ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑdigilib.teiemt.gr/jspui/bitstream/123456789/4117/1/STEF... · 2015-10-15 · Το ερέθισμα για την

Τ . Ε . Ι . K A B A / v m ^ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣΑριθμ. Πρωί.....I5.Q5..........Ημερομηνία

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜ Α ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ

ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ

« Σχεδιασμός και πλήρης κατασκευαστικός υπολογισμός ενός ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα με δρομέα κωνικού καναλιού. »

ΕΙΣΗΓΗΤΗΣ

ΤΩΜ ΙΑΔΗΣ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ ΕΠΙΚΟΥΡΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ

ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ

ΣΠΟΥΔΑΣΤΗΣ

ΒΕΤΣΟΣ ΠΕΛΟΠΙΔΑΣ

ΠΡΟΛΟΓΟΣ

Στις σελίδες της εργασίας αυτής εξετάζεται το θέμα με τίτλο «Σχεδιασμός και πλήρης κατασκευαστικός υπολογισμός ενός τριφασικού ασύγχρονου κινητήρα με κωνικό κανάλι στο δρομέα.».

Η γενική διάταξη της πτυχιακής αυτής περιλαμβάνει δυο μέρη. Στο πρώτο δίνεται έμφαση σε βασικές γνώσεις κατασκευής και σχεδιασμού των ασύγχρονων μηχανών, ενώ στο δεύτερο, στον υπολογισμό ενός ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα.

Το ερέθισμα για την σύνταξη αυτής της πτυχιακτής ήταν οι ελλιπείς γνώσεις που υπάρχουν πάνιο στον σχεδίασμά και τον υπολογισμό των η>.εκτρικών μηχανών, αλλά και της φτωχής Ελληνικής Βιβλιογραφίας που αναφέρεται στο θέμα αυτό. Για το λόγο αυτό η πραγματοποίηση της παρούσας εργασίας ήταν εξαιρετικά δύσκολη.

Επίστις θα ήθελα να ευχαριστιίσω όλους αυτούς που με συμβούλεψαν και με βοήθησαν στην εκπόνηση αυτής της εργασίας. Ιδιαίτερα θα ήθελα να ευχαριστήσω τον κ. Ψωμιάδη Δημήτριο. Επίκουρο Καθηγητή του Τμήματος Ηλεκτρολογίας του Τ.Ε.Ι. Καβάλας, για την εμπιστοσύνη, την βοήθεια και τις πολύτιμες συμβουλές του χωρίς τις οποίες θα ήταν αδύνατον να ολοκληρωθεί αυτή η εργασία.

Πέτσας ΰΤελοπίδίχς

Πρόλογος.Περιεχόμενα.

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝ.Λ

ΚΕΦ.\ΛΑΙΟ 1

3.3.β

Είδη ασύγχρονων τριφασικών κινητήρων.

Εισαγωγή.Είδη ασύγχρονων τριφασικών κινητιίρων.Κατασκευαστική περιγραφή και λειτουργία των ασύγχρονων μηχανών. Ασύγχρονη μηχανι δακτυλιοφόρου δρομέα.Δρομείς χιορίς κανάλια..Ασύγχρονη μηχανή βραχυκυκλωμένου δρομέα.Ο απλός κλωβός.

Ο διπλός κλιοβός.

Δρομέας με βαθιά αυλάκια.

ΚΕΦΑ.λΑΙΟ 2

Περιελίξεις.

Εισαγωγή.Κατασκευή περιελίξεων.Συρματοπεριέλιςη.Περιέλιξη διαμορφωμένιον σπειρών.Τραβηχτή περιέλιξη.Μόνιοση περιελίξεων.Μονιοτικά υλικά.Ιδιόπιτες μονιοτικών υλικών.Διηλεκτρική σταθερά και αντοχή ενός υλικού ..Αγιογοί τυλιγμάτων.Τυλίγματα τριφασικιον μηχανών εναλλασσομένου ρεύματος. Εενικά.Το πολικό βήμα.Ο συντελεστιίς τυλίγματος, ζώνης και χορδής .Είδη τυλιγμάτων.Κατανεμημένα τυλίγματα.Τυλίγματα χορδής.Συγκε\·τρικά τυλίγματα.Περιελίξεις ράβδιον.

2627

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3

Προστασία ηλεκτρικών μηχανών.

Εισαγωγή.Προστασία έναντι θερμοκρασίας και κλάση μόνωσης. Προστασία από εισχώρησιι ξένων σωμάτων και ύδατος. Τρόποι ψύξης.

ΚΕΦ ΑΛΑΙΟ 4

Σχεδιασμός και πλήρης υπολογισμός του κινητήρα.

4.1 Εισαγωγή.4.2 Υπολογισμός διαφόρων κυρίων στοιχείων. 464.3 Ο στάτης. 494.3.1 Υπολογισμός των γεωμετρικών στοιχεύον του. 494.3.2 Το τύλιγμα. 534.3.2.1 Το κανάλι. 564.3.2.2 Γεωμετρική παράστασιι των διαστάσεων του καναλιού. 594.3.3 Υπολογισμός των απωλειών και των καταπονήσεων. 614.3.3.1 Υπολογισμός τιις μέγιστης μαγιητικοίς επαγιογής στα δόντια του στάτη. 614.3.3.2 Υπολογισμός του συντελεστιτ πληρόττιτας. του στρώματος χαλκού και του

ενεργού στρώμα ρεύματος.4.3.3.3 Υπολογισμός του συντελεστιί καταπόνησης και των απωλειών. 644.4 Ο δρομέας. 674.4.1 Εύρεση τω\· κύριων μεγεθών. 674.4.2 Υπολογισμός των γειομετρικών και ηλεκτρικών μεγεθών των ράβδων. 684.4.2.1 Η διατομή των ράβδωΐ'και των δακτυλίων του κλωβού. , 684.4.2.2 Οι αντιστάσεις τιις ράβδου. 704.4.2.3 Ορισμός του συντελεστιί Κγ. 714.4.2.4 Εύρεση των διατάσεων του καναλιού και των ράβδων. 744.4.3 Γεωμετρική παράσταστι των διαστάσεων του καναλιού και των άλλων ράβδων. 774.5 Υπολογισμός του μαγνητικού κυκλώματος. 794.5.1 Μήκη και διατομές του μαγνητικού κυκλώματος. 794.5.1.1 Το διάκενο αέρος και το ενεργό μήκος διακένου. 794.5.1.2 Η μαγλ'ητική επαγωγή και η διατομή τΐΰν δοντιών του δρομέα. 814.5.1.3 Η διατομή των δοντιών του στάτη. 824.5.1.4 Οι διατομές και τα μήκΐ] του ζυγώματος του στάτιι και του δρομέα. 824.5.2 Ο καθορισμός του συντελεστιί πλατύνσεως. 834.5.2.1 Οι τμηματικές μαγνητικές τάσεις του διακένου, των δοντιών του στάτη και του 84

δρομέα.4.5.3 Ο υπολογισμός του ρεύματος μαγνήτισης. 884.5.3.1 Υπολογισμός των κανονικών τμηματικών μαγνητικών τάσεων του διακένου 88

τΐΰν δοντκον του στάττ| και του δρομέα.4.5.3.2 Οι τμηματικές μαγνητικές τάσεις των ζυγωμάτων του στάττ) και του δρομέα. 904.5.3.3 Το ρεύμα μαγνήτισης. gi4.6 Προσδιορισμός του ιδανικού ρεύματος βραχυκύκλωσιις. 934.6.1. Η δίπλα πεπλεγμένη σκέδαση. 93

4.6.64.6.7

4.8.24.8.34.8.4

Ο υπολογισμός της σκέδαστ|ς στις κεφαλές τιον τυλιγμάτων. 96Ο συντελεστής σκέδαστις του καναλιού του στάτη. 97Ο υπολογισμός τι-|ς σκέδασης του δρομέα. 98Η σκέδαση των καναλιών του δρομέα. 101Ο ιδανικός συνολικός συντελεστής σκέδασης. 101Ο καθορισμός του ιδανικού ρεύματος βραχυκύκλωσης. 102Το κυκλικό διάγραμμα του κινητιίρα. 103Ο σχεδιασμός του κυκλικού διαγράμματος. 105Το κυκλικό διάγραμμα. 107Ο καθορισμός του βαθμού απόδοσης και τιις ονομαστικής ολίσθησιις του κινητιρα.Προσδιορισμός των απιολειών σιδήρου. 109Οι απιόλειες τριβών και αερισμού. 111Καθορισμός τιον απωλειών χαλκού του δρομέα. 112Ο βαθμός απόδοσης και η ολίσθηση του κινητιρα. 112

ΠΑΡ.-λΤΗΡΗΣΕΙΣ

ΒΙΒΛΙΟΓΡ.ΑΦΙΑ

i ^ ' f . ' i · . : ^ · , . : - ' > r · "

,.e . -

. ί Ι ΛΗ Α .'ι ΓΧΡΟΝ^'Ν.J_m>AllK.aNXlNLLri,IPUN

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 .

Είδη ασύγχρονων τριφασικών κινητήρων

Ι.Ι"» Εισαγωγή.

Για την ικανοποίηση των αναγκών του ο άνθρωπος χρησιμοποιεί ενέργεια σε διάφορες μορφές. Μια από τις πιο σημαντικές μορφές ενέργειας είναι η ηλεκτρική ενέργεια η οποία σήμερα χρησιμοποιείται σε μεγάλη έκταση.Μια από τις πολλές χρήσεις της ηλεκτρικής ενέργειας είναι και για την κίνηση

διαφόρων μηχανημάτων. Για τον σκοπό αυτό χρησιμοποιούμε μηχανές που ονομάζονται ηλεκτρικοί κιντιτήρες. Οι κινητήρες παίρνουν δηλαδή ηλεκτρική ενέργεια και την μετατρέπουν σε μηχανική (κινητική).

Ανάλογα με το είδος του ηλεκτρικού ρεύματος που είναι κατασκευασμένοι να εργάζονται οι κινητήρες διακρίνονται σε : α) κιv1~ τήpεc συνεγούε ρεύματος και β) κινητήρες εναλλασσομένου ρειίματος .

Οι κινητήρες εναλλασσομένου ρεύματος χωρίζονται και αυτοί με την σειρά τους σε : α) σύγγρονους και β) ασιίΎγρονους κινητήρες .

Οι ασύγχρονοι κινητήρες λόγω της απλότητας της κατασκευής τους, του χαμηλού κόστους, της ελάχιστης συντιίρησης και της μεγάλης συγκέντρωσης ισχύος, είναι οι πιο διαδεδομένοι στην βιομηχανία.

Εμείς στο κεφαλαίο αυτό θα ασχοληθούμε με τους ασύγχρονους κινητήρες και ειδικότερα με τους ασύγχρονους τριφασικούς κινητήρες βραχυκυκλωμένου κλωβού με κωνική μορφή καναλιών ο οποίος είναι αυτός που θα υπολογίσουμε και θα σχεδιάσουμε.

KicvnTiiiway.

Οι ασύγχρονοι κινητήρες, που ονομάζονται και επαγωγικοί κινητήρες, γιατί το ρεύμα διέγερσης του δρομέα δημιουργείται από επαγωγή αντί να προέρχεται με

ΡΙΛΗ ΑΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΤΡΙΦΑΤ-ΙΚΩΝ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ

ηλεκτρική συνδέσει από κάποια πηγή, διακρίνονται σε μονοφασικούς και τριφασικούς.

Οι ασύγχρονοι τριφασικοί κινητιΐρες υποδιαιρούνται σε δυο κύριες κατηγορίες: τους κινητήρες με βραχυκυκλωμένο δρομέα και τους κινητήρες με δακτυλίδια.Στους κινητήρες με βραχυκυκλωμένο δρομέα υπάγονται τα ακόλουθα τρία είδη, που

τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά τους θα εξετάσουμε πιο κάτω:

α) Οι κινητήρες με (απλό) τύλιγμα κλωβού, β) Οι κινητήρες διπλού κλωβού, γ) Οι κινητήρες με βαθιά αυλάκια.

Το παρακάτω σχήμα μας δείχνει τις διάφορες μορφές καναλιών του στάτη και του δρομέα ενός ασύγχρονου κινητήρα με βραχυκυκλωμένο δρομέα.

1.3)

Η ασύγχρονη μηχανή αποτελείται από το ακίνητο μέρος, το στάτη και τον περιστρεφόμενο δρομέα. Ο στάτης και ο δρομέας χωρίζονται από το διάκενο, η τάξη μεγέθους του οποίου είναι συνήθως κλάσματα του χιλιοστού. Μόνο σε πολύ μεγάλους κινητήρες μπορεί το διάκενο να είναι μερικά χιλιοστά.

Οι επαγωγικές μηχανές μπορούν να λειτουργήσουν τόσο σαν κινητήρες όσο και σαν γεννήτριες. Σαν γεννήτριες όμως σπανίως χρησιμοποιούνται για λόγους οικονομικούς.

Ο στάτης. αποτελ.εί το μόνο στοιχείο που συνδέεται ηλεκτρικά με το δίκτυο. Είναι κατασκευασμένος από πολλά μαγνητικά ελάσματα, συνήθως πυριτιούχο χάλυβα, που κόβονται σε ειδικές πρέσες και έχουν τη μορφή του σχήματος 1.2.

. ΕΙΔΗ ΑΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΓΡΙΦΑΣΙΚΩΝ ΚΙΝΙΙΤΜΡΩΝ

σχάΐία 1.-.2

Τα ελάσματα αυτά είναι τιερασμένα με ειδικό μονωτικό βερνίκι, συγκρατούνται με κοχλίες και σχηματίζουν το ζύγωμα της μηχανής. Έ τσι σχηματίζονται αυλακιά, οδοντώσεις, μέσα στα οποία τοποθετούνται οι τρείς φάσεις του τυλίγματος, ώστε να δημιουργείται στο εσωτερικό ένα μαγνητικό πεδίο, όπως φαίνεται στο σχήμα 1.2.

Στα τρία τυλίγματα του στάτη δίνουμε τριφασικό ρεύμα και δημιουργείται το στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο, σχήμα 1.2, που τέμνει τις σπείρες του δρομέα. Στο δρομέα αναπτύσσονται επαγωγικά ρεύματα με αποτέλεσμα τη δημιουργία μαγνητικής δύναμης.Το στρεφόμενο πεδίο του διακένου επάγει τάσεις στα τυλίγματα του δρομέα το

οποίο αποτελείται από κλειστά κυκλώματα. Οι τάσεις αυτές έχουν ως αποτέλεσμα την ροή ρευμάτων στα τυλίγματα του δρομέα.

Η αλληλεπίδραση των δύο πεδίων στάτη και δρομέα προκαλεί την ροττή της μηχανής επαγωγής που περιστρέφει το δρομέα.

Τα κανάλια του στάτη διαμορφώνονται μισόκλειστα ενώ του δρομέα μισόκλειστα ή τελείως κλειστά ενώ το διάκενο μεταξύ στάτη και δρομέα γίνεται μικρό.

Από απόψεως κατασκευής του τυλίγματος τα ανοιχτά αυλάκια είναι πτο άνετα, ρντούτοις χρησιμοποιούνται κατά το πλείστο μισόκλειστα αυλάκια διότι τα ανοιχτά παρουσιάζουν πολλά μειονεκτήματα επειδή το διάκενο στις επαγωγικές μηχανές είναι μικρό, τα ανοιχτά κανάλια θα απαιτούσαν ένα υψηλό ρεύμα μαγνητίσεως. Επίσης προκαλούνται ισχυρές διακυμάνσεις του πεδίου του στάτη οι οποίες έχουν ως αποτέλεσμα μεγάλες απώλειες σιδήρου στον δρομέα ιδιαίτερα με τύλιγμα κλωβού ενώ τέλος παράγονται ανετηθύμητες αρμονικές ροπές. Για τους λόγους αυγούς, ανοιχτά αυλάκια στον στάτη χρησιμοποιούνται μόνο σε επαγωγικές μηχανές υψηλής τάσεως. ν;; ^

Οι περιελίξεις του στάτη και του δρομέα είναι ενεργά μέρη (φορείς της τάσης και του ρεύματος) και οι πυρήνες του στάτη και του δρομέα (φορείς της μαγνητικής ροής). Οι περιελίξεις είναι τοποθετημένες στα αυλάκια που βρίσκονται στην εσωτερική περιφέρεια του πυρήνα του στάτη και στην εξωτερική περιφέρεια του πυρήνα του δρομέα. Οι πυρήνες αποτελούνται από στοιβαγμένα ττυριτιούχα δυναμοελάσματα για την ελαχιστοποίηση των απωλειών των δινορρευμάτων.

