ΔΙΑΛΕΞΕΙΣ ΓΙΑ ΤΟ ΜΑΘΗΜΑ ΕΣΩΤΕΡΙΚΕΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΜΑΘΗΜΑ 5 – ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΚΙΝΗΣΗΣ – ΜΕΡΟΣ Α ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ: Γενικά Είδη κινητήρων. Τεχνικά χαρακτηριστικά. Σύνδεση με το δίκτυο

ΜΑΘΗΜΑ 5 – ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΚΙΝΗΣΗΣ – ΜΕΡΟΣ Α Γενικά Ένας ηλεκτρικός κινητήρας είναι μια ηλεκτρομαγνητική διάταξη η οποία τροφοδοτείται στην είσοδό της µε ηλεκτρική ενέργεια (P=VI, P=VIcosφ, P=√3VIcosφ) την οποία µετατρέπει µε βαθµό απόδοσης η, δίνοντας στην έξοδό της µηχανική (κινητική) ενέργεια (Ρ=Μ ω). Ειδικότερα, η αρχή λειτουργίας των ηλεκτρικών κινητήρων στηρίζεται στην εξάσκηση δυνάµεων Laplace µεταξύ αγωγών που διαρρέονται από ηλεκτρικό ρεύµα και µαγνητικού πεδίου µέσα στο οποίο βρίσκονται οι αγωγοί αυτοί. Πιο συγκεκριµένα, σε κάθε σπείρα του τυλίνµατος δρα ζεύγος δυνάµεων Laplace που δηµιουργούν (ηλεκτροµαγνητική) ροπή στρέψης Μ στο δροµέα (ρότορα) και τον εξαναγκάζουν σε περιστροφική κίνηση µε γωνιακή ταχύτητα ω [rad/sec] ή n[rρm, στροφές/λεπτό]. Έτσι, τη βασική χαρακτηριστική εξόδου ενός ηλεκτρικού κινητήρα αποτελεί η καµπύλη ροπής-στροφών, Μ = f(ω). Η κινητική αυτή ενέργεια του ηλεκτρικού κινητήρα µεταφέρεται - µέσω του άξονα του δροµέα και ενός µηχανισµού µετάδοσης της κίνησης - στο µηχανικό φορτίο, δηλαδή µια µηχανή που προορίζεται για την παραγωγή έργου (π.χ. αντλία για τη µεταφορά ρευστού). Με τη µηχανή αυτή συνδέεται ο κινητήρας, και αυτή αντιδρά µε µια αντίθετη ροπή Μφορτίου. Με άλλα λόγια, και το φορτίο χαρακτηρίζεται από µία καµπύλη ροπής - στροφών, Μφορτίου=f(ω). Κατά τη σύνδεση κινητήρα - φορτίου, στη µόνιµη κατάσταση όπου Μ = Μφορτίου, ω = σταθ., το σηµείο λειτουργίας είναι το σηµείο τοµής των δύο παραπάνω χαρακτηριστικών καµπυλών.

ΜΑΘΗΜΑ 5 – ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΚΙΝΗΣΗΣ – ΜΕΡΟΣ Α Είδη κινητήρων Το σύνολο των καθιερωµένων ηλεκτρικών κινητήρων - σε όλες τις κλίµακες ισχύος - που απαιτούνται για να δώσουν κίνηση στις διάφορες οικιακές και βιομηχανικές συσκευές και µηχανήµατα, µπορούν να ταξινοµηθούν σε διάφορες κατηγορίες που εξαρτώνται από το κριτήριο µε βάση το οποίο γίνεται η ταξινόμηση. Το πλέον σύνηθες κριτήριο για το σκοπό αυτό είναι το είδος της τάσεως τροφοδοσίας του κινητήρα, οπότε οι κινητήρες διακρίνονται σε: κινητήρες συνεχούς ρεύµατος (D.C) µονοφασικοί κινητήρες εναλλασσοµένου ρεύµατος (AC) τριφασικοί κινητήρες εναλλασσοµένου ρεύµατος Σε καθεµιά από τις παραπάνω κατηγορίες αντιστοιχούν διάφοροι τύποι κινητήρων που µπορεί να διαφέρουν στην αρχή λειτουργίας, στον τρόπο διέγερσης, στη χρήση κ.λ.π.. DC κινητήρες: ξένης διέγερσης παράλληλης διέγερσης διέγερσης σε σειρά μικτής διέγερσης. AC κινητήρες: Μονοφασικοί: Σύγχρονοι, Ασύγχρονοι ή επαγωγικοί Τριφασικοί: Σύγχρονοι, Ασύγχρονοι ή επαγωγικοί

ΜΑΘΗΜΑ 5 – ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΚΙΝΗΣΗΣ – ΜΕΡΟΣ Α Είδη κινητήρων Κινητήρες συνεχούς ρεύματος Στους κινητήρες αυτούς η διέγερση βρίσκεται στο στάτη, η τροφοδοσία γίνεται στο δροµέα και ανάλογα µε τον τρόπο σύνδεσης του τυλίγματος διέγερσης διακρίνονται σε κινητήρες ξένης διέγερσης, παράλληλης διέγερσης, διέγερσης σε σειρά και µικτής διέγερσης (σε σειρά και παράλληλης). Καθένας από τους παραπάνω τύπους δίνει και διαφορετική χαρακτηριστική ροπής-στροφών. Για τούς κινητήρες αυτούς ισχύουν τα εξής: Κατά την εκκίνηση προκύπτει µεγάλο ρεύµα εκκινήσεως. Για το λόγο αυτό, η εκκίνηση γίνεται συνήθως µε την παρεµβολή µιας µεταβλητής αντιστάσεως σε σειρά µε το τύλιγµα του τυµπάνου ώστε να περιορισθεί το ρεύµα εκκινήσεως (ή µε τη ρύθµιση της τάσεως τροφοδοσίας). Η πέδηση γίνεται είτε µε την αποσύνδεση του κινητήρα από την τροφοδοσία και τη σύνδεση µιας αντίστασης πέδησης (µε απώλεια ενέργειας) είτε µε αλλαγή της πολικότητας της τροφοδοσίας (ωφέλιµη πέδηση). Για την αλλαγή της φοράς περιστροφής πρέπει να αλλάξουµε τη φορά µόνο σε ένα από τα δύο ρεύµατα, δηλ. είτε του πεδίου είτε του δροµέα.

