ΜΟΝΟΦΑΣΙΚΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ

1. ΓΕΝΙΚΑ Ως γνωστό στα σπίτια μας χρησιμοποιούμε μονοφασικό εναλλασσόμενο ρεύμα . Σε αυτές τις περιπτώσεις οι κινητήρες θα πρέπει να είναι μονοφασικοί και να λειτουργούν με εναλλασσόμενο ρεύμα . Τέτοιοι κινητήρες είναι : α . Οι ασύγχρονοι μονοφασικοί κινητήρες β . Οι μονοφασικοί κινητήρες με συλλέκτη 2. ΑΣΥΓΧΡΟΝΟΙ ΜΟΝΟΦΑΣΙΚΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ Αν σε ένα ασύγχρονο τριφασικό κινητήρα , ο οποίος εργάζεται με μικρό φορτίο ή χωρίς φορτίο , διακοπεί μία από τις τρεις φάσεις , παρατηρούμε ότι ο κινητήρας εξακολουθεί να περιστρέφεται. Αν όμως σταματήσουμε τον κινητήρα και θελήσουμε πάλι να τον θέσουμε σε κίνηση , τροφοδοτώντας τον με δύο αντί με τρεις φάσεις , παρατηρούμε ότι δεν είναι δυνατό να ξεκινήσει μόνος του. Ο κινητήρας ξεκινά πάλι , αν με το χέρι ή με άλλο μέσο του δώσουμε περιστροφική ώθηση προς τη μια ή την άλλη κατεύθυνση. Παρατηρούμε επίσης , ότι τώρα ο κινητήρας στη λειτουργία του δεν μπορεί να αποδώσει όλη την ονομαστική του ισχύ , ούτε την αντίστοιχη ροπή . Όπως παρατηρούμε και από το σχήμα 1 , όταν σε ένα τριφασικό τύλιγμα συνδεδεμένο είτε σε αστέρα είτε σε τρίγωνο , αφαιρέσουμε την τάση τροφοδοσίας , τότε το τριφασικό τύλιγμα μετατρέπεται σε μονοφασικό που τροφοδοτείται από δύο φάσεις R , T . Σχήμα 1 . Τροφοδότηση τριφασικού κινητήρα από δύο φάσεις Από όσα αναφέραμε στα προηγούμενα, βγαίνει το συμπέρασμα ότι ο ασύγχρονος κινητήρας με μονοφασικό τύλιγμα δεν μπορεί να ξεκινήσει μόνος του. Αυτό συμβαίνει διότι μονοφασικό τύλιγμα τροφοδοτούμενο από εναλλασσόμενο ρεύμα δεν μπορεί να δημιουργήσει στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο που είναι απαραίτητο για την περιστροφή του δρομέα . Δηλαδή ο συγκεκριμένος μονοφασικός κινητήρας δεν παράγει ροπή εκκίνησης . Όταν όμως τον υποβοηθήσουμε προσδίδοντας του μια περιστροφική ώθηση , τότε αυτός συνεχίζει να περιστρέφεται . Αυτό συμβαίνει διότι όταν περιστραφεί ο δρομέας που βρίσκεται μέσα σε μαγνητικό πεδίο, παρασύροντας και το επαγωγικό τύλιγμα , τότε σε αυτό δημιουργείται επαγωγική τάση , η οποία με τη σειρά της δημιουργεί εναλλασσόμενο ρεύμα το οποίο με την σειρά του δημιουργεί μαγνητικό πεδίο στο δρομέα . Αυτό το μαγνητικό πεδίο του δρομέα μαζί με το προϋπάρχον μαγνητικό πεδίο του στάτη δημιουργεί στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο που παρασύρει τον δρομέα σε περιστροφική κίνηση . Σχήμα 2 . Μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο στάτη και δρομέα Σχήμα 3 . Δημιουργία στρεφόμενου μαγνητικού πεδίου από δύο μαγνητικά πεδία Για να δημιουργηθεί όμως στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο θα πρέπει πρώτα να περιστραφεί ο δρομέας . Άρα αρχικά θα πρέπει να βρούμε έναν τρόπο ώστε ενώ είναι ακίνητος ο δρομέας και δεν μπορεί να δημιουργήσει μαγνητικό πεδίο , να δημιουργεί κάποιος άλλος μηχανισμός το δεύτερο μαγνητικό πεδίο ώστε μαζί με το μαγνητικό πεδίο του στάτη να δημιουργούνε το αρχικό στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο που θα περιστρέψει αρχικά τον δρομέα . Αυτός ο μηχανισμός είναι ένα δεύτερο τύλιγμα , που ονομάζεται βοηθητικό και τοποθετείται στον στάτη , ώστε μαζί με το αρχικό τύλιγμα , που ονομάζεται κύριο τύλιγμα , να δημιουργήσουν στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο . Τα δύο τυλίγματα συνδέονται μεταξύ τους παράλληλα . Σχήμα 4 . Συνδεσμολογία κύριου και βοηθητικού τυλίγματος σε ασύγχρονο μονοφασικό κινητήρα Σχήμα 5 . Συνδεσμολογία κύριου και βοηθητικού τυλίγματος σε ασύγχρονο μονοφασικό κινητήρα Το περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο του στάτη , είναι απαραίτητο μόνο για την εκκίνηση του κινητήρα. Όταν ο κινητήρας επιταχυνθεί στο 80% περίπου της ονομαστικής ταχύτητας περιστροφής , τότε το βοηθητικό τύλιγμα αποσυνδέεται από το κύκλωμα και ο κινητήρας συνεχίζει με ενεργοποιημένο μόνο το κύριο τύλιγμα. Οι κινητήρες , συνήθως , για την αποσύνδεση του βοηθητικού τυλίγματος χρησιμοποιούν κάποιο φυγοκεντρικό διακόπτη . Ο φυγοκεντρικός διακόπτης , συνδέεται σε σειρά με το βοηθητικό τύλιγμα και περιλαμβάνει κάποια βάρη με ελατήρια .Όταν ο άξονας του κινητήρα είναι ακίνητος ,τότε τα ελατήρια συγκρατούν κάποια ροδέλα σε επαφή με την κινούμενη επαφή του διακόπτη .Η ροδέλα μεριμνά έτσι ώστε να κλείνει το κύκλωμα μεταξύ της κινούμενης και της σταθερής επαφής του διακόπτη. Όταν ο δρομέας επιταχυνθεί με το 80% της ονομαστικής ταχύτητας περιστροφής ,τότε η φυγόκεντρη δύναμη υπερνικά τη δύναμη των ελατηρίων . Η ροδέλα μαζεύεται με αποτέλεσμα ο διακόπτης να ανοίγει και να αποσυνδέει από το κύκλωμα , το βοηθητικό τύλιγμα .