέσεων των αγωγών.

5.4.3. Συντήρηση
Συντήρηση είναι η εργασία που απαιτείται για να διατηρούνται οι μηχανές σε καλή κατάσταση λειτουργίας και καθορίζεται από το πρόγραμμα συντήρησης. Ορισμένες εργασίες πρέπει να γίνονται κάθε εβδομάδα, άλλες κάθε μήνα και άλλες κάθε χρό -νο.

1) Καθαριότητα
Η μηχανή πρέπει να καθαρίζεται τακτικά με φυσητήρα και με πινέλα. Εκτός από την εξωτερική καθαριότητα, των διόδων αερισμού και ανεμιστήρα, πρέπει να ελέγχονται και να καθαρίζονται τα έδρανα, ο συλλέκτης, οι ψήκτρες και τα δακτυλίδια. Λάδι λί -πανσης στις μονώσεις και στο συλλέκτη προκαλεί βλάβες.

2) Λίπανση
Στους ηλεκτροκινητήρες χρειάζονται λίπανση τα έδρανα και τα τυχόν συστήματα μετάδοσης κίνησης.
Το λάδι λίπανσης ή το γράσσο πρέπει να αλλάζεται κατά διαστήματα, ανάλογα με την χρησιμοποίηση της μηχανής, γιατί παθαίνει αλλοιώσεις. Η αλλαγή του λαδιού γίνεται μετά την αφαίρεση του παλιού λιπαντικού και τον καθαρισμό του χώρου.
Η καθαριότητα πρέπει να είναι σχολαστική για να μην εισχωρήσουν ακαθαρσίες στα έδρανα, αλλά και για να μη λαδωθούν άλλα μέρη της μηχανής όπως οι ψήκτρες, ο συλλέκτης και οι μονώσεις. Όση βλάβη μπορεί να προκαλέσει η έλλειψη λίπανσης, άλλη τόση προκαλείται και από κακή διαδικασία λίπανσης και λάδωμα άλλων τμη -μάτων της μηχανής.

3) Συντήρηση ψηκτρών
Στη συντήρηση των ψηκτρών υπάγεται κυρίως η αντικατάσταση των φθαρμένων ψηκτρών. Οι νέες ψήκτρες πρέπει να είναι από το ίδιο υλικό και του ίδιου τύπου που είχε χρησιμοποιήσει ο κατασκευαστής. Οι νέες ψήκτρες χρειάζονται «στρώσιμο», ώστε να αποκτήσουν την καμπυλότητα και την γωνία που απαιτείται. Άλλη εργασία συντήρησης είναι η κατά μήκος μετατόπιση των ψηκτρών για να προκαλείται ομοι -όμορφη φθορά στο συλλέκτη.

4) Συντήρηση συλλέκτη και δακτυλιδιών
Οι πιο απλές ανωμαλίες του συλλέκτη είναι γρατζουνίσματα που οφείλονται σε σκληρά μόρια σκόνης που υπάρχουν στις ψήκτρες και το μάζεμα ακαθαρσιών, από άνθρακα, λίπη, λάδια κ.λπ. Σ' αυτή την περίπτωση γίνεται καθάρισμα με πολύ λεπτό γυαλόχαρτο. Αν οι ανωμαλίες του συλλέκτη είναι σημαντικές όπως η εκκεντρότης, προεξέχοντες τομείς, προεξέχοντα τεμάχια μίκας, αυλάκια, καψίματα από σπινθηρισμούς κ.λπ., αφαιρούνται στον τόρνο. Μετά το τορνάρισμα πρέπει να αφαιρεθεί το πάνω τμήμα της μίκας, ώστε να βρίσκεται περίπου 0,8mm κάτω από την επιφάνεια του συλλέκτη και να γίνει το γυάλισμα.

Τα δακτυλίδια των μηχανών χρειάζονται ελάχιστη συντήρηση, που περιορίζεται στην καθαριότητά τους. Σε περιπτώσεις εξαιρετικής φθοράς ή εκκεντρότητας απαι -τούν τορνάρισμα.

5) Συντήρηση των βοηθητικών συσκευών
Η συντήρηση των βοηθητικών συσκευών περιορίζεται στον καθαρισμό ή στην αντι -κατάσταση των επαφών. Αν υπάρχουν διακόπτες λαδιού γίνεται αντικατάσταση του λαδιού (αν περιέχει ακαθαρσίες ή υγρασία). Αν πάθουν βλάβη οι φυγοκεντρικοί διακόπτες είναι προτιμότερη η αλλαγή τους απ' την επισκευή.

5.4.4. Bλάβες μονοφασικών κινητήρων
Στον παρακάτω πίνακα 5.5, έχουν συγκεντρωθεί τα συμπτώματα των κυριότερων βλαβών των μονοφασικών κινητήρων, σε συνδυασμό με τις πιθανές αιτίες , που πρέπει να ελέγξουμε, για να εξακριβώσουμε σε ποια απ' αυτές οφείλεται η βλάβη.
Για την ευκολότερη παρουσίαση του πίνακα και επειδή μία αιτία μπορεί να προκα -λέσει περισσότερα από ένα συμπτώματα, αναφέρονται πρώτα οι πιθανές αιτίες για να συνδυαστούν κατόπιν με τα συμπτώματα βλαβών , ανάλογα με τον τύπο του κινητήρα.

Πιθανές αιτίες βλαβών
- 1. Διακοπή κυκλώματος τροφοδοσίας.
- 3. Ο φυγοκεντρικός διακόπτης δεν κλείνει κύκλωμα.
- 2. Διακοπή κυκλώματος τυλίγματος (περιέλιξης).
- 4. Βλάβη πυκνωτή.
- 6. Ο φυγοκεντρικός διακόπτης εκκίνησης δεν διακόπτει (ανοίγει).
- 5. Διακοπή κυκλώματος εκκίνησης.
- 7. Ο κινητήρας υπερφορτίζεται.
- 9. Διακοπή κυκλώματος μιας ή δύο περιελίξεων.
- 8. Η περιέλιξη είναι βραχυκυλωμένη ή γειωμένη.
- 10. Η μίκα προεξέχει από τους τομείς του συλλέκτη.
- 12. Φθαρμένες ψήκτρες ή μικρή πίεση ελατηρίου ψηκτρών.
- 11. Έκκεντρος ή ακάθαρτος συλλέκτης.
- 13. Ανοικτό ή βραχυκυκλωμένο κύκλωμα, στο τύλιγμα του δρομέα.
- 15. Ανοικτό κύκλωμα διέγερσης.
- 14. Ψήκτρες ακάθαρτες.
- 16. Σφικτά έδρανα ή με κακή λίπανση.
- 18. Γείωση του κοντά στο διακόπτη άκρου της περιέλιξης.
- 17. Τριβή μεταξύ στάτη και δρομέα.
- 19. Βραχυκυκλωμένο ή γειωμένο τύλιγμα δρομέα.

Πίνακας 5.5.

| ΣΥΜΠΤΩΜΑ ή ΒΛΑΒΗ                                                                            | ΠΙΘΑΝΕΣ ΑΙΤΙΕΣ        | ΠΙΘΑΝΕΣ ΑΙΤΙΕΣ        | ΠΙΘΑΝΕΣ ΑΙΤΙΕΣ              | ΠΙΘΑΝΕΣ ΑΙΤΙΕΣ        | ΠΙΘΑΝΕΣ ΑΙΤΙΕΣ        |
|---------------------------------------------------------------------------------------------|-----------------------|-----------------------|-----------------------------|-----------------------|-----------------------|
|                                                                                             | ΜΟΝΟΦΑΣΙΚΩΝ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ | ΜΟΝΟΦΑΣΙΚΩΝ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ | ΜΟΝΟΦΑΣΙΚΩΝ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ       | ΜΟΝΟΦΑΣΙΚΩΝ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ | ΜΟΝΟΦΑΣΙΚΩΝ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ |
|                                                                                             | ΜΕ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ          | ΜΕ ΠΥΚΝΩΤΗ  ΕΚΚΙΝΗΣΗΣ | ΜΕ ΠΥΚΝΩΤΕΣ  ΕΚΚ. και ΛΕΙΤ. | ΜΕ BΡAX/ΝΕΣ  ΣΠΕΙΡΕΣ  | ΜΕ ΣΥΛΛΕΚΤΗ           |
| Ο κινητήρας δεν ξεκινά:                                                                     | 1, 2, 3, 5            | 1, 2, 3, 4, 5         | 1, 2, 3, 7, 17              | 1, 2, 7, 16, 17       | 1, 2, 12, 13          |
| Ο κινητήρας δεν ξεκινά,  στρέφεται όμως τελικά με  χειροκίνητη εκκίνηση:                    | 3, 5                  | 3, 4, 5               | 4, 9                        |                       |                       |
| Θερμαίνεται πολύ μετά  την εκκίνηση:                                                        | 6, 8                  | 6, 8                  | 4, 8                        | 8                     | 8                     |
| Θερμαίνεται πολύ κατά  τη λειτουργία:                                                       | 8                     | 8                     | 4, 8                        | 8                     | 8                     |
| Ο κινητήρας δεν ξεκινά  μόνος του, στρέφεται με  χειροκίνητη εκκίνηση και  υπερθερμαίνεται: | 3, 5, 8               | 3, 4, 5, 8            | 4, 8, 9                     |                       |                       |
| Σπινθήρες στις ψήκτρες:                                                                     |                       |                       |                             |                       | 10, 11, 12, 13 ,14    |
| Πολύ μεγάλη ταχύτητα -  Σπινθήρες στις ψήκτρες:                                             |                       |                       |                             |                       | 15                    |
| Μείωση απόδοσης -  υπερθέρμανση:                                                            | 8, 16, 17             | 8, 16, 17             | 8, 16, 17                   | 8, 16, 17             | 13, 16, 17            |
| Τήξη ασφαλειών, δεν  σταματά με το κλείσιμο  του διακόπτη:                                  | 8, 18                 | 8, 18                 | 8, 18                       | 8, 18                 | 18, 19                |
| Ανώμαλη λειτουργία -  ισχυρές δονήσεις:                                                     |                       |                       |                             |                       | 10, 11, 12, 13, 19    |

Με βάση τα παραπάνω και την εμπειρία μας μπορούμε να αντιμετωπίσουμε όλες σχεδόν τις βλάβες των μονοφασικών κινητήρων, που τυχόν θα μας παρουσια -σθούν.
Σε περίπτωση που δυσκολευτούμε ή δεν έχουμε τα κατάλληλα μηχανήματα για κά -ποια επισκευή, καλούμε σε βοήθεια πιο ειδικούς ή πάμε σ' άλλο (καλύτερα εξοπλι σμένο) εργαστήριο.
H Αν η βλάβη είναι ανεπανόρθωτη τότε συμπληρώνουμε ειδικά έντυπα «ελέγχου και επισκευής κινητήρα» , με όλα τα χαρακτηριστικά του και ο κινητήρας αποστέλ -λεται για επισκευή (κατά το δυνατόν στο εργοστάσιο κατασκευής του). Ένα τέτοιο έντυπο, στο οποίο σημειώνουμε ενδεικτικά (π.χ. με ένα x ) το τμήμα που θέλει επι -σκευή ή τα στοιχεία και μεγέθη που θέλουν ειδικό έλεγχο, φαίνεται στο παρακάτω σχήμα 5.22.

Παροχή
Volts
φάσεις

Ισχύς
Ταχύτητα
στρ/min
πόλοι

Χρήση
Μετάδοση κίνησης
απευθείας
με ιμάντα
Σχέση μόνωσης προς επιτρεπόμενη αύξηση θερμοκρασίας
Ονομαστική ροπή ................................

σταθερή
Συνθήκες μόνωσης IP
σχετική υγρασία
Στοιχεία ρύθμισης ελέγχου στροφών (αν υπάρχει):
Τύπος ελέγχου
Όρια ρύθμισης ταχύτητας
μέγιστη
ελάχιστη
Όρια ισχύος (kW)
μέγιστη
ελάχιστη
Ειδικό έντυπο για την επισκευή και τον έλεγχο του ηλεκτροκινητήρα
…………………………
(στοιχεία πελάτη) …………………………
Θέμα: « Έλεγχος και επισκευή
κινητήρα με
…………………… ……………………»
Σας στέλνουμε για επισκευή κινητήρα (ή κινητήρες):
T με συλλέκτη
T βραχυκυκλωμένου δρομέα
σειράς T
αντίστασης T
Universal T
με πυκνωτή T
αντίδρασης T
• εκκίνησης T

μόνιμο T
• λειτουργίας T
Παρακαλούμε μετά την επισκευή του κινητήρα να γίνουν και οι έλεγχοι που ανα -φέρονται στα παρακάτω χαρακτηριστικά του στοιχεία, τα οποία και σημειώνουμε:
Πίνακας ελέγχου
Ασφαλής περιοχή κινητήρα ........................................................................................
σταθερής ταχύτητας
μεταβλητής ταχύτητας

……………………

5.4.5. Eρωτήσεις
- 1. Ποιους ελέγχους και ποιες μετρήσεις κάνουμε για τον προσδιορισμό των ακρο -δεκτών μονοφασικού ηλεκτροκινητήρα;
- 2. Για ποιους λόγους ένας Α.Μ.Κ. αντίστασης δεν ξεκινά;
- 3. Ποια είναι η πιθανή αιτία, όταν ένας κινητήρας με συλλέκτη θερμαίνεται πολύ;
- 4. Τι ονομάζουμε συντήρηση και κάθε πότε πρέπει να γίνεται αυτή;
- 5. Ποιες ενέργειες κάνουμε όταν δεν μπορούμε μόνοι μας να επισκευάσουμε έναν ηλεκτροκινητήρα;
- 6. Πώς γίνεται ο έλεγχος μόνωσης ή διακοπής των τυλιγμάτων;

Βάλτε σε κύκλο το γράμμα μπροστά από τη σωστή απάντηση
- 7. Όταν ένας κινητήρας Universal θερμαίνεται πολύ κατά τη λειτουργία του, το πιο πιθανό είναι:
- β. να έχουμε διακοπή του κύριου τυλίγματος.
- α. η περιέλιξη να είναι βραχυκυκλωμένη.
- γ. να υπάρχει τριβή μεταξύ στάτη και δρομέα.
- δ. να ισχύει ένα ή περισσότερα απ' τα παραπάνω προβλήματα.
- 8. Α.Μ.Κ. με πυκνωτή εκκίνησης που δεν ξεκινά, αλλά στρέφεται τελικά ύστερα από χειροκίνητη εκκίνηση, πιθανόν να παρουσιάζει:
- β. βλάβη στο φυγοκεντρικό διακόπτη.
- α. βλάβη στο πυκνωτή.
- γ. διακοπή του βοηθητικού κυκλώματος.
- δ. μία ή περισσότερες απ' τις παραπάνω βλάβες.
- 9. Η περιοδική εργασία που κάνουμε για να διατηρούμε τους ηλεκτροκινητήρες, αλλά και όλες τις ηλεκτρικές μηχανές σε καλή κατάσταση, ονομάζεται:
- β. συντήρηση.
- α. έλεγχος.
- γ. επισκευή.
- δ. αντικατάσταση.
- 10. Μονοφασικός (1~) κινητήρας με συλλέκτη θερμαίνεται πολύ κατά τη λειτουργία του, όταν:
- β. υπάρχει διακοπή του κυκλώματος.
- α. το τύλιγμά του είναι βραχυκυκλωμένο.
- γ. οι ψήκτρες του είναι ακάθαρτες.
- δ. ισχύουν όλα τα παραπάνω.

5.5. Ανακεφαλαίωση
- ê Σ' αυτό το κεφάλαιο περιγράψαμε μια σειρά από κινητήρες που μπορούν να λει -τουργούν με μονοφασικό Ε.Ρ., το οποίο διαθέτουν τα περισσότερα σπίτια, αλλά και μικρές επιχειρήσεις, δηλ. τους ασύγχρονους μονοφασικούς κινητήρες (Α.Μ.Κ.).
- ê Οι Α.Μ.Κ. για την εκκίνησή τους, εκτός από το κύριο τύλιγμα, χρειάζονται και ένα βοηθητικό.
- ê Ανάλογα με τον τρόπο που δημιουργείται το στρεφόμενο Μ.Π. για την εκκίνησή τους, διακρίνονται σε:
- Α.Μ.Κ. με αντίσταση, Α.Μ.Κ. με πυκνωτή (ή πυκνωτές) και Α.Μ.Κ. με βραχυκυ -κλωμένες σπείρες στο στάτη.
- ê Η αλλαγή της φοράς περιστροφής τους γίνεται με αντιμετάθεση των συνδέσεων των άκρων του βοηθητικού τυλίγματος με το κύριο τύλιγμα.
- ê Σαν Α.Μ.Κ. μπορούν να λειτουργήσουν και μικροί Α.Τ.Κ., χρειάζονται όμως για την εκκίνησή τους έναν πυκνωτή και αποδίδουν λιγότερη ισχύ.
- ê Η ανάγκη για λεπτομερή ρύθμιση των στροφών, οδήγησε τους κατασκευαστές στους μονοφασικούς κινητήρες Ε.Ρ. με συλλέκτη , με αποτέλεσμα να αναπτυ -χθούν πολλά και διάφορα είδη τέτοιων κινητήρων, τα κυριότερα απ' τα οποία είναι: οι κινητήρες σειράς , οι κινητήρες Universal και οι κινητήρες αντίδρασης . Ο κινητήρας Universal εργάζεται με μεγάλες ταχύτητες, τόσο στο Ε.Ρ., όσο και στο Σ.Ρ.
- ê Η ένταση ρεύματος που απορροφά ένας μονοφασικός κινητήρας, κατά τη λει -τουργία του, δίνεται απ' τη σχέση:

I= P ηUσυνφ ××
- ê Η καλή λειτουργία των ηλεκτροκινητήρων προϋποθέτει τακτικούς ελέγχους και προληπτική συντήρηση , ώστε να αυξάνεται η διάρκεια ζωής τους και να περιορί -ζονται οι βλάβες.
- ê Για το σκοπό αυτό ακολουθούμε τις συγκεκριμένες οδηγίες των κατασκευαστών, ανάλογα με το είδος και τον τύπο του κινητήρα.
Ρεκτιφιέ αξόνων
Συναρμολόγηση κινητήρων
Δυναμική ζυγοστάθμιση δρομέων
Κατεργασία μεγάλων χυτοσιδηρών εξαρτη -μάτων
Σχ. 5.23: Από την κατασκευή ηλεκτροκινητήρων.