ΜΑΘΗΜΑ 5 – ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΚΙΝΗΣΗΣ – ΜΕΡΟΣ Α Είδη κινητήρων Κινητήρες συνεχούς ρεύματος Η ρύθµιση της ταχύτητας περιστροφής µπορεί να γίνει είτε µέσω της µεταβολής του µαγνητικού πεδίου Φ (δηλ. της εντάσεως διεγέρσεως) είτε µέσω µιας επιπρόσθετης ρυθµιζόµενης αντίστασης σε σειρά µε το τύµπανο είτε µέσω της µεταβολής της τάσεως τροφοδοτήσεως, συνήθως µε τη βοήθεια ηλεκτρονικών µετατροπέων ισχύος. Το ρεύµα του δροµέα που απορροφάται από την πηγή τροφοδοτήσεως μεταβάλλεται σε µεταβολές του φορτίου. Ετσι, το ρεύµα αυτό µειώνεται όταν ελαττωθεί το φορτίο και αναστρέφεται όταν ο κινητήρας, αντί να κινεί ένα φορτίο, κινείται από µια κινητήρια µηχανή, οπότε ο κινητήρας λειτουργεί σαν γεννήτρια.

ΜΑΘΗΜΑ 5 – ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΚΙΝΗΣΗΣ – ΜΕΡΟΣ Α Είδη κινητήρων Κινητήρες μονοφασικοί Πρόκειται για µικρούς κινητήρες, ισχύος συνήθως < 1 ΗΡ. Μία πρώτη υποδιαίρεσή τους είναι:   σύγχρονοι μονοφασικοί κινητήρες Οι σύγχρονοι µονοφασικοί κινητήρες περιστρέφονται µε ταχύτητα σταθερή και ανεξάρτητη από το φορτίο (σύγχρονη ταχύτητα). Χρησιµοποιούνται όταν απαιτείται σταθερός αριθµός στροφών (π.χ. ηλεκτρικά ωρολόγια, χρονοδιακόπτες. Χρησιµοποιούνται µόνο σε ειδικές περιπτώσεις γι' αυτό δεν θα επεκταθούµε περισσότερο. ασύγχρονοι µονοφασικοί κινητήρες Οι µονοφασικοί ασύγχρονοι (επαγωγικοί) κινητήρες περιστρέφονται µε ταχύτητα που εξαρτάται από το φορτίο. Η κατηγορία αυτή περιλαµβάνει διάφορα είδη κινητήρων τα οποία διακρίνονται και παίρνουν την ονοµασία τους αντίστοιχα από τη µέθοδο που χρησιµοποιείται για την εκκίνησή τους. Είναι γνωστό ότι για την εκκίνηση των AC κινητήρων απαιτείται η δηµιουργία ενός στρεφόµενου µαγνητικού πεδίου. Η επιλογή του κατάλληλου είδους κινητήρα βασίζεται στις δυνατότητες της πηγής τροφοδοσίας και τις απαιτήσεις του φορτίου όσον αφορά το ρεύµα και τη ροπή εκκίνησης και λειτουργίας.

ΜΑΘΗΜΑ 5 – ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΚΙΝΗΣΗΣ – ΜΕΡΟΣ Α Είδη κινητήρων Κινητήρες μονοφασικοί ασύγχρονοι µονοφασικοί κινητήρες: Στην κατηγορία αυτή διακρίνουµε τα ακόλουθα είδη: Κινητήρες µε αντίσταση: Το βοηθητικό τύλιγμα, που είναι παράλληλα στο κύριο τύλιγμα, έχει μεγάλη αντίσταση (πολλές και λεπτές σπείρες). Μπορεί να χρησιμοποιηθεί και εν σειρά με το βοηθητικό τύλιγμα ωμική αντίσταση. Έχουν µέτρια ροπή εκκίνησης και χαµηλό ρεύµα εκκίνησης. Χρησιµοποιούνται σε ανεµιστήρες, φυγοκεντρικές αντλίες, συσκευές γραφείου κλπ. Κινητήρες µε πυκνωτές: Αν στα δύο τυλίγµατα του προηγούµενου κινητήρα η χρονική µετατόπιση µεταξύ των ρευμάτων των τυλιγμάτων επιτευχθεί µε ένα πυκνωτή σε σειρά µε το βοηθητικό τύλιγμα, που στη συνέχεια αποσυνδέεται µέσω φυγοκεντρικού διακόπτη έχουµε τον κινητήρα µε πυκνωτή εκκίνησης. Χρησιµοποιούνται σε συµπιεστές, αντλίες, ψυγεία και άλλα φορτία µε δυσκολία στην εκκίνηση αφού αναπτύσσουν μεγάλη ροπή στην εκκίνηση που εξαρτάται από την τιµής της χωρητικότητας του πυκνωτή. Στην περίπτωση, τώρα, που το βοηθητικό τύλιγµα και ο πυκνωτής δεν αποσυνδέονται µετά την εκκίνηση έχουµε τον κινητήρα µε µόνιµο πυκνωτή ο οποίος παρουσιάζει καλύτερο cοsφ. Αν χρησιµοποιηθούν δύο πυκνωτές, συνδεδεµένοι παράλληλα, ένας πυκνωτής εκκίνησης και ένας πυκνωτής λειτουργίας έχουµε τον κινητήρα µε δύο πυκνωτές και επιτυγχάνεται ταυτόχρονα και βέλτιστη εκκίνηση και βέλτιστη λειτουργία. Η φορά περιστροφής τόσο στους κινητήρες µε αντίσταση όσο και στους κινητήρες µε πυκνωτές µπορεί να αλλάξει µε αντιµετάθεση των άκρων του βοηθητικού τυλίγµατoς σε σχέση µε το κύριο τύλιγµα.