Το βοηθητικό τύλιγμα σ' αυτόν τον τύπο κινητήρων, προορίζεται αποκλειστικά και μόνο για την εκκίνηση . Εάν δεν αποσυνδεθεί από το κύκλωμα ,τότε θα καταστραφεί από την υπερβολική ροή ρεύματος κατά τη διάρκεια λειτουργίας του κινητήρα . Εικόνα 1 . Φυγοκεντρικός διακόπτης Όμως βασική προϋπόθεση ώστε δύο μαγνητικά πεδία να δημιουργήσουν στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο είναι τα ρεύματα από τα οποία προέρχονται να έχουν μεταξύ τους διαφορά φάσης . Γνωρίζουμε από την Ηλεκτροτεχνία ότι για να μεταβάλλω την φάση σε έναν κλάδο σε σχέση με κάποιον άλλο παράλληλο κλάδο , θα πρέπει να συνδέσω σε σειρά με τον κλάδο ωμική ή επαγωγική ή χωρητική αντίσταση (βλέπε Ηλεκτροτεχνία σελ.379). Το παραπάνω συμπέρασμα χρησιμοποιήσαμε ώστε να κατασκευάσουμε μονοφασικούς κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος βασιζόμενοι σε τρεις τεχνικές : α . Κινητήρες με αντίσταση β . Κινητήρες με πυκνωτή ή πυκνωτές γ . Κινητήρες με βραχυκυκλωμένο στάτη 2.1 Κινητήρες με αντίσταση Κατασκευάζουμε το βοηθητικό τύλιγμα με αγωγό μικρής διατομής και πολλές σπείρες με αποτέλεσμα να αυξάνεται η ωμική του αντίσταση . Μπορούμε επίσης , για να αυξήσουμε ακόμα περισσότερο την ωμική αντίσταση του τυλίγματος , να προσθέσουμε σε σειρά με αυτό μια ωμική αντίσταση . Πλέον το κύριο τύλιγμα του στάτη έχει επαγωγικό χαρακτήρα ενώ το βοηθητικό τύλιγμα του στάτη έχει ωμικό χαρακτήρα και αφού τοποθετούνται παράλληλα , τα αντίστοιχα ρεύματα τους παρουσιάζουν διαφορά φάσης . Σχήμα 6 . Δημιουργία διαφοράς φάσης μεταξύ των ρευμάτων του κύριου και του βοηθητικού τυλίγματος σε ασύγχρονο μονοφασικό κινητήρα με αντίσταση Οι μονοφασικοί κινητήρες αντιστάσεως έχουν μεγάλο πεδίο εφαρμογής ως κινητήρες μικρής ισχύος (μέχρι 3/4ΗΡ) για την κίνηση ανεμιστήρων, μηχανών γραφείου, ηλεκτροκίνητων εργαλείων , πλυντηρίων , καυστήρων κλπ. Έχουν μικρή ροπή εκκίνησης και παράγουν θόρυβο . 2.2 Κινητήρες με πυκνωτή ή πυκνωτές Σε σειρά με το βοηθητικό τύλιγμα τοποθετούμε πυκνωτή ώστε να μεταβληθεί η φάση του ρεύματος που διαρρέει το βοηθητικό τύλιγμα σε σχέση με το κύριο . Με την σωστή επιλογή πυκνωτή μπορούμε τα δύο ρεύματα να έχουν διαφορά φάσης 90ο . Σχήμα 7 . Δημιουργία διαφοράς φάσης μεταξύ των ρευμάτων του κύριου και του βοηθητικού τυλίγματος σε ασύγχρονο μονοφασικό κινητήρα με πυκνωτή Σ' ένα χωρητικό κύκλωμα (με πυκνωτή), το ρεύμα προηγείται της τάσης. Η γωνία κατά την οποία το ρεύμα προηγείται ή έπεται (καθυστερεί) έναντι της τάσης , είναι η γωνία φάσης .Ένας πυκνωτής επιλέγεται για να κάνει αυτή τη γωνία φάσης περισσότερο αποτελεσματική για την εκκίνηση του κινητήρα. Αυτός ο πυκνωτής δε σχεδιάζεται για να χρησιμοποιείται όσο ο κινητήρας λειτουργεί και πρέπει να απομονώνεται από το κύκλωμα αμέσως μετά την εκκίνηση του κινητήρα. Αυτό γίνεται την ίδια χρονική στιγμή , κατά την οποία το βοηθητικό τύλιγμα αποσυνδέετε από το κύκλωμα . Οι Α.Μ.Κ. με πυκνωτή κατασκευάζονται για ισχείς μέχρι 3 ΗΡ και χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές που είναι απαραίτητη μεγαλύτερη ροπή εκκίνησης . Χρησιμοποιούνται δηλαδή σε συσκευές που πρέπει να ξεκινούν με φορτίο . Για να έχουμε την καλύτερη δυνατή ροπή εκκίνησης και τις καλύτερες συνθήκες λειτουργίας , μπορούμε εκτός από τον πυκνωτή εκκίνησης να χρησιμοποιήσουμε και έναν πυκνωτή λειτουργίας που συνδέεται παράλληλα στο βοηθητικό τύλιγμα και παραμένει εντός κυκλώματος καθ’ όλη την λειτουργία του κινητήρα σε αντίθεση με το πυκνωτή λειτουργίας που αποσυνδέεται μαζί με το βοηθητικό κύκλωμα με την χρήση του φυγοκεντρικού διακόπτη . Σχήμα 8 . Σύνδεση πυκνωτή εκκίνησης και πυκνωτή λειτουργίας σε ασύγχρονο μονοφασικό κινητήρα Ως πυκνωτές εκκινήσεως είναι δυνατό να χρησιμοποιηθούν και ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές . Πρέπει όμως να έχουμε υπόψη μας , ότι αν για , οποιοδήποτε λόγο , δεν ανοίξει μετά την εκκίνηση ο φυγοκεντρικός διακόπτης, ο ηλεκτρολυτικός πυκνωτής θα καταστραφεί κατά τη λειτουργία του κινητήρα . Γι' αυτό είναι σκόπιμο να χρησιμοποιούμε πυκνωτές χαρτιού, είτε πρόκειται για πυκνωτές λειτουργίας είτε για πυκνωτές εκκινήσεως . 2.3 Κινητήρες με βραχυκυκλωμένο στάτη (Shaded pole motor) Οι κινητήρες αυτοί έχουν στάτη από μαγνητικά ελάσματα που σχηματίζουν πόλους . Οι πόλοι αυτοί χωρίζονται σε δυο μέρη. Στο ένα μέρος έχουν τοποθετηθεί 2 έως 3 βραχυκυκλωμένες σπείρες από χονδρό σύρμα. Το κύριο τύλιγμα του στάτη αποτελείται είτε από ένα κυλινδρικό πηνίο σε κάθε πόλο είτε , στους διπολικούς κινητήρες, από ένα μόνο πηνίο . Ο δρομέας φέρει τύλιγμα κλωβού. Ένα ποσοστό της μαγνητικής ροής που δημιουργεί το κύριο τύλιγμα , περνά μέσα από τις βραχυκυκλωμένες σπείρες και δημιουργεί από επαγωγή μέσα σε αυτές εναλλασσόμενο ρεύμα ,το οποίο έχει σημαντική φασική απόκλισης προς το ρεύμα του κύριου τυλίγματος .Άρα δημιουργείται από αυτό δεύτερη εναλλασσόμενη μαγνητική ροή ,η οποία έχει φασική απόκλιση ως προς τη μαγνητική ροή του κύριου τυλίγματος και είναι μετατοπισμένη ως προς αυτή . 'Έτσι δημιουργείται περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο ,το οποίο θέτει σε κίνηση τον κινητήρα. Οι κινητήρες αυτοί έχουν μικρό βαθμό απόδοσης και χρησιμοποιούνται σε πολλές μικρές συσκευές , όπου ο βαθμός αποδόσεως δεν έχει σοβαρή σημασία , όπως οικιακές ηλεκτρικές συσκευές (π.