κεφάλαιο 6 σύγχρονη τεχνολογία ηλεκτρικό αυτοκίνητο
Το ηλεκτρικό αυτοκίνητο εμφανίστηκε για πρώτη φορά στα μέσα του 18 ου αιώ -να και ήταν αποτέλεσμα της τελειοποίησης των μηχανών συνεχούς ρεύματος και του ηλεκτρικού συσσωρευτή σιδήρου-ψευδαργύρου και αργότερα μολύβδου-οξέος. Στις αρχές του 20 ου αιώνα οι πωλήσεις ηλεκτρικών αυτοκινήτων στην Αμερική ξε -περνούσαν το 38% των συνολικών πωλήσεων αυτοκινήτων. Μετά τον Α' Παγκό σμιο πόλεμο η μεγάλη βελτίωση των μηχανών εσωτερικής καύσης, η χαμηλή τιμή του πετρελαίου και η μικρή συγκέντρωση ενέργειας των ηλεκτρικών συσσωρευτών εκτόπισαν από τις αγορές τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα.

Τα τελευταία χρόνια το ηλεκτρικό αυτοκίνητο επανήλθε στα σχεδιαστικά προγράμ -ματα των αυτοκινητοβιομηχανιών για τους ακόλουθους λόγους:
- 1. Ενεργειακή κρίση.
- 2. Ρύπανση περιβάλλοντος.
- 3. Ραγδαία ανάπτυξη ηλεκτρονικών ισχύος τα οποία επέτρεψαν την κατασκευή μετατροπέων Σ.Ρ/Σ.Ρ για τροφοδότηση κινητήρων συνεχούς ρεύματος και μετα -τροπέων Σ.Ρ/Ε.Ρ για τροφοδότηση κινητήρων εναλλασσόμενου ρεύματος.
- 4. Κατασκευή νέων φθηνών συσσωρευ -τών αυξημένης πυ κνότητας ενέργειας.
Τα κύρια μέρη του ηλεκτρικού αυτοκινή -του που το διαφορο ποιούν από το συμ -βατικό είναι:

- α) σύστημα συσ -σώρευσης ενέργει ας, β) σύστημα ηλε -κτρικής κίνησης, γ) σύστημα ηλεκτρο -νικών μετατροπέων με μονάδα διαχείρι -σης οχήματος.

Ενότητα 6.1.

Σύστημα συσσώρευσης ενέργειας

Διδακτικοί στόχοι
Μετά από τη μελέτη της ενότητας αυτής θα πρέπει να μπορείτε:
- 1. Να περιγράφετε τα διάφορα είδη ηλεκτρικών συσσωρευτών.
- 2. Να συγκρίνετε, ως προς τις ιδιότητες, τα διάφορα είδη συσσωρευτών.
- 3. Να περιγράφετε τη διαδικασία και τα διάφορα είδη φόρτισης.

6.1.1. Σύγχρονοι ηλεκτρικοί συσσωρευτές
Ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα του ηλεκτρικού αυτοκινήτου και της ηλεκτρι -κής ενέργειας γενικότερα, είναι η αδυναμία αποθήκευσης σε μεγάλες ποσότητες.
Οι πρώτοι γαλβανικοί συσσωρευτές δεν ήταν επαναφορτιζόμενοι. Στη συνέχεια εμ -φανίσθηκαν συσσωρευτές μόλυβδου-οξέος και το στοιχείο του Θ. Έντισον (1910) που ήταν συσσωρευτής νικελίου-σιδήρου. Από την εποχή αυτή, μέχρι σήμερα η εξέλιξη των συσσωρευτών ήταν μεγάλη, αλλά όχι η αναμενόμενη, σύμφωνα με την ανάπτυξη άλλων τομέων της τεχνολογίας. Οι σημαντικότεροι τύποι συσσωρευτών είναι:

α. Μολύβδου (Pb)
Είναι ο γνωστός συσσωρευτής που χρησιμοποιούν τα συμβατικά αυτοκίνητα. Η λειτουργία του στηρίζεται στη χημική αντίδραση μεταξύ μόλυβδου (Pb) και διαλύ -ματος θειϊκού οξέος (H$\_{2}$SO$\_{4}$). Μειονέκτημά του είναι ο κίνδυνος έκρηξης κατά την επαναφόρτιση και πλεονέκτημα η μεγάλη πυκνότητα ενέργειας σε σχέση με το χαμηλό κόστος. Το μειονέκτημα των συσσωρευτών μολύβδου με υγρό καταλύτη ξεπεράστηκε με την κατασκευή με στερεό ηλεκτρολύτη, όπου ο ηλεκτρολύτης απορροφάται από φύλλα φάιμπεργκλας. Τα στοιχεία αυτά δεν χρειάζονται συντήρηση, είναι στεγανά με βαλβίδα ασφάλειας.

β. Νικελίου-Καδμίου (Ni-Cd)
Έχει καλύτερες επιδόσεις από τον προηγούμενο, με διπλάσια διάρκεια ζωής, με αντοχή σε μεγάλο πλήθος επαναφορτίσεων και σταθερή τάση εκφόρτισης. Το κό -στος όμως του συσωρευτή Ni-Cd είναι πολύ υψηλό, σε σχέση με το κόστος του συσσωρευτή μολύβδου (Pd).

γ. Νατρίου-Θείου (Na-S)
Η λειτουργία του στηρίζεται στην αντίδραση νατρίου και θείου προς παρασκευή θειούχου νατρίου. Η αντίδραση αυτή πραγματοποιείται σε θερμοκρασία 300-400°C.

6. ΣΥΓΧΡΟΝΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ - ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ
Η υψηλή θερμοκρασία και το μεγάλο κόστος είναι τα μειονεκτήματα των συσσω -ρευτών νατρίου-θείου. Η διάρκεια ζωής τους είναι περίπου 1000 επαναφορτίσεις με ενεργειακή πυκνότητα 790Wh/Kg.

δ. Λιθίου (Li)
Για τη λειτουργία τους απαιτούν, όπως και οι προηγούμενοι, υψηλή θερμοκρασία 400-450°C. Η υψηλή θερμοκρασία και η διάβρωση του στοιχείου είναι τα σημαντι -κότερα προβλήματα. Ο συσσωρευτής Λιθίου-Σιδήρου έχει ενεργειακή πυκνότητα 650wh/ Kg, δηλαδή τετραπλάσια του συσσωρευτή μολύβδου. Οι συσσωρευτές Λι -θίου-Αέρα έχουν τη μεγαλύτερη ενεργειακή πυκνότητα από όλους τους γνωστούς τύπους συσσωρευτών αλλά δεν επαναφορτίζονται.

ε. Ενεργειακές κυψέλες
Η ενεργειακή κυψέλη είναι μία διάταξη που μπορεί μέσα από μία χημική αντίδραση να μετατρέψει τη χημική ενέργεια ενός καυσίμου σε ηλεκτρική ενέργεια συνεχούς ρεύματος. Ο παραπάνω ορισμός μας οδηγεί σε συσσωρευτή, η ενεργειακή κυψέλη όμως έχει διαφορετική λειτουργία και κατασκευή από τους συσσωρευτές. Τα αντι -δρώντα στοιχεία αποθηκεύονται έξω από τη συσκευή και η χημική αντίδραση είναι οξείδωση με ατμοσφαιρικό οξυγόνο. Η συσκευή μοιάζει περισσότερο με μηχανή εσωτερικής καύσης που παράγει, μέσω της καύσης, ηλεκτρική ενέργεια. Η ενερ -γειακή κυψέλη έχει ενεργειακή πυκνότητα 2000Wh/Kg, δηλαδή πενταπλάσια περί που από ένα συσσωρευτή μολύβδου. Η επαναφόρτιση των ενεργειακών κυψελών γίνεται εύκολα και σε ελάχιστο χρόνο, όσο χρειάζεται για να αλλαχθεί η δεξαμενή καυσίμου (μεθανόλη, υδρογόνο κ.α.). Οι ενεργειακές κυψέλες θα χρησιμοποιηθούν στα ηλεκτρικά αυτοκίνητα, όταν μειωθεί το σημερινό υψηλό κόστος τους και εκλεί -ψουν τα προβλήματα ασφαλούς αποθήκευσης του καύσιμου.

Πίνακας 6.1. Τεχνικά χαρακτηριστικά διαφόρων τύπων συσσωρευτών

| Τύπος  Συσσωρευτή    | Ονομαστική Τάση στοιχείου  (V)   | Θερμοκρασία  Λειτουργίας °C  (KWh/Kg)   |   Επανα - φορτί σεις (KWh/lt) | Θεωρητική Ειδική  Ενέργεια   | Ογκομετρική Ενεργειακή Πυκνότητα   |
|----------------------|----------------------------------|-----------------------------------------|-------------------------------|------------------------------|------------------------------------|
| Μολύβδου-Οξέος       | 2,10                             | 30-50                                   |                           600 | 0,175                        | 0,090                              |
| Νικελίου-Καδμίου     | 1,25                             | 35-70                                   |                             2 | 0,218                        | 0,120                              |
| Νικελίου-Μετάλλου    | 1,40                             | 20-60                                   |                           600 | 0,185                        | 0,175                              |
| Νικελίου-Ψευδαργύρου | 1,60                             | 40-65                                   |                           250 | 0,342                        | 0,100                              |
| Νικελίου-Σιδήρου     | 1,25                             | 40-80                                   |                           800 | 0,268                        | 0,120                              |
| Νατρίου-Θείου        | 2,08                             | 300-400                                 |                           350 | 0,792                        | 0,115                              |
| Νατρίου-Νικελίου     | 2,59                             | 250-350                                 |                             1 | 0,794                        | 0,170                              |
| Ψευδαργύρου-Βρομίου  | 1,80                             | 0-45                                    |                           500 | 0,429                        | 0,070                              |
| Ψευδαργύρου-Αέρα     | 1,62                             | 25-65                                   |                            70 | 1,313                        | 0,065                              |
| Λιθίου-Σιδήρου       | 1,66                             | 400-450                                 |                           500 | 0,651                        | 0,240                              |
| Πολυμερές-Λιθίου     | 3,50                             | 0-100                                   |                           300 | 0,547                        | 0,260                              |

Πίνακας 6.2.

Τύποι συσσωρευτών διαφόρων τύπων αυτοκινήτων

| Τύπος Αυτοκινήτου        | Τύπος Συσσωρευτή   |
|--------------------------|--------------------|
| Fiat Panda Elettra       | Μολύβδου           |
| Fiat Panda Elettra       | Νικελίου-Καδμίου   |
| Fiat Ceisento Elettra    | Μολύβδου           |
| Fiat Cinquecento Elettra | Μολύβδου           |
| BMW E1                   | Νατρίου-Θείου      |
| Citroen C-15             | Μολύβδου           |
| Citroen Cittela          | Νικελίου-Καδμίου   |
| General Motors Ipmact GM | Μολύβδου           |
| Nissan FEV               | Μολύβδου           |
| Master Electrique        | Νικελίου-Καδμίου   |
| Pinguin Tavria           | Μολύβδου           |

6.1.2. Φόρτιση συσσωρευτή
Το σύστημα φόρτισης περιέχει φορτιστή, ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου, συσκευές προστασίας και ελέγχου, σύστημα εξαερισμού και προαιρετικό σύστημα θέρμανσης. Η φόρτιση του συσσωρευτή γίνεται με ειδικό φορτιστή. Ο φορτιστής τροφοδοτείται με χαμηλή τάση 220V/50HZ, την υποβιβάζει μέσω μετασχηματιστή και τη μετατρέ -πει σε συνεχή τάση μέσω γέφυρας ανόρθωσης.
Σχ. 6.2: Κύκλωμα φορτιστή συσσωρευτή.

6. ΣΥΓΧΡΟΝΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ - ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ
Οι πιο συνηθισμένες μέθοδοι φόρτισης είναι:
- 1. Φόρτιση με σταθερή ένταση τροφοδότησης.
- 2. Φόρτιση με βηματικά μεταβαλλόμενη ένταση. Η αρχική ένταση είναι πολύ μεγάλη και μειώνεται όταν η τάση κάθε στοιχείου φθάσει σε κάποια τιμή. Η μέθοδος αυτή είναι ταχύτερη από την πρώτη.
- 3. Φόρτιση με σταθερή τάση (σχ. 6.3).
- 4. Φόρτιση με σταθερή τάση και σταθερό ρεύμα.
Οι δύο βασικές λειτουργικές έννοιες για τη φόρτιση είναι η αργή φόρτιση και η ταχεία φόρτιση . Η αργή φόρτιση γίνεται με μικρή ένταση για μεγάλο χρονικό διά -στημα και η ταχεία φόρτιση γίνεται με μεγάλη ένταση για μικρό χρονικό διάστημα. Η αργή φόρτιση δεν δημιουργεί βλάβες από υπερφόρτιση και αποκαθιστά το συσσω -ρευτή σε πλήρες φορτίο.

Σχ. 6.3: Απλή συσκευή φόρτισης με U=σταθ.
Σχ. 6.4: Συσκευή φόρτισης με ρύθμιση U-I.
αρχικό ρεύμα φόρτισης
τελικό ρεύμα μετά 7'Ε10h
αρχική τάση με
Uο=1,85÷2V/στοιχείο Pb
τελική τάση
με Uτ=2,7V/στοιχείο Pb
με Uτ=1,8V/στοιχείο Ni-Cd
2V/στ÷2,20V/στ
ταχεία φόρτιση με σταθερό ρεύμα

Ni-Cd:
1,2V/στ÷1,4V/στ
2,2V/στ÷2,7V/στ
αργή φόρτιση με σταθερή τάση

Ni-Cb:
1,4V/στ'E1,8V/στ
Μετά την ταχεία και αργή φόρτιση ακολουθεί η φόρτιση συντήρησης.
Οι συσσωρευτές κίνησης των ηλεκτρικών αυτοκινήτων επαναφορτίζονται με ειδικό φορτιστή που τοποθετείται στο αυτοκίνητο. Η κατάσταση των συσσωρευτών επιτηρείται από ειδική ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου . Η μονάδα αυτή βελτιστοποι -εί τη διαχείριση της ενέργειας που λαμβάνεται ή παραδίνεται από τους συσσωρευ τές, τόσο κατά την κίνηση όσο και κατά την επαναφόρτιση από το δίκτυο, δίνοντας στους συσσωρευτές τη μέγιστη διάρκεια ζωής και προστατεύοντάς τους από ισχυ -ρές εκφορτίσεις. Κατά την οδήγηση, τροφοδοτεί με πληροφορίες τη μονάδα δια χείρισης οχήματος (VMU), για την κατάσταση φόρτισης και για άλλες βλάβες. Η μονάδα ελέγχου παρακολουθεί επίσης τον αερισμό των στοιχείων και την προθέρ -μανσή τους. Με την τροφοδότηση του φορτιστή με τάση δικτύου, οι συσσωρευτές
και Uο=1,1÷1,2V/στοιχείο Ni-Cd

6. ΣΥΓΧΡΟΝΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ - ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ
αρχίζουν να φορτίζονται, αφού ολοκληρωθεί η φάση των εσωτερικών ελέγχων. Το πρόγραμμα φόρτισης μπορεί να διαιρεθεί σε τέσσερις φάσεις:
- Φάση 1: Ο φορτιστής ξεκινά να φορτίζει με σταθερή ένταση μέχρι να φθάσει σε ένα όριο ισχύος. Στη συνέχεια, ενώ το ρεύμα διατηρείται σταθερό, η τάση αυξάνεται μέχρι ένα όριο.
- Φάση 2: Η τάση φόρτισης διατηρείται σταθερή στο προηγούμενο όριο, ενώ το ρεύ -μα μειώνεται μέχρι να φθάσει σε μία ελάχιστη τιμή.
- Φάση 3: Ο φορτιστής αποσυνδέεται και παραμένει αποσυνδεδεμένος μέχρι η τάση των συσσωρευτών να μειωθεί σε μία τιμή που καθορίζει το λογισμικό της εταιρείας. Μόλις φθάσει στην τιμή αυτή, επανασυνδέεται και εκτελεί την επόμενη φάση.
- Φάση 4: Ο φορτιστής φορτίζει περιοδικά, παρέχοντας διακεκομμένα σταθερό ρεύ -μα στους συσσωρευτές, για όσο χρόνο παραμένει συνδεδεμένος στο δίκτυο.

6.1.3. Ερωτήσεις
- 1. Για ποιους λόγους επανήλθε στην επικαιρότητα τα τελευταία χρόνια το ηλεκτρι -κό αυτοκίνητο;
- 2. Ποια είναι τα κύρια μέρη του ηλεκτρικού αυτοκινήτου;
- 3. Αναφέρετε τους σημαντικότερους τύπους συσσωρευτών.
- 4. Αναφέρετε τις συνηθισμένες μεθόδους φόρτισης συσσωρευτών.
- 5. Σχεδιάστε το κύκλωμα φορτιστή συσσωρευτή.
- 6. Ποια η λειτουργία της ηλεκτρονικής μονάδας ελέγχου συσσωρευτών.
- 7. Αναπτύξτε τις φάσεις του προγράμματος φόρτισης.

Βάλτε σε κύκλο το γράμμα μπροστά από τη σωστή απάντηση
- 8. Η αργή φόρτιση:
- β. δεν αντικαθιστά το συσσωρευτή σε πλήρες φορτίο.
- α. δεν οδηγεί σε βλάβες από υπερφόρτιση.
- γ. εφαρμόζεται μόνο σε συσσωρευτές μολύβδου.
- 9. Η ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου συσσωρευτών:
- β. δίνει μέγιστη διάρκεια ζωής στους συσσωρευτές και τους προστατεύει από ισχυρές εκφορτίσεις.
- α. σε χαμηλές συχνότητες δημιουργεί προβλήματα στη διαχείριση ενέργειας.
- γ. δεν μπορεί να επιτηρήσει ταυτόχρονα όλα τα στοιχεία.
- 10. Το πρόγραμμα φόρτισης του συσσωρευτή αυτοκινήτου:
- β. φορτίζει περιοδικά.
- α. φορτίζει με σταθερή ένταση μέχρι να φθάσει στη μέγιστη ισχύ.
- γ. διαιρείται σε τέσσερις φάσεις.

Ενότητα 6.2.

Σύστημα ηλεκτρικής κίνησης

Διδακτικοί στόχοι
Μετά από τη μελέτη της ενότητας αυτής θα πρέπει να μπορείτε:
- 1. Να περιγράφετε τη λειτουργία και τα βασικά χαρακτηριστικά των διάφορων ηλεκτρικών κινητήρων.
- 2. Να συγκρίνετε τους ηλεκτρικούς κινητήρες αυτοκίνησης ανάλογα με την εφαρμογή και τις ιδιότητές τους.
- 3. Να περιγράφετε τη λειτουργία των διάφορων βοηθητικών εξαρτημάτων του ηλεκτρικού κινητήρα αυτοκινήτου.