ΜΑΘΗΜΑ 5 – ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΚΙΝΗΣΗΣ – ΜΕΡΟΣ Α Είδη κινητήρων Κινητήρες μονοφασικοί ασύγχρονοι µονοφασικοί κινητήρες Κινητήρες βραχυκυκλωµένων σπειρών: Ένα είδος στρεφόµενου µαγνητικού πεδίου, αναγκαίου για την εκκίνηση, επιτυγχάνεται αν στο στάτη που κατασκευάζεται µε εκτύπους πόλους, εκτός από το κύριο τύλιγµα, µία ή περισσότερες βραχυκυκλωµένες χάλκινες σπείρες µεγάλης διατοµής περιβάλλουν ένα τµήµα κάθε πόλου. Τότε, λόγω της µεταβαλλόµενης ροής του κύριου τυλίγµατος, επάγονται στις σπείρες ρεύµατα που προκαλούν διαφορά φάσεως στις µαγνητικές ροές των δύο τµηµάτων του κάθε πόλου, οπότε δηµιουργείται στρεφόµενο µαγνητικό πεδίο. Χρησιµοποιούνται σε µικρές ηλεκτρικές συσκευές, που δεν έχουµε µεγάλες απαιτήσεις σε ροπή εκκίνησης και βαθµό απόδοσης.   Κινητήρες αντίδρασης ή απωστικοί: Ενώ στα τρία προηγούµενα είδη µονοφασικών ασύγχρονων κινητήρων που ήδη αναφέρθηκαν, ο δροµέας είναι τύπου βραχυκυκλωµένου κλωβού, στους κινητήρες αντιδράσεως ο δροµέας είναι µε συλλέκτη και φέρει τύλιγµα µε ψήκτρες που είναι βραχυκυκλωµένες. Έχουν την δυνάτότητα ρύθµισης του αριθµού των στροφών και αλλαγής της φοράς περιστροφής µε µετάθεση των ψηκτρών, έχουν δε χαρακτηριστικά λειτουργίας που µοιάζουν µε αυτά των κινητήρων σειράς. Χρησιµοποιούνται σε περιπτώσεις που απαιτείται µεγάλη ροπή εκκίνησης, υψηλός βαθµός απόδοσης και συντελεστής ισχύος καθώς και ρύθµιση στροφών.

ΜΑΘΗΜΑ 5 – ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΚΙΝΗΣΗΣ – ΜΕΡΟΣ Α Είδη κινητήρων Κινητήρες μονοφασικοί ασύγχρονοι µονοφασικοί κινητήρες Κινητήρες Universal: Στην ουσία είναι ένας κινητήρας συνεχούς ρεύµατος µε διέγερση σε σειρά µε τη διαφορά ότι τόσο ο στάτης όσο και ο δροµέας είναι κατασκευασµένοι από λεπτά µαγνητικά ελάσµατα προς αποφυγή των δινορευµάτων. Εποµένως µπορεί να λειτουργήσει τόσο µε συνεχές όσο και µε µονοφασικό εναλλασσόµενο ρεύµα. Αν αντιστρέψουµε την πολικότητα της τάσεως τροφοδοτήσεως σε έναν κινητήρα συνεχούς ρεύµατος (διέγερσης σειράς) η φορά περιστροφής δεν αλλάζει, αφού θα αλλάξουν ταυτόχρονα οι φορές των ρευµάτων στάτη και δροµέα, εποµένως είναι προφανές ότι ακόµη και αν τροφοδοτήσουµε τον κινητήρα µε εναλλασόµενο ρεύµα θα παράγεται ροπή της ίδιας πάντοτε φοράς. Εχουν µεγάλη ροπή εκκίνησης, υψηλό βαθµό απόδοσης και συντελεστή ισχύος µεταξύ 0.5 και 0.8. Η φορά περιστροφής µπορεί να αλλάξει µε αντιµετάθεση των άκρων του τυλίγµατος σειράς, ενώ η ρύθµιση της ταχύτητας περιστροφής µπορεί να γίνει µε µεταβλητή αντίσταση ή αυτοµετασχηµατιστή µε λήψεις. Χρησιµοποιούνται σε φορητά εργαλεία, ηλεκτρικές σκούπες, οικιακές εν γένει ηλεκτρικές συσκευές κ.λ.π. µε αριθµό στροφών που µπορεί να φθάσει τις 8.000 rρm ή και παραπάνω. Παράλληλα στους πόλους µπορεί να φέρουν πυκνωτή για την αποφυγή ραδιοφωνικών παρασίτων. Οι µονοφασικοί ασύγχρονοι κινητήρες χρησιµοποιούνται συνήθως µέχρι την ισχύ των 1.5 kW, αλλιώς κάνουμε χρήση τριφασικών κινητήρων. Αν υπάρχει τριφασική παροχή, τριφασικοί κινητήρες χρησιµοποιούνται και σε πολύ µικρές ισχείς.