χ. ανεμιστήρες , στεγνωτήρες μαλλιών κτλ.), όταν δεν απαιτούν μεγάλη ροπή εκκινήσεως. Είναι κινητήρες φθηνοί και δεν παρουσιάσουν τακτικά βλάβες. Οι επαγωγικοί κινητήρες πόλων με βραχυκυκλωμένη σπείρα είναι αρκετά δημοφιλείς , λόγω της απλότητας και της μακροζωίας τους . Ένας τέτοιος κινητήρας , δεν διαθέτει ούτε τυλίγματα εκκίνησης, ούτε φυγοκεντρικό διακόπτη. Σχήμα 9. Δημιουργία στρεφόμενου μαγνητικού πεδίου σε ασύγχρονο μονοφασικό κινητήρα με βραχυκυκλωμένο στάτη Θεωρητική Διερεύνηση: Επιλογή Κατάλληλου Τύπου Μονοφασικού Κινητήρα Σενάριο: Έχεις αναλάβει τον σχεδιασμό ενός μικρού οικιακού ανεμιστήρα, ενός συμπιεστή ψυγείου και ενός μικρού αντλητικού συστήματος. Πρέπει να επιλέξεις ποιον τύπο μονοφασικού κινητήρα θα χρησιμοποιήσεις σε κάθε περίπτωση. Οι διαθέσιμοι τύποι είναι: α. Κινητήρας με βοηθητικό τύλιγμα και αντίσταση (Resistance Start Motor) β. Κινητήρας με έναν ή δύο πυκνωτές (Capacitor Start ή Capacitor Start & Run Motor) γ. Κινητήρας με σκιασμένο πόλο / βραχυκυκλωμένο τμήμα στάτη (Shaded Pole Motor) Εκφώνηση Μελέτησε τα χαρακτηριστικά των τριών τύπων κινητήρων: Ροπή εκκίνησης Απόδοση Καταλληλότητα για συνεχή λειτουργία Πολυπλοκότητα και κόστος Τυπικές εφαρμογές Για κάθε μία από τις παρακάτω περιπτώσεις, επίλεξε τον καταλληλότερο τύπο κινητήρα και αιτιολόγησε την επιλογή σου: Εφαρμογή Επιλεγμένος Τύπος Κινητήρα Αιτιολόγηση Οικιακός ανεμιστήρας ……………………………………… ……………………………………………………………………………………………… Συμπιεστής ψυγείου ……………………………………… ……………………………………………………………………………………………… Μικρή αντλία νερού ……………………………………… ……………………………………………………………………………………………… Υπενθύμιση : Ο κινητήρας με αντίσταση έχει απλό σχεδιασμό και χρησιμοποιείται σε εφαρμογές με μέτρια ροπή εκκίνησης. Ο κινητήρας με πυκνωτή προσφέρει υψηλότερη ροπή εκκίνησης και καλύτερη απόδοση. Ο κινητήρας με σκιασμένο πόλο είναι χαμηλής ισχύος, με απλή κατασκευή, αλλά χαμηλή απόδοση και ροπή. Κριτήρια Αξιολόγησης Κριτήριο Βαθμός Ορθότητα επιλογής /5 Πληρότητα και τεκμηρίωση αιτιολόγησης /5 Κατανόηση χαρακτηριστικών /5 2.4 Αλλαγή φοράς περιστροφής Η φορά περιστροφής του κινητήρα , προσδιορίζεται από τη φορά του περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου, το οποίο δημιουργείται από τα τυλίγματα λειτουργίας και εκκίνησης , κατά την αρχική ενεργοποίηση του κινητήρα. Η φορά περιστροφής του κινητήρα ,μπορεί να αναστραφεί αλλάζοντας τη σύνδεση των ακροδεκτών είτε του τυλίγματος εκκίνησης είτε του τυλίγματος λειτουργίας, αλλά όχι και των δύο τυλιγμάτων ταυτόχρονα. Εάν αποσυνδεθεί το τύλιγμα εκκίνησης, ο κινητήρας μπορεί να λειτουργήσει προς οποιαδήποτε κατεύθυνση , περιστρέφοντας το ρότορα χειροκίνητα με την επιθυμητή φορά. Εξαίρεση αποτελεί ο κινητήρες με βραχυκυκλωμένο στάτη ο οποίος δεν διαθέτει βοηθητικό τύλιγμα . Για να αλλάξει η φορά περιστροφής του θα πρέπει να διαθέτει δύο μαγνητικά κυκλώματα σπειρών και ανάλογα με τις σπείρες που βραχυκυκλώνουμε θα ελέγχουμε την φορά του Σχήμα 10. Αλλαγή φοράς περιστροφής σε ασύγχρονο μονοφασικό κινητήρα με βραχυκυκλωμένο στάτη 2.5 Έλεγχος της ταχύτητας Γενικά η ταχύτητα των μονοφασικών επαγωγικών κινητήρων είναι δυνατό να ελέγχεται με τον ίδιο τρόπο που ελέγχεται στους πολυφασικούς επαγωγικούς κινητήρες. Αυτό γίνεται με τις ακόλουθες τεχνικές: 1. Μεταβολή της συχνότητας στον στάτη. 2. Μεταβολή του αριθμού των πόλων. 3. Μεταβολή της τάσης εισόδου U . Σε πρακτικές εφαρμογές , που εμπλέκονται κινητήρες με σχετικά μεγάλη ολίσθηση, η πιο συνηθισμένη μέθοδος ελέγχου της ταχύτητας είναι η ρύθμιση της τάσης εισόδου του κινητήρα . Η τάση που εφαρμόζεται σ' έναν κινητήρα είναι δυνατό να μεταβάλλεται με έναν από τους τρεις παρακάτω τρόπους: 1. Είναι δυνατό να χρησιμοποιείται ένας αυτομετασχηματιστής για τη συνεχή ρύθμιση της τάσης γραμμής. Αυτή είναι η πιο δαπανηρή μέθοδος ελέγχου της ταχύτητας με ρύθμιση της τάσης και χρησιμοποιείται, μόνο όταν απαιτείται πολύ ομαλή ρύθμιση της ταχύτητας. 2. Είναι δυνατό να χρησιμοποιείται ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα με SCR ή με TRIAC , όπου με έλεγχο φάσης μειώνεται η ενεργός τιμή της τάσης που εφαρμόζεται στον κινητήρα . Μ' αυτή τη μέθοδο η εναλλασσόμενη κυματoμoρφή τεμαχίζεται, και κατά κάποιον τρόπο αυξάνονται ο θόρυβος και οι δονήσεις στον κινητήρα. Τα κυκλώματα ελέγχου με ηλεκτρονικούς διακόπτες είναι σχετικά φθηνότερα από τους αυτομετασχηματιστές και στις μέρες μας γίνονται όλο και περισσότερο κοινά. 3. Στο κύκλωμα του στάτη είναι δυνατό να εισάγεται μια αντίσταση σε σειρά. Πρόκειται για τη φθηνότερη μέθοδο ρύθμισης της τάσης , που παρουσιάζει το μειονέκτημα ότι αρκετή ισχύς χάνεται στην αντίσταση, πράγμα που προκαλεί μείωση της συνολικής απόδοσης κατά τη μετατροπή της ισχύος . 3. ΜΟΝΟΦΑΣΙΚΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΜΕ ΣΥΛΛΕΚΤΗ Οι ασύγχρονοι μονοφασικοί κινητήρες , τους οποίους εξετάσαμε, αν και έχουν πολύ καλά χαρακτηριστικά λειτουργίας ,δεν είναι κινητήρες μεταβλητής ταχύτητας. Το μειονέκτημα αυτό, το οποίο σε ορισμένες ειδικές περιπτώσεις αποτελεί λόγο αποκλεισμού αυτών των κινητήρων , καλύπτουν οι κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος με συλλέκτη . Οι κινητήρες αυτοί, εκτός από το ότι επιτρέπουν λεπτομερή ρύθμιση της ταχύτητας περιστροφής σε μεγάλα όρια, έχουν επίσης ικανοποιητική ροπή εκκινήσεως , ψηλό συντελεστή ισχύος και καλό βαθμό αποδόσεως. Οι κινητήρες με συλλέκτη διακρίνονται σε δυο κατηγορίες : Στους μονοφασικούς και στους τριφασικούς . Σε κάθε κατηγορία υπάρχουν πολλοί τύποι. Οι μονοφασικοί κινητήρες με συλλέκτη διακρίνονται σε: α) Κινητήρες σειράς .