6.2.1. Είδη ηλεκτρικών κινητήρων
Στα ηλεκτρικά αυτοκίνητα συναντάμε κινητήρες συνεχούς ρεύματος και κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος. Από τους κατασκευαστές υπάρχουν διαφορετικές από -ψεις σχετικά με το καταλληλότερο είδος κινητήρα.
Οι κινητήρες συνεχούς ρεύματος είναι οι πρώτοι κινητήρες που χρησιμοποιήθηκαν στην ηλεκτροκίνηση, λόγω αδυναμίας μετατροπής του συνεχούς ρεύματος του συσ -σωρευτή σε εναλλασσόμενο.
Σήμερα τα ηλεκτρονικά ισχύος επιτρέπουν τέτοια μετατροπή, αλλά εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται ευρύτατα οι κινητήρες συνεχούς ρεύματος, λόγω της εύκολης ρύθμισης της ταχύτητας και της σταθερής ροπής και ισχύος για ένα μεγάλο εύ -ρος ταχυτήτων. Χρειάζονται όμως τακτική συντήρηση και καλύτερη ψύξη λόγω του συλλέκτη, έχουν μεγάλο βάρος και όγκο, αυξημένο κόστος και μικρή απόδοση σε σχέση με τους κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος, που παρουσιάζουν επιπλέον και καλύτερη προσαρμογή με το σύστημα μετάδοσης κίνησης.

Ø Είδη ηλεκτρικών κινητήρων αυτοκίνησης

α. Συνεχούς ρεύματος
- 1. Ξένης διέγερσης
- 2. Διέγερσης σειράς
- 3. Παράλληλης διέγερσης
- 4. Σύνθετης διέγερσης

β. Εναλλασσόμενου ρεύματος
- 1. Σύγχρονοι τριφασικοί κινητήρες
- 2. Ασύγχρονοι τριφασικοί κινητήρες
- 3. Κινητήρες με συλλέκτη

6.2.2. Κινητήρες συνεχούς ρεύματος
Τα κατασκευαστικά στοιχεία, τη λειτουργία και τα κυκλώματα των κινητήρων συνε -χούς ρεύματος τα αναφέραμε στο αντίστοιχο κεφάλαιο. Τώρα θα προσπαθήσου με μέσα από τη σύγκριση των χαρακτηριστικών τους να βγάλουμε συμπεράσματα όσον αφορά στην καταλληλότητά τους για κινητήρες ηλεκτρικών αυτοκινήτων.
Όταν το φορτίο του κινητήρα μειώνεται, η ταχύτητά του αυξάνεται. Η αύξηση αυτή εξαρτάται από τον τύπο του κινητήρα. Στους κινητήρες παράλληλης διέγερσης η κλίση της συνάρτησης n=f(l) είναι περίπου 8% και στους κινητήρες σύνθετης αθροι -στικής διέγερσης 15÷20%. Στους κινητήρες σειράς έχουμε πολύ ταχεία αύξηση, όπως φαίνεται και στο σχήμα 6.4. Για να καταλάβουμε τι συμβαίνει, ας εξετάσουμε πάλι τη σχέση ταχύτητας-φορτίου.

n= U-IR ΚΦ T T (6.1)
ταχύτητα (σε στρ/min)

Ι$\_{τ}$:
ρεύμα τυμπάνου (σε Α)
τάση τροφοδοσίας (σε V)

R$\_{T}$:
αντίσταση τυμπάνου (σε Ω)
μαγνητική ροή (σε Vsec)
σταθερά κατασκευής μηχανής
Στους κινητήρες παράλληλης διέγερσης η μείωση του ρεύματος οδηγεί σε αύ -ξηση στροφών. Η μαγνητική ροή (Φ) εξαρτάται ελάχιστα από το ρεύμα που απορ ροφά το τύμπανο (Ι$\_{τ}$) και η πτώση τάσης στο τύμπανο l$\_{τ}$R$\_{τ}$, δεν ξεπερνά το 5% της τάσης τροφοδότησης του κινητήρα. Αποτέλεσμα αυτού είναι οι κινητήρες πα -ράλληλης διέγερσης (όπως φαίνεται από την καμπύλη Γ του σχήματος 6.5), να συμπεριφέρονται σαν κινητήρες σχεδόν σταθερής ταχύτητας στις μεταβολές του ρεύματος φόρτισης. Οι κινητήρες ξένης διέγερσης ακολουθούν τις ίδιες περίπου χαρακτηριστικές και αφού το τύλιγμα διέγερσης έχει ανεξάρτητη τροφοδότηση,
δεν επηρεάζεται καθόλου η μαγνητική ροή (Φ) από το ρεύμα τυμπάνου (Ι$\_{τ}$), Στους κινητήρες διέγερσης σειράς η μείωση του ρεύματος τυμπάνου συνεπάγεται και μείωση της μαγνητικής ροής (Φ), γιατί το ρεύμα τυμπάνου είναι και ρεύμα διέγερ -σης (Φ=Κ'Ι$\_{τ}$), με αποτέλεσμα τη μεγάλη αύξηση των στροφών. Όπως φαίνεται από την καμπύλη (Α) του σχήματος 6.5, κατά την αφόρτιστη λειτουργία ή κατά τη λειτουργία με μικρό φορτίο, ο κινητήρας διέγερσης σειράς επιταχύνεται απεριόρι -στα μέχρι τη μηχανική καταστροφή του.
- Ο κινητήρας σύνθετης αθροιστικής διέγερσης , όπως φαίνεται από την κα -μπύλη (Β) του σχήματος 6.5 είναι μια ενδιάμεση κατάσταση, γιατί διαθέτει και τύλιγμα σειράς και παράλληλο τύλιγμα.
- Ο κινητήρας παράλληλης και ξένης διέγερσης είναι κατάλληλος να κινεί μηχανή -ματα που απαιτούν ελάχιστη μεταβολή στροφών, ενώ ο κινητήρας διέγερσης σει ράς είναι κατάλληλος για μηχανήματα που χρειάζονται μεγάλο εύρος στροφών.

Ενδιαφέρον μέγεθος για τους κινητήρες είναι η ροπή στρέψης που αναπτύσσουν. Θα εξετάσουμε τη μεταβολή της ροπής σε συνάρτηση με το φορτίο του κινητήρα.
Τ=Κ$\_{1}$ΦΙ$\_{Τ}$ (6.2)
Τ: ροπή (σε N.m)
μαγνητική ροή (σε V.sec)
Κ$\_{1}$: σταθερά κατασκευής μηχανής (βλέπε ενότητα 2.5.3.4)
Ι$\_{τ}$: ρεύμα τυμπάνου (σε Α)
Στους κινητήρες παράλληλης και ξένης διέγερσης, εφ' όσον η μαγνητική ροή (Φ) είναι σταθερή, η ροπή (Τ) μεταβάλλεται γραμμικά με το ρεύμα τυμπάνου, όπως φαίνεται και στην καμπύλη (Γ) του σχήματος 6.6. Σε μεγάλες τιμές ρεύματος η ροπή στρέψης αυξάνει λιγότερο λόγω αντίδρασης επαγωγικού τυμπάνου. Στους κινητήρες διέγερσης σειράς έχουμε απότομη αύξηση της ροπής με την αύξηση του φορτίου του κινητήρα.

Τ=Κ$\_{1}$ΦΙ$\_{Τ}$ 2 (6.3)
Δηλαδή η ροπή κινητήρα είναι ανάλογη με το τετράγωνο του ρεύματος του τυ -μπάνου. Αποτέλεσμα της σχέσης αυτής είναι ο κινητήρας με διέγερση σειράς να δίνει τη μεγαλύτερη ροπή ανά μονάδα ρεύματος από οποιοδήποτε άλλο κινητή -ρα συνεχούς ρεύματος.
Ο κινητήρας σύνθετης αθροιστικής διέγερσης όπως φαίνεται στο σχήμα 6.6 στην καμπύλη Β εμφανίζει ενδιάμεση συμπεριφορά.
Για φορτία λειτουργίας κινητήρα, συνήθως πάνω από το σημείο Κ του σχήματος 6.6, ο κινητήρας διέγερσης σειράς δίνει τη μεγαλύτερη ροπή και στη συνέχεια ο κινητήρας αθροιστικής σύνθετης διέγερσης μεγαλύτερης από τον κινητήρα ξένης και παράλληλης διέγερσης.

- (Α) Καμπύλη για κινητήρα σειράς.
α: Χαρακτηριστικές καμπύλες της μεταβολής της ρoπής, σε συνάρτηση με τη μεταβολή του ρεύματος φόρτισης.
(Β) Καμπύλη για κινητήρα σύνθετης διέγερσης (Αθρ.). (Γ) Καμπύλη για κινητήρα ξένης και παράλληλης διέγερσης. Κ= σημείο τομής των χαρακτηριστικών
β: Χαρακτηριστικές καμπύλες της μεταβολής της ροπής Τ σε συνάρτηση με τη μεταβολή της ταχύτητας n (Α) Καμπύλη για κινητήρα σειράς (Β) Καμπύλη για κινητήρα σύνθετης Αθρ. Διέγερσης (Γ) Καμπύλη για κινητήρα ξένης και παράλληλης διέγερσης.

Σχ. 6.6: Χαρακτηριστικές καμπύλες κινητήρων συνεχούς ρεύματος.

6.2.3. Επιλογή τύπου κινητήρα συνεχούς ρεύματος
Ο κινητήρας του ηλεκτρικού αυτοκινήτου πρέπει να ικανοποιεί ορισμένες βασικές απαιτήσεις όπως:
- ● Να δίνει μεγάλη ροπή εκκίνησης για να ξεκινήσει το αυτοκίνητο.
- ● Να μπορεί να δώσει στο αυτοκίνητο ικανοποιητική επιτάχυνση και ταχύτητα.
- Να μπορεί να ανεβάσει το αυτοκίνητο σε δρόμους με ανοδική κλίση.
- Να έχει καλή απόδοση λειτουργίας.
- ● Να δίνει στο αυτοκίνητο ελαστικότητα λειτουργίας σε μεγάλο φάσμα στροφών.
Ο κινητήρας που ικανοποιεί τις περισσότερες από τις παραπάνω απαιτήσεις είναι ο κινητήρας διέγερσης σειράς . Όταν καλείται να αντιμετωπίσει αύξηση φορτίου (εκκίνηση, ανοδική κλίση) χαμηλώνει τις στροφές του, μειώνεται η αντιηλεκτρεγερτι -κή δύναμη, αυξάνεται το ρεύμα που απορροφά από το δίκτυο και φυσικά αυξάνεται τετραγωνικά σε σχέση με το ρεύμα, η ροπή του κινητήρα. Η μεγάλη ροπή, δίνει μεγάλη ροπή επιτάχυνσης που επιταχύνει το όχημα και του δίνει τη δυνατότητα να κινείται σε δύσκολες συνθήκες, πολλές φορές χωρίς να χρειάζεται σύστημα μετάδο -σης κίνησης (διαφορικό).

- Ø Στο σχήμα 6.6 φαίνεται ότι ο κινητήρας διέγερσης σειράς δίνει μεγάλη ροπή σε ένα ευρύ φάσμα ταχυτήτων . Αυτό του δίνει ελαστικότητα λειτουργίας. Ο κινητήρας παράλληλης και ξένης διέγερσης παρουσιάζει αρκετά ικανοποιητική ροπή εκκίνη -σης και δεν έχει πρόβλημα στη λειτουργία με ελαττωμένο ή και μηδενικό φορτίο. Ο κινητήρας αθροιστικής σύνθετης διέγερσης έχει ικανοποιητικά χαρακτηριστικά, αλλά είναι δύσκολος ο έλεγχος λειτουργίας του και έχει αυξημένο κόστος κατασκευ -ής. Ο κινητήρας διαφορικής σύνθετης διέγερσης δεν αναφέρθηκε καθόλου, γιατί δεν χρησιμοποιείται λόγω προβλημάτων αστάθειας λειτουργίας.
- Ø Τα τελευταία χρόνια με την ανάπτυξη των ηλεκτρονικών ισχύος μπορούμε εύκολα να μεταβάλουμε τάσεις και ρεύματα τροφοδοσίας στους κινητήρες παράλ -ληλης και ξένης διέγερσης και να μετατοπίσουμε τις καμπύλες ροπής - στροφών σε περιοχές λειτουργίας που θέλουμε. Οι κινητήρες παράλληλης διέγερσης κερδίζουν συνεχώς έδαφος στο χώρο των ηλεκτρικών αυτοκινήτων.
- Η δυνατότητα ελέγχου του κινητήρα ξένης διέγερσης μέσω ηλεκτρονικού ελε -γκτή δύο επιπέδων με ανεξάρτητο έλεγχο της τάσης τροφοδοσίας του τύμπα νου και του ρεύματος διέγερσης, έχει σαν αποτέλεσμα τη δυνατότητα διαμόρφω -σης της καμπύλης ροπής-στροφών του κινητήρα όπως εμείς θέλουμε, έτσι ώστε να ικανοποιούνται κάθε φορά οι απαιτήσεις. Συμπεραίνουμε ότι θα χρησιμοποιούνται οι κινητήρες αυτοί όλο και περισσότερο. Στο πίνακα που ακολουθεί φαίνονται οι τύποι κινητήρων συνεχούς ρεύματος που χρησιμοποιούν στα ηλεκτροκίνητα αυτο -κίνητά τους γνωστοί κατασκευαστές.

Πίνακας 6.6. Κινητήρες Σ.Ρ. ηλεκτρικών αυτοκινήτων

| Τύπος αυτοκινήτου           | Τύπος κινητήρα       |
|-----------------------------|----------------------|
| Fiat (X1/23)                | ξένης διέγερσης      |
| Fiat (900Ε/Ε2)              | ξένης διέγερσης      |
| Iveco (D-E2)                | ξένης διέγερσης      |
| Touota (EV-2)               | ξένης διέγερσης      |
| Peugeot (205 electrique)    | ξένης διέγερσης      |
| Renault (master electrique) | ξένης διέγερσης      |
| Fiat (ECO - PIN)            | σύνθετης διέγερσης   |
| G.M. (512)                  | διέγερσης σειράς     |
| Fiat (Pugato)               | διέγερσης σειράς     |
| Fiat (Panda Elletra)        | διέγερσης σειράς     |
| Volkswagen (Micro)          | παράλληλης διέγερσης |
| Nissan (EV-4)               | παράλληλης διέγερσης |
| Uniq Mobility (M-90)        | παράλληλης διέγερσης |

6.2.4. Κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος

Α. Σύγχρονοι τριφασικοί κινητήρες
Ο στάτης του σύγχρονου κινητήρα αποτελείται από τρία τυλίγματα διατεταγμένα στο χώρο με γωνία 120° μεταξύ τους και τροφοδοτούνται από τριφασικό δίκτυο με τάσεις που έχουν διαφορά φάσης 120°. Στο εσωτερικό του στάτη δημιουργείται πε -
ριστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο σύγχρονης ταχύτητας n= 60 f p s × , όπως είχαμε αναλύσει στους ασύγχρονους τριφασικούς κινητήρες.
Ο δρομέας είναι όμως διαφορετικός. Αποτελείται από περιέλιξη που τροφοδοτείται με συνεχές ρεύμα μέσα από δύο δακτυλίδια και ψήκτρες. Στο σχήμα 6.8 φαίνεται το στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο Β'Ν' του στάτη και το μαγνητικό πεδίο ΒΝ του δρομέα. Οι μαγνητικοί πόλοι Ν' και Β' ασκούν ελκτικές δυνάμεις στους ετερώνυμους πόλους Β και Ν του δρομέα και τον αναγκάζουν να περιστραφεί με την ίδια ταχύτητα. Όταν το φορτίο αυξάνεται, ο δρομέας καθυστερεί και αυξάνεται η γωνία φορτίου α των δύο μαγνητικών πεδίων. Η μέγιστη τιμή της γωνίας α, για να μπορεί ο δρο -μέας να παρακολουθεί το στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο, είναι το μισό της γωνιακής απόστασης των δύο διαδοχικών πόλων. Για το σύγχρονο κινητήρα του σχήματος 6.8 η μέγιστη τιμή της γωνίας α είναι 90°.

Σχ. 6.7: Σύγχρονος κινητήρας.
Σχ. 6.8: Aρχή λειτουργίας σύγχρονου κινητήρα.
Κατά την εκκίνηση ο δρομέας, λόγω αδράνειας, δεν μπορεί να αποκτήσει αμέσως τη σύγχρονη ταχύτητα. Δεν είναι όμως δυνατόν να λειτουργήσει με ταχύτητα μικρό -τερη από τη σύγχρονη και επομένως χρειάζεται εκκινητή.
- Ø Οι συνηθέστεροι εκκινητές είναι:
- 1) Μικρός κινητήρας Συνεχούς Ρεύματος , που περιστρέφει το δρομέα όπως η μίζα το στρόφαλο, μέχρι να φθάσει στη σύγχρονη ταχύτητα.
- 2) Ειδική κατασκευή τυλίγματος κλωβού στα πέδιλα του δρομέα (τύλιγμα από -σβεσης) που του δίνει τη δυνατότητα να ξεκινήσει σαν ασύγχρονος και, αφού επι ταχυνθεί, να τροφοδοτηθεί με συνεχές ρεύμα και να λειτουργήσει σαν σύγχρονος.
- 3) Εκκίνηση με μείωση της συχνότητας τροφοδοσίας . Με την ανάπτυξη των ηλεκτρονικών ισχύος, όπως είδαμε και στους ασύγχρονους κινητήρες, μπορούμε

6. ΣΥΓΧΡΟΝΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ - ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ
να μεταβάλουμε τη συχνότητα τροφοδοσίας με ανορθωτές -αντιστροφείς και κυ -κλομετατροπείς. Κατά την εκκίνηση χρησιμοποιούμε τάση τροφοδότησης του στάτη πολύ μικρής συχνότητας. Έτσι το μαγνητικό πεδίο στρέφεται πολύ αργά και ο δρο -μέας μπορεί να το παρακολουθήσει.
Ο σύγχρονος κινητήρας συνδέεται με ένα φορτίο που μπορεί να το περιστρέφει με σταθερή ταχύτητα, τη σύγχρονη ταχύτητα n$\_{S}$ , με την προϋπόθεση να διατηρείται σταθερή η τάση και η συχνότητα τροφοδοσίας. Από το σχήμα 6.9 φαίνεται ότι η τα -χύτητα του κινητήρα είναι σταθερή από το σημείο λειτουργίας χωρίς φορτίο μέχρι τη μέγιστη ροπή. Η μέγιστη ροπή μπορεί να αυξηθεί, είτε με αύξηση του ρεύματος διέγερσης, είτε με αύξηση της τάσης τροφοδοσίας. Η ισχύς και η ροπή που αποδίδει ο σύγχρονος κινητήρας με σταθερή τάση τροφοδοσίας και σταθερή διέγερση είναι ανάλογη με το ημίτονο της γωνίας φορτίου. Όταν προστεθεί φορτίο στον άξονα, ο δρομέας θα μείνει ελάχιστα πίσω ως προς το στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο του στάτη.