ΜΑΘΗΜΑ 5 – ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΚΙΝΗΣΗΣ – ΜΕΡΟΣ Α Είδη κινητήρων Κινητήρες τριφασικοί σύγχρονοι τριφασικοί κινητήρες Φέρουν στο στάτη τριφασικό τύλιγµα που τροφοδοτείται από τριφασικό δίκτυο για τη δηµιουργία στρεφόµενου µαγνητικού πεδίου και ο δροµέας τροφοδοτείται µε συνεχές ρεύµα. Στρέφονται µε σταθερή ταχύτητα, εκείνη του στρεφόµενου µαγνητικού πεδίου σύγχρονη ταχύτητα. Ωστόσο, η σύγχρονη µηχανή χρησιµοποιείται κυρίως σαν γεννήτρια στα εργοστάσια παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, ενώ σαν κινητήρας χρησιµοποιείται σε ειδικές (σπάνιες) περιπτώσεις. Ετσι, σύγχρονοι κινητήρες χρησιµοποιούνται (αντί των ασύγχρονων) για φορτία µεγάλης ισχύος (π.χ. 10 MW) όπου χρειάζεται σταθερή ταχύτητα περιστροφής και παραγωγή αέργου ισχύος. Σαν µειονέκτηµα μπορoύµε να αναφέρουµε την ανάγκη ύπαρξης πηγής συνεχούς τάσεως για τη διέγερση και ειδικής διατάξεως για την εκκίνηση. Βασικό πλεονέκτημα είναι η δυνατότητα φόρτισης του ηλεκτρικού δικτύου είτε επαγωγικά είτε χωρητικά, ανάλογα µε την ένταση του συνεχούς ρεύµατος διεγέρσεως. Έτσι, µε υποδιέγερση συµπεριφέρεται επαγωγικά, ενώ µε υπερδιέγερση συµπεριφέρεται χωρητικά. Στην τελευταία περίπτωση µπορεί να χρησιµοποιηθεί σε οµάδα µεγάλων καταναλωτών επαγωγικής συµπεριφοράς για τη διόρθωση του συντελεστή ισχύος της εγκατάστασης ή γενικότερα του δικτύου ακόµη και χωρίς να δίνει κίνηση σε κάποιο µηχάνηµα (σύγχρονος αντισταθµιστής).

ΜΑΘΗΜΑ 5 – ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΚΙΝΗΣΗΣ – ΜΕΡΟΣ Α Είδη κινητήρων Κινητήρες τριφασικοί ασύγχρονοι τριφασικοί κινητήρες Φέρουν στο στάτη τριφασικό τύλιγµα (που σχηµατίζει δύο ή περισσότερους πόλους και τα άκρα του συνδέονται στους 6 ακροδέκτες του κινητήρα) για τη δηµιουργία στρεφόµενου µαγνητικού πεδίου, το οποίο επάγει (γι' αυτό ονοµάζονται και επαγωγικοί τριφασικοί κινητήρες) στο δροµέα (που δεν τροφοδοτείται) ρεύµατα, όπως ακριβώς επάγονται ρεύµατα σε ένα µετασχηµατιστή (µε βραχυκυκλωµένο το δευτερεύον). Τα ρεύµατα αυτά υφίστανται δυνάµεις Laplace, οπότε εξασκείται ροπή στο δροµέα που τίθεται σε περιστροφή. Περιστρέφονται µε ταχύτητα λίγο µικρότερη (της τάξεως του 5%) από τη σύγχρονη ταχύτητα. Το πηλίκο της διαφοράς των δύο ταχυτήτων (ασύγχρονης από σύγχρονη) προς τη σύγχρονη ταχύτητα λέγεται ολίσθηση και αυξάνει αυξανοµένου του φορτίου. Ανάλογα µε την κατασκευή του δροµέα διακρίνονται σε: τύπος βραχυκυκλωµένου κλωβού: εδώ ο δροµέας αποτελείται από χάλκινες ράβδους, βραχυκλωµένες στα άκρα µε χάλκινα στεφάνια. Είναι το πλέον διαδεδοµένο είδος κινητήρων λόγω των πολλών πλεονεκτηµάτων που παρουσιάζουν. Πράγµατι, είναι οι πιο φθηνοί κινητήρες, ενώ ταυτόχρονα είναι απλοί και ανθεκτικοί στην κατασκευή, αξιόπιστοι στη λειτουργία τους, µε ελάχιστα προβλήµατα συντήρησης. Στα µειονεκτήµατα τους χρεώνονται τα µεγάλα ρεύµατα εκκίνησης, µέτριες τιµές στη ροπή εκκίνησης, περίπου σταθερή ταχύτητα, η απαιτούµενη άεργος ισχύς.