β) Κινητήρες Γιουνιβέρσαλ, που είναι μια παραλλαγή των κινητήρων σειράς και γ) κινητήρες αντιδράσεως . Οι κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος με συλλέκτη είναι κινητήρες διέγερσης σειράς δηλαδή το τύλιγμα του στάτη και του δρομέα συνδέονται σε σειρά. Αυτό συμβαίνει διότι γνωρίζουμε ότι για να αλλάξει η φορά περιστροφής ενός κινητήρα με συλλέκτη , θα πρέπει να αλλάξει η φορά του ρεύματος του τυλίγματος του δρομέα ή του τυλίγματος του στάτη . Αντίθετα εάν αλλάξει η φορά του ρεύματος ταυτόχρονα και στα δύο τυλίγματα τότε η φορά περιστροφής του δρομέα παραμένει αμετάβλητη . Εάν το τύλιγμα του στάτη και του δρομέα συνδέονται σε σειρά τότε η φορά του εναλλασσόμενου ρεύματος αλλάξει ταυτόχρονα σε κάθε ημιπερίοδο άρα ο κινητήρας δεν αλλάζει φορά περιστροφής . Αντίθετα εάν το τύλιγμα του στάτη και του δρομέα συνδέονται παράλληλα τότε , επειδή τα δύο τυλίγματα δεν έχουν την ίδια σύνθετη αντίσταση , κατά την αλλαγή της φοράς του ρεύματος σε κάθε ημιπερίοδο , θα αλλάζει πρώτα η φορά του ρεύματος του τυλίγματος του δρομέα και μετά η φορά του ρεύματος του τυλίγματος του στάτη λόγω του επαγωγικού του χαρακτήρα .΄ Σχήμα 11. Συνδεσμολογία ασύγχρονου μονοφασικού κινητήρα με συλλέκτη , σειράς 3.1 Κινητήρες Σειράς Κατασκευάζονται για μεγάλες σχετικά ισχείς και τάσεις (μέχρι 800 V) και έχουν καλή προσαρμογή στις μεταβολές του φορτίου . Χρησιμοποιούνται κυρίως για την κίνηση ηλεκτρικών οχημάτων και βαρούλκων , στα ανυψωτικά μηχανήματα κλπ . Ο στάτης τους αποτελείται από μονοφασικό τύλιγμα τοποθετημένο σε οδοντώσεις . Η ομαλή εκκίνηση τους πραγματοποιείται με αυτομετασχηματιστές . Θεωρητικά ένας κινητήρας εναλλασσόμενου ρεύματος με συλλέκτη μοιάζει με έναν κινητήρα συνεχούς ρεύματος διέγερσης σειράς . Παρόλαυτα το εναλλασσόμενο ρεύμα που χρησιμοποιείται έχει ως αποτέλεσμα την δημιουργία μεταβαλλόμενου μαγνητικού πεδίου από το τύλιγμα του στάτη το οποίο με τη σειρά του δημιουργεί απώλειες δινορευμάτων και υστέρησης στους πυρήνες των μαγνητικών πόλων και στο ζύγωμα . Για την αποφυγή αυτών των απωλειών θα πρέπει οι πυρήνες των μαγνητικών πόλων και το ζύγωμα να κατασκευάζονται από λεπτά μαγνητικά ελάσματα . Σε αντίθετη περίπτωση θα είχαμε υπερθέρμανση των μαγνητικών πόλων . Επίσης οι απώλειες δινορευμάτων και υστέρησης μειώνονται με την μείωση της συχνότητας του εναλλασσόμενου ρεύματος που τροφοδοτούμε τον στάτη. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο σε ορισμένες περιπτώσεις στην ηλεκτρική έλξη , όπου κυρίως έχουν εφαρμογή οι μονοφασικοί κινητήρες σειράς, χρησιμοποιούνται συχνότητες 25 ΗΖ στην Αμερική ή 16 2/3 ΗΖ στην Ευρώπη Σημείωση : Θυμηθείτε ότι οι μαγνητικές απώλειες δινορρευμάτων είναι ανάλογες της συχνότητας του ρεύματος από το οποίο δημιουργούνται. Επίσης οι βραχυκυκλωμένες σπείρες του δρομέα βρίσκονται μέσα σε μαγνητικό πεδίο με αποτέλεσμα την δημιουργία επαγωγικών ρευμάτων τα οποία δημιουργούν σπινθηρισμούς στο συλλέκτη . Αυτό το πρόβλημα αντιμετωπίζεται με χρήση βοηθητικού τυλίγματος που τοποθετείται σε σειρά με τα τυλίγματα του επαγωγικού τυμπάνου και του δρομέα . Επίσης στον δρομέα αναπτύσσονται τρεις διαφορετικές επαγωγικές τάσεις : Η πρώτη οφείλεται στην περιστροφή του δρομέα μέσα στο εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο του στάτη (επαγωγή) . Η δεύτερη οφείλεται στη μαγνητική ροή του στάτη που διαπερνά το τύλιγμα του δρομέα (επαγωγική) . Η τρίτη οφείλεται στο μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από το ρεύμα του δρομέα και διαπερνά το τύλιγμα του δρομέα (αυτεπαγωγική) Το αλγεβρικό άθροισμα των παραπάνω ΗΕΔ πρέπει να είναι μικρότερο της τάσης που αντέχουν οι ψήκτρες . Αυτό το πρόβλημα αντιμετωπίζεται με τύλιγμα αντιστάθμισης που τοποθετείται σε σειρά με τα τυλίγματα του επαγωγικού τυμπάνου και του δρομέα . Σχήμα 12. Σύνδεση τυλίγματος αντιστάθμιση και βοηθητικού τυλίγματος σε ασύγχρονου μονοφασικού κινητήρα με συλλέκτη , σειράς 3.2 Κινητήρες Universal Μοιάζουν με τους κινητήρες σειράς με την διαφορά ότι ο στάτης αποτελείται από προεξέχοντες μαγνητικούς πόλους . Κατασκευάζονται για ισχείς μέχρι 0,5 KW και για τάσεις προσαρμοσμένες στις τυποποιημένες τιμές του δικτύου Λειτουργούν καλά στο ΕΡ και στο ΣΡ στο οποίο έχουν μεγαλύτερη ταχύτητα κατά 15% .Έχουν πολύ μεγάλες ταχύτητες περιστροφής , από 3000 ως 8000 στρ/min και δίνουν μεγάλη ροπή . Χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές που χρειαζόμαστε κινητήρες με μικρό βάρος και μεγάλη ροπή όπως ηλεκτρικές σκούπες , ηλεκτρικά τρυπάνια , δισκοπρίονα , ραπτομηχανές κλπ. 3.3 Κινητήρες αντίδρασης Κατασκευάζονται για ισχύς από 0,5 έως 15 ΗΡ . Παρέχουν το πλεονέκτημα της μεγάλης δυνατότητας ρύθμισης στροφών , αλλά έχουν μεγάλο θόρυβο , χρειάζονται συχνή συντήρηση και οι στροφές τους εξαρτώνται από το φορτίο τους . Χρησιμοποιούνται σε περιορισμένες εφαρμογές όπως μηχανικά εργαλεία , αεροσυμπιεστές , αντλίες βενζίνης εργαλειομηχανές κλπ. Οι κινητήρες αυτοί έχουν στάτη με μονοφασικό τύλιγμα εναλλασσόμενου ρεύματος και δρομέα με τύλιγμα συνεχούς ρεύματος, τα άκρα των ομάδων του οποίου συνδέονται στο συλλέκτη .