Επίδραση της μεταβολής της συχνότητας τροφοδοσίας στην ταχύτητα ενός ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα
Τεχνικά άρθρα

Επίδραση της μεταβολής της συχνότητας τροφοδοσίας στην ταχύτητα ενός ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα

Οι ασύγχρονοι ή τριφασικοί κινητήρες επαγωγής, παρουσιάζουν το ευρύτερο πεδίο εφαρμογών, συγκριτικά με τους υπόλοιπους τύπους ηλεκτρικών κινητήρων. Σε πολλές εφαρμογές, επιβάλλεται να υπάρχει δυνατότητα ρύθμισης των στροφών του κινητήρα. Μια από τις μεθόδους ρύθμισης των στροφών, είναι και αυτή της τροφοδότησης με τάση μεταβαλλόμενης συχνότητας.

Ι. Γενικά
Ένας κινητήρας επαγωγής, είναι μια μονάδα εναλλασσόμενου ρεύματος δύο συζευγμένων τυλιγμάτων, στην οποία το ένα τύλιγμα (στάτης) τροφοδοτείται με εναλλασσόμενο ρεύμα συχνότητας f, από μια εξωτερική πηγή. Στο άλλο (δευτερεύον τύλιγμα – δρομέας), τα ρεύματα αναπτύσσονται εξ επαγωγής.

Στο γεγονός αυτό οφείλεται και η ονομασία «κινητήρες επαγωγής». Ο όρος «ασύγχρονες», αποδίδεται διότι οι στροφές λειτουργίας τους είναι λίγο μικρότερες από τον σύγχρονο αριθμό στροφών όταν η μηχανή λειτουργεί σαν κινητήρας και λίγο περισσότερες από τον σύγχρονο αριθμό στροφών όταν η μηχανή λειτουργεί σαν γεννήτρια.

Οι ασύγχρονοι ή αλλιώς κινητήρες επαγωγής, παρουσιάζουν το ευρύτερο πεδίο εφαρμογών, από όλους τους ηλεκτρικούς κινητήρες.

Σε πολλές εφαρμογές, επιβάλλεται να υπάρχει δυνατότητα ρύθμισης των στροφών του κινητήρα. Μια από τις μεθόδους ρύθμισης των στροφών, είναι και αυτή της τροφοδότησης με τάση μεταβαλλόμενης συχνότητας. Με την μέθοδο αυτή μάλιστα, επιτυγχάνουμε ακριβή ρύθμιση της ταχύτητας περιστροφής και όχι κλιμακωτή όπως παραδείγματος χάρη με την μέθοδο της μεταβολής του αριθμού ζευγών των πόλων.

ATK1
Εικ.1. Ασύγχρονος τριφασικός επαγωγικός κινητήρας βραχυκυκλωμένου δρομέα, σε τομή.

ΙΙ. Αρχή λειτουργίας
Οι πυρήνες τόσο του στάτη όσο και του ρότορα αποτελούνται από πλήθος μαγνητικών ελασμάτων, τα οποία μονώνονται μεταξύ τους με βερνίκι.

Στους μικρούς κινητήρες βραχυκυκλωμένου δρομέα, το τύλιγμα κλωβού κατασκευάζεται συνήθως από καθαρό αλουμίνιο, το οποίο χύνεται με πίεση μέσα στα διαμορφωμένα αυλάκια του δρομέα. Στις περιπτώσεις αυτές, τα στεφάνια βραχυκυκλώσεως σχηματίζουν και τα πτερύγια του ανεμιστήρα.

Η λειτουργία των ασύγχρονων –τριφασικών κινητήρων επαγωγής, βασίζεται στο φαινόμενο της δημιουργίας ηλεκτρομαγνητικών δυνάμεων από επαγωγή, στους αγωγούς του δρομέα (ρότορα).

Αποδεικνύεται μαθηματικά ότι: «Τρία εναλλασσόμενα μαγνητικά πεδία με ίσα πλάτη και με διαφορά φάσης 120ο  τα οποία συμβάλουν σε ένα χώρο, δημιουργούν ένα συνιστάμενο στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο». Το παραγόμενο στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο, θα στρέφεται με την σύγχρονη ταχύτητα περιστροφής ns που δίνεται από την σχέση:

ns=(60f)/p [Σ.Α.Λ.] (1)

όπου 2p το πλήθος των πόλων του τυλίγματος του στάτη του κινητήρα, f η συχνότητα τροφοδοσίας και ns η σύγχρονη ταχύτητα περιστροφής.

Ο στάτης έχει τριφασικό τύλιγμα και τροφοδοτείται από τριφασικό συμμετρικό δίκτυο. Το στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο του στάτη παράγει στον δρομέα της μηχανής Η.Ε.Δ. (τάση) εξ επαγωγής. Εάν το κύκλωμα του δρομέα είναι «κλειστό», τότε παράγεται και ρεύμα εξ επαγωγής, οπότε πάνω στους αγωγούς του δρομέα αναπτύσσονται ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις, που τείνουν να τον περιστρέψουν.

GRAPH

Εικ.2. Τροφοδότηση ενός ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα βραχυκυκλωμένου δρομέα 230/400V 3,5kW με σταθερή συχνότητα και πολική τάση από 0 μέχρι 380V.

Η φορά περιστροφής είναι τέτοια, που τείνει να εξουδετερώσει την αιτία της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. Άρα η φορά περιστροφής του δρομέα συμπίπτει με την φορά περιστροφής του στρεφόμενου μαγνητικού πεδίου. Όταν μάλιστα γίνει: ns=n2 (όπου n2 η ταχύτητα του δρομέα), δηλαδή ο δρομέας στρέφεται με την σύγχρονη ταχύτητα, τότε θα εξουδετερωθεί πλήρως το αίτιο της επιβολής ροπής περιστροφής στο δρομέα.

Συνεπώς όταν μία μηχανή επαγωγής δουλεύει σαν κινητήρας, είναι n2 <ns . Το ποσοστό λοιπόν κατά το οποίο η ταχύτητα περιστροφής του δρομέα υστερεί από την ταχύτητα περιστροφής του μαγνητικού πεδίου, καλείται ολίσθηση. Η ολίσθηση s εκφράζεται συνήθως σαν το ποσοστό επί τοις εκατό της σύγχρονης ταχύτητας ns και δίνεται από την σχέση:

s= (ns – n2)/ ns (2)

Συνδυάζοντας τις δύο μαθηματικές εκφράσεις (1) και (2) που προαναφέρθηκαν προκύπτει ότι η ταχύτητα περιστροφής του δρομέα είναι ανάλογη της συχνότητας του δικτύου τροφοδότησης:

n2=[60f (1-s)]/p (3)

Με απλούστερα λόγια μπορούμε να πούμε ότι έχουμε την δυνατότητα μεταβολής και άρα ελέγχου των στροφών του κινητήρα, αλλάζοντας την συχνότητα της τάσης με την οποία αυτός τροφοδοτείται.

GRAPH2

Εικ.3. Τροφοδότηση ενός ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα βραχυκυκλωμένου δρομέα 230/400V 3,5kW με τάση μεταβαλλόμενης συχνότητας.

Του καθηγητή Νικόλαου Κιμουλάκη

Loading Facebook Comments ...