ΜΑΘΗΜΑ 5 – ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΚΙΝΗΣΗΣ – ΜΕΡΟΣ Α Είδη κινητήρων Κινητήρες τριφασικοί ασύγχρονοι τριφασικοί κινητήρες τύπος κινητήρα µε δακτύλιους: εδώ ο δροµέας φέρει τριφασικό τύλιγµα (που σχηµατίζει ίδιο αριθµό πόλων µε το στάτη) που καταλήγει σε δακτύλιους επί των οποίων εφάπτονται ψήκτρες, οι οποίες συνδέονται µε αντιστάσεις (αντιστάσεις εκκινήσεως), που µετά την εκκίνηση βραχυκυκλώνονται, οπότε έχουµε πάλι βραχυκυκλωµένο δροµέα. Οι ασύγχρονοι τριφασικοί κινητήρες µε δακτύλιους κοστίζουν ακριβότερα και είναι πιο σύνθετοι στην κατασκευή, λειτουργία και συντήρηση. Χρησιμοποιούνται κυρίως σε µεγάλες ισχεiς όταν απαιτούνται χαµηλά ρεύµατα εκκiνησης, μεγάλη ροπή εκκίνησης, δυνατότητα ρύθµισης της ταχύτητας περιστροφής.

ΜΑΘΗΜΑ 5 – ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΚΙΝΗΣΗΣ – ΜΕΡΟΣ Α Είδη κινητήρων Σύγκριση µεταξύ των διαφόρων κινητήρων µε βάση τη χαρακτηριστική ροπής-στροφών n= f(M) που φαίνονται στο ίδιο σχήμα ταυτόχρονα για όλους τους κινητήρες. Σύµφωνα µε όσα ήδη έχουν αναφερθεί: οι κινητήρες συνεχούς ρεύµατος χρησιµοποιούνται κυρίως σε εφαρµογές που απαιτείται ρύθµιση της ταχύτητας (που σήµερα γίνεται µε τη βοήθεια ηλεκτρονικών µετατροπέων ισχύος) οι µονοφασικοί κινητήρες χρησιµοποιούνται σε εφαρµογές µικρής ισχύος <1.5 kW οι σύγχρονοι τριφασικοί κινητήρες χρησιµοποιούνται σπάνια σε ειδικές περιπτώσεις και για πολύ µεγάλες ισχείς (της τάξεως των MW) οι ασύνχρονοι τριφασικοί κινητήρες είναι εκείνοι που θα συναντήσει ο µηχανικός αφού στις περισσότερες εφαρµογές χρησιµοποιούµε ασύγχρονους τριφασικούς κινητήρες, εκτός εάν ειδικές απαιτήσεις επιβάλλουν τη χρήση άλλου είδους κινητήρα.

ΜΑΘΗΜΑ 5 – ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΚΙΝΗΣΗΣ – ΜΕΡΟΣ Α Τεχνικά χαρακτηριστικά Μέχρι τώρα, έχουµε περιγράψει, σε ένα βαθμό την εσωτερική δοµή των κινητήρων. Παρακάτω θα αναφερθούμε στα τεχνικά χαρακτηριστικά, για τριφασικούς ασύγχρονους κινητήρες, τα οποία πρέπει να έχει κάποιος υπόψη του κατά την επιλογή ενός κινητήρα σε κάποια εφαρµογή: θερµικά χαρακτηριστικά γεωµετρικά χαρακτηριστικά χαρακτηριστικά έξόδου χαρακτηριστικά εισόδου. Θερµικά χαρακτηριστικά: Λόγω απωλειών (χαλκού, σιδήρου, τριβών) σε ένα κινητήρα έχουµε αύξηση της θερµοκρασίας, µε αποτέλεσµα τη θερµική καταπόνηση της µόνωσης των τυλιγµάτων. Πιθανά προβλήµατα υπερθέρµανσης αντιµετωπίζονται µε καλή µόνωση των τυλιγµάτων, µε ψύξη του κινητήρα, µε διατάξεις προστασίας. Οι κινητήρες χρησιµοποιούν µονωτικά υλικά, που προστατεύουν τα τυλίγµατα, και είναι ταξινοµηµένα σε κλάσεις , µε πιο συνηθισµένες τις Β, F, που καθεµιά έχει ορισµένα χαρακτηριστικά. Κλάσεις µονώσεως Κλάση Β: Τελική µέγιστη συνεχώς επιτρεπόµενη θερµοκρασία της τάξεως των 130 0C. Αυτή είναι η συνηθισµένη κλάση µόνωσης για µικρούς σχετικά κινητήρες. Κλάση F: Τελική µέγιστη συνεχώς επιτρεπόµενη θερµοκρασία της τάξεως των 155 0C (ή και 180 0C). Αυτή είναι η συνηθισµένη κλάση µόνωσης για κινητήρες > 100 kW.

ΜΑΘΗΜΑ 5 – ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΚΙΝΗΣΗΣ – ΜΕΡΟΣ Α Τεχνικά χαρακτηριστικά Θερµικά χαρακτηριστικά: Ψύξη κινητήρων: Η αποµάκρυνση της θερµότητας από το εσωτερικό του κινητήρα απαιτεί ψύξη του κινητήρα, η οποία επιτυγχάνεται µε: µε φυσική κυκλοφορία αέρα µε εξαναγκασµένη κυκλοφορία αέρα µέσω ανεµιστήρα, ο οποίος κινείται είτε από τον ίδιο κινητήρα είτε από ξένη πηγή (για κινητήρες µεταβλητής ταχύτητας ώστε να εξασφαλίζεται ψύξη και στις χαµηλές στροφές) µε κλειστό κύκλωµα µέσω ψυκτικού ρευστού διαφορετικού από τον αέρα, π.χ. νερό. (Η ψύξη των κινητήρων έχει κωδικοποιηθεί και χαρακτηρίζεται ως IC ΧΥ, δηλαδή από δύο γράµµατα (τα ίδια πάντοτε) που ακολουθούνται από δυο αριθμούς, όπου: IC = Internatίonal Cooling Χ = αριθµός (από Ο έως 9) που δείχνει τον τρόπο κυκλοφορίας του µέσου ψύξεως. Υ=αριθµός (από Ο έως 8) που δείχνει την κινητήρια µηχανή που χρησιµοποιείται για την κυκλοφορία. του αέρα.) Στοιχεία προστασίας από υπερθέρµανση: Η υπερθέρµανση ενός κινητήρα µπορεί να προέλθει από διάφορες αιτίες, όπως ανεπαρκή ψύξη, υπερφόρτιση, βραχυκύκλωµα κ.α. Η προστασία ώστε να αποφύγουµε ανύψωση της θερµοκρασίας πέραν της µέγιστης επιτρεπτής επιτυγχάνεται µε ένα ή συνδυασµό από τα εξής στοιχεία προστασίας: θερµικά στοιχεία, ηλεκτροµαγνητικά στοιχεία, ασφάλειες, θερµίστορ κ.ά.