Η γωνία φορτίου α θα μεγαλώσει, ώστε να μεγαλώσει η ροπή και να προσαρμοστεί στο νέα αυξημένο φορτίο. Οι απαιτήσεις του φορτίου μπορούν να καλυφθούν μέχρι μία μέγιστη τιμή T$\_{max}$ που μπορεί να δώσει ο σύγχρονος κινητήρας και αντιστοιχεί, όπως φαίνεται στο σχήμα 6.10, σε γωνία φορτίου 90°. Αν οι απαιτήσεις του φορτίου ξεπεράσουν τη μέγιστη τιμή, ο κινητήρας αποσυγχρονίζεται, επιβραδύνεται υπό την επίδραση της πλεονάζουσας ροπής του άξονα και η λειτουργία του διακόπτεται γιατί τα δύο πεδία στάτη και δρομέα δεν είναι σταθερά μεταξύ τους. Με αρνητικές γωνίες φορτίου, όπως φαίνεται και στο σχήμα 6.10, η μηχανή λειτουργεί σαν γεννήτρια, προσφέροντας ηλεκτρική πέδηση και φόρτιση των συσσωρευτών .

Σχ. 6.9: Χαρακτηριστική Ροπής-Tαχύτητας σύγχρονου κινητήρα.
Σχ. 6.10: Καμπύλη ροπής, ισχύος και γωνίας φορτίου σύγχρονης μηχανής.
Ø Στο σχήμα 6.11 φαίνεται η γραφική παράσταση του ρεύματος φόρτισης του οπλισμού του κινητήρα σε συνάρτηση με το ρεύμα διέγερσης. Η καμπύλη αυτή ονο -μάζεται V λόγω της μορφής της. Το σημείο τομής μιας καμπύλης V με την καμπύλη μοναδιαίου συντελεστή ισχύος (συνφ=1) καθορίζει την κανονική διέγερση που η ένταση φόρτισης γίνεται ελάχιστη, όταν ο κινητήρας καταναλώνει μόνο πραγματική ισχύ. Αν η ένταση διέγερσης γίνει μεγαλύτερη από την κανονική, ο κινητήρας λει -τουργεί στο δεξιό τμήμα της καμπύλης, είναι σε κατάσταση υπερδιέγερσης και λει τουργεί με χωρητικό συντελεστή ισχύος, δηλαδή δίνει άεργη ισχύ στο δίκτυο, όπως οι πυκνωτές και μπορεί να κάνει και διόρθωση του συντελεστή ισχύος. Αν η ένταση διέγερσης γίνει μικρότερη από την κανονική, ο κινητήρας λειτουργεί στο αριστερό τμήμα της καμπύλης, είναι σε κατάσταση υποδιέγερσης και λειτουργεί με επαγω -γικό συντελεστή ισχύος, δηλαδή παίρνει άεργη ισχύ από το δίκτυο. Ρυθμίζοντας λοιπόν τη διέγερση μπορούμε να επιτύχουμε συντελεστή ισχύος κοντά στη μονάδα και να βελτιστοποιήσουμε το βαθμό απόδοσης του κινητήρα .

Σχ. 6.11: Καμπύλη V σύγχρονου κινητήρα.

Ø Πλεονεκτήματα Σύγχρονου Κινητήρα
- ● Μεγάλος βαθμός απόδοσης λόγω ελάχιστων απωλειών.
- ● Μικρό κόστος για συντήρηση.
- Μεγάλη ροπή σε όλες τις περιοχές στροφών.
- Πλήρης έλεγχος μέσω ρύθμισης με ηλεκτρονικά ισχύος.
- ● Λειτουργεί και ως γεννήτρια για πέδηση με φόρτιση των συσσωρευτών του αυτο -κινήτου.

Ø Μειονεκτήματα Σύγχρονου κινητήρα
- ● Υψηλή τιμή αγοράς κινητήρα και ηλεκτρονικού ρυθμιστή.

Ø Προοπτικές
Οι σύγχρονοι κινητήρες σε συνδυασμό με ηλεκτρονικούς ρυθμιστές κερδίζουν συ -νεχώς έδαφος στα ηλεκτρικά αυτοκίνητα. Στον πίνακα που ακολουθεί αναφέρονται ηλεκτρικά αυτοκίνητα με σύγχρονους κινητήρες.

Πίνακας 6.4.

Ηλεκτρικά αυτοκίνητα με σύγχρονους κινητήρες

| Τύπος Αυτοκινήτου            |   Ροπή max Nm | Ισχύς, max kW   |
|------------------------------|----------------|-----------------|
| Renault clio Electro         |             65 | 27              |
| Fiata Cinquecento Elettra II |             85 | 22,5            |
| Audi Duo el                  |            127 | 15              |

Β. Σύγχρονος κινητήρας χωρίς ψήκτρες (Brushless motor)
Το ευαίσθητο σημείο ενός σύγχρονου κινητήρα είναι η μετάβαση του συνεχούς ρεύ -ματος διέγερσης στα στρεφόμενα δακτυλίδια μέσω ψηκτρών. Έγινε προσπάθεια για κατασκευή σύγχρονου κινητήρα χωρίς ψήκτρες. Η προσπάθεια αυτή καρποφό -ρησε με την ανάπτυξη των ηλεκτρονικών ισχύος, που μπόρεσαν να ανορθώσουν ρεύματα μεγάλης έντασης.
Σχ. 6.12: Σύγχρονος κινητήρας χωρίς ψήκτρες.
Μονοφασική εναλλασσόμενη τάση ανορθώνεται μέσα από γέφυρα τεσσάρων διό -δων ή καλύτερα τεσσάρων θυρίστορ για πλήρη ελεγχόμενη τάση και τροφοδοτεί με συνεχές ρεύμα Ι$\_{δ}$ τη διέγερση μια βοηθητικής γεννήτριας. Αυτή με τη σειρά της τροφοδοτεί με εναλλασσόμενο ρεύμα που παράγεται στο δρομέα της, μια ανορ -θωτική γέφυρα έξι διόδων που βρίσκεται πάνω στο δρομέα. Η γέφυρα αυτή τρο φοδοτεί με συνεχές ρεύμα τη διέγερση του σύγχρονου κινητήρα που βρίσκεται και αυτή πάνω στο δρομέα. Αντί να τροφοδοτείται η διέγερση μέσω διακτυλίου και ψη -κτρών, τροφοδοτείται ηλεκτρομαγνητικά. Κινητήρα αυτού του είδους έχει αναπτύξει η αυτοκινητοβιομηχανία BMW στο ηλεκτροκίνητο μοντέλο Ε$\_{1}$. Η ισχύς του κινητήρα είναι 32kW με ροπή 150Nm.

Γ. Ασύγχρονοι τριφασικοί κινητήρες βραχυκυκλωμένου δρομέα

Ø Τεχνικά χαρακτηριστικά
Όπως αναπτύξαμε στο αντίστοιχο κεφάλαιο, οι κινητήρες αυτοί αποτελούνται από ένα τριφασικό τύλιγμα στάτη που δημιουργεί περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο και
από ένα δρομέα με τύλιγμα κλωβού που διαρρέεται από επαγωγικά ρεύματα και περιστρέφεται ταχύτητα μικρότερη της σύγχρονης, λόγω μαγνητικών δυνάμε -ων. Η κατασκευή του είναι απλή και ισχυρή. Συνδυάζει μεγάλη απόδοση, καλό συντελεστή ισχύος, ελάχιστη συντήρηση, χαμηλό κόστος και απλό σύστημα εκκίνησης. Αναπτύσσει αρκετά μεγάλη ροπή κατά την εκκίνηση και κατά την ονομαστική του λειτουργία. Σε συνδυασμό με ηλεκτρονικούς ρυθμιστές, ο ασύγ -χρονος τριφασικός κινητήρας βραχυκυκλωμένου δρομέα αποκτά μέγιστη ροπή στην ταχύτητα που θέλουμε και επιπλέον ροπή 150% της ονομαστικής στο ξεκίνη -μα ή όταν κρίνουμε ότι χρειάζεται, μέσω ειδικής ηλεκτρονικής διάταξης. Το σύστη μα παρουσιάζει αυτόματη προσαρμογή στο φορτίο, ομαλή και αθόρυβη περι -στροφή, βελτιωμένη απόδοση και χαμηλό ρεύμα εκκίνησης. Κατασκευάζονται κινητήρες και ρυθμιστές για πολύ μεγάλες ισχείς με το μικρότερο όγκο και βάρος σε σχέση με άλλες μηχανές. Όλες αυτές οι ιδιότητες καθιστούν το σύστημα ασύγ -χρονου τριφασικού κινητήρα βραχυκυκλωμένου δρομέα και ηλεκτρονικού ρυθμιστή κατάλληλο για κίνηση ηλεκτρικών αυτοκινήτων.

Στον πίνακα 6.5 που ακολουθεί αναφέρονται αυτοκίνητα με ασύγχρονους κινητήρες.
Πίνακας 6.5. Ηλεκτρικά αυτοκίνητα με ασύγχρονους κινητήρες

| Τύπος Αυτοκινήτου   | Ροπή max Nm   | Ισχύς, max kw   |
|---------------------|----------------|-----------------|
| Ford-GM ΕΤΧ-ΙΙ      | 109            | 52,5            |
| Pinguin 7           | -              | 8               |
| Volkswagen Chico    | -              | 6               |
| Fiat Seicento       | 123            | 30              |

Ø Χαρακτηριστικά κινητήρων αυτοκινήτων
Οι ασύγχρονοι τριφασικοί κινητήρες βραχυκυκλωμένου δρομέα (επαγωγικοί κινη -τήρες) που χρησιμοποιούνται στα σημερινά ηλεκτρικά αυτοκίνητα συνδέονται σε ειδικό μειωτήρα-διαφορικό και προσαρμόζονται κάτω από το αυτοκίνητο στο πίσω ή εμπρός μέρος ανάλογα με την κίνηση. Ο στάτης έχει τρία πηνία συνδεδεμένα κατά αστέρα που τροφοδοτούνται με εναλλασσόμενο ρεύμα από τον ηλεκτρονικό ρυθμι -στή με τα τρία καλώδια L$\_{1}$, L$\_{2}$, L$\_{3}$ όπως φαίνονται στο σχήμα 6.13.

Υπάρχει συνήθως ένας αισθητήρας στροφών στο εσωτερικό για να ελέγχει την ταχύτητα του κινητήρα και ένας αισθητήρας θερμοκρασίας . Η ανάστροφη κίνηση του αυτοκινήτου επιτυγχάνεται από τον ηλεκτρονικό ρυθμιστή (inverter) που με -ταβάλλει την διαδοχή φάσεων. Η ταχύτητα περιστροφής του κινητήρα περιορίζεται γύρω στις 9000στρ/min για εμπρός κίνηση και γύρω στις 3000στρ/min για όπισθεν κίνηση. Και στις δύο περιπτώσεις ο κινητήρας παράγει μία ροπή για κίνηση και μία ροπή για φρενάρισμα. Οι χαρακτηριστικές λειτουργίες Τ-n στα τέσσερα τεταρτημό -ρια για κινητήρα 30kW της Fiat φαίνονται στο σχήμα 6.14. Παρατηρούμε ότι σε κάθε κίνηση, η ροπή εκκίνησης είναι η μέγιστη δυνατή και παραμένει στη μέγιστη τιμή της μέχρι να επιταχυνθεί ο κινητήρας.

6. ΣΥΓΧΡΟΝΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ - ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ
Σχ. 6.13: Ηλεκτρικό αυτοκίνητο Fiat Ceicento με ασύγχρονο τριφασικό κινητήρα βραχυκυκλω -μένου δρομέα. 1) Ηλεκτροκινητήρας, 2) Διαφορικό, 3) Ηλεκτρονικός ρυθμιστής και μονάδα διαχείρησης oχήματoς.
Σχ. 6.14: Xαρακτηριστές Ροπή-Στροφών κινητήρα Fiat 30kW.
Στο αυτοκίνητο του σχήματος 6.13 ο κινητήρας είναι ασύγχρονος τριφασικός, με περιορισμένες διαστάσεις και βάρος που χρειάζεται ελάχιστη συντήρηση . Οι ιδιότητες αυτές έκαναν δυνατή την τοποθέτησή του στο πίσω τμήμα του αυτοκινή -του κάτω από το αμάξωμα, προς μεγάλο όφελος της καμπίνας των επιβατών και για καλύτερη κατανομή βάρους στο αυτοκίνητο. Πολλοί κατασκευαστές εκμεταλευό -μενοι τις παραπάνω ιδιότητες τοποθετούν δύο ανεξάρτητους κινητήρες στο πίσω ή μπροστινό τμήμα, για καλύτερη οδική συμπεριφορά.

3. Κινητήρες με συλλέκτη

α. Μονοφασικοί κινητήρες σειράς
Η συνδεσμολογία τους μοιάζει με του κινητήρα συνεχούς ρεύματος διέγερσης σειράς (σχ. 6.15). Στο στάτη έχει τοποθετηθεί το κύριο τύλιγμα που δημιουργεί τους μαγνητι -κούς πόλους. Ο δρομέας τροφοδοτείται μέσω συστήματος ψηκτρών-συλλέκτη. Σε σει ρά με το κύριο τύλιγμα έχει τοποθετηθεί ένα βοηθητικό τύλιγμα που εξουδετερώνει το μαγνητικό πεδίο του δρομέα στην περιοχή της ουδέτερης ζώνης, όπου εφάπτονται οι ψήκτρες με τους τομείς του συλλέκτη. Έτσι ελαττώνονται οι σπινθιρισμοί στο συλλέ -κτη. Στα πέδιλα των μαγνητικών πόλων έχει τοποθετηθεί τύλιγμα αντιστάθμισης σε σειρά με τά άλλα τυλίγματα, για να μειώσει την αντίδραση του επαγωγικού τυμπάνου. Τα τυλίγματα έχουν διαμόρφωση κατάλληλη για εναλλασσόμενο ρεύμα. Οι καμπύλες λειτουργίας των μονοφασικών κινητήρων σειράς μοιάζουν αρκετά με τις αντίστοιχες καμπύλες των κινητήρων συνεχούς ρεύματος με διέγερση σειράς.

Αναπτύσσουν μεγάλη ροπή κατά την εκκίνηση όπου έχουμε ισχυρό ρεύμα διέ -γερσης, η οποία στη συνέχεια ελαττώνεται καθώς μεγαλώνει η ταχύτητα και ελ λαττώνεται το ρεύμα. Η ρύθμιση της ταχύτητας μπορεί να γίνει απλά με ρύθμιση της τάσης τροφοδότησης. Η ρύθμιση γίνεται με αυτομετασχηματιστή ή με ηλε -κτρονικό ρυθμιστή.
Στα σχήματα 6.16, 6.17, 6.18 και 6.19 φαίνονται διάφορες χαρακτηριστικές καμπύ -λες των μονοφασικών κινητήρων σειράς.
Σχ. 6.15: Mονοφασικός κινητήρας σειράς.
Σχ. 6.16: Καμπύλη T = f (n) για μονοφασικό κινητήρα σειράς.

Σχ. 6.17: Καμπύλη n = f (U) για μονοφασικό κινητήρα σειράς.
Σχ. 6.18: Καμπύλη n=f (Τ) με διάφορες τάσεις τροφοδοσίας, για μονοφασικό κινητήρα σειράς.
Σχ. 6.19: Καμπύλη T=f (n) για κινητήρα ΣΡ σειράς και μονοφασικού κινητήρα σειράς.

β. Τριφασικοί κινητήρες σειράς
Ο στάτης έχει τριφασικό τύλιγμα , ίδιο με το τύλιγμα του στάτη ασύγχρονου τριφα -σικού κινητήρα (σχ. 6.16). Ο δρομέας έχει τύλιγμα συνεχούς ρεύματος . Στο συλ λέκτη εφάπτονται τρεις ψήκτρες σε γωνίες 120° μεταξύ τους. Το τύλιγμα κάθε φάσης του στάτη συνδέεται με μία από τις ψήκτρες και σε σειρά με το αντίστοιχο του δρο -μέα. Η λειτουργία του κινητήρα βασίζεται στη δημιουργία δύο περιστρεφόμενων μα γνητικών πεδίων, του στάτη και του δρομέα. Αυτά περιστρέφονται με σύγχρονη
ταχύτητα n = 60f p s
και με μηχανισμό δημιουργείται φασική απόκλιση μεταξύ
τους που θα δώσει ροπή στο δρομέα του κινητήρα . Οι κινητήρες αυτοί παρου -σιάζουν μεγάλη ροπή εκκίνησης και μεγάλο βαθμό απόδοσης. Ο έλεγχος τους γίνε ται ικανοποιητικά μόνο με σύγχρονους ηλεκτρονικούς ρυθμιστές.

6.2.5. Επιλογή τύπου κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος - Συγκρίσεις
Ο σύγχρονος κινητήρας , όπως φαίνεται στο σχήμα 6.9, παρουσιάζει σχεδόν κάθετη ροπή και ισχύ , δηλαδή λειτουργεί πάντα κοντά στη μέγιστη ροπή και ισχύ. Παρουσιά -ζει τη μεγαλύτερη απόδοση από όλους τους κινητήρες με δυνατότητα ρύθμισης του συντελεστή ισχύος μέσα από ρύθμιση της διέγερσης. Μπορεί να δώσει μέγιστη ροπή ακόμα και σε ελάχιστη ταχύτητα. Λειτουργεί σαν γεννήτρια για ηλεκτρική πέδηση και φόρτιση συσσωρευτή. Το μειονέκτημα του σύγχρονου κινητήρα είναι το υψηλό κόστος κατασκευής και η συντήρηση που χρειάζεται λόγω δακτυλιδιών και ψηκτρών. Στους σύγχρονους κινητήρες χωρίς ψήκτρες έχει ξεπεραστεί το τελευταίο πρόβλημα και έχει βελτιωθεί η απόδοση. Με την ανάπτυξη των ηλεκτρονικών ισχύος κατασκευάσθηκαν ηλεκτρονικοί ρυθμιστές ταχύτητας που ξεπέρασαν τη βασική αδυναμία του σύγχρονου κινητήρα που ήταν η δυνατότητα του να κινείται μόνο με τη σύγχρονη ταχύτητα.

Ο ασύγχρονος τριφασικός κινητήρας (επαγωγικός) έχει απλή κατασκευή , το χαμηλότερο κόστος από όλους τους κινητήρες, χρειάζεται ελάχιστη συντήρηση , έχει το μικρότερο βάρος και όγκο , δεν χρειάζεται τροποποιήσεις και ειδικό σχεδι -ασμό για αυτοκίνηση. Παρουσιάζει τις λιγότερες βλάβες από όλους τους κινητήρες και μπορεί να λειτουργήσει και αυτός σαν γεννήτρια για ηλεκτρική πέδηση και φόρ -τιση συσσωρευτή. Έχει μεγάλη ροπή εκκίνησης που δεν είναι όμως σταθερή με την αύξηση των στροφών. Με τους ηλεκτρονικούς ρυθμιστές είναι αρκετά ικανοποιητική η ροπή και η ισχύς για κίνηση ηλεκτρικού αυτοκινήτου. Το κόστος των ηλεκτρονικών ρυθμίσεων είναι ακόμα πολύ μεγάλο και φθάνει λίγο κάτω από το κόστος του συ -στήματος κίνησης. Η επιλογή σύγχρονου ή ασύγχρονου κινητήρα είναι δύσκολη και έχει σχέση με τις προτεραιότητες που έχει ο κατασκευαστής.