Τα δυναμοελάσματα στοιβάζονται σε πυρήνες που συμπιέζονται σε πρέσες και τοποθετούνται σφικτά στο περίβλημα της μηχανής.

Στα αυλάκια του στάτη τοποθετείται η τριφασική περιέλιξη, τα άκρα της οποίας καταλήγουν στους ισάριθμους ακροδέκτες του κιβωτίου άκρων. Η περιέλιξη που

βρίσκεται στα αυλάκια του δρομέα χαρακτηρίζει και το είδος της ασύγχρονης μηχανής: α) ασύγχρονη μηχανή δακτυλιοφόρου δρομέα και β) ασύγχρονη μηχανή βραχυκυκλωμένου δρομέα.

I. ΕΙΔΗ ΑΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΤΡΙΦΑΣΙΚΩΝ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ

1.3.1) Ασύγγρονιι αηγανή δακτυλιοφόρου δρομέα.

Ο στάτης των ασύγχρονων τριφασικών κινητήρων με δακτυλίδια είναι όμοιος με το στάτη των κινητήρων βραχυκυκλωμένου δρομέα. Η κατασκευή όμως του δρομέα είναι διαφορετική. Η περιέλιξη του δρομέα είναι όπως του στάτη, δηλαδή τριφασική συνδεδεμένη σε αστέρα. Ο πυρήνας του δρομέα των κινητήρων με δακτυλίδια αποτελείται επίσης από πολλά μαγνητικά ελάσματα, που φέρουν ημίκλειστες οδοντώσεις. Μέσα στα αυλάκια, που σχηματίζουν οι οδοντώσεις, τοποθετείται το τύλιγμα, όπως αυτά που τοποθετούνται στο στάτη των μηχανών εναλλασσομένου ρεύματος. Ο αριθμός των πόλων του τυλίγματος αυτού είναι υποχρεωτικά ο ίδιος με τον αριθμό των πόλων του τυλίγματος του στάτη, τα ελεύθερα άκρα καταλήγουν στους δακτυλίους ολίσθησης που είναι τοποθετημένοι πάνω στον άξονα.

Στα δακτυλίδια, τα οποία είναι μονωμένα μεταξύ τους και ως προς τον άξονα, συνδέονται τα τρία ελεύθερα άκρα του τυλίγματος του δρομέα.

Επάνω στα δακτυλίδια εφάταονται οι αντίστοιχες ψήκτρες, των οποίων οι ψηκτροθήκες είναι στερεωμένες στο στάτη της μηχανής. Μέσω των δακτυλιδιών και των ψηκτρών αυτών, κάθε φάση του τυλίγματος του δρομέα συνδέεται σε σειρά με την αντίστοιχη αντίσταση ενός τριφασικού εκκινητή.

Πολλοί κινητήρες με δακτυλίδια έχουν ένα σύστημα για την ανύψωση των ψηκτρών. Με το σύστημα αυτό, μετά την εκκίνηση του κινητήρα, οι τρεις αντιστάσεις του εκκινητή πρέπει να είναι βραχυκυκλωμένες, ανυψώνουμε τις ψήκτρες, ώστε να μην εφάπτονται στα δακτυλίδια. Ταυτόχρονα, με τον ίδιο μηχανισμό βραχυκυκλώνονται μεταξύ τους τα τρία δακτυλίδια. Έ τσι αποφεύγεται η φθορά των ψηκτρών κατά τη λειτουργία του κινητήρα και βελτιώνεται ο βαθμός αποδόσεώς του με την ελάττωση των τριβών.

Η διάταξη αυτή καθιστά δυνατή τη σύνδεση εξωτερικών αντιστάσεων στο κύκλωμα του δρομέα.Στα παρακάτω σχήματα φαίνεται ο δρομέας ενός κινητήρα με δακτυλίδια, σχήμα 1.3, και το σύστημα ανύψωσης των ψηκτρών, σχήμα 1.4.

1. ΕΙΔΗ ΑΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΤΡΙΦΑΣΙΚΩΝ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ

1.3.2) Apousic γωρίς κανάλια.

Οι δρομείς αυτοί κατασκευάζονται συνήθως από ολόσωμο σίδηρο όπου επάγονται δινορρεύματα ώστε να προκόψει χρήσιμη ροπή. Εν τούτοις ο βαθμός αποδόσεως, ο συντελεστής ισχύος και η ικανότητα υπερφορτίσεως ενός τέτοιου κινητήρα δεν είναι ευνοϊκοί. Οι κινητήρες με ολόσωμους δρομείς χρησιμοποιούνται για συστήματα κινήσεως με υψηλό αριθμό στροφών ανά λεπτό επειδή έχουν μεγάλη μηχανική αντοχή. Αναπτύσσουν σχετικώς μεγάλη ροπή εκκινήσεως και μικρό ρεύμα εκκινήσεως. Για την βελτίωση των ιδιοτήτων τους ενίοτε κατασκευάζεται ο δρομέας από στρώματα καταλλήλων υλικών. Η απλούστερη κατασκευή αυτού του τύπου είναι η τοποθέτηση φύλλου χαλκού επί της κυλινδρικής ετηφάνειας του ολόσωμου σιδήρου.

1.3.3) Ασύγγρονη μιιγανή Βραγυκυκλωιιένου δροιιέα.


Η περιέλιξη του δρομέα αποτελείται από αγώγιμες ράβδους, μπάρες, τοποθετημένες χωρίς μόνωση στα αυλάκια. Τα άκρα της κάθε πλευράς των ράβδων είναι συνδεδεμένα με τους δακτυλίους βραχυκύκλωσης. Το υλικό του κλωβού είναι χαλκός ή ορείχαλκος ή χυτό αλουμίνιο.

Ο κλωβός από αλουμίνιο κατασκευάζεται με χύτευση ενώ ο κλωβός από χαλκό συντίθεται από τις ράβδους, που στην περίπτωση αυτή μπορεί να είναι μονωμένοι όπως και οι δακτύλιοι.Το τύλιγμα κλωβού με, Sa ράβδους, μπορεί να θεωρηθεί σαν ένα τύλιγμα με S2

φάσεις με μία ράβδο ανά φάση. Έτσι οι S2 φάσεις συνδέονται κατά αστέρα με τον ένα δακτύλιο ενώ με τον άλλο δακτύλιο βραχυκυκλώνονται. Μία άλλη θεώρηση του τυλίγματος κλωβού είναι ότι έχει S2/P φάσεις, όπου ρ ο αριθμός πόλων του συνεργαζομένου στάτη.

Κάθε φάση αποτελείται από συγκεντρωμένα πηνία ενός ελίγματος ενώ κάθε πηνίο είναι βραχυκυκλωμένο.Όλα τα πηνία του τυλίγματος κλωβού βραχυκυκλώνονται στα δύο ακραία τμήματά

τους με τους δακτυλίους. Ένα τύλιγμα κλωβού μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε κινητήρα με οποιοδήποτε αριθμό πόλων.

Για την βελτίωση των συνθηκών εκκινήσεως το τύλιγμα κλωβού κατασκευάζεται με υψηλές και στενές ράβδους ή με διπλό κλωβό, ενώ μορφές των καναλιών του βραχυκυκλωμένου δρομέα φαίνονται στο σχήμα 1.5.

~~W

Μη ενεργά μέρη είναι το περίβλημα, ο άξονας, τα έδρανα, τα πλέγματα, ο ανεμιστήρας και άλλα εξαρτήματα στήριξης στερέωσης και μόνωσης.

Ο ττυρήνας του στάτη μικρών και μεσαίων μηχανών πρεσάρεται μέσα στο μανδύα από χυτοσίδηρο, του περιβλήματος που έχει διαμήκη πτερύγια ψύξης για καλύτερη απαγωγή της θερμότητας, σχήμα 1.7. Στις περισσότερες μικρές μηχανές όμως σήμερα το περίβλημα είναι αλουμινένιο.Στο σχήμα 1.6, φαίνεται ο κλωβός και τα ανατττυσσόμενα επαγωγικά ρεύματα, τα οποία δημιουργούν την μαγνητική δύναμη.

1. ΕΙΔΗ ΑΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΤΡΙΦΑΣΙΚΩΝ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ

χ(3λύβδινα ελάσματα

αγώγιμοι ράβΛοι

δακτυλίδι

Το περίβλημα αποτελείται από το μανδύα και τα πλευρικά καλύμματα. Τα έδρανα είναι τοποθετημένα στις φωλιές των πλευρικών καλυμμάτων, στις πολύ μεγάλες όμως μηχανές έχουν δική τους στήριξη στο δάπεδο.

Η τομή του ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα που ακολουθεί, και φαίνεται στο παρακάτω σχήμα, μας δείχνει πως είναι διαμορφωμένος στο εσωτερικό του.

. ΕΙΔΗ ΑΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΤΡΙΦΑΣΙΚΩΝ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ

1.3.3.α) Ο απλός κλωβός.

Τα ρεύματα του κλωβού διεγείρουν ένα στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο, ακριβώς όπως η τριφασική περιέλιξη του δακτυλιοφόρου δρομέα. Οι ωμικές αντιστάσεις των ράβδων και των δακτυλίων του κλωβού είναι πάρα πολύ μικρές σε σχέση με τις ωμικές αντιστάσεις του πυρήνα ενώ η αγωγιμότητα των δυναμοελασμάτων είναι πολύ χαμηλή λόγω της προσμίξεως πυριτίου. Η ωμική αντίσταση του πυρήνα είναι σχεδόν άπειρη λόγω της μόνωσης των δυναμοελασμάτων με βερνίκι. Επειδή εξάλλου δεν υπάρχουν αγωγοί συνδεδεμένοι σε σειρά οι επαγόμενες τάσεις στα άκρα κάθε ράβδου και μεταξύ δύο ράβδων είναι πάρα πολύ μικρές. Για τους λόγους αυτούς δεν χρειάζεται μόνωση του κλωβού έναντι του πυρήνα. Τα ρεύματα βέβαια είναι πάρα πολύ μεγάλα.

Οι ασύγχρονοι κινητήρες βραχυκοκλωμένου κλωβού έχουν εφαρμογή στο 80% τουλάχιστον της ηλεκτρικής κίνησης λόγω της φθηνής και απλής κατασκευής τους, της μεγάλης αξιοπιστίας της λειτουργίας των και της ελάχιστης συντήρησης που χρειάζονται.

Τα μειονεκτήματα αυτών είναι το μεγάλο ρεύμα εκκίνησης και η αδυναμία ελέγχου της περιστροφικής τους ταχύτητας.

1.3.3.β) Ο διπλός κλωβός.

Το τύλιγμα κλωβού αποτελείται από δύο στρώματα ράβδων, βραχυκυκλωμένα με δακτυλίους στα άκρα. Οι άνω ράβδοι έχουν μικρότερη διατομή από τις κάτω και συνεπώς έχουν υψηλότερη αντίσταση. Η γενική φύση του πεδίου σκεδάσεως του καναλιού δείχνεται στο σχήμα 1.6 από το οποίο φαίνεται ότι, η επαγωγή των κάτω ράβδων είναι μεγαλύτερη παρά στις άνω, λόγω της ροής η οποία διασταυρώνει τα αυλάκια μεταξύ των δύο στρωμάτων.

Άνω ράβδος

Η διαφορά σε επαγωγή μπορεί να γίνει αρκετά υψηλή εάν δοθεί κατάλληλη αναλογία μήκους στην στένωση του καναλιού μεταξύ των δύο ράβδων. Στην στάση.

. ΕΙΔΗ ΑΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΤΡΙΦΑΣΙΚΩΝ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ

όταν η συχνότητας του δρομέα ισούται με την συχνότητα του στάτη, υπάρχει σχετικώς λίγο ρεύμα στις κάτω ράβδους λόγω της μεγάλης αντιδράσεως. Η ενεργός αντίσταση του δρομέα σε στάση τότε είναι κατά προσέγγιση ίση προς το άνω στρώμα. Στις χαμηλές συχνότητες του δρομέα οι οποίες αντιστοιχούν σε χαμηλές ολισθήσεις, όμως, η αντίδραση είναι ασήμαντη και η αντίσταση του δρομέα τότε πλησιάζει εκείνη των δύο στρωμάτων εν παραλλήλω.

Είναι εύκολο να συμπεράνει κανείς, ότι στην εκκίνηση το ρεύμα κυκλοφορεί κυρίως στο εξωτερικό τύλιγμα κλωβού, του οποίου η αυτεπαγωγική αντίσταση είναι μικρή. Στην κανονική λειτουργία, η συχνότητα του ρεύματος στα τυλίγματα κλωβού του κινητήρα είναι μικρή. Οι αυτεπαγωγικές αντιστάσεις των τυλιγμάτων αυτών είναι τότε αμελητέες μπροστά στις ωμικές τους αντιστάσεις. Συνεπώς το ρεύμα κυκλοφορεί τότε κυρίως στο εσωτερικό τύλιγμα κλωβού, του οποίου η ωμική αντίσταση είναι πιο μικρή. Η ροπή του κινητήρα είναι κάθε στιγμή το άθροισμα των ροπών, που αναπτύσσονται στα δυο τυλίγματα κλωβού.

Δίνοντας τις κατάλληλες διαστάσεις στα δυο τυλίγματα, είναι δυνατό να διαμορφώσαμε την καμπύλη αυτή, ώστε ο κινητήρας να προσαρμόζεται άριστα στο μηχάνημα που πρόκειται να κινήσει. Στους κινητήρες αυτούς, που χρησιμοποιούνται για μεγάλες τιμές ισχύος, το ρεύμα της απ’ ευθείας εκκινήσεως είναι 2 ως 3.1 φορές μεγαλύτερο από το ονομαστικό ρεύμα του κινητήρα και ο βαθμός απόδοσης στην κανονική λειτουργία είναι ικανοποιητικός.Το πιο κάτω σχήμα μας δείχνει την μορφή που θα έχει ο δρομέας με διπλό κλωβό.

Εοωτεριχό τύλ ιγμα

Εξωτερικό τύλ ιγμα

1.3.3.Υ) Δρομέας με βαθιά αυλάκια.

Αυτό το είδος του ασύγχρονου κινητήρα είναι αυτό το οποίο θα υπολογίσουμε και θα σχεδιάσουμε πιο κάτω.

Ένας απλός τρόπος για να έχουμε αντίσταση δρομέα η οποία να μεταβάλλεται αυτόματα με την ταχύτητα, γίνεται με χρήση του γεγονότος ότι σε κατάσταση στάσεως η συχνότητα του δρομέα ισούται με την συχνότητα του στάτη. Καθώς ο

κινητήρας ετηταχόνει, η συχνότητα του δρομέα ελαττώνεται σε μία πολύ χαμηλή τιμή 2 ή 3 Ηζ υπό πλήρες ιρορτίο για κινητήρα 50 Ηζ. Χρησιμοποιώντας ράβδους δρομέα με κατάλληλη μορφή και διάταξη, οι δρομείς κλωβού μπορούν να σχεδιασθούν ώστε η ενεργός αντίστασή τους στη συχνότητα των 50 Ηζ να είναι αρκετές φορές η αντίσταση στη συχνότητα των 3 Ηζ. Το φαινόμενο αυτό είναι γνωστό ως το επιδεοαικό φαινόιιενο.

Η αυτεπαγωγή των ράβδων μεταβάλλεται, όπως και στο διπλό κλωβό, με το βάθος της οδοντώσεως. Στην εκκίνηση, η σύνθετη αντίσταση είναι μεγαλύτερη για τα μέρη των ράβδων που βρίσκονται στο βάθος. Συνεπώς τα ρεύματα που δημιουργούνται από επαγωγή κυκλοφορούν κυρίως στο μέρος των ράβδων του τυλίγματος που είναι προς την περιφέρεια. Έ τσι αναπτύσσεται ικανοποιητική ροττή εκκινήσεως, με σχετικά μικρά ρεύματα εκκινήσεως.