ΜΑΘΗΜΑ 5 – ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΚΙΝΗΣΗΣ – ΜΕΡΟΣ Α Τεχνικά χαρακτηριστικά Γεωµετρικά χαρακτηριστικά: Μορφή κινητήρων: Η µορφή των κινητήρων εξαρτάται από τον τρόπο στήριξης (έδρασης) τους ώστε να προσαρµόζονται στις απαιτήσεις της µηχανής που κινούν και διακρίνονται σε: κινητήρες µε βάση και πέλµατα κινητήρες µε φλάντζα Σε καθεµιά από τις δύο αυτές κατηγορίες ανήκουν κινητήρες που είναι είτε οριζοντίου άξονα µε χαρακτηριστικό γράµµα Β (π.χ. ΙΜ Β3, που είναι ο κλασσικός τύπος κινητήρα µε στήριξη πάνω σε βάση σε οριζόντιο επίπεδο) είτε κατακορύφου άξονα µε χαρακτηριστικό γράµµα V (π.χ. ΙΜ V1). Μέγεθος κινητήρα: Το µέγεθος των κινητήρων, όσον αφορά τις εξωτερικές γεωµετρικές αποστάσεις, έχει τυποποιηθεί, και στους µεν κινητήρες µε φλάντζα το µέγεθος ισούται περίπου µε την ακτίνα της φλάντζας [mm], ενώ στους κινητήρες µε πέλµατα το µέγεθος δίνεται από έναν αριθµό ο οποίος ακολουθείται από ένα γράµµα (π.χ. 132 S). Ο αριθµός δείχνει την απόσταση [mm] του κέντρου του άξονα από το επίπεδο έδρασης και συνηθισµένα µεγέθη κινητήρων είναι: 56 63 71 80 90 100 112 132 160 180 200 225 250 280 315 355 400. Το γράµµα, που ακολουθεί, έχει σχέση µε το µήκος και είναι: S=µικρό µέγεθος Μ = µέσο µέγεθος L = µεγάλο µέγεθος

ΜΑΘΗΜΑ 5 – ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΚΙΝΗΣΗΣ – ΜΕΡΟΣ Α Τεχνικά χαρακτηριστικά Γεωµετρικά χαρακτηριστικά: Βαθμοί προστασίας: Μια οποιαδήποτε ηλεκτρική συσκευή πρέπει να προστατεύεται έναντι της εισχώρησης ξένων σωµάτων (σκόνη, µικροαντικείµενα, ακούσια ανθρώπινη επαφή, νερό) και αυτό σχετίζεται µε τη µορφή του µεταλλικού περιβλήµατος, τη στεγανότητά του και τις συνθήκες ψύξης. Η προστασία αυτή έχει κωδικοποιηθεί και ο βαθµός προστασίας δίνεται σαν ΙΡΧΥ όπου: ΙΡ=International Protection. Χ=αριθµός (Ο έως 6) που δείχνει το βαθµό προστασίας σε εισχώρηση ξένων σωµάτων. Υ=αριθµός (Ο έως 8) που δείχνει το βαθµό προστασίας σε εισχώρηση νερού. Ειδικότερα, για κινητήρες, οι πιο συνηθισµένοι βαθµοί προστασίας είναι: ΙΡ 21: Σε αuτoύς το περίβληµα είναι κλειστό και έχει µετωπικά ανοίγµατα µε πλέγµα. Η ψύξη γίνεται µε αέρα που αναρροφάται από έξω, µε ανεµιστήρα στον άξονα, µέσα στον κινητήρα. Είναι κατάλληλοι για ξηρούς, στεγαζόµενους χώρους. ΙΡ 44 & ΙΡ 54: Σε αυτούς το κέλυφος είναι κλειστό και δεν µπορεί να εισέλθει ή να εξέλθει αέρας. Η µεταφορά θερµότητας γίνεται από τα ενεργά µέρη προς το κέλυφος µε εσωτερική ανάδευση λόγω περιστροφής ή και µε ανεµιστήρα και ακολούθως από το κέλυφος στον εξωτερικό χώρο µε φυσική κυκλοφορία αέρα. Είναι κατάλληλοι για στεγαζόµενους χώρους, µε επιφύλαξη κατάλληλοι για υπαίθριους χώρους (π.χ. µικρό στέγαστρο, κατάλληλη βαφή).