Για παράδειγμα, αν επιθυμούμε να κατασκευάσουμε ένα μικρό, φθηνό, ηλεκτρικό αυτοκίνητο πόλης με ικανοποιητικές επιδόσεις, που ο όγκος και το βάρος πρέπει να ελαχιστοποιηθούν, υπερτερεί ο ασύγχρονος τριφασικός κινητήρας.
Ο κινητήρας εναλλασσόμενου ρεύματος με συλλέκτη , ο μονοφασικός και ο τριφασικός σειράς αναπτύσσουν ικανοποιητική ροπή και ισχύ, ελαφρά χαμηλότερη, όπως φαίνεται στο σχήμα 6.19 από τον κινητήρα συνεχούς ρεύματος με διέγερση σειράς. Παλαιότερα χρησιμοποιήθηκε στην ηλεκτρική κίνηση (τρόλλεϊ), γιατί μπορούσε να λειτουργεί σε εναλλασσόμενο ρεύμα χωρίς ανορθωτικές διατά -ξεις. Υστερεί σε απόδοση και χρειάζεται τακτική συντήρηση λόγω συλλέκτη και ψη κτρών. Με την ανάπτυξη των ηλεκτρονικών ισχύος περιορίζεται η χρήση του.

Ασύγχρονος κινητήρας
Σχ. 6.21: Χαρακτηριστικά Σύγχρονου-Ασύγχρονου Κινητήρα .

6.2.6. Βοηθητικά εξαρτήματα ηλεκτρικού κινητήρα αυτοκινήτου

1) Μεταφορέας ταχύτητας κινητήρα
Ο μεταφορέας ταχύτητας βρίσκεται στο εσωτερικό του κινητήρα στο πίσω μέρος (στην αντίθετη πλευρά από αυτή που βγαίνει ο άξονας). Δεν μπορεί να ελεγχθεί ή να αντικατασταθεί και έτσι, εάν πάθει βλάβη, πρέπει να αντικατασταθεί ολόκληρος ο κινητήρας. Η ταχύτητα του δρομέα ελέγχεται από δύο αισθητήρες Χώλ, οι οποίοι παράγουν δύο τετράγωνα σήματα, με διαφορά ηλεκτρικής φάσης 90° το ένα από το άλλο. Η διαφορά φάσεως ανάμεσα στα δύο σήματα χρειάζεται ώστε η μονάδα διαχείρισης οχήματος (VMU) να μπορεί να αναγνωρίσει τη φορά περιστροφής του δρομέα, ενώ η συχνότητά τους καθορίζει την ταχύτητα. Τα σήματα ονομάζονται Uα1 και Uα2 και η μορφή τους φαίνεται στο παλμογράφημα του σχήματος 6.22.

Σχ. 6.22: Παλμογραφήματα αισθητήρων Χώλ για έλεγχo ταχύτητας κινητήρα.

2) Συνηθισμένοι ακροδέκτες κινητήρα
Σχ. 6.23: α) Aκροδέκτες κινητήρα, β) Kυλινδρικός τύπος ακροδέκτη AMP.
Ο τριφασικός κινητήρας συνδέεται με τον αντιστροφέα με τρία καλώδια ονομαζό -μενα L$\_{1}$, L$\_{2}$ και L$\_{3}$. Στο άκρο κάθε καλωδίου υπάρχει ένας ακροδέκτης με μάτι διαφορετικής διαμέτρου για να μη γίνονται λάθη στη συναρμολόγηση. Δεν υπάρχει ενιαία τυποποίηση ακροδεκτών, πολλοί όμως κατασκευαστές χρησιμοποιούν τον κυλινδρικό τύπο ακροδέκτη ΑΜΡ που φαίνεται στο σχήμα 6.23β.
Πίνακας 6.6. Ακροδέκτες ηλεκτρικών κινητήρων (FIAT)

|   Ακροδέκτης | Τύπος σήματος      | Λειτουργία                    |
|--------------|--------------------|-------------------------------|
|            6 | ψηφιακό χαμηλό     | αισθητήρας ταχύτητας Uα2      |
|            3 | ψηφιακό χαμηλό     | αισθητήρας ταχύτητας Uα1      |
|            5 | +5ν                | αισθητήρας τροφοδοσίας ισχύος |
|            4 | γείωση             | αισθητήρας τροφοδοσίας ισχύος |
|            2 | αναλογικό          | σήμα αισθητήρα θερμοκρασίας   |
|            1 | αναλογικό (γείωση) | γείωση αισθητήρα θερμοκρασίας |
|            7 | γείωση             | μπλεντάζ                      |

3) Σύστημα ψύξης κινητήρα
Ο κινητήρας και ο ηλεκτρονικός ρυθμιστής ψύχονται με υγρό (παραφλού) και νερό σε αναλογία 50% με εξαναγκασμένη κυκλοφορία. Όπως φαίνεται στο σχήμα 6.24. το υγρό κυκλοφορεί από μία ηλεκτρική αντλία (7) που βρίσκεται στο εμπρός τμήμα του αυτοκινήτου και αρχίζει να λειτουργεί, μόλις το κλειδί γυρίσει στη θέση ενεργο -ποίησης (ΟΝ). Το υγρό περνά μέσα από το ψυγείο που βρίσκεται στο μπροστινό τμήμα του αυτοκινήτου και ψύχεται από το βεντιλατέρ. Το βεντιλατέρ ελέγχεται από ένα ρελέ (3) που ενεργοποιείται από τον αντιστροφέα, όταν η θερμοκρασία στον κινητήρα ή στο αντιστροφέα φτάσει τους 40-50°C.

6. ΣΥΓΧΡΟΝΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ - ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ
Σχ. 6.24: Κύκλωμα ψύξης κινητήρα, Fiat EL.

|   Α/Α | Όνομα                                    |
|-------|------------------------------------------|
|     1 | ασφαλειοθήκη                             |
|     2 | πίνακας οργάνων-Ενδεικτικές λυχνίες      |
|     3 | ρελέ ηλεκτρικού βεντιλατέρ               |
|     4 | κινητήρας ηλεκτρικού βεντιλατέρ          |
|     5 | αντιστροφέας-Μονάδα διαχείρισης οχήματος |
|     6 | ΒΜ-οθόνη μπαταρίας-ελεγκτής μπαταρίας    |
|     7 | αντλία υγρού ψύξης                       |
Η λυχνία (2) για «υπερθέρμανση μονάδας κίνησης» ανάβει όταν η θερμοκρασία στον κινητήρα ή στον αντιστροφέα ξεπεράσει τους 80°C και συνδέεται κατευθείαν με την μονάδα διαχείρισης οχήματος (VMU). Η λυχνία συνδέεται επίσης με τη μο -νάδα ελέγχου μπαταρίας (ΒΜ) που την ανάβει, όταν η θερμοκρασία στις μπαταρίες κίνησης ξεπεράσει μία συγκεκριμένη τιμή που καθορίζεται από τον κατασκευαστή. Η θερμοκρασία του κινητήρα και του αντιστροφέα μετριέται με αισθητήρες θερμο -κρασίας που βρίσκονται στο εσωτερικό των παραπάνω συσκευών και δεν μπορούν να αντικατασταθούν. Η εγκατάσταση ψύξης έχει σχεδιαστεί για να εξασφαλίζει μία ροή ψυκτικού υγρού θερμοκρασίας κατά την είσοδο στον κινητήρα, όχι μεγαλύτερης των 55°C. Η σύνδεση και αποσύνδεση του ρελέ 3 και στην συνέχεια του βεντιλατέρ γίνεται από την μονάδα διαχείρισης οχήματος (VMU), ανάλογα με το παρακάτω διάγραμμα (σχ. 6.25).

Σχ. 6.25: Καταστάσεις για σύνδεση ηλεκτρικού βεντιλατέρ.
- -Β$\_{2}$: βεντιλατέρ ψυκτικού υγρού αποσυνδεδεμένο
- -Β$\_{1}$: βεντιλατέρ ψυκτικού υγρού συνδεδεμένο
- -Θ$\_{1}$: θερμοκρασία σύνδεσης βεντιλατέρ
- -Θ$\_{2}$: υστέρηση αποσύνδεσης βεντιλατέρ

6. ΣΥΓΧΡΟΝΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ - ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ
Σχ. 6.26: Σύστημα ψύξης ηλεκτρικού αυτοκινήτου.

|   Α/Α | Όνομα                                                                                    |
|-------|------------------------------------------------------------------------------------------|
|     1 | δοχείο διαστολής                                                                         |
|     2 | ηλεκτρικό βεντιλατέρ                                                                     |
|     3 | ψυγείο                                                                                   |
|     4 | σωλήνας τροφοδοσίας ψυκτικού υγρού                                                       |
|     5 | μετατροπέας ΣΡ/ΣΡ                                                                        |
|     6 | αντιστροφέας Σ.Ρ./Ε.Ρ. και ηλεκτροκίνητη μονάδα ελέγχου και μονάδα  διαχείρισης οχήματος |
|     7 | ασύγχρονος τριφασικός κινητήρας (Επαγωγικός κινητήρας)                                   |
|     8 | σωλήνας επιστροφής ψυκτικού υγρού                                                        |
|     9 | ηλεκτρική αντλία ψυκτικού υγρού                                                          |

6.2.7. Ερωτήσεις
- 1. Ποιες βασικές απαιτήσεις πρέπει να ικανοποιεί ο κινητήρας ενός ηλεκτρικού αυτοκινήτου;
- 2. Συγκρίνετε τις χαρακτηριστικές των κινητήρων συνεχούς ρεύματος με διέγερση σειράς και ξένη διέγερση.
- 3. Τρόποι εκκίνησης σύγχρονου κινητήρα.
- 4. Αναφέρετε τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα ενός σύγχρονου κινητήρα ηλεκτρικού αυτοκινήτου.
- 5. Σχεδιάστε και εξηγείστε την μορφή των καμπυλών V ενός σύγχρονου κινητήρα.
- 6. Αναφέρετε τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα ενός ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα ηλεκτρικού αυτοκινήτου.
- 7. Εξηγείστε τη λειτουργία σύγχρονου κινητήρα χωρίς ψήκτρες.
- 8. Συγκρίνετε το σύγχρονο με τον ασύγχρονο κινητήρα για εφαρμογές αυτοκίνη -σης.

Bάλτε σε κύκλο το γράμμα μπροστά από τη σωστή απάντηση
- 9. Η λειτουργία του κινητήρα συνεχούς ρεύματος διέγερσης σειράς για αυτοκίνη -ση έχει το πλεονέκτημα:
- β. μικρό ρεύμα εκκίνησης.
- α. μικρή κατανάλωση.
- γ. μεγάλη ροπή εκκίνησης.
- 10. Η λειτουργία του κινητήρα συνεχούς ρεύματος ξένης διέγερσης για αυτοκίνηση έχει το πλεονέκτημα:
- β. λειτουργία με μικρή τάση.
- α. μεγαλύτερη δυνατή ροπή εκκίνησης.
- γ. δυνατότητα ελέγχου δύο επιπέδων.

Ενότητα 6.3. Έλεγχος ταχύτητας κινητήρων συνεχούς ρεύματος

Διδακτικοί στόχοι
- Μετά από τη μελέτη της ενότητας αυτής θα πρέπει να μπορείτε:
- 1. Να αναφέρετε τις διάφορες μεθόδους ρύθμισης ταχύτητας κινητήρων συνε -χούς ρεύματος αυτοκινήτων.
- 2. Να διατυπώνετε τη λειτουργία των βασικών ηλεκτρονικών εξαρτημάτων που χρησιμοποιούνται στη ρύθμιση ταχύτητας.
- 3. Να σχεδιάζετε δομικό διάγραμμα κλειστού βρόχου για ρύθμιση ταχύτητας κινητήρα.
- 4. Να σχεδιάζετε και να εξηγείτε τη λειτουργία κατατμητή.
- 5. Να αναφέρετε τις κλάσεις κατατμητών.
- 6. Να σχεδιάζετε τις συνδεσμολογίες κατατμητών και να εξηγείτε τη λειτουρ -γία τους.

6.3.1. Γενικά
Στα ηλεκτρικά αυτοκίνητα παλιάς τεχνολογίας ο έλεγχος της ταχύτητας του κινητήρα μπορούσε να γίνει με τους γνωστούς από προηγούμενα κεφάλαια τρόπους:
- α) Έλεγχος πεδίου: Συνδέεται μεταβλητή αντίσταση σε σειρά με το τύλιγμα διέγερ -σης, μειώνεται το ρεύμα διέγερσης με αποτέλεσμα να αυξάνεται η ταχύτητα και να μειώνεται η ροπή.
- β) Έλεγχος οπλισμού: Συνδέεται μεταβλητή αντίσταση σε σειρά ή παράλληλα με το τύμπανο. Οι τρόποι αυτοί έχουν περιορισμένη ικανότητα ρύθμισης και καταναλώ -νουν ισχύ που μειώνει το βαθμό απόδοσης της μηχανής.
- γ) Έλεγχος τάσης τυμπάνου: Αυξάνοντας την τάση τυμπάνου, αυξάνουμε την τα -χύτητα περιστροφής. Η χαρακτηριστική ροπής-στροφών μετατοπίζεται παράλληλα προς τα πάνω. Η μεταβολή της τάσης τροφοδοσίας του κινητήρα μπορούσε να γίνει με ποτενσιόμετρο, που είχε σαν αποτέλεσμα απώλειες ισχύος ή συνήθως με βηματική ρευματοληψία. Ο συσσωρευτής του αυτοκινήτου μέσω πολύπλοκης ρυθ -μιστικής διάταξης μπορούσε να συνδέεται και να αποσυνδέεται βηματικά με τον κινητήρα.
- Ø Με την ανάπτυξη των ηλεκτρονικών ισχύος και συγκεκριμένα με τους κατατμητές τάσης (ΣΡ/ΣΡ) μετατρέπεται εύκολα η συνεχής τάση του συσσωρευτή οχήματος σε συ -νεχή τάση ρυθμιζόμενου πλάτους και με τους ελεγχόμενους ανορθωτές (ΕΡ/ΣΡ) με τατρέπεται η εναλλασσόμενη τάση σε συνεχή τάση με απόδοση μεγαλύτερη του 90%.

Στα σχήματα 6.27, 6.28. 6.29 και 6.30 που ακολουθούν φαίνονται οι διατάξεις ελέγχου και οι διάφορες χαρακτηριστικές λειτουργίας των κινητήρων συνεχούς ρεύματος.
Σχ. 6.27: Χαρακτηριστική ροπής (Τ) - ταχύτητας (n), με έλεγχο πεδίου κινητήρα συνεχούς
Σχ. 6.27: Χαρακτηριστική ροπής (Τ) - ταχύτητας (n), με έλεγχο πεδίου κινητήρα συνεχούς
ρεύματος. α) Κινητήρας παράλληλης διέγερσης, β) Κινητήρας διέγερσης σειράς.
Σχ. 6.28: Χαρακτηριστική ροπής (Τ) - ταχύτητας (n), με έλεγχο οπλισμού κινητήρα συνε -χούς ρεύματος.

α) Κινητήρας παράλληλης διέγερσης, β) Κινητήρας διέγερσης σειράς.
Σχ. 6.29: Χαρακτηριστική ροπής (Τ) - ταχύτητας (n), με έλεγχο τάσης τυμπάνου κινητήρα συνεχούς ρεύματος.
α) Κινητήρας παράλληλης διέγερσης, β) Κινητήρας διέγερσης σειράς.

6. ΣΥΓΧΡΟΝΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ - ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ
Σχ. 6.30: Διατάξεις ελέγχου ταχύτητας κινητήρα Σ.Ρ.

6.3.2. Βασικά στοιχεία ηλεκτρονικών
Πριν προχωρήσουμε στην ανάπτυξη της λειτουργίας των κατατμητών τάσης, θα υπενθυμίσουμε ορισμένα βασικά στοιχεία από τα ηλεκτρονικά για την καλύτερη κα -τανόηση των κυκλωμάτων που θα ακολουθήσουν.

1. Δίοδος
Στις εγκαταστάσεις κυκλωμάτων οδήγησης κινητήρων χρησιμοποιούμε ξηρά ανορ -θωτικά στοιχεία πυριτίου. Αυτά είναι μία επαφή p-n. Μέσα από τη χαρακτηριστική λειτουργίας της φαίνεται (σχ. 6.31), ότι με ορθή πόλωση, η διόδος άγει και το ρεύ -μα παίρνει μεγάλες τιμές. Αντίθετα με ανάστροφη πόλωση η δίοδος δεν άγει και το ρεύμα έχει μηδενική σχεδόν τιμή. Στα σχήματα 6.32, 6.33, 6.34 και 6.35 φαίνονται τα κυκλώματα απλής και διπλής ανόρθωσης μονοφασικής και τριφασικής τάσης.
Σχ. 6.31: Χαρακτηριστική λειτουργία διόδου.

Σχ. 6.32: Απλή ανόρθωση.
Σχ. 6.33: Διπλή ανόρθωση με γέφυρα τεσσάρων διόδων.

6. ΣΥΓΧΡΟΝΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ - ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ
Σχ. 6.34: Απλή τριφασική ανόρθωση.
Σχ. 6.35: Διπλή τριφασική ανόρθωση γέφυρας.

2. Θυρίστορ (Ελεγχόμενοι ανορθωτές πυριτίου)
Το θυρίστορ κατασκευαστικά αποτελείται από τρεις διόδους pn,np,pn στη σειρά και από τρεις επαφές: άνοδο (Α), κάθοδο (Κ) και πύλη (G), όπως φαίνεται στο σχήμα 6.36. Από τη χαρακτηριστική λειτουργίας φαίνεται, ότι, για να οδηγηθεί το θυρίστορ σε κατάσταση αγωγιμότητας, πρέπει να έχουμε ορθή πόλωση U$\_{ΑΚ}$>0 και στην πύλη (G) να δοθεί η κατάλληλη τιμή ρεύματος l$\_{G}$ σκανδαλισμού του θυρίστορ (σχ. 6.36).
α) κατασκευή, β) συμβολισμός, γ) χαρακτηριστική λειτουργίας.

Ρυθμίζοντας τη γωνία έναυσης α του θυρίστορ, ελέγχουμε τη μέση τιμή της τάσης που εφαρμόζεται στο τροφοδοτούμενο φορτίο (σχ. 6.37).
Σχ. 6.37: Έλεγχος τάσης με θυρίστορ.

3. Αμφίπλευρος ανορθωτής πυριτίου (Triac)
Μπορεί να θεωρηθεί σαν σύνθεση δύο θυρίστορ συνδεδεμένων παράλληλα και με αντίθετη φορά (σχ. 6.38).
Με το κατάλληλο ρεύμα στην πύλη μπορεί να άγει και προς τις δύο κατευθύνσεις. Χρησιμοποιείται για έλεγχο εναλλασσόμενου ρεύματος (σχ. 6.39).