Στην κανονική λειτουργία, όταν η ταχύτητα αυξηθεί, ελαττώνεται η συχνότητα του ρεύματος που δημιουργείται από επαγωγή στο τύλιγμα του δρομέα. Η σύνθετη αντίσταση είναι τώρα μικρότερη στο μέρος των ράβδων, που βρίσκονται προς το εσωτερικό του δρομέα. Άρα το ρεύμα θα κυκλοφορεί κυρίως στο μέρος αυτό των ράβδων. Με τον τρόπο αυτό εξασφαλίζεται καλός βαθμός απόδοσης στην κανονική λειτουργία του κινητήρα.

Παρατηρούμε δηλαδή ότι στους κινητήρες αυτούς γίνεται μετατόπιση του ρεύματος μέσα στις ράβδους του τυλίγματος κλωβού.

Η διανομή του ρεύματος σε κινητήρες με βαθιά αυλάκια φαίνεται στο παρακάτω σχήμα ενώ, το σχήμα 1.12, μας δείχνει συγκριτικά τις καμπύλες ροπής ασύγχρονων μηχανών της ίδιας ονομαστικής και ονομαστικής ροπής, ίσων απωλειών χαλκού στην ονομαστική λειτουργία και της ίδιας καμπύλης ρεύματος συναρτήσει της ολίσθησης.


ί^Ι,Λίϋ;

- -Λ*-* tlfc^ ^ At.

«λ> ί ' \ , · t j - · ^ ' ¥ ; ^ ■■^Ϊ'Κ: >f , \ ' ' >■ Ti'. . Ι Γ .

»"*i, *

•'Vi·:-!

m%

j f -u · ' ‘7 ' tri > ·

L* I’ift- L "


Περιελίξεις

2.1) Εισαγωγή.

Στο προηγούμενο κεφάλαιο αναφερθήκαμε στα είδη των ασύγχρονων τριφασικών κινητήρων, τα μέρη από τα οποία αυτοί αποτελούνται αλλά και γι την συμπεριφορά τους κατά την λειτουργία.

Τώρα σε αυτό το κεφάλαιο θα αναφερθούμε στα είδη των περιελίξεων, στα είδη των μονώσεων που χρησιμοποιούνται και στον σχεδιασμό των περιελίξεων.

Οι περιελίξεις όπως ήδη είπαμε αποτελούν τα ενεργά μέρη μιας μηχανής, είναι δηλαδή το μέρος το οποίο δημιουργεί τις απαιτήσεις για την ομαλή λειτουργία αυτής. Ακόμα χαρακτηρίζει το είδος της μηχανής αλλά και τον τρόπο λειτουργίας της.

2.2) Κατασκευή ττεοιελΚεων.

Οι περιελίξεις αποτελούνται από αγωγούς οι οποίοι είναι τοποθετημένοι στα αυλάκια των πυρήνων και είναι συνδεδεμένοι σε σειρά ή παράλληλα. Ο αγωγός αποτελείται από ένα σύρμα ή μία ράβδο ή παράλληλα συνδεδεμένα σύρματα και είναι τοποθετημένος σε ένα αυλάκι.

Δύο αγωγοί συνδεδεμένοι σε σειρά αποτελούν ένα έλιγμα (ή στροφή). Φυσικά συνδέονται τα άκρα των δύο αγωγών της ίδιας πλευράς της μηχανής, συνήθως όμως δεν υπάρχει σύνδεση αλλά πρόκειται για το ίδιο σύρμα με το οποίο τυλίγονται περισσότερα ελίγματα σε σειρά και αποτελούν μια σπείρα με 2 άκρα (σχήμα 2.1).

Οι δύο πλευρές της σπείρας τοποθετούνται σε δύο διαφορετικά αυλάκια που απέχουν μεταξύ των ένα ή περίπου ένα πολικό βήμα. Τα σύρματα είναι χάλκινα, επισμαλτωμένα πάχους μερικών εκατοστών του χιλιοστού που δημιουργείται με εμποτισμό σε κατάλληλο βερνίκυ κυκλικής διατομής σε μικρές και ορθογώνιας διατομής σε μεγάλες διατομές.

Οι σπείρες της ίδιας φάσης, οι πλευρές των οποίων είναι τοποθετημένες σε γειτονικά αυλάκια και είναι συνδεδεμένες σε σειρά, αποτελούν μια ομάδα (ή πηνίο). Στην περίπτωση των στρογγυλών συρμάτων η ομάδα κατασκευάζεται

- 19-

από το ίδιο σύρμα χωρίς σύνδεση. Μια ή περισσότερες ομάδες συνδεδεμένες σε σειρά ή παράλληλα αποτελούν τιιν περιέλιξη μιας φάσης. Στην απλή στρώση η κάθε φάση έχει ρ στη διπλή 2ρ ομάδες.

Από την άποψη της κατασκευαστικής τεχνολογίας, οι περιελίξεις μπορούν να διαιρεθούν στις παρακάτω κατηγορίες.

2.2. η Συραατοπεριέλιξη.

Η περιέλιξη αυτή αποτελείται από στρογγυλά σύρματα μικρής διατομής επισμαλτωμένα και χρησιμοποιείται σε ηλεκτρικές μηχανές χαμηλής τάσης. Σε μεγάλες διατομές ο αγωγός αποτελείται από περισσότερα παράλληλα σύρματα.

Σε μεγάλες μηχανές χαμηλής τάσης, ο κάθε αγωγός αποτελείται από δεκάδες παραλλήλων συρμάτων.Η κατασκευή των σπειρών, η μόνωση των αυλακιών, η τοποθέτηση των

σπειρών μέσα στα αυλάκια και η στερέωση των κεφαλών (μετώπων) γίνεται με αυτόματες περιελικτικές μηχανές.Η τοποθέτηση των πλευρών των σπειρών μέσα στο μονωμένα αυλάκια γίνετε

από τη σχισμή των μισάνοιχτιον αυλακιών που έχουν τα δυναμοελάσματα των μηχανών με συρματοπεριέλιξη.

Οι πλευρές των σπειρών τοποθετούνται μέσα στα αυλάκια, ενώ τα υπόλοιπα μέρη βρίσκονται εκτός των πυρήνων και αποτελούν τις κεφαλές. Στις κεφαλές τοποθετούνται μονωτικά μεταξύ των φάσεων. Ολόκληρος ο περιελιγμένος πτιρήνας εμποτίζεται με βερνίκι μόνωσης, το οποίο έπειτα θερμοσκληρύνεται με την τοποθέτηση των περιελιγμένων πυρήνων σε φούρνους για πολλές ώρες. Τα άκρα των φάσεων τοποθετούνται σε ευέλικτους μονωτικούς σωλήνες και καταλήγουν στους ακροδέκτες της μηχανής.

2.2.2) Πεοΐ£λι£ΐΐ διααοοωωαένων σπειρών.

Η περιέλιξη αυτή αποτελείται από σύρματα ορθογώνιας διατομής επισμαλτωμένα και χρησιμοποιείται σε ηλεκτρικές μηχανές υψηλής τάσης αλλά και σε μεγάλες μηχανές χαμηλής τάσης, φυσικά με διαφορετική μόνωση.

Η μόνωση των σπειρών υψηλής τάσης γίνεται με θερμοσκληρυνόμενες ρητίνες. Στα μονωτικά αυτά χρησιμοποιείται ως φορέας υαλοβάμβακας ο οποίος εμποτίζεται με ρητίνη.

Υπάρχουν δύο κυρίως μέθοδοι κατασκευής των περιελίξεων αυτών. Στην πρώτη, οι σπείρες μονώνονται και ψήνονται έξω από τη μηχανή και έπειτα τοποθετούνται στα αυλάκια, στι·) δεύτερη, η οποία απαιτεί μεγάλους φούρνους κενού, τοποθετούνται πρώτα οι σπείρες στα αυλάκια και έπειτα τοποθετείται ολόκληρος ο στάτης (ή δρομέας) στο φούρνο όπου σε κενό αέρα εμποτίζονται οι σπείρες, οι οποίες είναι μονωμένες με υαλοβάμβακα, ή με θερμοσκληρυνόμενη ρητίνη. Οι περιελίξεις αυτές υ\|/ηλής τάσης έχουν πολύ μεγάλη διηλεκτρική και μηχανική αντοχή και μεγάλη θερμική αντοχή.

2.3) Τοαβηντιι πεοιέλιέη.

Χρησιμοποιείται σε μηχανές μέσης ισχύος και υψηλής τάσης μέχρι 3000 V αλλά και σε κινητήρες υποβρυχίων αντλιών χαμηλής τάσης και αποτελεί μια ενδιάμεση κατηγορία μεταξύ των συρματοπεριελίξεων και των περιελίξεων διαμορφωμένων σπειρών.

Ο μονωμένος αγωγός κόβεται σε μήκος λίγο μεγαλύτερο από ότι χρειάζεται μια ομάδα. Κάθε ομάδα κατασκαιάζεται αφού περαστή ο μεγάλου μήκους αγωγός της τραβηχτά μέσα στα αυλάκια προς τα εμπρός και προς τα πίσω παρά>>ληλα προς τον άξονα. Τα τοιχώματα των αυλακιών, τα οποία μπορεί να είναι και χωρίς σχισμή, έχουν βέβαια προηγουμένως μονωθεί.

2.3) Μόνωση περιελί£εων.

Τα μονωτικά υλικά των περιελίξεων πρέπει να έχουν μηχανική, θερμική και διηλεκτρική αντοχή. Η μηχανική αντοχή απαιτείται λόγω αντιστοίχων φορτίσεων στην κατασκευή της περιέλιξης α>Λά και σε περιπτώσεις βραχυκυκλωμάτων στα οποία τα μεγάλα ρεύματα δημιουργούν μεγάλες δυνάμεις μεταξύ των αγωγών, οι οποίες μπορεί να παραμορφώσουν και να καταστρέψουν τις κεφαλές κυρίως των περιελίξεων. Η θερμική αντοχή απαιτείται στη λειτουργία, ενώ η διηλεκτρική αντοχή απαιτείται στις δοκιμές περιέλιξης και στη λειτουργία της μηχανής. Εκτός από τη διηλεκτρική αντοχή.

η μόνωση της περιέλιξης πρέπει να έχει και μεγάλη ωμική αντίσταση. Εκτός από τα παραπάνω, τα μονωτικά πρέπει κατά το δυνατόν να είναι υγροσκοπικά και σε πολλές περιπτώσεις να αντέχουν σε λάδια.

Οι αντίστοιχες επιτρεπτές τιμές της θερμοκρασίας για περιελίξεις μηχανών με ισχύ μικρότερη των 5000 kW δίνονται στον πίνακα 2.1.

Η θερμοκρασία ενός μονωτικού πρέπει να μην υπερβαίνει την επιτρεπτή μέγιστη θερμοκρασία του. πάνω από την οποία αρχίζει να αλλοιώνεται.

Οι προδιαγραφές όμως ορίζουν την επιτρεπτή ανύψωση θερμοκρασίας που δίνεται επίσης στον ίδιο πίνακα. Ανύΐ|/ωση θερμοκρασίας σημείου είναι η διαφορά θερμοκρασίας του σημείου αυτού έναντι του ψυκτικού μέσου. Η ανιιψωση της θερμοκρασίας της περιέλιξης συνήθως βρίσκεται με τη μέθοδο της αντιστάσεως.

Πίνακας 2.1.

1 Κλάση μόνωσης ΔΘ„,», (Κ ) Δ Θ _ (Κ )

' A 105 65 60Ε 120 80 75Β 130 90 80F 155 115 100

1 Η 180 140 1251 C άνω των 180 -

Όπου : 6ma\ = Μέγιστη επιτρεττη] θερμοκρασία.ΔΘ,ηιν= Μέγιστη επιτρεπτι ανύψωση θερμοκρασίας στο θερμότερο σημείο.Δθ,,,αχ = Μέγιστη ετητρεπτιί ανύ\|κοσι·ι θερμοκρασίας με τι-| μέθοδο τιις αντίσταστις.

Η θέρμανση παίζει πολύ σημαντικό ρόλο στη διάρκεια ζωής της περιέλιξης. Παρότι η χρησιμοποίηση των σύγχρονων μονωτικών έχει αυξήσει τη διάρκεια ζωής των περιελίξεων, η μόνωση αποτελεί μαζί με την έδραση του άξονα το αδύνατο σημείο των ηλεκτρικών μηχανών.

Τα κυριότερα μονωτικά υλικά που αποτελούνται από φυσικές και τεχνητές ύλες, οργανικές και ανόργανες, είναι τα εξής:

a)___Η μαρμαρυγή (αίκα).

Έχει άριστη θερμική, διηλεκτρική και χημική αντοχή. Από την κατεργασία ηις προκύπτουν τα λεπτά λαμπυρίζοντα φύλλα-λέπια της μαρμαρυγής, από τα οποία παράγεται με συνδετικά υλικά ο μικανίτης σε μορφή πλάκας και το εύκαμπτο μικαφόλιο με φορέα από χαρτί ή ύφασμα από μετάξι ή υαλοβάμβακα.Συνδετικά υλικά είναι φυσικές και τεχνητές ρητίνες.

β]__Ο αμίαντος.

Έχει μεγάλη θερμική αντοχή. Χρησιμοποιείται αλεσμένος ως υλικό πλήρωσης κενών χώρων στις περιελίξεις αναμεμειγμένος με τεχνητές ρητίνες.

ύ ___Το π ^ Γ άν,

Παράγεται σε μορφή τιλακών ή ρολών από χαρτόνι αρίστης ποιότητας υπό μεγάλη πίεση. Χρησιμοποιείται στους μετασχηματιστές και στις ηλεκτρικές μηχανές (μονωτικά αυλακιών και κεφαλών). Έχει καλές μηχανικές, θερμικές και ηλεκτρικές ιδιότητες, είναι όμως πολύ υγροσκοπικό. Το μειονέκτημα αυτό αντιμετωπίζεται σε ικανοποιητικό βαθμό, όχι βέβαια πλήρως, με εμποτισμό σε βερνίκια.

δ) Τα ινώδη υλικά.

Τέτοια είναι το βαμβάκι, το λινό, το φυσικό και τεχνητό μετάξι. Είναι υγροσκοπικά και για το λόγο αυτό μόνα τους δεν είναι καλά μονωτικά. Μπορούν όμως να χρησιμοποιηθούν ως φορείς διαφόρων βερνικιών.

ύ ___Ο υαλοβάμβακας.

Είναι γυαλί σε ινώδη μορφή, έχει πολύ καλές θερμικές και μέτριες μονωτικές ιδιότητες.Από τις εύκαμπτες ίνες πάχους 4 έως 10 μιτι υφαίνονται υφάσματα τα οποία αποτελούν το σημαντικότερο φορέα των σύγχρονων μονωτικών.

ζ) Τα ασφαλτικά υλικά.

Έχουν καλές χημικές και διηλεκτρικές ιδιότητες, δεν είναι υγροσκοπικά. έχουν όμως αντικατασταθεί από τις ρητίνες οι οποίες υπερέχουν από θερμική και μηχανική άποψη.

η) Οι φυσικές και teyntitsc ρητίνες.

Οι πρώτες αλλά κυρίως οι δεύτερες έχουν άριστες μηχανικές, θερμικές και μονωτικές ιδιότητες. Οι φυσικές ρητίνες που παράγονται από τα βελονοειδή δένδρα έχουν εκτοπισθεί από τις τεχνητές ρητίνες (φαινολική ρητίνη, ακόρεστη πολυεστερική ρητίνη και κυρίως εποςειδική ρητίνη και σιλικόνες). Η ανάπτυξη των τεχνητών ρητινών απετέλεσε επανάσταση στην τεχνολογία των μονωτικών, ιδιαίτερα στις περιελίξεις υΐ|/ηλής τάσης.

θ’) Τα πλαστικά φύλλα (φίλuc).

Κατασκευάζονται από πολυαιθυλένιο-τερεφθάλιο με τα εμπορικά ονόματα Hostaphan. Mylar κ.λ.π. Έχουν πολύ καλές μηχανικές και ηλεκτρικές ιδιότητες και είναι ανθεκτικά σε υγρασία, βακτηρίδια, θαλασσινό νερό και δύσκολες κλιματικές συνθήκες.