Το τύλιγμα του στάτη συνδέεται στο δίκτυο τροφοδοτήσεως και παράγει εναλλασσόμενο (μη περιστρεφόμενο) μαγνητικό πεδίο. Το τύλιγμα του δρομέα δεν συνδέεται ηλεκτρικά ούτε με το τύλιγμα του στάτη ούτε με το δίκτυο ηλεκτροδοτήσεως . Μία ομάδα ψηκτρών , έρχεται σε επαφή με τους τομείς του συλλέκτη . Η όλη κατασκευή, μοιάζει πολύ με το ρότορα και τις ψήκτρες μιας μηχανής ΣΡ. Ωστόσο ,οι ψήκτρες ενός κινητήρα αντίδρασης, είναι βραχυκυκλωμένες μεταξύ τους. Η λειτουργία τους , είναι η παροχή κάποιας διαδρομής ρεύματος μέσα από συγκεκριμένα τυλίγματα του ρότορα, και όχι η παροχή ισχύος στο ρότορα από κάποια εξωτερική πηγή. Με τη βοήθεια ενός χειροστρόφαλου μπορούμε να μεταθέσουμε τις ψήκτρες ώστε να βραχυκυκλώσουμε όποιο τύλιγμα του δρομέα θέλουμε . Αν και ο κινητήρας αντίδρασης δεν λειτουργεί με βάση την αρχή του περιστρεφόμενου πεδίου , αποτελεί έναν επαγωγικού τύπου κινητήρα. Όταν το τύλιγμα των μαγνητικών πόλων τροφοδοτηθεί με εναλλασσόμενο ρεύμα, τότε οι πόλοι παράγουν ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο. Το πεδίο αυτό, επάγει τάση στο τύλιγμα του δρομέα .Όταν οι ψήκτρες τοποθετηθούν στην κατάλληλη θέση, τότε μέσα από το τύλιγμα του δρομέα διέρχεται ρεύμα ,το οποίο παράγει ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο. Το μαγνητικό πεδίο του δρομέα απωθείται από το μαγνητικό πεδίο του στάτη , προκαλώντας την περιστροφή του δρομέα. Σχήμα 13. Θέσεις λειτουργίας κινητήρα αντίδρασης με μετακίνηση των ψηκτρών Στη θέση α ,οι ψήκτρες βρίσκονται κατά μήκος του άξονα των πόλων (ουδέτερη ζώνη) . Στη θέση αυτή, επάγεται μέγιστο ρεύμα , μέσω του τυλίγματος του δρομέα που βρίσκονται ακριβώς μεταξύ των πόλων. Το ρεύμα αυτό, παράγει μαγνητικό πεδίο αντίθετης πολικότητας με αυτό των πόλων με αποτέλεσμα να μην αναπτύσσεται καμία δύναμη και ο δρομέας να μην περιστρέφεται . Στη θέση β οι ψήκτρες έχουν τοποθετηθεί κάθετα ως προς τον άξονα των πόλων . Στη θέση αυτή , το κύκλωμα κλείνει μέσω του τυλίγματος του δρομέα , που βρίσκονται υπό ορθή γωνία ως προς τους πόλους. Στη θέση αυτή , δεν επάγεται ρεύμα σε κάποιο από τα πηνία του τυλίγματος του δρομέα και επομένως ο κινητήρας δεν παράγει καμία ροπή. Στη θέση γ οι ψήκτρες έχουν τοποθετηθεί υπό γωνία 0-90ο δεξιόστροφα, ως προς το μαγνητικό πεδίο του στάτη . Η επαγόμενη τάση στα πηνία του δρομέα, παράγει μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο. Το μαγνητικό πεδίο του δρομέα απωθείται από το μαγνητικό πεδίο του στάτη , με αποτέλεσμα ο δρομέας να περιστρέφεται δεξιόστροφα . Στη θέση δ οι ψήκτρες έχουν τοποθετηθεί υπό γωνία 0-90ο αριστερόστροφα, ως προς το μαγνητικό πεδίο του στάτη . Η επαγόμενη τάση στα πηνία του δρομέα, παράγει μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο. Το μαγνητικό πεδίο του δρομέα απωθείται από το μαγνητικό πεδίο του στάτη , με αποτέλεσμα ο δρομέας να περιστρέφεται αριστερόστροφα . Καταλαβαίνουμε λοιπόν ότι με την μεταβολή της θέσης των ψηκτρών μπορούμε να μεταβάλλουμε την φορά περιστροφής , την ταχύτητα περιστροφής καθώς και να πραγματοποιήσουμε πέδηση (φρενάρισμα) στον κινητήρα αντίδρασης . Σε άλλο τύπο κινητήρα αντίδρασης έχουμε σύστημα ανύψωσης ψηκτρών ώστε όταν η ταχύτητα του κινητήρα φθάσει στο 80% των ονομαστικών του στροφών , μετακινείται ένα δακτυλίδι που βραχυκυκλώνει τους τομείς του συλλέκτη και υψώνει τις ψήκτρες ώστε να μην ακουμπάνε στον συλλέκτη και να μην φθείρονται 3.4 ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ Οι κινητήρες Universal έχουν (όπως και οι κινητήρες σειράς ) συνδεδεμένα σε σειρά τα τυλίγματα του στάτη και του δρομέα. Οι κινητήρες σειράς (άρα και οι Universal) πρέπει να λειτουργούν πάντα με φορτίο γιατί σε αντίθετη περίπτωση αποκτούν πολλές στροφές με άμεσο κίνδυνο καταστροφής τους . Γι’ αυτό χρησιμοποιούνται φυγοκεντρικοί ρυθμιστές ή φυγοκεντρική πέδη , ώστε εάν ο κινητήρας μείνει χωρίς φορτίο να σταματήσει . Οι κινητήρες σειράς μπορούν να λειτουργήσουν ως γεννήτριες αποδίδοντας ηλεκτρική ενέργεια στο δίκτυο. Επειδή όμως το παραγόμενο ηλεκτρικό ρεύμα θα είναι συνεχές, ενώ το δίκτυο εναλλασσόμενο, κάτι τέτοιο είναι πρακτικά αδύνατο. Έτσι όταν η μηχανή λειτουργεί ως γεννήτρια, κλείνει κύκλωμα με αντιστάσεις στις οποίες καταναλώνεται η ενέργεια της πέδησης. Για παράδειγμα, στα ηλεκτρικά αυτοκίνητα, όταν ο οδηγός πατά φρένο, μία ξεχωριστή μονάδα ελέγχου ενεργοποιεί μια ή δύο ηλεκτρικές μηχανές που είναι τοποθετημένες στους άξονες. Αυτές παίρνουν κίνηση από τους άξονες και την μετατρέπουν σε ηλεκτρική ενέργεια (λειτουργούν δηλαδή ως γεννήτριες παράγοντας ηλεκτρική ενέργεια) με την οποία φορτίζουν την μπαταρία. Αυτή η ηλεκτρική πέδηση είναι αυτόματη. Ωστόσο, αν ο οδηγός θέλει να πετύχει γρηγορότερη πέδηση, τότε μπορεί να επέμβει χειροκίνητα. Για παράδειγμα, στην Mercedes EQC ή στο Audi E-Tron υπάρχουν τα paddles στο τιμόνι τα οποία παρέχουν στον οδηγό τρεις βαθμίδες επιβράδυνσης. Στην μεγαλύτερη βαθμίδα επιβράδυνσης, αφήνοντας απλά το γκάζι, το αυτοκίνητο φρενάρει χωρίς τη χρήση φρένων. Συνεπώς ο έλεγχος του αυτοκινήτου μπορεί να γίνει με ένα μόνο πεντάλ, αυτόν του γκαζιού. Συνοπτικά