4. Τρανζίστορ
Το τρανζίστορ κατασκευαστικά αποτελείται από δύο επαφές, np , pn για τρανζίστορ τύπου n-p-n και pn,np για τύπου p-n-p. Μπορούμε να διακρίνουμε τρία άκρα: Ε (εκπομπός), Β φάση), C (συλλέκτης).
Σχ. 6.40: Κατασκευή - Συμβολισμός τρανζίστορ npn, pnp.
Σχ. 6.41: Συνδεσμολογία τρανζίστορ npn.
Στο npn τρανζίστορ (σχ. 6.41), η τάση λειτουργίας δίνεται, έτσι ώστε ο αρνητικός πόλος να βρίσκεται στον εκπομπό και ο θετικός στο συλλέκτη. Αν η βάση ενός τραν -ζίστορ npn δεν έχει καθόλου τάση, δεν περνάει μέσα από κανένα αξιόλογο ρεύμα και το τρανζίστορ είναι σε κατάσταση φραγής. Αν όμως η βάση αποκτήσει μία μικρή θετική τάση σε σχέση με τον εκπομπό και μπορεί να περάσει ρεύμα μεταξύ εκπο -μπού και συλλέκτη, το τρανζίστορ είναι τώρα αγώγιμο.

Το ρεύμα εκπομπού Ι$\_{Ε}$ χωρίζεται στη ζώνη βάσης σε ένα ρεύμα βάσης Ι$\_{Β}$ και σε ένα ρεύμα συλλέκτη l$\_{c}$ έτσι ώστε: l$\_{E }$= l$\_{c}$+l$\_{B}$
Ελέγχοντας ένα ελάχιστο ρεύμα βάσης ελέγχουμε ένα ρεύμα μέχρι χίλιες φορές μεγαλύτερο. Ενίσχυση ρεύματος λέγεται το πηλίκο: B= I I C B

5. Περιγραφή συστήματος αυτόματου ελέγχου
Κάθε σύστημα αυτόματου ελέγχου (Σ.Α.Ε.) είναι ένα σύνολο αλληλοεξαρτόμενων μηχανισμών, που έχει σκοπό να εξασφαλίσει ένα επιθυμητό αποτέλεσμα. Υπάρ -χουν συστήματα ανοιχτού βρόχου , όπου η έξοδος του συστήματος δεν ανατρο φοδοτεί την είσοδο και συστήματα κλειστού βρόχου , όπου η έξοδος μεταφέρεται στην είσοδο σε ένα συγκριτή, όπου συγκρίνεται με την επιθυμητή έξοδο του συστή -ματος.
Σχ. 6.42: Δομικό διάγραμμα ΣΑΕ ρύθμισης τάσης τροφοδότησης φορτίου.
Για να καταλάβουμε το σύστημα αυτόματου ελέγχου κλειστού βρόχου, ας παρακο -λουθήσουμε τη λειτουργία του κλειστού βρόχου του σχήματος 6.42. Το φορτίο στην έξοδο μεταβάλλεται συνεχώς και πρέπει να εξασφαλίσουμε σταθερή τροφοδότηση U$\_{o}$ . Η τυχαία έξοδος U$\_{o}$ μέσα από ένα μηχανισμό ανάδρασης έρχεται στο συγκριτή που συγκρίνει την επιθυμητή έξοδο U$\_{i}$ του ποτενσιόμετρου με την πραγματική έξοδο U$\_{o}$ . Παράγεται σήμα σφάλματος U$\_{σφ}$ =U$\_{i}$-U$\_{o}$ που ενισχύεται και τροφοδοτεί τον ηλε -κτρικό κινητήρα που περιστρέφει τον άξονά του. Η περιστροφή αυτή υποβιβάζεται με σύστημα οδοντωτών τροχών που μετακινεί την κινητή λήψη του μετασχηματιστή. Η διαδικασία αυτή επαναλαμβάνεται, ο κινητήρας και η λήψη παραμένουν ακίνητοι όταν μηδενισθεί το σφάλμα, δηλαδή U$\_{ο}$ =U$\_{i}$ .

Στον ηλεκτρικό κινητήρα αυτοκινήτου, ο ηλεκτρονικός ρυθμιστής ταχύτητας εκτελεί συνεχώς το ακόλουθο διάγραμμα ελέγχου (σχ. 6.43).
Σχ. 6.43: ΣΑΕ ρύθμισης ταχύτητας κινητήρα.
Ο μηχανισμός ανάδρασης μπορεί να είναι αισθητήρας ταχύτητας ή ταχογεννήτρια που δίνει τάση U$\_{n}$ ανάλογη της ταχύτητας n.

6.3.3. Kατατμητής συνεχούς ρεύματoς

Δομή - λειτουργία
Ο κατατμητής είναι ένας ηλεκτρονικός μηχανισμός με θυρίστορ που μετατρέπει μία συνεχή τάση, σε συνεχή άλλης τιμής, είναι δηλαδή ένας μετατροπέας ΣΡ/ΣΡ (σχ. 6.44).
Σχ. 6.44: Λειτουργία κατατμητή.
Στο σχήμα 6.45(α) φαίνεται το αντίστοιχο μηχανικό σύστημα που εκτελεί μέσω της κινητής επαφής δ, την αντίστοιχη εργασία με τον κατατμητή. Η συχνότητα κίνησης της επαφής καθορίζεται από το κύκλωμα ελέγχου.
Σχ. 6.45: Κύκλωμα και λειτουργία κατατμητή (chopper).
Ο κατατμητής είναι ένας διακόπτης ΟΝ/OFF. Η σύνδεση και η αποκοπή του φορτίου (Φ) στο σχήμα 6.45β γίνεται μέσα από ένα κύκλωμα θυρίστορ (ΤΗ). Κατά τη διάρ -κεια του χρόνου αγωγής t$\_{ON}$, ο κατατμητής άγει και στο φορτίο εφαρμόζεται τάση U$\_{i}$. Κατά τη διάρκεια του χρόνου αποκοπής t$\_{OFF}$ ο κατατμητής αποκόπτει το κύκλωμα και η δίοδος ελεύθερης ροής D βραχυκυκλώνει το φορτίο. Η μέση τιμή της τάσης U$\_{o}$

που εφαρμόζεται στο φορτίο είναι: U = U t t + t =U t T = α U o i ON ON OFF i ON i (6.4)
όπου α= t T ON : σχετική διάρκεια παλμού.
Η τάση του φορτίου U$\_{o}$ μπορεί να μεταβληθεί με δύο μεθόδους:
- α. Διαμόρφωση πλάτους παλμών (PWM pulse-width modulation)
Η περίοδος Τ και η συχνότητα f φυσικά, αφού f= 1 T , παραμένουν σταθερές και μεταβάλλεται ο χρόνος αγωγής t$\_{ON}$
- β. Διαμόρφωση συχνότητας παλμών (FM frequency modulation)
Η περίοδος Τ μεταβάλλεται, ενώ παραμένει σταθερός ο χρόνος t$\_{ON}$ ή t$\_{OFF}$ Η μέθοδος που έχει επικρατήσει είναι η διαμόρφωση πλάτους παλμού.

Σχ. 6.46: Μέση τιμή τάσης φορτίο Vo για σχετική διάρκεια παλμών. α=2/3 και α=1/3 (μέθοδος διαμόρφωσης πλάτους παλμών)

Εφαρμογές
Ο κατατμητής χρησιμοποιείται κυρίως σε οχήματα που κινούνται με κινητήρες συ -νεχούς ρεύματος και χρειάζονται έλεγχο στροφών με βοήθεια μεταβλητής τάσης. Με την αντιστροφή της πολικότητας μπορεί να γίνει εύκολα και η ομαλή πέδηση του οχήματος με επιστροφή ενέργειας στους συσσωρευτές. Επίσης η εκκίνηση γί -νεται ομαλά και εύκολα, γιατί η τάση μπορεί να αυξάνεται βαθμιαία. Στο ηλεκτρικό αυτοκίνητο που ο κινητήρας τροφοδοτείται από συσσωρευτές, η χρήση του κατατμητή μας απαλλάσσει από όλες τις αντιστάσεις ρύθμισης, εκκίνησης, πέδησης, που καταναλώνουν σημαντική ποσότητα ενέργειας. Επίσης ο κατα -τμητής μπορεί να χρησιμοποιηθεί για έλεγχο τάσης διέγερσης σε κινητήρες συνε χούς ρεύματος. Με τον τρόπο αυτό θα έχουμε διπλή δυνατότητα ρύθμισης των δύο μαγνητικών πεδίων του στάτη και του δρομέα. Η διπλή ρύθμιση της τάσης U$\_{T}$ του τύμπανου και της τάσης του τυλίγματος διέγερσης U$\_{F}$ έχει συχνή εφαρμογή στους κινητήρες συνεχούς ρεύματος αυτοκινήτων, γι'αυτό θα την περιγράψουμε.

- I. Έλεγχος τυμπάνου: Με τη βοήθεια κατατμητή μεταβάλλουμε την τάση (U$\_{T}$) του τύμπανου του κινητήρα. Απαραίτητα πρέπει η ταχύτητα να είναι μικρότερη της ονο -μαστικής, και η μαγνητική ροή (Φ) να διατηρείται σταθερή. Τότε, αν και το ρεύμα τυμπάνου διατηρηθεί σταθερό, η ροπή (Τ$\_{α}$) που δίνει ο κινητήρας στον άξονά του διατηρείται σταθερή και η ισχύς είναι ανάλογη με την ταχύτητα.
- II. Έλεγχος πεδίου: Με τη βοήθεια δεύτερου κατατμητή μεταβάλλουμε το ρεύμα διέγερσης και επομένως και τη μαγνητική ροή Φ. Η ταχύτητα πρέπει να είναι μεγα -λύτερη από την ονομαστική και το ρεύμα τυμπάνου σταθερό. Η μείωση της μαγνη

6. ΣΥΓΧΡΟΝΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ - ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ
τικής ροής ανεβάζει την ταχύτητα, αλλά ταυτόχρονα ελαττώνεται η ροπή και έτσι η ισχύς διατηρείται σταθερή. Εχει διαπιστωθεί ότι η ελάχιστη ταχύτητα που πρέπει να
έχει ο κινητήρας για αξιόπιστο έλεγχο και σταθερή λειτουργία είναι n = 10 100 n min ov
και η μέγιστη ταχύτητα n$\_{max}$ = 4n$\_{ον}$.
Σχ. 6.47: Διπλή ρύθμιση τάσης.

6.4.4. Ερωτήσεις
- 1. Περιγράψτε τον έλεγχο ταχύτητας κινητήρα συνεχούς ρεύματος με έλεγχο τυ -μπάνου και πεδίου.
- 2. Σχεδιάστε το κύκλωμα και εξηγείστε τη λειτουργία κατατμητή συνεχούς ρεύμα -τος.
- 3. Αναπτύξτε τη μέθοδο ελέγχου ταχύτητας κινητήρα συνεχούς ρεύματος με: α) έλεγχο πεδίου, β) έλεγχο οπλισμού, γ) έλεγχο τάσης τυμπάνου.
- 4. Εξηγείστε πώς γίνεται έλεγχος της τάσης με το θυρίστορ.
- 5. Σχεδιάστε ένα δομικό διάγραμμα ΣΑΕ και εξηγείστε τη λειτουργία του κλειστού βρόχου.
- 6. Σχεδιάστε και εξηγείστε κύκλωμα διπλής ανόρθωσης με γέφυρα τεσσάρων δι -όδων.

Bάλτε σε κύκλο το γράμμα μπροστά από τη σωστή απάντηση
- 7. Ο Αμφίπλευρος ανορθωτής πυριτίου:
- β. χρειάζεται μεγάλο ρεύμα για διέγερση της πύλης.
- α. άγει προς μία κατεύθυνση.
- γ. χρησιμοποιείται για έλεγχο ΕΡ.
- 8. Με το θυρίστορ:
- β. ρυθμίζουμε την τάση ενός φορτίου, ρυθμίζοντας τη γωνία έναυσης.
- α. ρυθμίζουμε την τάση ενός φορτίου, ρυθμίζοντας το ρεύμα διέγερσης,
- γ. ρυθμίζουμε την πολικότητα του φορτίου.
- 9. Ο κατατμητής είναι μετατροπέας:
- β. ΣΡ-ΣΡ
- α. ΕΡ-ΣΡ
- γ. ΣΡ-ΕΡ
- 10. Με τη διαμόρφωση πλάτους παλμών κατατμητή μεταβάλλεται:
- β. η περίοδος Τ του κατατμητή.
- α. ο χρόνος αγωγής t$\_{ON}$ του κατατμητή.
- γ. η συχνότητα αγωγής f.

Ενότητα 6.4. Έλεγχος ταχύτητας κινητήρων εναλλασσόμενου ρεύματος

Διδακτικοί στόχοι
- Μετά από τη μελέτη της ενότητας αυτής θα πρέπει να μπορείτε:
- 1. Να αναφέρετε τις διάφορες μεθόδους ρύθμισης ταχύτητας κινητήρων εναλ -λασσόμενου ρεύματος αυτοκινήτων.
- 2. Να σχεδιάζετε και να εξηγείτε τη λειτουργία μονοφασικού και τριφασικού αντιστροφέα για τροφοδότηση ηλεκτρικού κινητήρα αυτοκινήτου.
- 3. Να περιγράψετε τη διαδικασία του διανυσματικού ελέγχου.

6.4.1. Τρόποι ελέγχου ταχύτητας κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος
Η μεταβολή της ταχύτητας κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος μπορεί να γίνει, όπως έχουμε αναπτύξει, με τρεις τρόπους:
- 1. Μεταβολή τάσης τροφοδοσίας: Αυξάνοντας την τάση τροφοδοσίας, αυξάνουμε τη ροπή του κινητήρα. Η ταχύτητα στην οποία αναπτύσσεται η μέγιστη ροπή είναι σταθερή. Η μεταβολή της τάσης μπορεί εύκολα να επιτευχθεί μέσω διάταξης αντι -παράλληλων θυρίστορ ή TRIAC (σχ. 6.48α).
- 2. Μεταβολή συχνότητας: Αυξάνοντας τη συχνότητα της τάσης τροφοδοσίας αυ -ξάνεται η ταχύτητα περιστροφής και μειώνεται η μέγιστη ροπή του κινητήρα.
- 3. Μεταβολή τάσης και συχνότητας (μέθοδος βαθμωτού ελέγχου V/f): Αυξάνο -ντας την τάση τροφοδοσίας αυξάνουμε αντίστοιχα και τη συχνότητα, έτσι ώστε η μαγνητική ροή στο διάκενο της μηχανής να διατηρείται σταθερή και κοντά στη μέγι -στη τιμή της. Η καμπύλη ροπής-στροφών μετατοπίζεται σχεδόν παράλληλα προς μεγαλύτερη ταχύτητα, όπως φαίνεται στο σχήμα 6.48β. Παρατηρείται στη λειτουρ -γία σε πολύ μικρές συχνότητες, (κάτω των 10Hz) μείωση της μαγνητικής ροής του διάκενου, με αποτέλεσμα τη μείωση της μέγιστης ροπής του κινητήρα, την υπερ -θέρμανση του στάτη και άλλα προβλήματα που αντιμετωπίζονται με μικρή αύξηση της τάσης τροφοδοσίας. Χρειάζεται φυσικά ο ανάλογος κλειστός βρόχος ελέγχου της μαγνητικής ροής του διάκενου. Η μέτρηση της μαγνητικής ροής συνήθως γίνε -ται με αισθητήρες Χώλλ (Hall effect), που βρίσκονται στο εσωτερικό του κινητήρα. Στις μεγάλες συχνότητες η τάση δεν μπορεί να παρακολουθεί τη συχνότητα ώστε ο λόγος V/f να παραμένει σταθερός, πέρα μιας συγκεκριμένης τιμής που καθορίζεται

από τα θυρίστορ. Μετά από αυτή τη μέγιστη συχνότητα η τάση διατηρείται σταθερή και ο κινητήρας λειτουργεί με σταθερή ισχύ.
Στο ηλεκτρικό αυτοκίνητο διαθέτουμε συσσωρευτή, δηλαδή πηγή συνεχούς ρεύ -ματος και θέλουμε να τροφοδοτήσουμε κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος με μεταβλητή τάση και συχνότητα. Ο ηλεκτρονικός ρυθμιστής που πραγματοποιεί αυτή τη λειτουργία λέγεται αντιστροφέας ή μετατροπέας ΣΡ/ΕΡ.
Σχ. 6.48: Τρόποι μεταβολής ταχύτητας κινητήρα Ε.Ρ. α. Μεταβολή τάσης τροφοδοσίας, β. Μεταβολή τάσης και συχνότητας.

6.4.2. Μετατροπέας συνεχούς ρεύματος σε εναλλασσόμενο (αντιστροφέας)
Για την παραγωγή ενός εναλλασσόμενου ρεύματος από μια πηγή συνεχούς, χρη -σιμοποιούνται στρεφόμενοι ή στατικοί αντιστροφείς . Οι πρώτοι είναι ζεύγη μη χανών (κινητήρας συνεχούς-ασύγχρονης ή σύγχρονης γεννήτριας), ενώ οι δεύτεροι είναι διατάξεις ηλεκτρονικών ισχύος, χωρίς κινούμενα μέρη, με διόδους, θυρίστορ ή τρανζίστορ ισχύος. Με τη μεγάλη τεχνολογική πρόοδο στον τομέα των ηλεκτρονι -κών ισχύος, η χρήση των στατικών αντιστροφέων απλώνεται όλο και περισσότερο.

Αν η συχνότητα της τάσης εξόδου ρυθμίζεται αυτοδύναμα από το κύκλωμα ελέγχου, τότε πρόκειται για αντιστροφέα με εξαναγκασμένη οδήγηση.

Αρχή λειτουργίας του αντιστροφέα

Ισοδύναμο κύκλωμα με διακόπτες για τροφοδότηση μονοφασικού φορτίου
Η αρχή λειτουργίας του μονοφασικού αντιστροφέα εξηγείται, σε πρώτη προσέγγιση με το κύκλωμα των τεσσάρων διακοπτών (σχ. 6.49α). Αν ένα ζεύγος διακοπτών (π.χ. Δ$\_{1}$, Δ$\_{2}$) κλείνει και το άλλο (π.χ. Δ$\_{3}$, Δ$\_{4}$) παραμένει ανοικτό, τότε δημιουργείται η τετραγωνική κυματομορφή του σχήματος 6.49β στην έξοδο U$\_{L}$ του κυκλώματος. Η κυματομορφή αυτή, αφού περάσει μέσα από ειδικό φίλτρο μπορεί να προσεγγίσει τη μορφή του εναλλασσόμενου ρεύματος.

Σχ. 6.49: Ισοδύναμο κύκλωμα τεσσάρων διακοπτών και αντίστοιχη κυματομορφή ρεύματος.