ιί Τα βερνίκια

Τα σύγχρονα βερνίκια παράγονται από τεχνητές ρητίνες και δεν έχουν λάδια όπως τα παλιά. Τα κυριότερα είναι τα βερνίκια βακελίτη και φενολικής. αλκυδικής. μελανινικής. πολυεστερικής. εποξειδικής ρητίνης και ρητίνης σιλικόνης και πολυουρεθάνης. Για τον εμποτισμό περιελίξεων χρησιμοποιούνται τα τέσσερα τελευταία και κυρίως τα πολυεστερικά και εποξειδικά.Τα βερνίκια δημιουργούν ένα φιλμ γύρω από την περιέλιξη αλλά και

γεμίζουν κενούς χιορους μέσα στα αυλάκια και τις κεφαλές της περιέλιξης. Πρέπει να έχουν καλές μηχανικές, θερμικές και μονωτικές ιδιότητες και να μην είναι υγροσκοπικά ή διαπερατά από νερό.

Μετά τον εμβαπτισμό των περιελιγμένων μερών της μηχανής σε βερνίκι, ακολουθεί διαδικασία πολύωρης ξήρανσης σε φούρνους. Τα βερνίκια εμποτισμού είναι θερμοσκληρυνόμενα.Τα βερνίκια αέρα (επιχρίσματα) ξηραίνονται σε θερμοκρασία περιβάλλοντος

και χρησιμοποιούνται κυρίως για επιδιορθώσεις ή για πρόσθετη μόνωση στις κεφαλές των περιελίξεων με επάλειψη.Ο εμποτισμός σε βερνίκι είναι πολύ σημαντική και απαραίτητη διαδικασία.

Εκτός από τη μονωτική του αποστολή βελτιώνει σημαντικά και την απαγωγή θερμότητας της ηλεκτρικής μηχανής. Η θερμοκρασία της περιέλιξης στη λειτουργία ηλεκτροκινητήρων χαμηλής τάσης μειώνεται λόγω του εμποτισμού περίπου κατά 5 Κ.

ια) Τα μονωτικά περισσότερων στρώσεων (sandwitchl.

Κατασκευάζονται για να συνδυασθούν οι καλύτερες ιδιότητες διαφορετικών υλικών. Λεπτό πρεσπάν π.χ. είναι μηχανικά πιο ευαίσθητο, ενώ έχει μεγαλύτερη θερμική αντοχή από το Hostaphan.

ιβ~> Οι μονωτικέε ταιvίεc.

Αποτελούνται από ύφασμα υαλοβάμβακα εμποτισμένο ή όχι και χρησιμοποιούνται για το δέσιμο και τη στήριξη των κεφαλών των περιελίξεων.

2.3.2) Idiorprsc αονωτικών υλικών.

Τα μονωτικά υλικά, που αναφέραμε και πιο πάνω, πρέπει να έχουν τις εξής ιδιότητες ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν χωρίς να δημιουργούν προβλήματα κατά την λειτουργία τις μηχανής :

1. Να έχουν μεγάλη ηλεκτρική αντίσταση ή μικρή αγωγιμότητα.

II. Να παρουσιάζουν μεγάλη διηλεκτρική αντοχή, για να μπορούν να αντιστέκονται στη διέλευση του ραιματος μέσα από την ύλη τους, τόσο στις υψηλές όσο και στις χαμηλές τάσεις .

III. Να παρουσιάζουν ομοιογένεια υλικού. Τα μονωτικά υλικά μέσα στην μάζα τους δεν θα πρέπει να έχουν φυσαλίδες αέρος ή υγρασίας.

IV. Να παρουσιάζουν μηχανική και θερμική αντοχή ώστε να μην σπάζουν εύκολα, να αντιστέκονται στις ανυψώσεις τις θερμοκρασίας και στις καιρικές μεταβολές .

V. Να μην είναι υγροσκοπικά. ώστε να μην απορροφούν υγρασία η οποία θα είχε σαν αποτέλεσμα να φουσκώνουν και να μειώνεται έτσι η μονωτική τους ικανότητα .

VI. Να μην προσβάλλονται από έλαια, σκόνη, οξέα και διαβρωτικούς ατμούς .

V II. Να καταλαμβάνουν όσο το δυνατόν μικρότερο χώρο .

V III. Να μην παρουσιάζουν μεγάλη απώλεια ισχύος ή να απορροφούν μικρή ποσότιμα ηλεκτρικής ενέργειας με τη μορφή της θερμότητας .

2.3.3) Διηλεκτρική σταθερά και αντογιί ev6 c υλικού .

Ο πυκνωτής είναι ένα στοιχείο το οποίο σχηματίζεται όταν δύο αγώγιμες πλάκες (οπλισμοί) διαχωρίζονται με ένα μονωτή (διηλεκτρικό) και φαίνεται στο σχήμα 2.2. Αν στους οπλισμούς εφαρμοστεί τάση, στο διηλεκτρικό μεταξύ των οπλισμών σχηματίζονται δυναμικές γραμμές ηλεκτρικού πεδίου, η ηλεκτρική ροή που αναπτύσσεται αποτελεί μέτρο της χωρητικότητας που σχηματίζεται από τους οπλισμούς και το διηλεκτρικό.

Όπου : Α - Περιοχι) οπλισμών S= Πάχος διηλεκτρικού

Με την εφαρμογή της τάσης στον πυκνωτή, που έχει σαν διηλεκτρικό υλικό τον αέρα . στις δυο πλάκες του θα συγκεντρωθούν ίσα και αντίθετα ηλεκτρικά φορτία Qa. ενώ αν τοποθετήσουμε ανάμεσα από τους οπλισμούς του ίδιου πυκΛ/ιοτή διαφορετικό διηλεκτρικό υλικό και έχοντας πάντα την ίδια τάση πνιγής βλέπουμε ότι το πεδίο μεταξύ τον δυο οπλισμών δυναμώνει. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα να συγκεντρωθούν ίσα και αντίθετα φορτία Q0. στις δυο πλάκες του πυκνωτή, περισσότερα από πριν που χρησιμοποιήσαμε ως διηλεκτρικό τον αέρα.

Ο λόγος Q6/ Qa μας δίνει την χαρακτηριστική σταθερά για κάθε μονωτικό υλικό η οποία ονομάζεται διηλεκτρική σταθερά και συμβολίζεται με το γράμμα ε. έτσι έχουμε :

_ φορτίο 06 φορτίο Q a

Τα διηλεκτρικά υλικά όταν χρησιμοποιούνται σαν μονωτικά έχουν διάφορες απαιτήσεις για την ομαλή τους λειτουργία, για παράδειγμα η μέγιστη τάση που μπορούν να αντέξουν.

Αυτή η τάση παράγει απώλειες στην διηλεκτρική δύναμη ενός μονωτικού ενώ η ηλεκτρική πίεση προκαλεί μια ανεπάρκεια η οποία περιλαμβάνει την κατάπτωση της τάσης και την δίοδο του ρεύματος .Στα στερεά .αυτό προκαλεί μια μόνιμη απώλεια ισχύος και στα υγρά ή αέρια μπορεί να προκληθεί μόνο προσωρινή απώλεια.

Όταν μια εκφόρτιση γίνεται μεταξύ δυο ηλεκτροδίων σε ένα αέριο ή υγρό ή πάνω από μια στερεά επιφάνεια στον αέρα .ονομάζεται ηλεκτρική εκκένωση. Αν η εκφόρτιση λαμβάνει χώρα μέσο ενός στερεού μονωτικού ονομάζεται διάτρηση.

Η μέγιστη τάση στην οποία θα εφαρμοσθεί σε κάποιο διηλεκτρικό, χωρίς να γίνει διάτρηση από ηλεκτρικό σπινθήρα, μας δίνει την διηλεκτρική αντοχή του υλικού ενώ η μέγιστη τάση που θα προκαλέσει διάτρηση στο υλικό ονομάζεται τάση διασπάσεως.

Έτσι βλέπουμε ότι αυτές οι δυο έννοιες είναι σημαντικές για την χρήση κάποιου υλικού ως διηλεκτρικό αφού αναλόγως το είδος της εφαρμογής που θα χρησιμοποιηθεί πρέπει να έχει και τις αντίστοιχες ιδιότητες ώστε να αντεπεςέλθει στις απαιτήσεις της λειτουργίας. Ο πιο κάτω πίνακας μας δίνει την διηλεκτρική σταθερά και αντοχή διαφόρων υλικών.

Πίνακας 2.2.

Υλικό Διηλεκτρική σταθερά ε Διηλεκτρική αντοχή Κ (kV/mm)

Αέρα; 1 2.14Φίμπερ 4 - 6 7Χαρτί 2 - 2.5 4Παραφίνη 2 - 2.6 16Καουτσούκ 2 - 3.5 10Ξύλο 2 - 7.7 7Μίκα 2.5 - 4.9 60Βακελίτη; 4.5 - 7.5 10Γ υαλί 5.1 - 9.9 10 - 20Πορσελάνη 5.7 - 6.8 9 - 1 5Μάρμαρο 6.15 2Λάδι 2.2 - 2.5 20Εβονίτη; 2 - 3 30Χαλαζία; 3.7 40 - 80Σέλ>.ακ 2.7 - 3.7 35

2.4ί Αγωγοί τυλίΎαάτων.

Η περιέλιξη των τυλιγμάτων των ηλεκτρικών μηχανών γίνεται με αγωγούς, κυκλικής ή ορθογωνικής διατομής. ή με γυμνή ορθογωνική μπάρα από χαλκό.

Ο αγωγός κυκλικής διατομής χρησιμοποιείται κυρίως στις μικρότερες μηχανές. Ο αγωγός ορθογωνικής διατομής επιτυγχάνει καλύτερο συντελεστή εκμετάλλευσης χώρου και κατασκευάζονται τυλίγματα μηχανικώς ισχυρότερα.

Τα μεγέθη των αγωγών περιελίξεων χαρακτηρίζονται από το ευρωπαϊκό σύστημα, από τη διάμετρο του αγωγού σε δέκατα του χιλιοστού, π.χ.:14/10 = 1.4 mm. ενώ κατά το αμερικάνικο σύστημα A.W.G (American Wire Gage), από αριθμούς οι οποίοι μεταβάλλονται αντιστρόφως προς το μέγεθος του αγωγού δηλαδή ο μεγάλος αριθμός δείχνει αγωγό μικρού μεγέθους .0 πίνακας 2.7. δίνει διάφορα χαρακτηριστικά μεγέθη των χάλκινων αγωγών περιέλιξης κυκλικής διατομής. ενώ ο πίνακας 2.8. μας δίνει μερικές διαστάσεις ορθογώνιων αγωγών χαλκού σύμφωνα με τα TGL - 10084 και TGL 0 - 17672.

α) Είδη μονώσεων αγωγών περιελίξεων.

Η μόνωση των αγωγών περιελίξεων αποτελείται από μια στρώση βερνικιού εμαγιέ και επί πλέον από ένα απλό βαμβακερό περίβλημα για τις μικρές μηχανές και ένα διπλό για τις μεγαλύτερες μηχανές. Οι μπάρες τυλίγονται με βαμβακερή ταινία πάχους 0.125 έως 0.175mm.Η μόνωση με απλή μεταξωτή ταινία χρησιμοποιείται στις μικρές μηχανές και

στα σύρματα διαμέτρου μέχρι 15/10 του χιλιοστού.

β) Επιτρεπόμενη ένταση ενός αγωγού.

Η ένταση αυτή χαρακτηρίζεται από το μεγαλύτερο ρεύμα που μπορεί να διαρρέει συνεχώς των αγωγό χωρίς να κινδυνεύει να καταστραφεί η μόνωση του αγωγού. Η επιτρεπόμενη ένταση εξαρτάται από την θερμοκρασία στην οποία αντέχει η μόνωση του. Ένας αγωγός με μόνωση η οποία αντέχει σε υψηλή θερμοκρασία θα έχει και μεγάλη επιτρεπόμενη ένταση.

γ) Συντελεστής θερμοκρασίας.

Λέγεται ο αριθμός ο οποίος δείχνει πόσο αυξάνει μια αντίσταση 1 Ohm. όταν η θερμοκρασία της αυξηθεί κατά Γ Ό . διότι είναι γνωστό ότι η αντίσταση ενός αγωγού αυξάνει με την θερμοκρασία. Ο συντελεστής θερμοκρασίας των υλικών είναι θετικός αριθμός εκτός του άνθρακα, του γυαλιού, των ηλεκτρολυτών και των μονωτικών υλικών. Ο πίνακας 2.4 δίνει την ειδική αντίσταση και τον συντελεστή θερμοκρασίας των πλέον χρησιμοποιημένων αγωγών στις ηλεκτρικές μηχανές.

Η παρακάτω σχέση δίνει την αντίσταση ενός αγωγού στους 8 " C ,όταν γνιορίζουμε την ειδική R,, στους 0"C και τον συντελεστή θερμοκρασίας α:

Κθ=Κ0χ(Ι+αχθ)

Ο παρακάτω τύπος δίνει την αντίσταση ενός αγωγού στους 8"C όταν γνωρίζουμε την αντίσταση Ri στους t'’ C και τον συντελεστή θερμοκρασίας α.

Πίνακας 2.3.

Ειδικιί αντίσταση και συντελεστιίς θερμοκρασίας αγωγών

Είδος αγωγού Ειδικήαντίσταση στους

0 C

ΣυντελεστήςΘερμοκρασίας

Άργυρος Θ.Θ15 0.004Χαλκός(σκληρός) 0.Θ16-Θ.018 0.0043Χαλκός(μαλακός) 0.0175 0.004Αλουμίνιο 0.027 0.0037Μπρούντζος 0.055 0.025

Εκτός από αυτούς τους πίνακες, παρακάτω ακολουθούν και άλλοι οι οποίοι μας δείχνουν, την επιλογή της μόνωσης των αγωγών, την αγωγιμότητα κ και συντελεστής θερμοκρασίας αιο- και την αύξηση της διαμέτρου αγωγών λόγω της μόνωσης.Επίσιις ακολουθούν και δυο πίνακες οι οποίοι μας δίνουν τις διάφορες διαστάσεις για αγωγούς κυκλικής και ορθογωνικής διατομής.

Επιλογή ττ|ς μόνωσης των αγωγών.

Μετασγηματιστές ελαίου ! Κυκλικι)ς διατομής αγωγός Ορθογωνικής διατομής αγωγός

Μεσαίες τάσεις Βερνίκι Μέχρι 3 X 5mm ’ βερνίκι, μεγαλύτερη χαρτί

Υπερύνι/ηλες τάσεις Χαρτί ΧαρτίΠεριστρεφόμενες μηγανές χαμηλής τάσης Κυκλικής διατομής αγωγός Ορθογιονικής διατομής αγωγός

Βερνίκι ΒερνίκιΔρομέας Βερνίκι Βερνίκι ή περίσφιςηΕπαγίύγικό ηίμπανο Περίσφιςη Ταινία υπερδιπλωμένηΓια υιι/ηλή τάσιμ Εμποτισμό με μάζα γεμίσματος και σιδέρωμα με ΜικανίτηΣε υη/ηλές εςιοτερικές θερμοκρασίες ή υ\|ΐηλή υγρασία: Μόνωση Σιλικόνης

.Λγωγιμότηια κ και συντελεσηίς θερμοκρασίας α για μερικά υλικά αγωγών.

Πίχ’ακας 2.5.

Υλικά Κ σε20

m/mm' για θι 75

ερμοκρασία σ 95

ε "C115

a 20

σε 10"'/κΗλεκτρολυτικός χαλκός σύμφωνα με το ΟΓΝ 40500

57 46.8 44 41.5 3.9

Χυτό αλουμίνιο 37 30.6 28.8 27.2 4.37Χυτό αλουμίνιο 32 26.5 25 23.6 5.2Εφελκυσμένος

ορείχαλκος15.3 16.63 17 17.5 1.5

Πή'ακας 2.6.

Αύςησιι ττ|ς διαμέτρου αγωγών από χαλκό σε mm.