Σκοπός του Κεφαλαίου Όταν θα έχετε ολοκληρώσει τη μελέτη του κεφαλαίου, ο μαθητής θα είναι σε θέση: Γνωστικοί Στόχοι (γνώσεις) Να αναγνωρίζει τον βασικό λόγο για τον οποίο ένας ασύγχρονος μονοφασικός κινητήρας δεν εκκινεί αυτόματα, μελετώντας τη θεωρία του κύριου και βοηθητικού τυλίγματος και να το εξηγεί με δικά του λόγια Να εξηγεί την χρησιμότητα του φυγοκεντρικού διακόπτη σε έναν ασύγχρονο μονοφασικό κινητήρα Να εξηγεί τον τρόπο με τον οποίο μπορούμε να αλλάξουμε την φορά περιστροφής ενός ασύγχρονου μονοφασικού κινητήρα Να περιγράφει τους τρόπους με τους οποίους μπορούμε να ελέγξουμε την ταχύτητα νός ασύγχρονου μονοφασικού κινητήρα Να εξηγεί τον λογο που τα τυλίγματα του στάτη και του δρομέα των μονοφασικοί κινητήρες με συλλέκτη συνδέονται σε σειρά και όχι παράλληλα Συναισθηματικοί Στόχοι (στάσεις) Να εκφράζει ενδιαφέρον όταν διερευνά τις εφαρμογές των μονοφασικών κινητήρων σε οικιακές/βιομηχανικές συσκευές. Να επιδεικνύει θετική στάση συνεργασίας όταν αναλύει σε μικρές ομάδες τα πλεονεκτήματα/μειονεκτήματα των διάφορων κινητήρων. Ψυχοκινητικοί Στόχοι (δεξιότητες) Να σχεδιάζει απλό σχηματικό διάγραμμα που αναπαριστά τη σύνδεση κύριου και βοηθητικού τυλίγματος με πυκνωτή Να εξομοιώνει τον τρόπο αλλαγής φοράς περιστροφής μέσω αντιστροφής της σύνδεσης του βοηθητικού τυλίγματος Να επιλέγει τον κατάλληλο ασύγχρονο μονοφασικό κινητήρα για κάθε περίπτωση Να επιλέγει τον κατάλληλο μονοφασικό κινητήρα με συλλέκτη για κάθε περίπτωση

Οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές είναι σταθερής χωρητικότητας και η αρχή λειτουργίας τους στηρίζεται στην αρχή της ηλεκτρολύσεως. Στους ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές το διηλεκτρικό είναι οξείδιο του μετάλλου της ανόδου. Για να σχηματιστεί ένα οξείδιο είναι απαραίτητη η παρουσία μετάλλου της ανόδου, ένας ηλεκτρολύτης και η κάθοδος. Η κάθοδος μπορεί να είναι το ίδιο ή διαφορετικό μέταλλο με την άνοδο. Τα οξείδια που χρησιμοποιούνται κυρίως είναι το αλουμίνιο και το ταντάλιο, γι' αυτό διαχωρίζουμε τους ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές σε δύο είδη α) τους ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές αλουμινίου και β) τους ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές τανταλίου. Οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές διαχωρίζονται επίσης σε δύο είδη: στους "υγρούς ηλεκτρολυτικούς" και τους "ξηρούς ηλεκτρολυτικούς". Οι υγροί ηλεκτρολυτικοί περιέχουν υγρό στοιχείο για την διάλυση, ενώ στους ξηρούς ηλεκτρολυτικούς η διάλυση συγκρατείται από ένα φύλλο απορροφητικού χαρτιού ή γάζας, η οποία παρεμβάλλεται μεταξύ των οπλισμών. Οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές θα πρέπει να πολωθούν ορθά για να εργαστούν σωστά, δηλαδή η άνοδος χρειάζεται θετικό δυναμικό ενώ η κάθοδος αρνητικό. Η ανάστροφη πόλωσή τους έχει σαν αποτέλεσμα την καταστροφή του ηλεκτρολυτικού πυκνωτή. Οι οπλισμοί μεταξύ τους βρίσκονται σε πολύ κοντινή απόσταση, γι' αυτό και παρουσιάζουν μεγάλες χωρητικότητες. Πυκνωτές χαρτιού. Οι πυκνωτές αυτοί ονομάζονται έτσι διότι έχουν σαν υλικό διηλεκτρικού το χαρτί. Το χαρτί αυτό είναι ειδικά κατεργασμένο και εμποτίζεται σε μονωτικό λάδι, κερί ή παραφίνη για να προστατεύεται από την υγρασία. Στην κατασκευή του πυκνωτή χαρτιού, το χαρτί περιελίσσετε από μηχανές σε κυλινδρική μορφή και το τελικό σχήμα του πυκνωτή ολοκληρώνεται με την στεγανοποίησή του που τον προφυλάσσει από την υγρασία, καθώς και την έξοδο του εμποτισμένου υγρού από το χαρτί. Η χωρητικότητά τους κυμαίνεται από 1nF έως 200μF περίπου. Κατασκευάζονται σε μεγάλες τάσεις συνεχούς λειτουργίας από 50V έως της τάξεως των KV .

Το στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο σε μονοφασικό ασύγχρονο κινητήρα δεν δημιουργείται φυσικά από μόνο του, όπως συμβαίνει σε έναν τριφασικό κινητήρα. Σε έναν μονοφασικό κινητήρα, το κύριο πρόβλημα είναι ότι το μονοφασικό ρεύμα δημιουργεί εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο που ταλαντώνεται αντί να περιστρέφεται. Για να δημιουργηθεί τεχνητά ένα στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο, χρησιμοποιούνται βοηθητικά κυκλώματα: Βασική αρχή Το μονοφασικό ρεύμα δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο που μεταβάλλεται περιοδικά στον χρόνο αλλά δεν περιστρέφεται στον χώρο. Επομένως, ο κινητήρας από μόνος του δεν έχει ικανότητα εκκίνησης. Δημιουργία στρεφόμενου μαγνητικού πεδίου Χρήση βοηθητικού τυλίγματος και πυκνωτή Προστίθεται ένα βοηθητικό τύλιγμα (εκκίνησης) στο στάτη, τοποθετημένο με φυσική μετατόπιση 90° ηλεκτρικών μοιρών από το κύριο τύλιγμα. Στο βοηθητικό τύλιγμα συνδέεται ένας πυκνωτής. Ο πυκνωτής προκαλεί διαφορά φάσης μεταξύ των ρευμάτων στα δύο τυλίγματα. Αυτή η διαφορά φάσης δημιουργεί δύο συνιστώσες μαγνητικού πεδίου με διαφορά φάσης, οι οποίες συντίθενται σε ένα στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο. Μετά την εκκίνηση Σε κάποιους κινητήρες, το βοηθητικό τύλιγμα αποσυνδέεται με φυγόκεντρο διακόπτη ή ρελέ. Σε άλλους (π.χ. μόνιμου πυκνωτή), παραμένει σε λειτουργία για καλύτερη ροπή.

Ο φυγοκεντρικός διακόπτης είναι ένας μηχανικός διακόπτης που χρησιμοποιείται κυρίως σε μονοφασικούς ασύγχρονους κινητήρες με βοηθητικό τύλιγμα εκκίνησης. Ο ρόλος του είναι να αποσυνδέει το βοηθητικό τύλιγμα από το κύκλωμα αφού ο κινητήρας φτάσει σε μια συγκεκριμένη ταχύτητα περιστροφής. Λειτουργία: Κατά την εκκίνηση, ο φυγοκεντρικός διακόπτης είναι κλειστός: Το κύριο τύλιγμα και το βοηθητικό τύλιγμα είναι ενεργά και δημιουργούν το απαραίτητο στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο για να ξεκινήσει η περιστροφή του κινητήρα. Καθώς αυξάνεται η ταχύτητα του κινητήρα: Η φυγόκεντρη δύναμη που ασκείται σε κινητά μέρη του διακόπτη (π.χ. βαρίδια ή ελατήρια) μεγαλώνει. Όταν η ταχύτητα φτάσει ένα καθορισμένο ποσοστό της ονομαστικής (συνήθως περίπου 70-80% της πλήρους ταχύτητας): Η φυγόκεντρη δύναμη αναγκάζει το διακόπτη να ανοίξει. Το βοηθητικό τύλιγμα αποσυνδέεται, και ο κινητήρας συνεχίζει να λειτουργεί μόνο με το κύριο τύλιγμα. Σκοπός: Να αποτρέψει την υπερθέρμανση του βοηθητικού τυλίγματος, που είναι σχεδιασμένο μόνο για την εκκίνηση. Να βελτιώσει την απόδοση και την ασφάλεια του κινητήρα. Που συναντάται: Σε μονοφασικούς κινητήρες με φυγοκεντρικό διακόπτη εκκίνησης όπως: Κινητήρες αντλιών Κινητήρες ψυγείων Κινητήρες κλιματιστικών Κινητήρες εργαλείων

Ο μονοφασικός κινητήρας με αντίσταση εκκίνησης είναι ένας τύπος ασύγχρονου μονοφασικού κινητήρα που χρησιμοποιείται κυρίως σε εφαρμογές χαμηλής έως μέσης ισχύος. Ονομάζεται έτσι γιατί χρησιμοποιεί αντίσταση στο κύκλωμα του βοηθητικού τυλίγματος για να δημιουργήσει διαφορά φάσης και να παραγάγει ένα στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο κατά την εκκίνηση. Βασικά χαρακτηριστικά Δύο τυλίγματα στο στάτη: Κύριο (κύριο τύλιγμα) → συνδεδεμένο κανονικά στο δίκτυο. Βοηθητικό (τυλιγμένο με σειρά αντίστασης) → περιλαμβάνει αντίσταση για να μετατοπίσει τη φάση του ρεύματος. Χρήση αντίστασης: Αντί για πυκνωτή ή φυγοκεντρικό διακόπτη, το βοηθητικό τύλιγμα έχει σειριακή αντίσταση για να δημιουργήσει διαφορά φάσης. Το ρεύμα στο βοηθητικό τύλιγμα καθυστερεί ως προς το ρεύμα του κύριου τυλίγματος → δημιουργείται στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο. Λειτουργία: Το βοηθητικό τύλιγμα και η αντίσταση παραμένουν συνδεδεμένα μόνιμα ή προσωρινά. Σε κινητήρες με φυγοκεντρικό διακόπτη, αποσυνδέεται μετά την εκκίνηση. Πλεονεκτήματα Απλότητα κατασκευής Χαμηλό κόστος Ικανότητα να ξεκινάει εύκολα χωρίς πολύπλοκο εξοπλισμό. Μειονεκτήματα Μικρή ροπή εκκίνησης σε σχέση με κινητήρες με πυκνωτή. Χαμηλότερη απόδοση και παράγεται περισσότερη θερμότητα λόγω της αντίστασης. Περιορισμένη χρήση σε εφαρμογές όπου δεν απαιτείται μεγάλη ροπή εκκίνησης. Τυπικές εφαρμογές Ανεμιστήρες Φυγοκεντρικές αντλίες Μικρές μηχανές εργαλείων Οικιακές συσκευές

Ο κινητήρας με βραχυκυκλωμένο στάτη ή αλλιώς κινητήρας σκιασμένου πόλου (Shaded Pole Motor) είναι ένας από τους πιο απλούς και φθηνούς τύπους μονοφασικού ασύγχρονου κινητήρα. Χρησιμοποιείται κυρίως σε εφαρμογές χαμηλής ισχύος όπου δεν απαιτείται μεγάλη ροπή εκκίνησης. Αρχή λειτουργίας Ο στάτης διαθέτει πολικούς πυρήνες (πυρήνες μαγνητικού υλικού). Σε κάθε πόλο υπάρχει ένα βραχυκυκλωμένο δαχτυλίδι από χαλκό ή αλουμίνιο γύρω από μέρος του πόλου → σκιασμένος πόλος. Όταν το μονοφασικό εναλλασσόμενο ρεύμα περνάει, το κύριο μέρος του πόλου μαγνητίζεται πρώτο. Το βραχυκυκλωμένο δαχτυλίδι καθυστερεί τη μαγνήτιση στο σκιασμένο τμήμα → προκαλεί στρέψη του μαγνητικού πεδίου. Αυτή η διαφορά στη φάση των μαγνητικών πεδίων δημιουργεί ένα στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο → περιστρέφει τον δρομέα. Χαρακτηριστικά Χαρακτηριστικό Περιγραφή Τύπος ρεύματος Εναλλασσόμενο μονοφασικό Κατασκευή Πολύ απλή, χωρίς πυκνωτή ή φυγοκεντρικό διακόπτη Ροπή εκκίνησης Πολύ μικρή Απόδοση Χαμηλή (περίπου 20-30%) Κατεύθυνση περιστροφής Καθορίζεται από τη θέση του σκιασμένου πόλου και δεν μπορεί να αλλάξει εύκολα Συντήρηση Ελάχιστη Πλεονεκτήματα Πολύ φτηνός Εξαιρετικά απλός στην κατασκευή Αξιόπιστος για συνεχή λειτουργία Λειτουργεί χωρίς βοηθητικά κυκλώματα Μειονεκτήματα Πολύ χαμηλή ροπή εκκίνησης Χαμηλή απόδοση Δεν είναι κατάλληλος για βαριά φορτία Τυπικές εφαρμογές Μικροί ανεμιστήρες Εξαεριστήρες Αντλίες μικρής ισχύος Οικιακές συσκευές (π.χ. φούρνοι μικροκυμάτων για τον περιστρεφόμενο δίσκο)

Λειτουργία Κινητήρα με βραχυκυκλωμένο στάτη

Η αλλαγή φοράς περιστροφής είναι μια βασική λειτουργία σε ηλεκτρικούς κινητήρες και εφαρμόζεται όταν θέλουμε να περιστραφεί ο κινητήρας προς την αντίθετη κατεύθυνση. Σε Μονοφασικό Κινητήρα με Βοηθητικό Τύλιγμα (και Πυκνωτή) η φορά περιστροφής καθορίζεται από τη σχετική φορά του κύριου και του βοηθητικού τυλίγματος. Για να αλλάξει η φορά: Αντιστρέφουμε τη σύνδεση του βοηθητικού τυλίγματος (είτε τις δύο άκρες του είτε μέσω του πυκνωτή). Αυτό προϋποθέτει πρόσβαση στα άκρα του βοηθητικού τυλίγματος. Δεν είναι πάντα εφικτό σε κινητήρες κλειστού τύπου. Προσοχή: Η αλλαγή φοράς πρέπει να γίνεται με πλήρη διακοπή λειτουργίας του κινητήρα. Πρέπει να ελέγχεται η φορά περιστροφής αμέσως μετά τη σύνδεση για λόγους ασφαλείας. Σε ορισμένες εφαρμογές (όπως συμπιεστές) απαγορεύεται η αλλαγή φοράς, γιατί μπορεί να προκαλέσει βλάβη. Εφαρμογές Γερανογέφυρες (μπρος – πίσω) Ανυψωτικά (πάνω – κάτω) Ταινιόδρομοι (φορτοεκφόρτωση από δύο πλευρές) Αυτόματες πόρτες