6.4.3. Πραγματικό κύκλωμα μονοφασικού αντιστροφέα
Οι διακόπτες Δ έχουν αντικατασταθεί από ηλεκτρονικούς διακόπτες που είναι τα θυρίστορ τα οποία ελέγχονται από τα ρεύματα πύλης Ι$\_{G}$. Στην πρώτη ημιπερίοδο δίνουμε παλμούς έναυσης l$\_{G2}$, l$\_{G3}$ και άγουν τα θυρίστορς ΤΗ$\_{2}$ και ΤΗ$\_{3}$ και το φορτίο διαρρέεται από ρεύμα i$\_{L}$ με τη φορά που φαίνεται στο σχήμα 6.50.
Σχ. 6.50: Κύκλωμα μονοφασικού αντιστροφέα με συναρτήσεις παλμοδοτήσεων και αποκρίσεων.
Στη δεύτερη ημιπερίοδο δίνουμε παλμούς έναυσης l$\_{G1}$, l$\_{G2}$ και άγουν τα θυρίστορ ΤΗ$\_{1}$ και ΤΗ$\_{4}$. Το φορτίο διαρρέεται από ρεύμα αντίστροφης φοράς από αυτή που φαίνεται στο σχήμα 6.50.

Το ρεύμα που ρέει σε έναν τέτοιο ηλεκτρονικό διακόπτη (θυρίστορ) πρέπει να έχει το ίδιο πρόσημο με την τάση, αλλιώς το στοιχείο δεν άγει. Αυτό σημαίνει ότι ο αντι -στροφέας μπορεί να δώσει μόνο ενεργό ισχύ (τάση και ρεύμα πρέπει να βρίσκονται πάντα σε φάση), πράγμα που κάνει προβληματική την τροφοδοσία ενός μη ωμικού φορτίου. Αλλά φορτία που περιέχουν και επαγωγικό μέρος είναι πολύ συνηθισμένα (κινητήρες).
Ο περιορισμός αυτός μπορεί να αρθεί, αν ο κάθε διακόπτης του υλοποιηθεί όχι μόνο με ένα θυρίστορ, αλλά με ένα θυρίστορ (ΤΗ) και μια αντιπαράλληλη δίοδο (Δ). Με τον τρόπο αυτόν είναι δυνατή η δημιουργία αέργου ισχύος (δηλ. διαφοράς φάσης μεταξύ ρεύματος και τάσης), ώστε να τροφοδοτούνται και φορτία με επαγω -γικό μέρος και για να είναι δυνατή η ανάστροφη λειτουργία κατά την πέδηση του κινητήρα.

Εκτός από απλά θυρίστορ οι σύγχρονοι ηλεκτρονικοί διακόπτες μπορεί να είναι και ειδικά θυρίστορ και τρανζίστορ GTO, ΒΤ3, MOSFET, IGBT κ.α.

6.4.4. Ισοδύναμο κύκλωμα με διακόπτες για τροφοδότηση τριφασικού φορτίου
Ο αντιστροφέας αποτελείται από έξι βασικούς διακόπτες, συγκροτημένους σε τρεις ομάδες με 120° διαφορά γωνίας έναυσης μεταξύ των ομάδων. Κάθε ομάδα αποτε -λείται από δύο διακόπτες με διαφορά φάσης οδήγησης 180° (σχ. 6.51).
Σχ. 6.51: Ισοδύναμο κύκλωμα έξι διακοπτών και ανάλυση της τάσης εξόδου.
Για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια του πρώτου και δεύτερου βήματος, οι διακόπτες Δ$\_{1}$ και Δ$\_{6}$ είναι κλειστοί. Η τάση μεταξύ των ακροδεκτών α,b είναι θετική.

Κατά τη διάρκεια του τρίτου βήματος, οι διακόπτες Δ$\_{1}$ και Δ$\_{3}$ είναι κλειστοί. Η τάση μεταξύ των ακροδεκτών α,b είναι μηδενική. Κατά τη διάρκεια του τέταρτου και πέ -μπτου βήματος οι διακόπτες Δ$\_{4}$ και Δ$\_{3}$ είναι κλειστοί και η τάση μεταξύ των ακροδε κτών α,b είναι αρνητική. Η πολική τάση Vαb που παρέχεται στην έξοδο είναι τετρα -γωνικής μορφής και περιέχει πλήθος αρμονικών. Μπορούμε με ειδική τεχνική που λέγεται διαμόρφωση εύρους παλμών να προσεγγίσουμε την ημιτονοειδή μορφή, όπως φαίνεται στο σχήμα 6.51.

Ακολουθώντας τη βηματική ανάλυση και με τους υπόλοιπους διακόπτες, μπορούμε να σχεδιάσουμε και τις υπόλοιπες τάσεις Vbc, Vcα. Θα διαπιστώσουμε ότι η έξοδός μας προσεγγίζει το γνωστό τριφασικό σύστημα τάσεων.

6.4.5. Πραγματικό κύκλωμα τριφασικού αντιστροφέα
Στο κύκλωμα του σχήματος 6.52 έχουμε αντικαταστήσει τους έξι διακόπτες με έξι θυρίστορ. Αντιπαράλληλα έχουν συνδεθεί έξι δίοδοι για άεργο ισχύ. Με κατάλληλη παλμοδότηση των θυρίστορ η συνεχής τάση εισόδου U$\_{i}$ μετατρέπεται, στην έξοδο α-b-c, σε τριφασική εναλλασσόμενη τάση. Με τεχνικές διαμόρφωσης εύρους παλ -μών μπορεί να προσεγγίσει την ημιτονοειδή μορφή. Ο ηλεκτρολυτικός πυκνωτής C σταθεροποιεί την τάση εισόδου U$\_{Ι}$. Η συχνότητα εξόδου στους αντιστροφείς που κυκλοφορούν στο εμπόριο μεταβάλλεται από 2Hz μέχρι μερικές δεκάδες Hz. Αυτό εξαρτάται από το είδος του ηλεκτρονικού διακοπτικού στοιχείου. Για πληρότητα της λειτουργίας του τριφασικού αντιστροφέα, όταν διατίθεται εναλλασσόμενο ρεύμα και όχι συνεχές, παρατίθενται τα σχήματα 6.53α και 6.53β, στα οποία υπάρχουν δύο στάδια μετατροπής: α) Μετατροπέας ΕΡ/ΣΡ και β) Αντιστροφέας ΣΡ/ΕΡ .

Σχ. 6.52: Αντιστροφέας ΣΡ/ΕΡ.
6. ΣΥΓΧΡΟΝΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ - ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ
(α) Αντιστροφέας με γέφυρα θυρίστορ.
(β) Αντιστροφέας με γέφυρα τρανζίστορ.
Σχ. 6.53: Συστήματα μετατροπής ΕΡ/ΣΡ/ΕΡ για τροφοδότηση τριφασικού κινητήρα με μεταβαλόμενη V/f.

6.4.6. Διανυσματικός έλεγχος
Για τον έλεγχο του ηλεκτρικού κινητήρα προσπαθούμε όπως είδαμε, κάθε φορά να διατηρείται σταθερό το πηλίκο V/f για να έχουμε σταθερή μαγνητική ροή. Αυτό μας εξασφαλίζει ικανοποιητική ροπή για κάθε ταχύτητα και συχνότητα λειτουργίας. Στα ηλεκτρικά αυτοκίνητα η μέθοδος αυτή παρουσιάζει προβλήματα παρακολούθησης του λόγου V/f, ώστε να οδηγείται ο κινητήρας σε κορεσμό ή αντίθετα, σε ασθενή μαγνητική ροή. Χρειάζεται κλειστός βρόχος ελέγχου της μαγνητικής ροής. Τις πλη -ροφορίες της τιμής της μαγνητικής ροής, της ταχύτητας του κινητήρα, της ροπής, της τάσης και του ρεύματος του στάτη τις επεξεργάζεται ειδικός μικροεπεξεργα -στής και επεμβαίνει στους παλμούς έναυσης των θυρίστορ. Η μέθοδος ελέγχου με V/f=σταθερό μπορεί να αντικατασταθεί από τη μέθοδο διανυσματικού ελέγχου , που είναι ταχύτερη και αποτελεσματικότερη σε στατικές και μεταβατικές συνθήκες λειτουργίας. Η ροπή του κινητήρα ελέγχεται μέσω του ρεύματος του στάτη. Με το διανυσματικό έλεγχο μέσω ειδικού μετασχηματισμού χωρίζεται το ρεύμα του στάτη σε δύο συνιστώσες. Με διάφορες τεχνικές γίνεται ανεξάρτητος έλεγχος κάθε συνι -στώσας και ο κινητήρας εναλλασσόμενου ρεύματος παρουσιάζει συμπεριφο ρά κινητήρα συνεχούς ρεύματος ξένης διέγερσης . Επιτυγχάνεται με τη μέθοδο αυτή αύξηση της ροπής εκκίνησης μέχρι 80%, ελεγχόμενη ταχύτητα και εξοικονό -μηση ενέργειας.

6.4.7. Eρωτήσεις
- 1. Τι γνωρίζετε για τη μέθοδο ελέγχου V/f =σταθερό κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος;
- 2. Σχεδιάστε τριφασικό αντιστροφέα και εξηγείστε τη λειτουργία του.
- 3. Πώς μπορούμε να επιτύχουμε, ώστε ένας κινητήρας εναλλασσόμενου ρεύμα -τος να παρουσιάζει συμπεριφορά κινητήρα συνεχούς ρεύματος;

Bάλτε σε κύκλο το γράμμα μπροστά από τη σωστή απάντηση
- 4. Στον έλεγχο κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος με τη μέθοδο βαθμωτού ελέγχου V/f:
- β. μεταβάλλεται μόνο η συχνότητα τροφοδότησης f.
- α. μεταβάλλεται μόνο η τάση τροφοδότησης V.
- γ . μεταβάλλεται και η τάση και η συχνότητα ώστε ο λόγος V/f να παραμένει σταθερός.
- 5. Ο Αντιστροφέας είναι μετατροπέας:
- α. ΕΡ-ΣΡ
β. ΣΡ-ΕΡ
γ. ΣΡ-ΣΡ
- 6. Στο κύκλωμα του αντιστροφέα τοποθετούνται αντιπαράλληλα δίοδοι:
- β. για δημιουργία αέργου ισχύος.
- α. για ταχύτητα ελέγχου.
- γ. για ανόρθωση του ρεύματος.
- 7. Για βελτιστοποίηση ελέγχου κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος ελέγχουμε χωριστά τις δύο συνιστώσες του ρεύματος στον: α. έλεγχο V/f=σταθερό.
- γ. στον έλεγχο συχνότητας.
- β. στον διανυσματικό έλεγχο.
- 8. Στην είσοδο του αντιστροφέα υπάρχει ηλεκτρολυτικός πυκνωτής για:
- β. ανάστροφη λειτουργία.
- α. σταθεροποίηση τάσης.
- γ. έλεγχο παλμών θυρίστορ.

Συνδέστε με γραμμή τα αντίστοιχα.
- 9. Μετατροπέας ΣΡ-ΣΡ
- ● ● Κατατμητής
Μετατροπέας ΣΡ-ΕΡ
- ● ● Ανορθωτής
Μετατροπέας ΕΡ-ΣΡ
- Αντιστροφέας

6. ΣΥΓΧΡΟΝΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ - ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ
- 10. Έλεγχος V/f=σταθερό Διανυσματικός έλεγχος
Κλειστός βρόχος ελέγχου Ταχύτητας
- 11. Μονοφασικός αντιστροφέας Τριφασικός αντιστροφέας Κατατμητής

● ● ●
- 12. Αντιστροφέας
Διαμορφωτής εύρους παλμών (PWM)
Κατατμητής
- ● αντίδραση (feedback)
- ● 6 θυρίστορς και 6 δίοδοι
- ● 4 θυρίστορς και 4 δίοδοι
- ● 1 θυρίστορ και 1 δίοδος
- ● η έξοδος είναι παλμοί σταθερής πολικότητας
- ● παλμοί εναλλασσόμενης πολικότητας
- ● προσεγγιστική ημιτονοειδής καμπύλη
- ● Χωριστή ρύθμιση δύο συνιστωσών
- ● Πρόβλημα στις μικρές συχνότητες, χρειάζεται διόρθωση

Ενότητα 6.5.

Υβριδικό αυτοκίνητο - Ηλιακό αυτοκίνητο - Ρύπανση

Διδακτικοί στόχοι
Μετά από τη μελέτη της ενότητας αυτής θα πρέπει να μπορείτε:
- 1. Να αναφέρετε τύπους υβριδικών αυτοκινήτων και να περιγράφετε συνοπτι -κά τη λειτουργία τους.
- 2. Να σχεδιάζετε τη δομή του ηλιακού αυτοκινήτου.
- 3. Να περιγράφετε τη λειτουργία του ηλιακού αυτοκινήτου.
- 4. Να ορίζετε την ατμοσφαιρική ρύπανη.
- 5. Να αναφέρετε τους κυριότερους ρύπους των αυτοκινήτων.
- 6. Να δίνετε λύσεις για την ελάττωση της ρύπανσης σε ότι έχει σχέση με τα αυτοκίνητα.

6.5.1. Υβριδικό αυτοκίνητο
Το υβριδικό αυτοκίνητο συνδυάζει τη λειτουργία δύο κινητήρων, ενός ηλεκτρικού κινητήρα και ενός κινητήρα εσωτερικής καύσης .
- Ο ηλεκτρικός κινητήρας χρησιμοποιείται για μετακινήσεις μέσα στην πόλη που υπάρχει πρόβλημα ρύπανσης και ο κινητήρας εσωτερικής καύσης για μετακινήσεις εκτός πόλης που χρειάζεται μεγάλη ταχύτητα και αυτονομία.
Υπάρχουν δύο τύποι υβριδικών αυτοκινήτων : της παράλληλης λειτουργίας και της λειτουργίας σειράς.

α) Τύπος παράλληλης λειτουργίας
Οι δύο κινητήρες συνδέονται στο στροφολοφόρο άξονα της μηχανής που δίνει κί -νηση στους τροχούς (σχ. 6.54). Στις μεγάλες ταχύτητες, μέσω ρυθμιστή στροφών, ενεργοποιείται ο κινητήρας εσωτερικής καύσης (βενζινοκινητήρας ή πετρελαιοκι -νητήρας) και στις μικρές ταχύτητες ο ηλεκτρικός κινητήρας. Η ενεργοποίηση κάθε κινητήρα μπορεί να γίνεται αυτόματα ή χειροκίνητα. Κατά την πέδηση χρησιμοποι -είται πάντα ο ηλεκτρικός κινητήρας σαν γεννήτρια, για ασφαλή πέδηση και φόρτιση των συσσωρευτών (στρέφοντάς τον, ώστε να εργάζεται ως γεννήτρια).

6. ΣΥΓΧΡΟΝΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ - ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ
Σχ. 6.54: Υβριδικό αυτοκίνητο παράλληλης λειτουργίας. 1) Κινητήρας εσωτερικής καύσης, 2) Ηλεκτρικός κινητήρας.

β) Τύπος λειτουργίας σειράς
Οι δύο κινητήρες λειτουργούν ταυτόχρονα, ο κινητήρας εσωτερικής καύσης περι -στρέφει μία γεννήτρια, που με τη σειρά της τροφοδοτεί τον ηλεκτρικό κινητήρα που περιστρέφει τον άξονα κίνησης του αυτοκινήτου (σχ. 6.55).
Πολλοί κατασκευαστές συνδέουν τον κινητήρα εσωτερικής καύσης με δύο γεννήτρι -ες. Οι δύο γεννήτριες παράγουν ηλεκτρική ενέργεια, ωθούμενες από τον κινητήρα εσωτερικής καύσης. Σε σταθερές ταχύτητες ταξιδιού, η ισχύς από τις γεννήτριες μεταφέρεται στους ηλεκτροκινητήρες μέσω του ρυθμιστή. Σε χαμηλότερες ταχύτη -τες από την ταχύτητα ταξιδιού, η επιπλέον ηλεκτρική ισχύς χρησιμοποιείται για να φορτίσει τους συσσωρευτές. Κατά την επιτάχυνση και σε συνθήκες που χρειάζε -ται πρόσθετη ισχύς, οι ηλεκτροκινητήρες δέχονται επιπρόσθετη ισχύ, εκτός από τις γεννήτριες και από τους συσσωρευτές. Στην επιβράδυνση οι ηλεκτροκινητήρες μεταμορφώνονται σε γεννήτριες (επιστρέφοντας), φορτίζοντας τους συσσωρευτές.

Ο επιταχυντής ρυθμίζει ηλεκτρονικά την ροή ισχύος και κατά συνέπεια την ταχύτητα του οχήματος και τη φόρτιση/εκφόρτιση των συσσωρευτών.
Σχ. 6.55: Υβριδικό αυτοκίνητο λειτουργίας σειράς. 1) Κινητήρας εσωτερικής καύσης, 2) Γεννήτρια, 3) Ηλεκτρικός κινητήρας.
Στα σχήματα 6.56 και 6.57 φαίνονται υβριδικό αυτοκίνητα παράλληλης λειτουργίας, λειτουργίας σειράς και διαγράμματα λειτουργίας.
Τα κύρια μέρη του υβριδικού αυτοκινήτου λειτουργίας σειράς.
- 2. Δύο ηλεκτρογεννήτριες συνδεδεμένες στον κινητήρα εσωτερικής καύσης
- 1. Μηχανή εσωτερικής καύσης
- 3. Δύο ηλεκτροκινητήρες συνδεδεμένοι ο καθένας σ'ένα μπροστινό τροχό
- 5. Συσκευή ελέγχου του συστήματος (ρυθμιστής)
- 4. Συσσωρευτές
- 6. Δεξαμενή καυσίμου

Σχ. 6.56: Υβριδικό αυτοκίνητο α) παράλληλης λειτουργίας, β) λειτουργίας σειράς.Σχ. 6.57: Διάγραμμα λειτουργίας υβριδικού αυτοκινήτου λειτουργίας σειράς με δύο γεννήτριες και δύο κινητήρες.

6. ΣΥΓΧΡΟΝΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ - ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ
Σχ. 6.58.: Υβριδικό αυτοκίνητο Toyota.

6.5.2. Ηλιακό αυτοκίνητο
Το ηλιακό αυτοκίνητο είναι ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο που διαθέτει συστοιχία φωτο -βολταϊκών κυττάρων για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Η ενέργεια αυτή μέσω ενός ηλεκτρονικού ρυθμιστή, αφ'ενός φορτίζει τη συστοιχία συσσωρευτών, αφ'ετέ -ρου μέσω αντιστροφέα DC/AC (INVERTER) τροφοδοτεί κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος που δίνει κίνηση στους τροχούς του αυτοκινήτου. Η όλη προσπάθεια κα -τασκευής ηλιακού αυτοκινήτου βρίσκεται σε πειραματικό στάδιο. Έχει ως αποτέ λεσμα την εξαγωγή πολύτιμων συμπερασμάτων για την εκμετάλευση της ηλιακής ενέργειας. Το μειονέκτημα βρίσκεται στη μικρή απόδοση των φωτοβολταϊκών κυττά -ρων, που πρακτικά δεν ξεπερνά το 5% περίπου.