Τιμές για κυκλικό σύρμα μονιομένο με βερνίκι DIN 46435

Γυμνός αγωγός από διάμετρος d „ μέχρι

0.020.045

0.050.1

0.10.25

0.251.0

1.03.0

.Α.πλή μόνωση βερνικιού Διπλή μόνωση βερνικιού

0.0050.01

0.010.015

0.020.03

0.030.05

0.040.08

Κυκλικό σύρμα με περίσφιξη σύμφωνα με το DIN 45436

Γ υμνός αγωγός από διάμετρος d „ μέχρι

0.20.315

0.3150.5

0.50.8

0.81.5

1.54

45

Φυσικό μετάςι 0.7 0.7 0.8 0.1Βαμβάκι 0.16 0.22 0.22 0.22 0.26 0.3 0.4

Χαρτί από κυτταρίνη 0.2 0.2 0.2 0.22 0.3 0.35Φύλλο πολυεστέρα 0.1 0.1 0.18 0.2 0.2 0.2

Υαλοβάμβακας 0.12 0.12 0.12 0.12 0.2 0.25

Κυκλικό σύρμα πειοισφιγμένο με υαλοβάμβακα και βερνικωμένο με ρυτίνη σιλικόνης

Διάμετρος d „ 0.4 μέχρι 1.0 | 1.05 μέχρι 1.8 | 1.9 μέχρι 3■Δ.ύςηση διαμέτρου 0.12 1 0.12 μέχρι 0.18 | 0.18 μέχρι 0.25

Σύρμα ofιθογωνικής διατομής με ττερίσφιξη

Υλικό μόνιοσης Χαρτί διπλό τριπλό 4-5πλό

Βαμβάκι Υαλοβάμβακας με βερνίκι σιλικόνης Ταινία υπιερδιπλωμένη

.λύςησιι διαμέτρου 0.3 0.4 0.6 0.3 - 0.4 0.2 - 0.3 0.4 - 0.6

Β

lii l l i i i i S i s S S S a s j i :

li

i

J if ■!

!LILf i

I .

r

Illilit

S 5 5 S S : 5 S S - S '

i i i i s i i i i i i i i l i i i i i i i i i i i

Ξ-Ξ:

Ϊ - Ι Ι Ι Ι Ε 5 5 ! . ! - ! - ! - ! .

Αγωγοί ορθογωνικής διατομής.

Πίνακας 2.8.

Πλάτοςb

Πάχος Ετητρεπτ

b

Διατομήανά ί m

kgb

Πάχος ΕπιτρετΓτι

b

Ες ανοχές Διατομή

kS

3 ±0.06 75 0.67

+ 0.05 12 0.11 5 ±0.08 125 1.11

6 3 + 0.08 + 0.06 18 0.16 25 8 ±0.15 ±0.10 200 1.78

4 + 0.08 24 0.21 10 ±0.10 250 2.23

±0.12 375 3.34

3 ±0.06 90 0.80

+ 0.05 16 0.14 5 ±0.08 150 1.34

8 + 0.10 + 0.06 24 0.21 30 8 ±0.15 ±0.10 240 2.14

4 + 0.08 32 0.28 10 ±0.10 300 2.67

±0.08 40 0.36 15 ±0.12 450 4.01

-1 + 0.05 20 0.18 4 ±0.08 160 1.363 ±0.06 30 0.27 5 ±0.08 200 1.78

10 4 ±0.10 ±0.08 40 0.36 40 8 ±0.20 ±0.10 320 2.855 ±0.08 50 0.45 10 ±0.10 400 3.568 ±0.10 80 0.71 15 ±0.12 600 5.34

20 ±0.15 800 7.12

2 ± 0.05 24 0.21 5 ±0.08 250 2.233 ±0.06 36 0.32 8 ±0.10 400 3.56

12 4 ±0.12 ±0.08 48 0.43 50 10 ±0.20 ±0.10 500 4.45

±0.08 60 0.53 15 ±0.12 750 6.68S ±0.10 96 0.85 20 ±0.15 1000 8.90

2 ± 0.05 30 0.27 5 ±0.08 300 2.673 ±0.06 45 0.40 8 ±0.10 480 4.27

15 ±0.12 ±0.08 75 0.67 60 10 ±0.25 ±0.10 600 5.348 ±0.10 120 1.07 15 ±0.12 900 8.0110 ±0.10 150 1.34 20 ±0.15 1200 10.68

2 ± 0.05 36 0.32 8 ±0.10 640 5.7018 ±0.12 ±0.08 90 0.80 10 ±0.10 800 7.12

8 ±0.10 144 1.28 80 15 ±0.25 ±0.12 1200 10.6810 ±0.10 180 1.60 20 ±0.15 1600 14.24

2 ± 0.05 40 0.36±0.08 100 0.89 10 ±0.10 1000 8.90

20 8 ±0.1.S ±0.10 160 1.42 100 15 ±0.30 ±0.12 1500 13.3510 ±0.10 200 1.78 20 ±0.15 2000 17.801.S ±0.12 300 2.67

2.5V 1h}> !ww)g!qrrow

2.5. Π Γενικά.

Η σχεδίαση ενός τυλίγματος κάποιας μηχανής εναλλασσόμενου ρεύματος μπορεί να γίνει αν γνωρίζουμε τα εξής στοιχεία και τεχνικά χαρακτηριστικά που θα έχει η μηχανή :

• Τον αριθμό των αυλακιών ζ.• Γον αριθμό των ζευγών των πόλων ρ.• Τον αριθμό των φάσεων m.• Τον αριθμό των στοιχείων ανά αυλάκι.• Τον αριθμό των αυλακιών σε κάθε πολικό βήμα.• Τον αριθμό των αυλακιών σε κάθε πολικό βήμα και φάση.• Το σύνολο των αυλακιών για κάθε φάση.• Την ισχύ της μηχανής.• Τον αριθμό των αγωγών για κάθε αυλάκι του στάτη.• Γην ωμική αντίσταση κάθε φάσης του τυλίγματος.• Την διάμετρο του μονωμένου αγωγού.• Την διάμετρο του αγωγού χωρίς μόνωση.• Γη φασική τάση.

Πριν αναφερθούμε στα διάφορα είδη τυλιγμάτων εναλλασσομένου ρεύματος θα πρέπει πρώτα να εξηγήσουμε μερικές βασικές έννοιες που παίρνουν μέρος στιι διαμόρφωση του τυλίγματος της μηχανής.

2.5.2) Το πολικό βήαα .

Πολικό βήμα λέμε τη σχέση που υπάρχει μεταξύ του στάτη της μηχανής και του αριθμού των πόλων της το οποίο δίδεται από την σχέση ;

t Ν’’ -Ρ -Ρ

Όπου ; tp= το πολικό βήμα.D = η εξωτερική διάμετρος του στάτη της μηχανής.2ρ = ο αριθμός των πόλων της μηχανής και Ν = ο αριθμός των καναλιών του στάτη της μηχανής.

Στα δυο παρακάτω σχήματα φαίνονταε το πολικό βήμα σε σχέση με το ρεύμα, και το μαγνητικό πεδίο περιέλιξης απλής στρώσης μιας φάσης

(σχήμα 2.3) και μια διπολική μηχανή με το μαγνητικά πεδίο και τις δυναμικές γραμμές του (σχήμα 2.4).

2.5.3 Ο συντελεστιις τυλίναατοε. ϋώνηε και yoo0Tic .

Οι συντελεστές αυτοί προκύπτουν από το ότι το γεωμετρικό άθροισμα των φασικά μετατοπισμένων τμηματικών τάσεων είναι μικρότερο από το αλγεβρικό τους άθροισμα .

Έτσι προκύπτει ο συντελεστής τυλίγματος ξ ο οποίος δίδεται από την σχέση ;

. _ γεωμετρικόάθροισμα αλγεβρικό άθροισμα

Ο συντελεστής αυτός είναι το γινόμενο του συντελεστή ζώνης ξζ και του συντελεστή χορδής ξχ. ξ= ξζ · ξχ.Ο συντελεστής ζώνης προέρχεται από το ότι το τύλιγμα κατανέμεται κατά

μήκος μιας ζώνης της περιφέρειας του στάτη. ενώ ο συντελεστής χορδής δημιουργείται λόγω ότι το μήκος κάθε πηνίου δεν είναι ίσο με ένα πολικό βήμα C W /tp ^ 1).Ο συντελεστής ξζ δίδεται από riiv σχέση :

ημ(ς · )

ς ·η μ ^

Όπου : q = ο αριθμός των οπών (q = — ---- ).2 ρ · η ι

α = η γωνία κατά την οποία είναι μετατοπισμένες οι

ηλεκτρεγερτικές δυνάμεις των καναλιών (α = - ).

Ο συντελεστής ξχ προκύπτει από την σχέση :Μ

ςχ = ημ( - - ) = ημ(-

Όπου : W = το μήκος του πηνίου μεταξύ δυο πλευρών του.Στο σχήμα 2.5. φαίνονται μερικά διανυσματικά διαγράμματα για τον προσδιορισμό των παραπάνω συντελεστών. Στο σχήμα έχουμε : α για τον συντελεστή τυλίγματος, β για τον συντελεστή ζώνης και γ για τον συντελεστή χορδής.

2.5.4) Είδη τυλιναάτων.

α) Τυλίγαατα σε αια στρώση.

Τα τυλίγματα αυτά αποτελοιίνται από συγκροτήματα ομάδων. Οι ομάδες αυτές είναι συνδεδεμένες έτσι ώστε να μένουν ελεύθερα τα προς σύνδεση δυο άκρα του συγκροτήματος (αρχή και τέλος).

Το τύλιγμα απλής στρώσης χρειάζεται δυο κανάλια για κάθε πηνίο δηλαδή θα πρέπει τα δυο κανάλια για την κάθε φάση να τοποθετηθούν ανάμεσα σε δυο αλληλοδιαδεχόμενες ομάδες καναλιών της κάθε φάσης ενώ το τύλιγμα που θα προκύψει πρέπει να είναι συμμετρικό και ο αριθμός των αυλακιών ανά φάση και πόλο πρέπευ στις ασύγχρονες μηχανές να είναι σχεδόν πάντοτε ακέραιος.

Η επιλογή της σιινδεσης των ομάδων της ίδιας φάσης μεταξύ αυτών εςαρτάται από την τάση και το ρεύμα . Για μεγάλες τάσεις και μικρά ρεύματα προτιμάται η συνδεσμολογία σε σειρά, ενώ για μικρές τάσεις και μεγάλα ρεύματα προτιμάται η παράλληλη συνδεσμολογία. Στην παράλληλη συνδεσμολογία απαραίτητη προϋπόθεση είναι η ισότητα των τάσεων των ομάδων, αλλιώς σε αντίθετη περίπτωση κυκλοφορεί στο βρόγχο των παράλληλων κλάδων ρεύμα εςισορρόπησης το οποίο θερμαίνει επιπρόσθετα την περιέλιξη.

Τα δυο παρακάτω σχήματα μας δείχνουν τα βασικά αναπτιιγματα μιας φάσης ενός τριφασικού τυλίγματος απλής στρώσης με σύνδεση των πηνίων σε σειρά και παράλληλα αντίστοιχα.

t j

h - !I

1 *

' t I ' ! !• j_ j ■

Τα πλεονεκτήματα των τυλιγμάτων αυτών είνα ι:> Η λειτουργία των μηχανών και ειδικά των κινητήρων παρουσιάζει

μεγάλο βαθμό ασφάλειας.> Οι συνδέσεις τους είναι απλές.> Η εύκολη αντικατάσταση ενός μέρους του τυλίγματος που έχει

υποστεί βλάβη.

Τα τυλίγματα σε μια στρώση μενονεκτούν εν συγκρίσει με τα τυλίγματα δυο στρώσεων αφού τα δεύτερα καταλαμβάνουν λιγότερο χώρο με αποτέλεσμα οι διαστάσεις της μηχανής να είναι μικρότερες.

β) ΤυλίΎαατα σε δυο στρώσεις.

Τα τυλίγματα σε δυο στρώσεις κατασκευάζονται με δυο πλευρές πηνίων σε κάθε κανάλι, έτσι σε αυτή την περίπτωση έχουμε μεγαλύτερη ελευθέρια κινήσεων κατά την κατασκευή.

Τα τυλίγματα αυτά κατασκευάζονται συνήθως ως βροχοειδή τυλίγματα και σπάνια ως κυματοειδή ενώ οι συνδέσεις μεταξύ των συγκροτημάτων γίνονται από αρχή με αρχή ή τέλος με τέλος του κάθε ενός.

Το σχήμα 2.8. μας δείχνει την σύνδεση των συγκροτημάτων της διπλής στρώσης ενώ το σχήμα 2.9. μας δίνει το σχέδιο μιας τριφασικής περιέλιξης διπλής στρώσης για Ν=24 και 2ρ=4.

Τα παραπάνω ταλίγματα με την σειρά τους μπορούν να κατασκευαστούν ως εξής ;

1. Κατανεμημένα τυλίγματα.2. Τυλίγματα χορδής.3. Συγκεντρικά τυλίγματα.

2.5.4·1ί Κατανεαυαένα τυλιγαατα .

Τ α τυλίγματα αυτά έχουν δυο ή περισσότερες οδοντώσεις ανά πόλο και φάση δηλαδή για κάθε φάση δυο πηνία, για κάθε ζεύγος πόλων ένα.Τα πηνία αυτά μπορούν να συνδεθούν είτε σε σειρά είτε παράλληλα, αν είναι

απαραίτητο, ενώ τα πηνία έχουν περισσότερες από μια σπείρες και το ρεύμα εξέρχεται από το τέλος κάθε πηνίου αφού πρώτα έχει διαπεράσει όλες τις σπείρες.

Με Γΐ·|ν μορφή του τυλίγματος αυτού μπορούμε να πετύχουμε μια ηλεκτρεγερτική δύναμη που θα πλησιάζει περισσότερο, σε μορφή, την ημιτονοειδή.

Ακόμα, εκτός από αυτό το πλεονέκτημα, μπορούμε να πούμε ότι αφού το τύλιγμα είναι κατανεμημένο ομοιόμορφα στην επιφάνεια του τυμπάνου έχουμε πιο ει')Κθλη ψύξη με αποτέλεσμα να επιτρέπεται πιο μεγάλη πυκνότητα ρεύματος από ότι σε ένα συγκεντρικό τύλιγμα έτσι η μηχανή θα έχει μεγαλύτερη ισχΐ) με δεδομένο το μέγεθος.Το παρακάτω σχήμα δείχνει τον τρόπο σύνδεσης των ομάδων μιας φάσης για

ένα κατανεμημένο τύλιγμα, διπλής στρώσης.

Στο παραπάνω σχήμα βλέπουμε οι τρεις ομάδες του κάθε συγκροτήματος συνδέονται σε σειρά μεταςί) τους όπως και τα συγκροτήματα μεταξύ τους.

Ακόμα ανά δυο τα συγκροτήματα συνδέονται : το τέλος του ενός με το τέλος του άλλου και η αρχή με την αρχή του επόμενου.

2.5.4.2) Τυλίναατα γοοδτίο

Τα τυλίγματα αυτά έχουν βήμα μικρότερο από ένα πολικό βήμα, δηλαδή από Ν/2ρ.

Έτσι πλεονεκτούν απέναντι στα άλλα για το λόγο ότι χρειάζονται λιγότερο χαλκό για την κατασκευή τους που έχει σαν αποτέλεσμα την μείωση των ωμικών απωλειών της μηχανής και την μερική βελτίωση του βαθμού απόδοσης και το παραγόμενο ρεύμα πλησιάζει πιο πολύ την ημιτονοειδές μορφή.

Ακόμα με σωστή επιλογή αυτού του τυλίγματος μπορεί κάποιος να πετύχει καλύτερες συνθήκες εκκίνησης αλλά και μείωση του θορύβου κατά την επιτάχυνση και την λειτουργία στο φορτίο.

Το πιο πάνω σχήμα μας δίνει ένα τριφασικό τύλιγμα, διπλής στρώσης με 2ρ = 4. Ν = 36. q = 3.

2.5.4.3) ΣυΎκεντοικά τυλίναοτα.

Το τύλιγμα αυτό έχει μόνο μια οδόντωση ανά πόλο και φάση ενώ χρησιμοποιείται κυρίως στις σύγχρονες μηχανές με εμφανείς πόλους και στις μηχανές συνεχούς ρεύματος.Στις μεγάλες μηχανές, το συγκεντρικό τύλιγμα, καταλαμβάνει ένα μικρό μέρος της επιφάνειας του στάτη και το ρεύμα που παράγεται δεν είναι καθαρά ημιτονοειδές. εάν πρώτα δεν διαμορφώσουμε τα πέδιλα των πόλων.

Έτσι χρειαζόμαστε καλύτερη μόνωση από ότι αν η τάση είχε ημιτονοειδής μορφή.Το σχήμα 2.12. μας δείχνει την ανάπτυξη ενός συγκεντρικού τυλίγματος μιας

τριφασικ-ής μηχανής.

