ΣΥΓΧΡΟΝΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ

ΒΑΣΙΚΗ ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΣΥΓΧΡΟΝΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΒΑΣΙΚΗ ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ Ο στάτης τροφοδοτείται από μια τριφασική πηγή και παράγεται στο εσωτερικό του κινητήρα ένα στρεφόμενο Μ.Π. Ο δρομέας τροφοδοτείται με συνεχές ρεύμα το οποίο δημιουργεί το Μ.Π. του δρομέα. Στην προσπάθεια των δυο πεδίων να ευθυγραμμίσουν τους μαγνητικούς τους άξονες οφείλεται η ανάπτυξη ροπής. Το πεδίο του στάτη περιστρέφεται συνεχώς με αποτέλεσμα το πεδίο του δρομέα (και ο ίδιος ο δρομέας) να προσπαθεί συνέχεια να το ακολουθήσει. Όσο μεγαλύτερη είναι η γωνία μεταξύ των δυο πεδίων τόσο μεγαλύτερη είναι και η ροπή του κινητήρα.

ΣΥΓΧΡΟΝΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΙΣΟΔΥΝΑΜΟ ΚΥΚΛΩΜΑ Η μοναδική διαφορά μεταξύ του ισοδύναμου κυκλώματος της γεννήτριας και του κινητήρα είναι η φορά του ρεύματος οπλισμού.

ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΗ ΡΟΠΗΣ-ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ ΣΥΓΧΡΟΝΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΗ ΡΟΠΗΣ-ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ Χαρακτηριστικά λειτουργίας: Η ταχύτητα του κινητήρα είναι σταθερή, ανεξάρτητα από το φορτίο. Εξαρτάται μόνο από την συχνότητα. Η εξίσωση της ροπής (αν θεωρήσουμε την αντίσταση του δρομέα αμελητέα) δίνεται από τη σχέση: Γωνία μεταξύ Μ.Π. στάτη και Μ.Π. δρομέα.

ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΗ ΡΟΠΗΣ-ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ ΣΥΓΧΡΟΝΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΗ ΡΟΠΗΣ-ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ

ΣΥΓΧΡΟΝΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΡΟΗ ΙΣΧΥΟΣ

ΣΥΓΧΡΟΝΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΑΝΑΛΥΣΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ Επίδραση των μεταβολών του φορτίου στο σύγχρονο κινητήρα: Όταν το φορτίο του κινητήρα αυξάνεται: 1. Ο δρομέας επιβραδύνεται και η γωνία δ (και το sinδ) αυξάνεται 2. Η ροπή του κινητήρα αυξάνεται και ο κινητήρας επιταχύνεται μέχρι τη σύγχρονη ταχύτητα. Ταυτόχρονα αυξάνεται και το ρεύμα του οπλισμού (στάτη). Η διαδικασία αυτή μπορεί να συνεχιστεί μέχρι η γωνία δ=90°. Στη περίπτωση Αυτή εμφανίζεται η μέγιστη ισχύς που μπορεί να αποδώσει η σύγχρονη μηχανή και ονομάζεται «ισχύς αποσυγχρονισμού» ή «στατικό όριο ευστάθειας».

Επίδραση των μεταβολών του φορτίου στο σύγχρονο κινητήρα: ΣΥΓΧΡΟΝΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΑΝΑΛΥΣΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ Επίδραση των μεταβολών του φορτίου στο σύγχρονο κινητήρα:

ΣΥΓΧΡΟΝΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΑΝΑΛΥΣΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ Επίδραση των μεταβολών του ρεύματος διέγερσης στο σύγχρονο κινητήρα: Αύξηση του ρεύματος διέγερσης προκαλεί αύξηση του ΕΑ. Η ισχύς εξόδου παραμένει αμετάβλητη (P=τ•ω). Το ρεύμα οπλισμού αρχικά μειώνεται και στη συνέχεια αυξάνεται. Μεταβάλλεται ο συντελεστής ισχύος του κινητήρα.

ΣΥΓΧΡΟΝΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΑΝΑΛΥΣΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ‘Υποδιέγερση’ ‘Υπερδιέγερση’ Μεταβολή του συντελεστή ισχύος σε συνάρτηση με το ρεύμα διέγερσης

ΕΚΚΙΝΗΣΗ ΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ ΣΥΓΧΡΟΝΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΕΚΚΙΝΗΣΗ ΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ Ο Σύγχρονος κινητήρας δεν μπορεί να ξεκινήσει μόνος του. Μέθοδοι για την εκκίνηση σύγχρονου κινητήρα: Μείωση ταχύτητας περιστροφής του πεδίου. Σύνδεση κινητήριας μηχανής στο δρομέα του κινητήρα. Χρήση τυλιγμάτων απόσβεσης.

ΕΚΚΙΝΗΣΗ ΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ ΣΥΓΧΡΟΝΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΕΚΚΙΝΗΣΗ ΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ Εκκίνηση σύγχρονου κινητήρα με μειωμένη συχνότητα τροφοδοσίας: Πραγματοποιείται με τη χρήση κυκλομετατροπέων, δηλαδή ηλεκτρονικών διατάξεων για τη μετατροπή εναλλασσόμενης τάσης μιας συχνότητας σε εναλλασσόμενη τάση άλλης συχνότητας. Όταν ο κινητήρας περιστρέφεται με ταχύτητα μικρότερη από την ονομαστική, η τάση ΕΑ θα είναι μικρότερη από την ονομαστική. Για να μην αναπτυχθούν μεγάλα ρεύματα στο στάτη της μηχανής, η τάση που εφαρμόζεται θα πρέπει να αυξάνεται βαθμιαία μέχρι την ονομαστική, ακολουθώντας την αύξηση της συχνότητας.

ΕΚΚΙΝΗΣΗ ΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ ΣΥΓΧΡΟΝΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΕΚΚΙΝΗΣΗ ΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ Εκκίνηση σύγχρονου κινητήρα με τη βοήθεια εξωτερικής κινητήριας μηχανής: Με τη βοήθεια μικρού βοηθητικού κινητήρα φτάνουμε προοδευτικά στη σύγχρονη ταχύτητα. Όταν φτάσει ο κινητήρας στη σύγχρονη ταχύτητα τροφοδοτούμε τη διέγερση (δρομέας) με συνεχές ρεύμα. Σε αυτή τη φάση ο κινητήρας συμπεριφέρεται ως εναλλακτήρας. Για να τον συνδέσουμε στο δίκτυο πρέπει πρώτα να τον συγχρονίσουμε. Μετά το συγχρονισμό διακόπτουμε την τροφοδοσία του βοηθητικού κινητήρα και τον αποσυμπλέκουμε από τον άξονα του κινητήρα.

ΕΚΚΙΝΗΣΗ ΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ ΣΥΓΧΡΟΝΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΕΚΚΙΝΗΣΗ ΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ Εκκίνηση σύγχρονου κινητήρα με τη βοήθεια τυλιγμάτων απόσβεσης: Πρόκειται για αγώγιμες ράβδους που βρίσκονται σε εγκοπές των πελμάτων του δρομέα και βραχυκυκλώνονται μέσω μεγάλων δακτυλίων. Το στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο του στάτη επάγει ρεύματα στα τυλίγματα απόσβεσης με αποτέλεσμα να εμφανίζεται ροπή που έχει πάντα την ίδια φορά. Με τον τρόπο αυτό ο σύγχρονος κινητήρας επιταχύνεται σε μια ταχύτητα λίγο μικρότερη από τη σύγχρονη (ασύγχρονη ταχύτητα). Τη στιγμή αυτή τροφοδοτούμε το τύλιγμα της διέγερσης με συνεχές ρεύμα και ο κινητήρας αυτοσυγχρονίζεται.

ΕΚΚΙΝΗΣΗ ΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ ΣΥΓΧΡΟΝΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΕΚΚΙΝΗΣΗ ΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ Δακτύλιοι Βραχυκύκλωσης

ΣΥΓΧΡΟΝΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ Οι σύγχρονοι κινητήρες χρησιμοποιούνται συνήθως για τη βελτίωση του συντελεστή ισχύος ενός συστήματος. Για το λόγο αυτό λειτουργούν χωρίς φορτίο και ονομάζονται σύγχρονοι πυκνωτές ή σύγχρονες χωρητικότητες. Χρησιμοποιείται από ορισμένους κατασκευαστές ως κινητήρια μηχανή σε ηλεκτρικά αυτοκίνητα και πλοία. Χρησιμοποιούνται επίσης σε εφαρμογές στις οποίες απαιτείται σταθερή ταχύτητα ανεξαρτήτως του φορτίου.

ΣΥΓΧΡΟΝΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ Άσκηση 1 (Σύγχρονοι Κινητήρες) Τα ονομαστικά στοιχεία ενός σύγχρονου κινητήρα που συνδέεται σε τρίγωνο είναι τα εξής: ονομαστική τάση 208V, ονομαστική ισχύς 45kVA με συντελεστή ισχύος 0,8 χωρητικό και ονομαστική συχνότητα 60Hz. Η σύγχρονη αντίδραση της μηχανής έχει τιμή 2,5Ω, ενώ η αντίσταση οπλισμού θεωρείται αμελητέα. Οι μηχανικές απώλειες είναι 1,5kW, ενώ οι απώλειες στον πυρήνα είναι 1kW. Το αρχικό φορτίο του κινητήρα είναι 15hp και ο αντίστοιχος συντελεστής ισχύος είναι 0,8 χωρητικός. Α) Να υπολογιστούν το ρεύμα του οπλισμού ΙA και η επαγόμενη τάση ΕΑ καθώς και το ρεύμα φορτίου του κινητήρα. Β) Ας υποτεθεί ότι το φορτίο της μηχανής διπλασιάζεται. Υπολογίστε το ρεύμα φορτίου και τον συντελεστή ισχύος της μηχανής.

ΣΥΓΧΡΟΝΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ Άσκηση 2 (Σύγχρονοι Κινητήρες) Τα ονομαστικά στοιχεία ενός σύγχρονου κινητήρα που συνδέεται σε τρίγωνο είναι τα εξής: ονομαστική τάση 208V, ονομαστική ισχύς 45kVA με συντελεστή ισχύος 0,8 χωρητικό και ονομαστική συχνότητα 60Hz. Η σύγχρονη αντίδραση της μηχανής έχει τιμή 2,5Ω, ενώ η αντίσταση οπλισμού θεωρείται αμελητέα. Οι μηχανικές απώλειες είναι 1,5kW, ενώ οι απώλειες στον πυρήνα είναι 1kW. Το αρχικό φορτίο του κινητήρα είναι 15hp και ο αντίστοιχος συντελεστής ισχύος είναι 0,85 επαγωγικός. Α) Να υπολογιστούν το ρεύμα του οπλισμού ΙA και η επαγόμενη τάση ΕΑ καθώς και το ρεύμα φορτίου του κινητήρα. Β) Αν η μαγνητική ροή στο εσωτερικό του κινητήρα αυξηθεί κατά 25% ποιό είναι το ρεύμα του φορτίου και ο νέος συντελεστής ισχύος της μηχανής;

ΣΥΓΧΡΟΝΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ Άσκηση 3 (Σύγχρονοι Κινητήρες) Η τάση λειτουργίας ενός άπειρου ζυγού είναι 480V. Στο δίκτυο είναι συνδεδεμένα τρια φορτία. Το φορτίο 1 είναι ένας επαγωγικός κινητήρας που καταναλώνει ισχύ 100kW και έχει συντελεστή ισχύος 0,78 επαγωγικό. Το φορτίο 2 είναι ένας επαγωγικός κινητήρας που καταναλώνει ισχύ 200kW με συντελεστή ισχύος 0,8 επαγωγικό. Τέλος το φορτίο 3 είναι ένας σύγχρονος κινητήρας που καταναλώνει 150kW. Αν ο συντελεστής ισχύος του σύγχρονου κινητήρα ρυθμιστεί ώστε να είναι 0,85 επαγωγικός ποιό θα είναι το ρεύμα της γραμμής μεταφοράς; Αν ο συντελεστής ισχύος του σύγχρονου κινητήρα ρυθμιστεί ώστε να είναι 0,85 χωρητικός ποιό θα είναι το ρεύμα της γραμμής μεταφοράς; Γ) Αν ο σύγχρονος κινητήρας δουλεύει χωρίς φορτίο και καταναλώνει 10kW ισχύ, υπολογίστε τον συντελεστή ισχύος του ώστε ο συντελεστής ισχύος της εγκατάστασης να είναι 0,9 επαγωγικός. Υπολογίστε το ρεύμα γραμμής.