Ο έλεγχος της ταχύτητας σε έναν μονοφασικό ασύγχρονο κινητήρα είναι πιο περιορισμένος σε σχέση με τους τριφασικούς, όμως υπάρχουν αρκετές μέθοδοι – ανάλογα με τον τύπο του κινητήρα και την εφαρμογή. Παρακάτω παρουσιάζονται οι βασικοί τρόποι: 1. Μεταβολή της τάσης τροφοδοσίας Αφορά κυρίως κινητήρες σκιασμένου πόλου ή με αντίσταση. Η μείωση της τάσης μειώνει τη ροπή και την ταχύτητα. Μειονεκτήματα: Μη γραμμική απόκριση. Υψηλές απώλειες. Κακή ρύθμιση για φορτία που αλλάζουν. 2. Μεταβολή της συχνότητας (με χρήση inverter) Η πλέον σύγχρονη και αποδοτική μέθοδος. Χρήση μετατροπέων συχνότητας (VFDs) ακόμα και για μονοφασικούς κινητήρες, αν και σπάνια γίνεται (συχνότερα σε τριφασικούς). Επιτρέπει ακριβή έλεγχο ταχύτητας με σταθερή ροπή. Πιο δαπανηρή μέθοδος αλλά με καλύτερη απόδοση. ;Άλλοι τρόποι, εκτός από τους βασικούς που αναφέραμε: 3. Προσθήκη εξωτερικής αντίστασης στο τύλιγμα βοηθητικού κυκλώματος Κυρίως σε κινητήρες με αντίσταση εκκίνησης. Επιβραδύνει το ρεύμα στο βοηθητικό τύλιγμα --> επηρεάζει τη ροπή και την ταχύτητα. Δεν συνίσταται για συνεχή έλεγχο – χρησιμοποιείται πιο πολύ για ρύθμιση εκκίνησης. 4. Αλλαγή χωρητικότητας πυκνωτή Σε κινητήρες με πυκνωτή λειτουργίας ή εκκίνησης. Μεταβάλλοντας την τιμή του πυκνωτή μεταβάλλεται και το ρευματικό διάγραμμα, και άρα η απόδοση και ταχύτητα. 5. Έλεγχος φορτίου Αν το φορτίο ποικίλει, η ταχύτητα μπορεί να επηρεαστεί (κυρίως σε κινητήρες με μικρή ροπή). Δεν θεωρείται «ενεργός» τρόπος ελέγχου αλλά είναι σημαντικός για εφαρμογές με μεταβλητό φορτίο (π.χ. ανεμιστήρες). Τι να προσέξεις: Οι μονοφασικοί κινητήρες δεν είναι ιδανικοί για συχνές μεταβολές ταχύτητας. Αν απαιτείται σταθερός ή ακριβής έλεγχος, προτιμώνται τριφασικοί κινητήρες με inverter. Η κάθε μέθοδος έχει εφαρμογή ανάλογα με τον τύπο του κινητήρα: αντίστασης, πυκνωτή, σκιασμένου πόλου κ.λπ. Έλεγχος Ταχύτητας Μονοφασικού Ασύγχρονου Κινητήρα

Οι μονοφασικοί μονοφασικοί κινητήρες γενικής χρήσης, universal motors είναι κινητήρες που μπορούν να λειτουργήσουν τόσο με εναλλασσόμενο (AC) όσο και με συνεχές (DC) ρεύμα. Χρησιμοποιούνται ευρέως σε φορητές ή μικρού μεγέθους συσκευές. Εδώ είναι τα βασικά τους χαρακτηριστικά: Βασική αρχή λειτουργίας Είναι ουσιαστικά κινητήρες συνεχούς ρεύματος σειριακής διέγερσης που λειτουργούν και με AC. Το ρεύμα περνά τόσο από το στάτη όσο και από τον δρομέα, δημιουργώντας μαγνητικά πεδία που συνεργάζονται για να περιστρέψουν τον δρομέα. Ο συλλέκτης και οι ψήκτρες εξασφαλίζουν την τροφοδοσία του δρομέα, επιτρέποντας την εναλλαγή της φοράς του ρεύματος. Κατασκευή Στάτης: Μαγνητικός πυρήνας με περιελίξεις. Δρομέας: Περιστρεφόμενο τμήμα με περιελίξεις και συλλέκτη (commutator). Συλλέκτης και ψήκτρες: Μεταφέρουν το ρεύμα στον δρομέα. Ψύξη: Συνήθως ανεμιστήρας ή άλλη μέθοδος ψύξης γιατί έχουν απώλειες λόγω του συλλέκτη. Χαρακτηριστικά Υψηλή ταχύτητα περιστροφής: Συνήθως 10.000 – 20.000 στροφές/λεπτό. Υψηλή ροπή εκκίνησης. Δυνατότητα ρύθμισης ταχύτητας. Συμπαγές μέγεθος & χαμηλό κόστος. Μειονεκτήματα Φθορά ψήκτρων και συλλέκτη ➜ ανάγκη συντήρησης. Θόρυβος και σπινθήρες κατά τη λειτουργία. Χαμηλότερη απόδοση σε σύγκριση με άλλους τύπους κινητήρων. Ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές λόγω σπινθηρισμού. Χρήσεις Ηλεκτρικά εργαλεία (τρυπάνια, γυαλιστικά) Οικιακές συσκευές (μίξερ, απορροφητήρες) Συσκευές μικρού μεγέθους που απαιτούν μεγάλη ισχύ σε μικρό χρόνο. Έλεγχος ταχύτητας Γίνεται εύκολα με μεταβολή της τάσης ή μετατροπείς ελέγχου. Συνήθως χρησιμοποιούνται θυρίστορς ή TRIAC για την προσαρμογή της τάσης εισόδου

Ο κινητήρας αντίδρασης με μετάθεση ψηκτρών είναι ένας μονοφασικός κινητήρας με συλλέκτη, στον οποίο οι ψήκτρες μετατοπίζονται από τη γεωμετρική ουδέτερη θέση, ώστε να δημιουργηθεί περιστροφική ροπή. Τι είναι η μετάθεση ψηκτρών; Η μετάθεση ψηκτρών είναι η μετακίνηση των ψηκτρών από τη φυσική ουδέτερη θέση, με σκοπό την αύξηση ή τη ρύθμιση της μαγνητικής αντίδρασης και της ροπής εκκίνησης. Χρησιμοποιείται ειδικά όταν δεν υπάρχει μόνιμος ή βοηθητικός τύλιγμα για τη δημιουργία στρεφόμενου πεδίου. Πώς λειτουργεί; Ο στάτης έχει μόνο ένα τύλιγμα. Ο δρομέας είναι τύπου συλλέκτη (παρόμοιος με κινητήρα συνεχούς ρεύματος). Οι ψήκτρες τοποθετούνται μετατοπισμένες σε σχέση με την ουδέτερη θέση. Η μετατόπιση αυτή προκαλεί ασυμμετρία στο μαγνητικό κύκλωμα, που δημιουργεί ροπή εκκίνησης. Ο κινητήρας περιστρέφεται προς μια κατεύθυνση – η φορά περιστροφής καθορίζεται από τη φορά μετάθεσης. των ψκκτρών Χαρακτηριστικά Απλή κατασκευή --> Χωρίς βοηθητικά τυλίγματα Μέτρια απόδοση --> Χρήση κυρίως σε εφαρμογές χαμηλής ισχύος Κατεύθυνση περιστροφής --> Εξαρτάται από τη μετατόπιση των ψηκτρών Έντονη εκπομπή θορύβου --> Από τον συλλέκτη και τις ψήκτρες Ακατάλληλος για συχνή μεταβολή φορτίου Πού χρησιμοποιούνται; Παλιοί ανεμιστήρες Ξυριστικές μηχανές Φορητές συσκευές χαμηλής κατανάλωσης

Δημιουργία Στρεφόμενου Μαγνητικού πεδίου σε Μονοφασικό Κινητήρα

Γιατι τα τυλίγματα του στάτη και του δρομέα σε έναν μονοφασικό κινητήρα με συλλέκτη συνδέονται σε σειρά και όχι παράλλημα;