[ftri iiHfRiirH"

Εκτός από τις περιελίξεις σπειρών με ελίγματα που αναφέραμε και οι οποίες αποτελούν τις συνηθέστερες περιπτώσεις, υπάρχουν και οι μονωμένες περιελίξεις ράβδωνΗ πλευρά κάθε σπείρας-ελίγματος αποτελείται από ένα μονωμένο αγωγό

(ράβδο) ορθογώνιας διατομής που τοποθετείται καταρχήν ανεξάρτητα από τις ά> ες ράβδους

Ανάλογα με τον τρόπο σιινδεσης των ελιγμάτων. μεταξύ τους, έχουμε την βροχοειδή περιέλιξη ράβδων, δηλαδή όταν ένας αγωγός βόρειου πόλου συνδεθεί με τον επόμενο αγωγό του νότιου πόλου και ο τελευταίος αγωγός με τον αγωγό του προηγούμενου βόρειου πόλου σχηματίζοντας έτσι ένα τύλιγμα κατά βρόχους, και την κυματοειδή περιέλιξη ράβδων, όταν δηλαδή ένας αγωγός συνδεθεί με έναν άλλο και σχηματιστεί ένα τύλιγμα κατά κύματα.

Η περιέλιξη ράβδων χρησιμοποιείται κυρίως στο δρομέα δακτυλιοφόρων μηχανών μέσης και μεγάλης ισχύος αλλά και στο στάτη μηχανών μεγάλης ισχύος. Η κυματοειδής μορφή της προσφέρεται για μηχανές με μικρά ρεύματα και πολλούς αγωγούς εν σειρά, η βροχοειδής για μηχανές με μεγάλα ρεύματα και παράλληλη σύνδεση των αγωγών.

. ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ


Προστασία ηλεκτρικών μηχανών

3.1) Εισαγωγτί.

Ένα σημαντικό πρόβλημα είναι η προσαρμογή της μηχανής στο περιβάλλον. Οι συνθήκες περιβάλλοντος παίζουν μεγάλο ρόλο κατά την λειτουργία της μηχανής, δηλαδή η σκόνη, η υγρασία, το νερό, η θερμοκρασία, η οξύτητα και η εκρηκτικότητα είναι καθοριστικά στοιχεία στην εκλογή της μηχανής, δηλαδή για τον καθορισμό της μόνωσης και της μορφής του περιβλήματος.

Στις δύσκολες συνθήκες απαιτείται υψηλή κλάση μόνωσης και ειδική μορφή περιβλήματος, ώστε να προστατεύεται από το περιβάλλον, αλλά και να καθιστά δυνατή την \|/ύςη της μηχανής.

3;2) HpQgOTcigj^^iVTOigcpttoicDaowK

Όπως αναφέραμε και στο κεφάλαιο 2. η μόνωση της μηχανής αντέχει για συνεχή λειτουργία έως μια οριακή θερμοκρασία. Η θερμοκρασία αυτή καθορίζει και την κλάση μόνωσης της μηχανής.

Η κλάση μόνωσης εςαρτάται από την θερμοκρασία του περιβάλλοντος αφού μεγάλες θερμοκρασίες η μόνωση γερνάει πιο γρήγορα και η διάρκεια ζωής της μειώνεται.

Πιο κάτω παρατίθεται ο πίνακας που μας δίνει τις κλάσης μόνωσης σύμφωνα με τον VDE 0530.

ΚΤΡ1ΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ.

Κλάση μόνωσης Μονωτικά υλικά Μέγιστη συνεχώςεπιτρεπόμενηθερμοκρασία

ΥΒαμβάκι, μετάξι, χαρτί. Ρτεεεραη.χωρίς ελαστικό, πολυαιθυλένιο. PVC. πλεςιγκλάς. πολυστυρόλη.

90 "C

A(μετασχηματιστές. πτ|νία με λάδι.)

Βαμβάκι, μετάξι, χαρτί.εμποτισμένα με λακ μονιοτικά. μονωτικόλάδι.

105 V

Ε

Σμάλτο για σύρματα περιελίξειον από οξικό πολυβινύλιο. φύλλα πλαστικά, φαινολικές ρητίνες με οργανικές προσμίξεις, εποξειδικές και πολυαμιδικές ρητίνες.

120 “C

Β(συνηθισμέλη μόνωστι μικρού μεγέθους μηχανών. <100KW)

Σμάλτο για σύρματα από πολυτερεφθαλικά παράγιογα. σύνθετα υλικά από υαλοϊνες. μίκα. αμίαντος με συνδετικό εποξειδικές και αλκυλικές ρητίνες, φύλλα πλαστικά από πολυεστέρες του τερεφθαλικού οξέως με αιθυλενογλυκόλη.

130 "C

F(συνηθισμέννι μόνωστι μηχανών μεγάλου μεγέθους. 100KW)

Σμάλτο για σύρματα από πολυεστεροϊμίδια. σύνθετα υλικά από υαλοϊνες. μίκα. αμίαντο εμποτισμένο με σιλικονούχες ρητίνες.

155 ‘'C

Η(μόνιΰση μηχανών ειδικών συνθηκών.)

Μίκα εμποτισμένη με ελαστικό σιλικόνης, τεφλόν. ελαστικό σιλικόνης.

180 "C(190 ”C κατά IEC)

C Μίκα. πορσελάνη, γυαλί, χαλαζίας χωρίς εμποτισμό.

>180 "C(19θ"θκατάΙΕΟ

3.3Υ npwWiWilKt0> CWBH&lWl

ο τρόπος προστασίας των ηλεκτρικών μηχανών στις επιβλαβείς επιδράσεις του περιβάλλοντος από εισχώρηση σκόνης, σωματιδίων, υγρασίας, ύδατος καθώς επίσης και μιας επιπόλαιας επαφής ανθρώπου με τα ενεργά μέρη έχει καθορισθεί και συμβολίζεται με τα γράμματα IP ακολουθούμενα από τρεις αριθμούς.

. ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΏΝ. ΜΗΧΑΝΩΝ.

Ο πρώτος αριθμός δηλώνει τον βαθμό προστασίας έναντι επαφών και εισχώρησης ξένων σωμάτων, ο δεύτερος έναντι εισχώρησης νερού και ο τρίτος καθορίζει την αντοχή, μηχανική προστασία, για τις ηλεκτρικές συσκευές βιομηχανικής χρήσης.Έτσι ο διεθνής συμβολισμός του βαθμού προστασίας παίρνει την μορφή ΙΡχνζ.

Μερικές φορές ο βαθμός προστασίας συνοδεύεται από δυο πρόσθετα γράμματα πριν ή μετά τους αριθμούς. Τα γράμματα αυτά είναι :

W= Πρόσθετη προστασία για καιρικές συνθήκες. S= Η δοκιμή ύδατος έγινε σε στάση.Μ= Η δοκιμή ύδατος έγινε σε λειτουργία.

Παράδειγμα : IPW 34 Μ ή IPW 34 S .

Ο πίνακας που ακολουθεί μας δίνει τον βαθμό προστασίας των ηλεκτρικών μηχανών.

Αριθμός Προστασία από επαφή και είσοδο ξένων σωμάτων.

Προστασία από είσοδο νερού.

0 Καμία προστασία. Καμία προστασία.

1 Προστασία από σώματα μεγάλων διαστάσεων.

Προστασία από κάθετη πτώση σταγόνων νερού.

2 Προστασία από σώματα μεσαίου μεγέθους

Προστασία από τττώση σταγόνιον νερού με κλίση.

3 Προστασία από μικρά στερεά σώματα.

Προστασία από κάθετα ραντιζόμενο νερό.

4 Προστασία από σώματα μεγέθους κόκκου.

Προστασία από ραντιζόμενο νερό κάθε κατεύθυνσης.

5 Προστασία από επικάθιση σκόνης.

Προστασία από ψεκαζόμενο νερό κάθε κατεύθυνσης.

6 Προστασία από είσοδο σκόνης. Προστασία από πλημμύρα.

7 Προστασία κατά τον εμβαπτισμό σε νερό.

8 Προστασία κατά ττ]ν κατάδυση σε νερό.

I

ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΗΛΡ.ΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ

3.4> Το6ποΐΜτΰ£ιΐ€.

Οι τρόποι ψύξης δίδονται με χαρακτηριστικά σύμβολα τα οποία μας δείχνουν τον τρόπο κυκλοφορίας του ψυκτικού μέσου και τον τρόπο κίνησης του ψυκτικού μέσου και δίδεται με τον συμβολισμό 1C.

Στον πίνακα 3.3 βλέπουμε τους τρόπους ψύξης και τους αντίστοιχους αριθμούς.

Αριθμός Κυκλοφορία ψυκτικού. Τρόπος κίνησης ψυκτικού.

0 Ελεύθερη είσοδος και έξοδος αέρα .

Αυτοψυχόμενη μηχανή.

1 Ψύξη με αεραγωγό εισόδου. Μηχανή με ανεμιστήρα .

2 Ψύξη με αεραγωγό εξόδου. Ανεμιστήρας όχι επάνω στον άξονα.

3 .Λεραγωγοί εισόδου και εξόδου. Ξένη \|ΐύξη με σύστημα εγκατεστΐ]μένο δίπλα σττι μηχανή. Κίνηση που εξαρτάται από την μηχανή.

4 Επιφανειακιί ψύξη, (ατμοσφαιρικός αέρας)

5 Ενσωματωμένος εναλλάκτιις θερμότιιτας.(ατμοσφαιρικός αέρας)

Ξένη ψύξη με ενσωματωμένο σύστημα .Κίνηση που εξαρτάται από την μηχανή.

6 Εναλλάκτιις επάνω σττ|ν μηχανή.( ατμοσφαιρικός αέρας)

Ξένη ψύξη με σύσττιμα δίπλα στιι μηχανή. Κίνησι·] που δεν εξαρτάται από τιιν μηχανή.

7 Ενσωματωμένος εναλλάκτης ( όχι ατμοσφαιρικός αέρας)

Ξένη ψύξη με σύστημα επάνω στην μηχανή. Κίνηση που δεν εξαρτάται από τιιν μηχανή.

8 Εναλλάκτης επάνω σττ|ν μηχανή.( όχι ατμοσφαιρικός αέρας)

Κίνηση ψυκτικού με τριβή στο δρομέα.

9 Μηχανή με ξεχωριστά εγκατεστημένο εναλλάκτη.

ΣΧΕΔΙΑΣΜ01 ΚΑΙ ΠΛΙΙΡΜΣ Υ110Λ0ΓΊ1:Μ0Σ ΤΟΥ ΚΙΝΙΙΤΙΙΡΛ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4

Σχεδιασμός και πλήρης υπολογισμός του κινητήρα

4.1) Εισαγωγή.

Στα προηγούμενα κεφάλχιια έχουμε αναφερθεί στα είδη των ηλεκτρικών μηχανών και έχουμε εξετάσει τα βασικά στοιχεία που χρειάζονται για τον υπολογισμό και τον σχεδίασμά ενός ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα που είναι το αντικείμενο το οποίο θα ασχοληθούμε παρακάτω.

Για τον υπολογισμό έχει μεγάλη σημασία να γνωρίζει κανείς τις ηλεκτρικές και μηχανικές σταθερές ανάλογα με το είδος της κάθε μηχανής αφού μεταβάλλονται σύμφωνα με καθορισμένους νόμους. Ακόμα μια μηχανή, με τα ίδια δεδομένα τεχνολογικών στοιχείων, μπορεί να διαφέρει από κάποια κατασκευαστική εταιρία σε σχέση με κάποια άλλη ή από κάποιο τεχνολογικό εργαστήριο σε κάποιο άλλο αφού ο κατασκευαστικός υπολογισμός και σχεδιασμός εξαρτάται από τον μελετητή με αποτέλεσμα την διαφορά σε ηλεκτρικές μηχανές με τα ίδια ηλεκτρικά και μηχανικά δεγμένα.

Η ηλεκτρική μηχανή την οποία θα υπολογίσουμε και θα σχεδιάσουμε είναι ένας τριφασικός ασύγχρονος κινητήρας κλωβού με μορφή κώνικου καναλιού στο δρομέα που έχει τα παρακάτω δεδομένα ;

Ονομαστική ισχύς : Ρν = 500 kW. Ονομαστική τάση : Un = 6000 V. Ονομαστική συχνότητα : Γν = 50 Ηζ. Σύγχρονη ταχύτητα : nj =125 min''. Ρεύμα εκκίνησης : Ει = 3,5Ι|^.Ροπή εκκίνησης : = 0,51)1 .Κλάση μόνωσης Β κατά IEC.

Έχοντας τις τιμές των παραπάνω δεδομένων του κινητήρα μπορούμε να ξεκινήσουμε τον υπολογισμό των διαφόρων ηλεκτρικών και γεωμετρικών μεγεθών του αρχίζοντας από τον στάτη.

■ ΣΧΕΔ1ΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΠΛΗΡΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ.

4.2 ΥπολάΥκηι6€ δια·6οων κ6οιων «ττοιγείων.

Ξεκινώντας κανείς τον υπολογισμό για τον σχεδίασμά μιας ηλεκτρικής μηχανής αρχίζει με τον καθορισμό του αριθμού των πόλων της. Ο υπολογισμός αυτός γίνεται με χρήση της παρακάτω σχέσης, αντικαθιστώντας τις τιμές έχουμε ό τ ι :

χ60nd

2 ρ-. 2x50x60

1252ρ = 48.

Έχοντας τον αριθμό των πόλων, 2ρ = 48,βλέπουμε ότι τα ζεύγη των πόλων είνα ι: ρ = 24 .

Η ένταση του ρεύματος Ι ιν που απορροφά ένας κινητήρας από το δίκτυο είναι ένα από τα βασικότερα στοιχεία του υπολογισμού και σχεδιασμού του. Το ρεύμα αυτό εξαρτάται από την απορροφημένη ισχύ δικτύου P in ώστε η αποδιδόμενη ισχύς στον άξονά του Ρν να είναι η ονομαστική.Το ρεύμα γραμμής Ι ιν που απορροφά ο κινητήρας δίδεται από τον τύπο :

ρΙ ιν =

V3xl7,;v

Όπου συνφ και η είναι τα προσωρινά μεγέθη του συντελεστή ισχύος και του βαθμού απόδοσης του κινητήρα που δίδονται από πίνακες ή διαγράμματα τα οποία προκύπτουν εμπειρικά από πλήθος ήδη κατασκευασμένων μηχανών.

Τα διαγράμματα 4.2.1 και 4.2.2, που φαίνονται παρακάτω, μας δίνουν αντίστοιχα τον βαθμό απόδοσης και τον συντελεστή ισχύος για αργόστροφες μηχανές σύμφωνα με τον W.Niimberg. Ακόμα θα πρέπει να προσέξουμε να διαλέξουμε την καμπύλη που αναφέρεται σε μηχανές με 2ρ = 48 όπως ο κινητήρας μας.

Διάγραμμα 4.2.1.

95“

___2p=24l^/

----- 2f>=^ /

1-------2p=4a:,:Ί

4. ΣΧΕΔ1ΑΣΜ0Σ ΚΑΙ ΠΛΗΡΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ.

Q8D-

q Q^-

-

2 ρ ^ -

2ρ=^

\2Ώ 300 SOD 7CD 1COO 13DD2DOO 3000

Οι τιμές τους είνα ι;συνφ' = 0,71 και η* = 0,9

Αντικαθιστώντας στην παραπάνω σχέση έχουμε :

500000ΙΐΝ--- Γ=> ΙΐΝ =

Λ^χ 6000x0,71x0,9 'Ν = 75,29 Α.

V3xi/,^ χσυνφ χη

ενώ το ρεύμα της κάθε φάσης, για συνδεσμολογία τριγώνου, θα προκύπτει:

Φ =43,47 Α.τ = Z w r _ 75,29 lip ^ -

Μετά τον υπολογισμό του ρεύματος Ι ιν, που απορροφά ο κινητήρας, το επόμενο βήμα είναι να βρούμε την ισχύ ανά πόλο, η οποία χρειάζεται για τον υπολογισμό του συντελεστή εκμετάλλευσης του Esson.