ΜΑΘΗΜΑ 5 – ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΚΙΝΗΣΗΣ – ΜΕΡΟΣ Α Τεχνικά χαρακτηριστικά Χαρακτηριστικά εξόδου: Ισχύς κινητήρα: Η ονοµαστική ισχύς [kW, PS] ενός κινητήρα είναι η µηχανική ισχύς που αποδίδει στον άξονά του και συνήθως είναι η μέγιστη διαρκώς επιτρεπόμενη ισχύς που αντέχει ο κινητήρας για: συνεχή λειτουργία θερµοκρασία µέσου ψύξεως µέχρι 400C υψόµετρο µέχρι 1000 m ονοµαστική συχνότητα και τάση µη εµποδισµένη ψύξη Σε περίπτωση που υπάρχουν αποκλίσεις από τις παραπάνω συνθήκες, για την επιτρεπόµενη ισχύ ισχύουν ποσοστά της ονοµαστικής ισχύος. Τα διάφορα είδη λειτουργίας κινητήρων στις διάφορες εφαρµογές έχουν τυποποιηθεί (υπάρχουν 8 τυποποιηµένα είδη λειτουργίας) π.χ.: συνεχή λειτουργία (σύµβολο S1) που είναι η πιο συνηθισµένη (π.χ. αντλιοστάσιο) και αυτή η λειτουργία υπονοείται για κάποιο κινητήρα αν δεν αναφέρεται κάποιο άλλο στοιχείο βραχυχρόνια λειτουργία (σύµβολο S2) π.χ. διάρκειας 5 min περιοδικές λειτουργίες (σύµβολα S3, ... S8) µε εκκινήσεις, πεδήσεις κ.λ.π. Τα ονοµαστικά στοιχεία του κινητήρα αναφέρονται συνήθως στη συνεχή λειτουργία S1 (αν δεν γίνεται άλλη ιδιαίτερη αναφορά).

ΜΑΘΗΜΑ 5 – ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΚΙΝΗΣΗΣ – ΜΕΡΟΣ Α Τεχνικά χαρακτηριστικά Χαρακτηριστικά εξόδου: Ισχύς κινητήρα: Η ονοµαστική ισχύς του κινητήρα πρέπει να εκλέγεται κατά το δυνατόν ίση µε το µέγιστο φορτίο που πρόκειται να εξυπηρετήσει. Σε οποιαδήποτε άλλη περίπτωση υπάρχουν µειονεκτήµατα: υποφόρτιση του κινητήρα (φορτίο µικρότερο του ονοµαστικού ή αντίστοιχα εκλογή µεγαλύτερου κινητήρα) συνεπάγεται µικρότερο συντελεστή ισχύος, µικρότερο βαθµό απόδοσης, µεγαλύτερο κόστος εγκατάστασης, µεγαλύτερο ρεύµα εκκίνησης, µεγαλύτερες διατοµές αγωγών και ασφάλειες. (Ωστόσο ,ενδέχεται, αν λόγoι δύσκολης εκκίνησης το επιβάλλουν (π.χ. φορτία σταθερής ροπής, όπως εµβολοφόροι συμπιεστές) να εκλέξουμε κινητήρα με μεγαλύτερη ισχύ από την ονομαστική ισχύ του φορτίου.) υπερφόρτιση του κινητήρα (φορτίο µεγαλύτερο του ονοµαστικού ή αντίστοιχα εκλογή µικρότερου κινητήρα) σηµαίνει ότι ίσως η ισχύς δεν επαρκεί για να κινηθεί το φορτίο, θερµική καταπόνηση του κινητήρα λόγω αύξησης του ρεύµατος, οπότε µπορεί να προκληθεί βλάβη στον κινητήρα.

ΜΑΘΗΜΑ 5 – ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΚΙΝΗΣΗΣ – ΜΕΡΟΣ Α Τεχνικά χαρακτηριστικά Χαρακτηριστικά εξόδου: Ροπή και ταχύτητα περιστροφής: Για τη ροπή Μ στον άξονα του κινητήρα, δεδοµένου ότι η ισχύς P[W] στον άξονα του κινητήρα είναι Ρ = Μω προκύπτει: όπου για την ταχύτητα περιστροφής n [rpm, στροφές ανά λεπτό, στp/min ή απλώς στροφές), έχουµε λόγω ολίσθησης:   όπου S = ολίσθηση [%] π.χ. 9% για µικρούς κινητήρες (π.χ. 200 W) και 0.6% για µεγάλους κινητήρες (π.χ. 200 kW).

ΜΑΘΗΜΑ 5 – ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΚΙΝΗΣΗΣ – ΜΕΡΟΣ Α Τεχνικά χαρακτηριστικά Χαρακτηριστικά εξόδου: Χαρακτηριστική ροπής-ταχύτητας: Το σηµείο λειτουργίας προκύπτει από την τοµή της καµπύλης που δείχνει τη σχέση µεταξύ ροπής και ταχύτητας (στροφών) ενός τριφασικού ασύγχρονου κινητήρα και της καµπύλη ροπής - στροφών ενός φορτίου.

ΜΑΘΗΜΑ 5 – ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΚΙΝΗΣΗΣ – ΜΕΡΟΣ Α Τεχνικά χαρακτηριστικά Χαρακτηριστικά εισόδου: Ηλεκτρική ισχύς εισόδου: Η ηλεκτρική ισχύς Ρηλ. [W] που απορροφά από το δίκτυο ένας κινητήρας είναι µεγαλύτερη από την ονοµαστική ισχύ Ρ (στην έξοδο) του κινητήρα, διότι υπεισέρχεται ο βαθµός απόδοσης η του κινητήρα: Ρεισ W = Ρ/η Υπενθυμίζεται ότι: Ρεισ W= Vlcοsφ για µονοφασικούς κινητήρες Ρεισ W = √3 Vlcοsφ για τριφασικούς κινητήρες Οι ονοµαστικές τιµές, για το βαθµό απόδοσης η και το συντελεστή ισχύος cοsφ που δίνει ο κατασκευαστής, ισχύουν µόνο όταν ο κινητήρας λειτουργεί µε το ονοµαστικό του φορτίο και εξαρτώνται από το µέγεθος και τη σχεδίαση του κινητήρα. Οταν ο κινητήρας λειτουργεί µε φορτίο διάφορο του ονοµαστικού, ισχύουν διαφορετικές τιµές για τα η και cοsφ.