- 1. Φωτοβολταϊκό κύτταρο
- 3. Αντιστροφέας
- 2. Pυθμιστής
- 4. Συστοιχία συσσωρευτή
- 6. Τροχοί
- 5. Ηλεκτρικός κινητήρας EP/AC
Σχ. 6.59: Δομή ηλιακού αυτοκινήτου.

6.5.3. Η συμβολή του αυτοκινήτου στην ατμοσφαιρική ρύπανση
Ατμοσφαιρική ρύπανση είναι η παρουσία στην ατμόσφαιρα ουσιών ξένων με τα φυσιολογικά συστατικά της, σε συγκέντρωση και διάρκεια τέτοια που να βλάπτει τον άνθρωπο. Η ρύπανση της ατμόσφαιρας σήμερα έχει φθάσει σε απαράδεκτα ψηλά επίπεδα. Ο τεχνοκρατικός χαρακτήρας της ανάπτυξης και η λατρεία της κατανάλω -σης οδήγησαν στο σημερινό περιβαλλοντικό πρόβλημα.
Το αυτοκίνητο είναι από τις σημαντικότερες πηγές ατμοσφαιρικής ρύπανσης στα μεγάλα αστικά κέντρα. Έρευνα και έκθεση του Οργανισμού Οικονομικής Συνεργα -σίας και Ανάπτυξης (ΟΟΣΑ) τονίζει τον ιδιαίτερο ρόλο του αυτοκινήτου στη ρύπαν ση για να καταλήξει στο συμπέρασμα, ότι η συμμετοχή του αυτοκινήτου αυξάνεται γρηγορότερα από τις άλλες πηγές ρύπανσης.

6.5.1. Υβριδικό αυτοκίνητο
Το υβριδικό αυτοκίνητο συνδυάζει τη λειτουργία δύο κινητήρων, ενός ηλεκτρικού κινητήρα και ενός κινητήρα εσωτερικής καύσης .
- Ο ηλεκτρικός κινητήρας χρησιμοποιείται για μετακινήσεις μέσα στην πόλη που υπάρχει πρόβλημα ρύπανσης και ο κινητήρας εσωτερικής καύσης για μετακινήσεις εκτός πόλης που χρειάζεται μεγάλη ταχύτητα και αυτονομία.
Υπάρχουν δύο τύποι υβριδικών αυτοκινήτων : της παράλληλης λειτουργίας και της λειτουργίας σειράς.

α) Τύπος παράλληλης λειτουργίας
Οι δύο κινητήρες συνδέονται στο στροφολοφόρο άξονα της μηχανής που δίνει κί -νηση στους τροχούς (σχ. 6.54). Στις μεγάλες ταχύτητες, μέσω ρυθμιστή στροφών, ενεργοποιείται ο κινητήρας εσωτερικής καύσης (βενζινοκινητήρας ή πετρελαιοκι -νητήρας) και στις μικρές ταχύτητες ο ηλεκτρικός κινητήρας. Η ενεργοποίηση κάθε κινητήρα μπορεί να γίνεται αυτόματα ή χειροκίνητα. Κατά την πέδηση χρησιμοποι -είται πάντα ο ηλεκτρικός κινητήρας σαν γεννήτρια, για ασφαλή πέδηση και φόρτιση των συσσωρευτών (στρέφοντάς τον, ώστε να εργάζεται ως γεννήτρια).

6. ΣΥΓΧΡΟΝΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ - ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ
Σχ. 6.54: Υβριδικό αυτοκίνητο παράλληλης λειτουργίας. 1) Κινητήρας εσωτερικής καύσης, 2) Ηλεκτρικός κινητήρας.

β) Τύπος λειτουργίας σειράς
Οι δύο κινητήρες λειτουργούν ταυτόχρονα, ο κινητήρας εσωτερικής καύσης περι -στρέφει μία γεννήτρια, που με τη σειρά της τροφοδοτεί τον ηλεκτρικό κινητήρα που περιστρέφει τον άξονα κίνησης του αυτοκινήτου (σχ. 6.55).
Πολλοί κατασκευαστές συνδέουν τον κινητήρα εσωτερικής καύσης με δύο γεννήτρι -ες. Οι δύο γεννήτριες παράγουν ηλεκτρική ενέργεια, ωθούμενες από τον κινητήρα εσωτερικής καύσης. Σε σταθερές ταχύτητες ταξιδιού, η ισχύς από τις γεννήτριες μεταφέρεται στους ηλεκτροκινητήρες μέσω του ρυθμιστή. Σε χαμηλότερες ταχύτη -τες από την ταχύτητα ταξιδιού, η επιπλέον ηλεκτρική ισχύς χρησιμοποιείται για να φορτίσει τους συσσωρευτές. Κατά την επιτάχυνση και σε συνθήκες που χρειάζε -ται πρόσθετη ισχύς, οι ηλεκτροκινητήρες δέχονται επιπρόσθετη ισχύ, εκτός από τις γεννήτριες και από τους συσσωρευτές. Στην επιβράδυνση οι ηλεκτροκινητήρες μεταμορφώνονται σε γεννήτριες (επιστρέφοντας), φορτίζοντας τους συσσωρευτές.

Ο επιταχυντής ρυθμίζει ηλεκτρονικά την ροή ισχύος και κατά συνέπεια την ταχύτητα του οχήματος και τη φόρτιση/εκφόρτιση των συσσωρευτών.
Σχ. 6.55: Υβριδικό αυτοκίνητο λειτουργίας σειράς. 1) Κινητήρας εσωτερικής καύσης, 2) Γεννήτρια, 3) Ηλεκτρικός κινητήρας.
Στα σχήματα 6.56 και 6.57 φαίνονται υβριδικό αυτοκίνητα παράλληλης λειτουργίας, λειτουργίας σειράς και διαγράμματα λειτουργίας.
Τα κύρια μέρη του υβριδικού αυτοκινήτου λειτουργίας σειράς.
- 2. Δύο ηλεκτρογεννήτριες συνδεδεμένες στον κινητήρα εσωτερικής καύσης
- 1. Μηχανή εσωτερικής καύσης
- 3. Δύο ηλεκτροκινητήρες συνδεδεμένοι ο καθένας σ'ένα μπροστινό τροχό
- 5. Συσκευή ελέγχου του συστήματος (ρυθμιστής)
- 4. Συσσωρευτές
- 6. Δεξαμενή καυσίμου

Σχ. 6.56: Υβριδικό αυτοκίνητο α) παράλληλης λειτουργίας, β) λειτουργίας σειράς.Σχ. 6.57: Διάγραμμα λειτουργίας υβριδικού αυτοκινήτου λειτουργίας σειράς με δύο γεννήτριες και δύο κινητήρες.

6. ΣΥΓΧΡΟΝΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ - ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ
Σχ. 6.58.: Υβριδικό αυτοκίνητο Toyota.

6.5.2. Ηλιακό αυτοκίνητο
Το ηλιακό αυτοκίνητο είναι ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο που διαθέτει συστοιχία φωτο -βολταϊκών κυττάρων για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Η ενέργεια αυτή μέσω ενός ηλεκτρονικού ρυθμιστή, αφ'ενός φορτίζει τη συστοιχία συσσωρευτών, αφ'ετέ -ρου μέσω αντιστροφέα DC/AC (INVERTER) τροφοδοτεί κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος που δίνει κίνηση στους τροχούς του αυτοκινήτου. Η όλη προσπάθεια κα -τασκευής ηλιακού αυτοκινήτου βρίσκεται σε πειραματικό στάδιο. Έχει ως αποτέ λεσμα την εξαγωγή πολύτιμων συμπερασμάτων για την εκμετάλευση της ηλιακής ενέργειας. Το μειονέκτημα βρίσκεται στη μικρή απόδοση των φωτοβολταϊκών κυττά -ρων, που πρακτικά δεν ξεπερνά το 5% περίπου.

- 1. Φωτοβολταϊκό κύτταρο
- 3. Αντιστροφέας
- 2. Pυθμιστής
- 4. Συστοιχία συσσωρευτή
- 6. Τροχοί
- 5. Ηλεκτρικός κινητήρας EP/AC
Σχ. 6.59: Δομή ηλιακού αυτοκινήτου.

6.5.3. Η συμβολή του αυτοκινήτου στην ατμοσφαιρική ρύπανση
Ατμοσφαιρική ρύπανση είναι η παρουσία στην ατμόσφαιρα ουσιών ξένων με τα φυσιολογικά συστατικά της, σε συγκέντρωση και διάρκεια τέτοια που να βλάπτει τον άνθρωπο. Η ρύπανση της ατμόσφαιρας σήμερα έχει φθάσει σε απαράδεκτα ψηλά επίπεδα. Ο τεχνοκρατικός χαρακτήρας της ανάπτυξης και η λατρεία της κατανάλω -σης οδήγησαν στο σημερινό περιβαλλοντικό πρόβλημα.
Το αυτοκίνητο είναι από τις σημαντικότερες πηγές ατμοσφαιρικής ρύπανσης στα μεγάλα αστικά κέντρα. Έρευνα και έκθεση του Οργανισμού Οικονομικής Συνεργα -σίας και Ανάπτυξης (ΟΟΣΑ) τονίζει τον ιδιαίτερο ρόλο του αυτοκινήτου στη ρύπαν ση για να καταλήξει στο συμπέρασμα, ότι η συμμετοχή του αυτοκινήτου αυξάνεται γρηγορότερα από τις άλλες πηγές ρύπανσης.

Οι κυριότεροι ρύποι στους οποίους έχει μεγάλη συμμετοχή το αυτοκίνητο είναι: κα -πνός (πετρελαιοκίνητα) και μονοξείδιο του άνθρακα (CO), μόλυβδος (Pb), υδρο
γονάνθρακες (CxHy) (βενζινοκίνητα) και αμίαντος, οξείδια του αζώτου (ΝΟx) και οξείδια του θείου SOx από όλα τα αυτοκίνητα.
Τα τελευταία χρόνια έχει γίνει αντιληπτό το πρόβλημα ρύπανσης και συνεχώς λαμβάνονται μέτρα για κατασκευή κινητήρων χαμηλών εκπομπών ρύπων και καύσιμο καλύτερης ποιότητας χωρίς μόλυβδο.
Η Ε.Ο.Κ. καθορίζει συνεχώς αυστηρότερα όρια εκπομπής ρύπων και αυστηρότερους μηχανισμούς ελέγχου για τα μέλη της.

H Η διάδοση του ηλεκτρικού αυτοκινήτου θα δώσει λύση στην ατμοσφαιρική ρύπανση των πόλεων από τα καυσαέρια . Η διάδοση αυτή όμως φαίνεται να ακολουθεί αργό ρυθμό που οφείλεται στα πολλά τεχνικά προβλήματα που υπάρ -χουν. Σημαντικότερα από αυτά είναι η κατασκευή φθηνών, ελαφρών και με μεγάλη χωρητικότητα συσσωρευτών. Το υβριδικό όχημα μπορεί να καλύψει στο άμεσο μέλ -λον ανάγκες δημόσιων υπηρεσιών, εταιριών ακόμα και ιδιωτών.

Το σήμερα και το αύριο
Πρέπει παράλληλα με τη βελτίωση του συμβατικού αυτοκινήτου να αναπτυχθεί και η τεχνολογία που συνδέεται με το ηλεκτρικό αυτοκίνητο, να βελτιωθούν τα προσφε -ρόμενα καύσιμα, να χρησιμοποιηθούν τα εναλλακτικά νέα καύσιμα και να δοθούν κίνητρα για αγορά και συντήρηση ηλεκτρικών αυτοκινήτων.

6.6.4. Eρωτήσεις
- 1. Τύποι και λειτουργία υβριδικών αυτοκινήτων.
- 2. Από ποια τμήματα αποτελείται ένα ηλιακό αυτοκίνητο;
- 3. Πώς μπορεί να συμβάλει το ηλεκτρικό αυτοκίνητο στην ελάττωση της ρύπαν -σης της ατμόσφαιρας;
- 4. Πλεονεκτήματα-μειονεκτήματα ηλιακού αυτοκινήτου.
- 5. Αναφέρετε τους κυριότερους ρύπους στους οποίους συμμετέχει το αυτοκίνητο.
- 6. Γράψτε τα μέγιστα επιτρεπόμενα όρια ρύπων αυτοκινήτων (πηγή πληροφορι -ών είναι το ΠΕΡΠΑ, το Υπουργείο Συγκοινωνιών, τα συνεργεία αυτοκινήτων που εκδίδουν Κάρτα Ελέγχου Καυσαερίων).
- 7. Αναφέρετε τα συνηθέστερα αίτια υπέρβασης των ορίων ρύπων, από τα αυτοκί -νητα.
- 8. Προτείνετε τρόπους αντιμετώπισης του προβλήματος της ρύπανσης της ατμό -σφαιρας που συνδέονται με την αυτοκίνηση.

Συνδέστε με γραμμή τα αντίστοιχα.
- 9. Υβριδικό αυτοκίνητο Ηλιακό αυτοκίνητο
- Ηλεκτρικό αυτοκίνητο
- ● Ηλεκτρικός κινητήρας
- Κινητήρας εσωτερικής καύσης και Ηλεκτροκινητήρας
Φωτοβολταϊκό κύτταρο

6.6. Ανακεφαλαίωση
- ê Τα τελευταία χρόνια το ηλεκτρικό αυτοκίνητο επανήλθε στην επικαιρότητα λόγω ενεργειακής κρίσης, ρύπανσης του περιβάλλοντος και ανάπτυξης της τεχνολογίας συσσωρευτών και μετατροπέων.
- ê Οι σημαντικότεροι τύποι συσσωρευτών είναι Μολύβδου (Pb), Νικελίου-Καδμίου (Ni-Cd), Νατρίου-Θείου (Να-S) και Λιθίου (Li).
- ê Η φόρτιση του συσσωρευτή γίνεται με φορτιστή. Ο φορτιστής τροφοδοτείται με χαμηλή τάση 220V/50HZ, την υποβιβάζει μέσω μετασχηματιστή και τη μετατρέπει σε συνεχή μέσω ανορθωτικής γέφυρας. Ανάλογα με το χρόνο φόρτισης διακρίνου -με τη μέθοδο της ταχείας φόρτισης και της αργής φόρτισης.
- ê Οι κινητήρες συνεχούς ρεύματος έχουν μεγάλη εφαρμογή στην αυτοκίνηση μέχρι σήμερα. Ο κινητήρας με διέγερση σειράς δίνει μεγάλη ροή εκκίνησης και ελαστι -κότητα λειτουργίας. Τα τελευταία όμως χρόνια με την ανάπτυξη των ηλεκτρονικών ισχύος έχουμε την δυνατότητα ανεξάρτητου ελέγχου της τάσης τροφοδοσίας του τύμπανου και του ρεύματος διέγερσης, με αποτέλεσμα την αυξανόμενη χρησιμο -ποίησή τους.
- ê Οι κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος εμφανίζουν μεγάλο βαθμό απόδοσης, μεγάλη ροπή σε όλες τις περιοχές στροφών, μικρό κόστος στη συντήρηση και πλή -ρη έλεγχο λειτουργίας μέσω ηλεκτρονικού ρυθμιστή. Ο τύπος του ασύγχρονου κι νητήρα βραχυκυκλωμένου δρομέα έχει επικρατήσει τα τελευταία χρόνια στο αυτο -κίνητο. Ο σύγχρονος κινητήρας λειτουργεί πάντα κοντά στη μέγιστη ροπή και ισχύ. Με ηλεκτρονικό ρυθμιστή επεκτείνεται η ταχύτητα λειτουργίας του και μπορεί έτσι να χρησιμοποιηθεί στην αυτοκίνηση.
- ê Ο έλεγχος ταχύτητας κινητήρων συνεχούς ρεύματος γίνεται μέσω κατατμητή. Ο κατατμητής είναι ένας ηλεκτρονικός μηχανισμός με θυρίστορ που μετατρέπει μία συνεχή τάση σε συνεχή άλλης τιμής.
- α) Διαμόρφωση πλάτους παλμών και β) Διαμόρφωση συχνότητας παλμών.

Υπάρχουν δύο μέθοδοι ρύθμισης της τάσης τροφοδοσίας του κινητήρα:
- ê Ο έλεγχος ταχύτητας κινητήρων εναλλασσόμενου ρεύματος γίνεται μέσω αντι -στροφέα. Ο αντιστροφέας είναι ένας ηλεκτρονικός ρυθμιστής με θυρίστορ ή ειδικά τρανζίστορ και μπορεί και μεταβάλλει την τάση και τη συχνότητα τροφοδοσίας του κινητήρα. Είναι ένας μετατροπέας συνεχούς ρεύματος σε εναλλασσόμενο.
- ê Το υβριδικό αυτοκίνητο συνδυάζει τη λειτουργία δύο κινητήρων, ενός ηλεκτρικού μέσα στην πόλη και ενός κινητήρα εσωτερικής καύσης για μετακινήσεις εκτός πό -λης. Υπάρχουν δύο τύποι υβριδικών αυτοκινήτων: α) παράλληλης λειτουργίας και β) λειτουργίας σειράς.
- ê Το ηλιακό αυτοκίνητο διαθέτει φωτοβολταϊκό κύτταρο για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από τον ήλιο και ηλεκτρονικό ρυθμιστή που τροφοδοτεί ηλεκτρικό κινητή -ρα εναλλασσόμενου ρεύματος.
- ê Η ρύπανση της ατμόσφραιρας έχει φθάσει σε απαράδεκτα όρια. Το αυτοκίνητο είναι σύμφωνα με τον ΟΟΣΑ, μία από τις σημαντικότερες πηγές ρύπανσης. Η διάδοση του ηλεκτρικού αυτοκινήτου θα βελτιώσει τις συνθήκες διαβίωσης μέσα στις πόλεις.

ΑΛΕΞΑΝΔΡΗΣ Γ. Π. ΑΕΤΒΕ:
/Fimet motors
/Fimet - Motori Asincroni Trifasi Autofrenanti, 1993
/Lenze - Small motors and geared motors
ΒΑΛΙΑΔΗΣ ΕΠΕ:
/Ηλ. Κινητήρες

ΒΗΛΜΑ:
/Βιομ. Ηλεκτρομ/κών κατασκευών

ΕΛΒΗΜ:
/Μετασχηματιστές
/Μετασχηματιστές Διανομής
ΕΛΛΑΣ ΕΛΕΚΤΡΙΚ:
/Ηλεκτροκινητήρες
ΚΙΤΚΟ Α.Ε.:
/M.G.M. motori elettrici S.p.A.
/Baldor: Motors and Drives


ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ
ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