ΜΑΘΗΜΑ 5 – ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΚΙΝΗΣΗΣ – ΜΕΡΟΣ Α Τεχνικά χαρακτηριστικά Χαρακτηριστικά εισόδου: Τάση: Οι κινητήρες αποδίδουν την ονοµαστική τους ισχύ αν η τάση τροφοδοτήσεως είναι στα όρια ± 5% της ονοµαστικής και υπό την προϋπόθεση ότι λειτουργούν µε την ονοµαστική συχνότητα. Αύξηση (μείωση) της τάσεως για σταθερή ισχύ εξόδου σηµαίνει αφ' ενός µεν αύξηση (μείωση) όχι αναγκαστικά αναλογικά: του ρεύµατος εκκινήσεως, της ροπής εκκινήσεως, της ροπής ανατροπής, της ταχύτητας, του ρεύµατος µαγνητίσεως (κόρος), της πυκνότητας µαγνητικής ροής και των απωλειών σιδήρου. Συχνότητα: Μεταβολή της συχνότητας (για σταθερή ισχύ εξόδου) συνεπάγεται µεταβολή της ταχύτητας αλλά και των υπόλοιπα µεγεθών του κινητήρα.

ΜΑΘΗΜΑ 5 – ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΚΙΝΗΣΗΣ – ΜΕΡΟΣ Α Σύνδεση με το δίκτυο Τα τυλίγµατα των κινητήρων αντέχουν διαρκώς τη µέγιστη τάση (± 5%) για την οποία είναι κατασκευασµένα. Δεν επιτρέπεται να συνδεθούν συνεχώς, έστω και στην εκκίνηση, σε µεγαλύτερη τάση διότι αυτό συνεπάγεται µεγαλύτερα ρεύµατα µε αποτέλεσµα πιθανή υπερθέρµανση. Στην πινακίδα που φέρει κάθε κινητήρας αναγράφεται (πέραν των άλλων ονοµαστικών µεγεθών) η συνδεσµολογίες των τυλιγµάτων (τρίγωνο, αστέρας) και η τάσεις (πολική του δικτύου) για τον συνδυασµό των οποίων ο κινητήρας µπορεί να λειτουργήσει χωρίς πρόβληµα. Εχοντας κατά νου τη γνωστή σχέση Υπ=√3 Υφ, εύκολα τότε προκύπτει η µέγιστη τάση στην οποία αντέχει το κάθε τύλιγµα π.χ. 380Δ: Αυτό σηµαίνει ότι τυλίγµατα συνδεδεµένα κατά τρίγωνο µπορούν να συνδεθούν σε πολική τάση δικτύου 380V. Εποµένως, η µέγιστη επιτρεπόµενη τάση στα άκρα κάθε τυλίγµατος είναι 380V. 220Δ/380Υ: Αυτό σηµαίνει ότι τυλίγµατα συνδεδεµένα κατά τρίγωνο µπορούν να συνδεθούν σε δίκτυο πολικής τάσεως 220V. Αρα η µέγιστη επιτρεπόµενη τάση κάθε τυλίγµατος είναι 220V. Επίσης, ο κινητήρας µπορεί να λειτουργήσει χωρίς πρόβληµα αν τα τυλίγµατα συνδεθούν κατά αστέρα και συνδεθούν σε δίκτυο πολικής τάσεως 380V, διότι και στην περίπτωση αυτή η τάση που θα εφαρµόζεται στα άκρα κάθε τυλίγµατος είναι 380V/√3 = 220 V. Αυτονόητο είναι ότι µικρότερη τάση (από τη µέγιστη επιτρεπόµενη) µπορεί να εφαρµοσθεί σε κάθε τύλιγµα.

ΜΑΘΗΜΑ 5 – ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΚΙΝΗΣΗΣ – ΜΕΡΟΣ Α Σύνδεση με το δίκτυο Σε ένα τριφασικό κινητήρα, τα 6 άκρα των τριών τυλιγµάτων (δύο άκρα ανά τύλιγµα) του στάτη απολήγουν σε 6 ακροδέκτες στο κιβώτιο ακροδεκτών. Η σύνδεση των τυλιγµάτων σε αστέρα ή τρίγωνο µπορεί να γίνει εξωτερικά µε µικρά ορειχάλκινα λαμάκια: Τέλος, µεταξύ των ακροδεκτών κινητήρα και του δικτύου παρεµβάλλεται διακόπτης για διακοπή της γραµµής σε όλους τους πόλους, στοιχεία προστασίας, εκκινητής, διακόπτης εκκίνησης Υ/Δ, διακόπτης αναστροφής για την αλλαγή της φοράς περιστροφής, διακόπτης αλλαγής της ταχύτητας περιστροφής κ.λ.π.

ΜΑΘΗΜΑ 5 – ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΚΙΝΗΣΗΣ – ΜΕΡΟΣ Α ΤΕΛΟΣ