Με χρήση της τιμής της ισχύος ανά πόλο και σε συνδυασμό με το διάγραμμα 4.3 βρίσκουμε τον συντελεστή εκμετάλλευσης, ο οποίος χρειάζεται πιο κάτω για τον υπολογισμό του μήκους του πακέτου του στάτη. Η τιμή του συντελεστή εκμετάλλευσης, σύμφωνα με το διάγραμμα 4.2.3, είναι περίπου :

C = l,78kW xrm n


-47-

4. ΣΧΕΔ1ΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΠΛΗΡΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ.

Συνεχίζοντας παρακάτω, από το διάγραμμα 4.2.4. εξάγουμε την τιμή του πολικού βήματος tp. Η τιμή αυτή μας χρειάζεται για τον υπολογισμό της εσωτερικής διαμέτρου του στάτη.

Από το διάγραμμα βρίσκουμε ότι η τιμή του πολικού βήματος ισούται με :

tp= 175 mm.

Κατά την ανάγνωση των δυο παραπάνω διαγραμμάτων θα πρέπει να λάβουμε υπόψη μας ότι η ισχύς που αναγράφεται στον οριζόντιο άξονά τους είναι η ισχύς ανά πόλο.

■ 1XF-:AI/\1M()1 ΚΛΙ ΙΙΛΗΡΙΙΙ ΥΙΙΠΛΟΙ ΙΙΜΟΣΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ.

4.3) ο στάτης.

4.3.1) Υπολογισμός των γεωμετρικών στοιγείων του.

Σύμφωνα με τους υπολογισμούς στην παραπάνω παράγραφο και έχοντας την τιμή του πολικού βήματος tp μπορούμε να βρούμε την εσωτερική διάμετρο του στάτη Di του κινητήρα μας αντικαθιστώντας στην παρακάτω σχέση :

>Di =3,14

> Di = 2675,16 mm

Με γνωστή την εσωτερική διάμετρο του στάτη Di και τον συντελεστή εκμετάλλευσης C και σύμιρωνα με την εξίσωση της ισχύος,Ρν = C X Di X Η X nd, παίρνει κανείς το μήκος του πακέτου του στάτη Η. Οπότε θα έχουμε :Γ, τλ·2 ,■ . ,■ Ρν ,· 500Ρν = CxDi xlixnd => 1ι = - " . ι- -

C X Di^ X nd> li =

1,78x2,67516^x125Η = 0,314 m => li = 314 mm.

Γνωρίζοντας ότι για μήκη σιδηροπακέτου μέχρι 150 mm δεν χρησιμοποιούνται κανάλια ψύξης ενώ για μεγαλύτερα μήκη απαιτείται να χωρίζεται με κανάλια ψύξης, πλάτους περίπου 10 mm, χωρίζοντας έτσι το σιδηροπακέτο σε τμήματα. Έτσι το τελικό μήκος του πακέτου του στάτη, χρησιμοποιώντας τρία κανάλια ψύξης, θα είνα ι;

Ia = l i+ 3 x l0 ^ la=314+30=>la =344 mm.

Μετά τον υπολογισμό του μήκους la, σειρά έχει η εύρεση της τιμής του καθαρού μήκους του σιδήρου του στάτη Ife, που σύμφωνα με τον W.Numberg κυμαίνεται από 93 % έως 96 % του μήκους 1 του κινητήρα μας.

Εδώ κάνουμε μια επιλογή στο 95 % του 1 με αποτέλεσμα, η τιμή του καθαρού μήκους του σιδήρου του στάτη Ife, να ισούται με :

Ife = 0,95xli=> lfe = 0,95x314 => Ife = 298,3 mm.

To επόμενο στοιχείο που πρέπει να καθορίσουμε είναι το ύψος του καναλιού του στάτη hn ι. Από το διάγραμμα 4.3.1. παρατηρούμαι ότι η επιλογή του ύψους hni γίνεται μέσα από ένα εύρος τιμών για ένα πολικό βήμα tp = 175 mm. Η τιμή αυτή, στην περίπτωση μας, εκλέγεται από το μέσο της σκιαγραφημένης περιοχής και κάτω, κυρίως προς τα άκρα της, διότι όπως βλέπουμε στο διάγραμμα οι τιμές που βρίσκονται στην κάτω περιοχή αναφέρονται σε ημίκλειστο κανάλι, όπως αυτό του κινητήρα μας, ενώ για ανοιχτό κανάλι θα προτιμούσαμε να κάνουμε χρήση των τιμών που βρίσκονται προς το άνω μέρος της σκιαγραφημένης περιοχής.

-49-


Εδώ επιλέγεται μια τιμή ίση περίπου με ; h„| = 56 mm.


Πολικό βήμα tp

Ο καθορισμός του αριθμού των καναλιών ανά φάση και πόλο q, γνωστός ως αριθμός οπών, αποτελεί την αφετηρία για την εκπόνηση κάθε τυλίγματος. Για κινητήρες ο αριθμός αυτός οφείλει να είναι πάντα ακέραιος, αφού σε αντίθετη περίπτωση θα δημιουργούνταν προβλήματα εκκίνησης και υπερθέρμανσης.Ο αριθμός οπών εδώ, επιλέγεται να είνα ι: qi = 3.Η επιλογή αυτή έγινε, έχοντας εν γνώση μας ότι για έναν αριθμό qi = 4 θα προέκυπταν πολύ λεπτά κανάλια ενώ για έναν μικρότερο αριθμό οπών θα υπήρχε ο κίνδυνος μιας υψηλής δίπλα πεπλεγμένης σκέδασης.

Από την παραπάνω ετηλογή μπορεί να καθοριστεί ο αριθμός των καναλιών του στάτη Nj καθώς και το σύνολο των καναλιών ανά φάση.Ο αριθμός των καναλιών του στάτη είνα ι:

Ν| =3 x2 p xq i^ N i= 3 x4 8 x3 = > N , = 432.

Το σύνολο των καναλιών ανά φάση, αφού τα κανάλια διανέμονται ισόποσα σε κάθε φάση, θα είνα ι:

3 ιφ 3

Το επόμενο βήμα μας τώρα είναι ο υπολογισμός των διαστάσεων των καναλιών και των δοντιών του στάτη του κινητήρα. Έχοντας δεδομένο ότι το πλάτος του δονπού του στάτη θα είναι διαμορφωμένο έτσι ώστε να προκύτιτει ένα σταθερό πλάτος καναλιού, το οποίο θα είναι ημίκλειστο με μια σχισμή πλάτους bsi = 2,5 mm και ύψους hS| = 1mm και θα οριοθετείτε πάνω και κάτω ευθύγραμμα.


Για τον υπολογισμό των μεγεθών αυτών χρειαζόμαστε το βήμα του καναλιού στο μισό ύψος του, tn, το οποίο είνα ι:

tn = - και όπου D = Di + hiii + 2 χ hs.

συνεπώς,

tn =_ 3,14χ(2675,16 +56+ 2x1)

432tn = 19,866 mm

To πλάτος του δοντιού επιλέγεται εδώ περίπου στο 40 % του βήματος του καναλιού στο μισό ύψος.

Έτσι το πλάτος του δοντιού, στο μισό ύψος του καναλιού, γίνετα ι:

bz = 0,4xtn => bz = 0,4χ 19,866 => bz = 7,946 mm.

Χρησιμοποιώντας τώρα την τιμή του πλάτους του δοντιού και το βήμα του καναλιού μπορούμε να υπολογίσουμε το πλάτος του καναλιού που δίδεται από την σχέση :

bni = tn - bz => bni = 19,866 - 7,946 => bn, = 11,92 mm

H τιμή του πλάτους του καναλιού, όπως αναφέραμε και τηο πάνω, παραμένει η ίδια για να προκόψει ένα σταθερό πλάτος καναλιού με αποτέλεσμα έτσι το πλάτος του δοντιού στο κάτω άκρο του να είνα ι: bz, = tn, - bn, , όπου tn, το βήμα του καναλιού στο κάτω άκρο του καναλιού που προκύπτει από την σχέση. π χ Ο ϊ tn, = -------, έ τσ ι:

Ν,

> bz, = 7,524 mm.

ενώ στο επάνω άκρο θα ισχύει: bz,o = tn,,, - bn, , για tn,o το βήμα του

καναλιού στο επάνω άκρο που δίδεται από την σχέση : tn,o = και Do ηΛ ι

διάμετρος του στάτη στο επάνω άκρο του καναλιού που υπολογίζεται ως εξής : Do = Di + 2xhn, + 2xhS|, αντικαθιστώντας πάλι στις παραπάνω σχέσεις τις τιμές που αντιστοιχούν, στα μεγέθη που περιέχουν βλέπουμε ό τ ι :

. , . . 3,14χ(2675,16 + 2χ56 + 2χ1)bz,o = tn,o - bn, => bz,o = --------------- — -------------- - - 11,92 =>

432bz,o = 8,353 mm.

Έχοντας ήδη υπολογίσει όλα τα γεωμετρικά στοιχεία των καναλιών και των δοντιών του στάτη σειρά έχει ο υπολογισμός του ύψους του ζυγώματος hji που θα διέπει τον κινητήρα, το οποίο δίδεται από την σχέση :

hj, = 0,22xtp ^ hj, = 0,22χ 175^ hj, = 38,5 mm.

Από τις τιμές που βρήκαμε μπορούμε να υπολογίσουμε την εξωτερική διάμετρο του στάτη του κινητήρα η οποία σύμφωνα με τα γεωμετρικά στοιχεία που προέκυψαν θα είνα ι:

Da = Di + 2x(hni+hS|+hji) =>Da = 2675,16+ 2χ( 56 + 1 +38,5) => Da = 2866,16 mm.

Ένα ακόμα μέγεθος που πρέπει να βρεθεί για να έχουμε όλα τα γεωμετρικά στοιχεία που θα χαρακτηρίζουν τον κινητήρα είναι και το διάκενο αέρος δ μεταξύ του στάτη και του δρομέα. Το διάκενο αυτό, σύμφωνα με τον W.Niimberg, μπορεί να βρεθεί από το διάγραμμα 4.3.2, το οποίο ισχύει για μηχανές από 18 έως 56 πόλους, δηλαδή για μικρή ταχύτητα περιστροιρής, και για πολύ μεγάλες ισχύς πάνω από 30 kW.

Η τιμή που εξάγεται από το διάγραμμα 4.3.2. είνα ι: δ = 2,25 mm. Αφού όμως το διάκενο μιας μηχανής δίδεται πάντα σε ακέραιο αριθμό είμαστε αναγκασμένοι να στρογγυλοποιήσουμε την τιμή αυτή, η οποία στην περίπτωση μας θα γίνει ίση με : δ = 2 mm.


4, ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΠΛΗΡΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ.

Σε κινητήρες με μεγάλη διάμετρο και πολλά ζεύγη πόλων θα πρέπει ο λόγος δ/Di, μεταξύ 0,00007 και 0,001, να μην ξεπεραστεί, σύμφωνα με τον W.Numberg για την σωστή λειτουργία του κινητήρα. Εδώ ο λ ^ ο ς αυτός είναι ίσος με :

δ/Di = 2,25/2675,16 => δ/Di = 0,00084.

Μετά την εύρεση τις τιμής του διακένου της μηχανής έχουμε τελειώσει τον υπολογισμό των γεωμετρικών μεγεθών του στάτη. έτσι στη συνέχεια προχωρούμε στον καθορισμό των μεγεθών του τυλίγματος του στάτη.

4. IXEAIAIMQI ΚΑΙ ΠΛΗΡΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ.

4.3.2) Τοτύλιναα.

Στην περίπτωση του κινητήρα μας το είδος του τυλίγματος που θα επιλέςουμε είναι ένα τύλιγμα απλής στρώσης, λόγω της μικρής ισχύος ανά πόλο και του ημίκλειστου καναλιού, έχει σαν αποτέλεσμα τον μικρό συντελεστή Carter.Για τον καθορισμό του αριθμού των αγωγών ανά φάση είναι απαραίτητη η τιμή της μαγνητικής ροής Φ. Η μαγνητικύ) ροή αυτή είναι η ροή του στάτη του κινητήρα που διαπερνά το διάκενο αέρος ανά επιφάνεια, η οποία αντιστοιχεί σε ένα πολικό βήμα. Ο προσδιορισμός της μαγνητικής ροής θα γίνει διαμέσου της μαγνητικής επαγωγής του διάκενου, η μέση τιμή Βι μ της οποίας επιλέγεται γιιρω στα δ/6 της κανονικής, που είναι περίπου 5300 Gauss.Οπότε :

Blm = - X - 300 => Β,λ , = 4416,667 Gauss.

Η μαγνητική ροή Φ του κινητήρα δίδεται από την σχέση :

Φ = Bi.Mxtpxlix ΙΟ'" => Φ = 4416.667Χ 17.5x31.4χ ΙΟ'" Φ = 2,427 Μ Maxwell ( Μέγα Μάςγουελ ).

όπου tp και Ιΐ το πολικό βήμα και το μήκος του σιδηροπυρήνα του στάτη. αντίστοιχα, σε cm.

Έχοντας υπολογίσει την μαγνητική ροή Φ που διαπερνά το διάκενο αέρος μπορούμε να υπολογίσουμε τον αριθμό των αγωγών ανά φάση Ζ|φ. που προκι'ιπτει από την σχέση :

ί-ΙΦΖ|φ= -f.

Οπου ξι ο συντελεστής τυλίγματος που είναι το γινόμενο του συντελεστή ζώνης του τυλίγματος, δηλαδή ξι = ξζ χ ξχ και αντικαθιστώντας όπου

sin(i7x^)Cj = -------- και ξχ = sin(— χ 90). ο συντελεστής τυλίγματος γίνεται :

. a ■ tnq X sin '

4. ΣΧΕΔ1ΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΠΛΗΡΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ.

sin(^x-)ξι = ξζ X ξχ ςι = -------- X sin(,— χ 90).

Στην παραπάνω σχέση έχουμε όπου ; q των αριθμό των καναλιών ανά πόλο του στάτη. tp το πολικό βήμα, w η σχέση βήματος περιέλιξης και τέλος όπου α

Ακόμα, ο συντελεστής χορδής ξχ προκύπτει από το ότι .το μήκος κάθε πηνίου δεν είναι πάντοτε ίσο με ένα πολικό βήμα, δηλαδή w/tp 1. Όταν ισχύει αυτό το τύλιγμα τότε ονομάζεται τύλιγμα χορδής. Αντίθετα όμως όταν το μήκος του πηνίου W είναι ίσο με ένα πολικό βήμα tp. δηλαδή w/tp = 1. τότε το τύλιγμα ονομάζεται διαμετρικό τύλιγμα, το οποίο είναι το είδος του τυλίγματος που θα κατασκευάσουμε στην περίπτωση του κινητήρα μας. Εξ αυτού, κατά τον υπολογισμό του συντελεστή τυλίγματος ξι στην παρακάτω σχέση, χρησιμοποιούμαι όπου w/tp = 1.Πιο αναλυτικά, προκύπτει ότι για Ν) = 432 κανάλια και ρ = 48 πόλους ;

tp = Ν|/ρ => tp = 432/48 = 9 κανάλια.

Κατασκευάζοντας ένα διαμετρικό τύλιγμα, το βήμα του τυλίγματος ή το μήκος κάθε πηνίου W θα είναι ίσο με W = 9 με αποτέλεσμα w/tp = 1.

Έτσι αντικαθιστώντας τις τιμές στις παραπάνω σχέσεις έχουμε ;

s in (?x-)ξι = -------- X sin(— X 90) :

• ^ tpi7xsin- ^xsin(lx90)=> ξ, = 0,96.

Ζ,φ = 2319,996 αγωγοί ανά φάση.

4. IXF.AIAIMQI ΚΑΙ ΠΛΗΡΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ.

Τώρα, ο αριθμός των αγωγών ανά κανάλι θα είναι

2319.99616,111 αγωγοί ανά κανάλι.

Τον αριθμό αυτό που προέκυψε παραπάνω τον στρογγυλοποιούμε στον πλησιέστερο ακέραιο αριθμό, γιατί δεκαδικές τιμές δεν είναι αποδεκτές, αφού ο αριθμός των αγωγών ανά κανάλι θα πρέπει να είναι ακέραιος. Εδώ επιλέγονται

Ζΐη = 16 αγωγοί ανά κανάλι με αποτέλεσμα ο καινούργιος αριθμός ανά φάση να γίνεται :

Ν 43"’Ζ|φ = Ζ,ηχ Ζ|φ = 16χ ^ = Ζ,φ = 2304 .

Α>Λάζοντας την τιμή του αριθμού των αγωγών ανά φάση επηρεάζεται και η μαγνητική ροή Φ. Έτσι η καινούργια τιμή, της μαγνητικής ροής Φ. για 2304 αγωγούς ανά φάσιι θα ισούται με :

Ζ)φ —

= 2,444 Μ Maxwell.

Η μαγνητική επαγωγή Blm- με Ήΐν σειρά της . θα αλλάξει αφού η μαγνητική ροή Φ. για 2304 αγωγούς ανά φάση, έχει γίνει ίση με Φ = 2.444 MMaxwell διαμορφώνοντας την τιμή της μαγνητικής επαγωγής Βι>, ως εξής :

Φ = 10

Blm = 4447,68 Gauss.

> Blm = - > Blm - 7

Έχοντας ήδη υπολογίσει την μαγνητική επαγωγή Βι μ κοι την μαγνητική ροή Φ. για έναν αριθμό 16 αγωγών ανά κανάλκ σειρά έχει ο υπολογισμός της διατομής του αγωγού που θα χρησιμοποιήσουμε στο κανάλι του στάτη. για την δημιουργία του πηνίου, αλλά και ο σχεδιασμός του καναλιού, βάση της διατομής αυτής και των μονωτικών υλικών που θα κάνουμε χρήση.

4. IXEAIAIMOI ΚΑΙ ΠΛΗΡΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΊ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ.

4·3·2.η Το κανάλι

Το είδος της μόνωσης που θα κάνουμε χρήση, σύμφωνα με την κλάση μόνωσης Β. οι διαστάσεις της μεταξύ των αγωγών καθώς και μεταξύ πηνίου - καναλιού, οι διάφορες ανοχές που αποδίδονται στην τεχνολογία περιελίξεων και στην υπάρχουσα τεχνοτροπία κατασκευής τυλιγμάτων, ακολουθούν παρακάτω.

Οι αγωγοί που θα χρησιμοποιηθούν θα είναι μονωμένοι με βερνίκι το οποίο θα επιβαρύνει της διαστάσεις τους περίπου 0.46 mm. Συνάμα θα γίνει χρήση ενδιάμεσης μονωτικής στρώσης μεταξύ των αγωγών από Glimmer το οποίο θα προσδίδει μια αύξηση κατά 0.2 mm.

Η ανοχή των αγωγών είναι και στις δυο διευθύνσεις της τάξεως των 0.05 mm ενώ για το δέσιμο τους χρειάζονται αλλά 0.04 mm.Εξαιτίας του εμποτισμού προστίθενται στο ύψος και στο πλάτος ένα πάχος 0.05 mm. πράγμα το οποίο στο πλάτος θα έχει μια επιπλέον επιβάρυνση 0.2 mm.Έτσι η συνολική επιβάρυνση να είναι : 0.2+0.05=0.25 mm στο πλάτος και 0.05 X 16=0.8 mm στο ύψος.

Το δέσιμο των αγωγών γίνεται με ταινία, η οποία τυλίγεται από τους αγωγούς δυο φορές και προσδίδει ένα πάχος 0.3 mm.

Ακόμα η περίσφυξη των πηνίων προσθέτει άλλα 1.8 mm στο ύψος και στο πλάτος ενώ η ανοχή εδώ θα είναι γύρω στα 0.2 mm.

Τέλος για τον υπολογισμό του συνολικού ύψους του καναλιού πρέπει να λάβουμε υπόψη και την σφήνα που θα τοποθετηθεί στη βάση του καναλιού για την συγκράτηση των πηνίων, η οποία έχει 3 mm ύΐ|/ος ενώ το κενό που χρειάζεται για την επεξεργασία αυτή είναι 0.1 mm κατά πλάτος και 0.3 κατά ύψος.

Σύμφωνα με τα παραπάνω υπολογίζουμε την συνολική επιβάρυνση της μόνωσης που θα διακατέχει το κανάλε από τα μονωτικά υλικά και τις διάφορες ανοχές, η οποία φαίνεται στον παρακάτω πίνακα οι τιμές του οποίου δίδονται σε χιλιοστά.

Χαρακτη ριστικά Πλάτος ΎψοςΜόνωση για 16 αγωγούς 0.46 7.36Ανοχή των 16 αγωγών 0.05 0.16

Ανοχή μόνωσης των 16 αγωγών 0.04 1.28Εμποτισμός 0.25 0.8

15 ενδιάμεσες στρώσεις από slimmer - 3Ταινία 0.3 0.3

Περίσφυξη 3.6 3.6Ανοχή για την περίσφυξη 0.2 0.2

Σφήνα 3Κενό για την επεξεργασία 0.1 0.3

Σύνολο 5 20

4. 1ΧΕΔ1Α1Μ01 ΚΑΙ ΠΛΗΡΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ.

Α πό τις τιμές του πίνακα 4.3.1. βλέπουμε ότι ο χώρος που χρησιμοποιείται από τα μονωτικά υλικά, είναι 20 mm κατά ύψος και 5 mm κατά πλάτος. Σύμφωνα με τις διαστάσεις του καναλιού που υπολογίσαμε πιο πάνω παρατηρούμε ότι ο χώρος που απομένει για την τοποθέτηση των αγωγών είναι 36 mm στο ύψος και 6.92 mm στο πλάτος. Αφού οι αγωγοί που θα χρησιμοποιήσουμε είναι ορθογωνικής διατομής και 16 στον αριθμό, που τοποθετούνται ανά κανάλε τότε οι διαστάσεις του αγωγού θα είναι 6.92 mm κατά πλάτος και 2.25 mm κατά ύψος. Βάση όμως του πίνακα 2.8. του κεφαλαίου 2. που μας δίνει τις διάφορες διατομές αγωγών χαλκού για τυλίγματα ηλεκτρικών μηχανών, βλέπουμε ότι η διατομή αυτή δεν είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθεί διότι δεν υπάρχει ορθογώνιος αγωγός με τέτοιες διαστάσεις, αναγκάζοντας μας να επιλέςουμε κάποιον αγωγό που οι διαστάσεις του βρίσκονται κοντά σε αυτές που υπολογίσαμε. Εδώ επιλέχθηκε ένας αγωγός με 6 mm πλάτος και 2.5 mm ύψος, η επιλογή αυτή επηρεάζει το κανάλι κάνοντάς το να αποκτά συνολικό ύψος 60 mm. ενώ το πλάτος του θα ισούται με 11 mm. Τοποθετώντας τις διαστάσεις του αγωγού στις τιμές του πίνακα 4.3.1. αυτός θα διαμορφώνεται σύμφωνα με τον πίνακα 4.3.2. ο οποίος ακολουθεί παρακάτω.

Χαρακτηριστικά Πλάτος Ύψος

Γυμνός αγωγός 6 2.5Μονωμένος αγωγός 6.46 2.96

1 αγωγός κατά πλάτος 16 κατά ύψος 6.46 47.36Ανοχή αγωγών 0.05 0.16Ανοχή μόνωσης 0.04 1.28

Εμποτισμός 0.25 0.815 ενδιάμεσες στρώσεις από slimmer 3

Ταινία 0.3 0.3Περίσφυξη 3.6 3.6

Ανοχή για την περίσφυξη 0.2 0.2Πηνίο 10.9 56.7Σφήνα 3

Κενό για την επεξεργασία 0.1 0.3Κανάλι 11 60

Σύμφωνα με τις τιμές του πίνακα 4.3.2. εξάγουμε την τιμή της διατομής του αγωγού που θα χρησιμοποιήσουμε για την κατασκευή του καναλιού, αφού πρώτα αφαιρέσουμε περίπου 0.2 mm·, που προκύπτουν από την στρογγυλοποίηση των ακμών του καναλιού η οποία γίνεται συνήθως με

4. IXF.AlAlMOl ΚΑΙ ΠΛΗΡΗ1 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ TOY ΚΙΝΗΤΗΡΑ.

ακτίνα 0.5 mm. κάνοντας έτσι την διατομή του αγωγού ιση με ;

q = πλάτος α'ΐ'ωγού χ ύψος αγωγού - 0.2 mm" => q = 6 χ 2.5 - 0.2 => q = 14,8 mm".

Η παραπάνω αλλαγή των διαστάσεων του καναλιού επηρεάζει τις γεωμετρικές διαστάσεις του στάτη του κινητήρα που υπολογίσαμε στο κεφαλαίο 4.3.1.

Οι διαστάσεις αυτές για. hni = 60 mm και bni = 11 mm θα διαμορφώνονται ως εξή ς :

Το βήμα του καναλιού στο μισό ύψος του. tn. θα γ ίνε ι;

tn_ πχ(Ρί+Κη| +2xhs,) 3.14χ(2675.16 + 60 + 2χ1)

tn = ------------------------------- =432

>tn = 19,895 mm.

To πλάτος του δοντιού, στο μισό ύψος του καναλιού, είνα ι:

bz = tn - bnl => bz = 19.895 - 11 => bz = 8,895 mm.

To πλάτος του δοντιού στο κάτω άκρο του καναλιού, παίρνει την τιμή :

. 3.14x2675.16bzi = tni - bni => bZ| = -

432- - 11 : bzi = 8,445 mm.

ενώ στο επάνω άκρο θα έχουμε :

, , , 3.14χ(2675.16 + 2χ60 + 2χ1) ,,bZ|o = tnio - bni=> bzm = --------------------------------------11 =>bzio = 9,33 mm.

432

H εξωτερική διάμετρο του στάτη του κινητήρα τώρα θα γίνει ίση με :

Da = D i-2x(hn ,-hS|+h|i)^ Da = 2675.16 + 2χ( 60 + 1 +38.5) = Da = 2874,16 mm.

Οι παραπάνω τιμές που υπολογίσαμε για τα μεγέθη : hni .bni . tn . bz . bZ| . bZio και Da. θα είναι αυτές που θα χρησιμοποιούμαι πλέον στους υπολογισμούς για τα υπόλοιπα μεγέθη που ακολουθούν παρακάτω, και όχι αυτές που έχουμε βρει στο κεφάλαιο 4.3.1. Οι υπόλοιπες τιμές των μεγεθών του κεφαλαίου 4.3.1. παραμένουν όπως είναι αφού δεν επηρεάζονται από την αλλαγή των τιμών του hni και bn|.

Εχοντας τελειώσει τους υπολογισμούς που αφορούν τα γεωμετρικά μεγέθη του στάτη αλλά και του καναλιού του προχωρούμε στο σχεδίασμά των μεγεθών αυτών, που ακολουθούν παρακάτω.

4. ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΠΛΗΡΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ.

4.3.2.D Γεωιιετρική παρά<Γτα<ηι των διαστάσεων του καναλιού.

b n i

b s i .......... V

δέσιμο και ταινία δέσιμο και ιανία

αγωγός αγωγός

μόνωση αγωγού ■ ■ μόνωση αγωγού

ανοχές ύψος ζυγώματος και μορφή δοντιών

--------- ■ ■η σφήνα του καναλιού

κλίμακα : 1 mm ΐ 0,5 mm κλίμακα : 1 mm * 1 mm

σγήαα 4,3.3-β

4. ΣΧΕΑ1ΑΣΜ0Σ ΚΑΙ ΠΛΗΡΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ.

Το πρώτο, από τα δυο παραπάνω σχήματα, μας δείχνει τις διαστάσεις του καναλιού του στάτη. Το σχήμα αυτό δίδεται με 1 mm σε αντιστοιχία 0,5 mm πραγματικών διαστάσεων, δηλαδή έχει κλίμακα : 1 mm : 0,5 mm.

To δεύτερο σχήμα εκτός από την μορφή του καναλιού, μας δείχνει μαζί το ύψος του ζυγώματος του στάτη αλλά και την μορφή που θα έχουν τα δόντια του, ενώ αυτό με την σειρά του έχει κλίμακα ; 1 mm : 1 mm.

Επίσης στο κάτω μέρος των σχεδίων φαίνονται, τα χρώματα από τα οποία έχουν σχεδιαστεί τα παραπάνω σχήματα και ποιο μέγεθος εκπροσωπεί το καθένα.

4.3·3> YnoXoviauoc των απωλειών και των καταποντίσεων.

4 ΣΧΡΛΙΑΣΜΟΙ Κ ΑΙ ΠΛΗΡΗΧ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ

Μετά τον σχεδίασμά του καναλιού του στάτη του κινητήρα σειρά έχει ο υπολογισμός των απωλειών και των καταπονήσεων που θα διέπουν τον στάτη. Επίσης άλλο ένα μέγεθος που θα υπολογισθεί παρακάτω είναι η μέγιστη

μαγνητική επαγωγή στα δόντια του στάτη.

4.3.3.Π YnoX4)viau0c -me αέΎΐσττΐ£ uaYvnxiKnc επαΎωγτΐ£ στα δόντια του στάτη.

Για τον υπολογισμό της τιμής της μαγνητικής επαγωγής χρειαζόμαστε το ύψος και το πλάτος του καναλιού. Ηπι και 0Π| αντίστοιχα, αλλά και την τιμή που αντιστοιχεί στο 1/3 του μήκους του δοντιού bzi του στάτη. Η σχέση από την οποία προκύπτει το μέγεθος της μαγνητικής επαγωγής στο δόντι του καναλιού του στάτη είναι :

Βζ,μbZ|,| -> X Ife

Από την σχέση αυτή βλέπουμε ότι εκτός από τις τιμές των Ηπ|. brii και bn hi,;, χρειαζόμαστε το βήμα του καναλιού στο κάτω άκρο tn|. το σύνολο των καναλιών ανά φάση Ν| και τη μέγιστη μαγνητική επαγωγή Blm Ή ζ μας.

Προχωρώντας παρακάτω για την ετιρεση της τιμής της Βζιμ αρχίζουμε με τον υπολογισμό της τιμής του μήκους του δοντιού του στάτη bZ] στο 1/3 του. που δίδεται από την σχέση :

X hn,:bZ|(i/,-i) = tni - - bni

Αντικαθιστώντας τις τιμές των μεγεθών στην παραπάνω σχέση βρίσκουμε ό τ ι :

> bz,(i,3)= 19.445 + -bzi(i,'.) = tni + -----------

bZ|(i/3) = 8.736 mm.

Έτσι από την εύρεση της τιμής του μεγέθους αυτού συνεχίζουμε στον υπολογισμό της μέγιστης μαγνητικής επαγωγής στα δόντια του καναλιού του

4. ΙΧΕΔ1ΑΣΜ01 ΚΑΙ ΠΛΗΡΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΤΟΥ Κ1ΝΗΤΗΕΔ.

στάτη. Βζιμ :

bz,„ „ X lie

Β ζ ιμ = 10420,9 Gauss.

8.736x298.3

4.3.3.21 Yπoλoγισ^όc του συντελεστή πλnoότΐ^ταc. του OTO^uaxoc γαλκού και του ενεργού οτοώαα peOuaTOC.

Πριν προχωρήσουμε στον υπολογισμό των απωλειών και των καταπονήσεων του στάτη πρέπει πρώτα να βρούμε τον συντελεστή πληρότητας του καναλιού, σύμφωνα με την επιλογή των αγωγών που κάναμε σε αυτόν.Η σχέση η οποία θα μας δώσει τον συντελεστή πληρότητας α του καναλιού του στάτη της μηχανής είναι:

^ Ζ,ν X? ^ 16x14.8hn I X hii. 60x11

> α = 0,359.

Το στρώμα χαλκού του στάτη. A c u i. είναι μέγεθος που προκύπτει από το

πάχος της στρώσης χαλκού το οποίο για μια διατομή χαλκού. Ζΐη xq. ανάγεται στο βήμα του καναλιού ΐπ;. Βάση της τιμής αυτής θα γίνει μετέπειτα ο προσδιορισμός της στρώσης μέταλλου του δρομέα της μηχανής.

Για τον υπολογισμό του στρώματος χαλκού του στάτη Αιυι.θα έχουμε :

A cui — ΙΛ Μ . > A c u i =16x14.819.445

A c u i = 12,178 mm.

Συνεχίζοντας παρακάτω το επόμενο στοιχείο που πρέπει να καθορίσουμε είναι το μέσο μήκος. It που θα έχει ο αγωγός ενός πηνίου του τυλίγματος απλής στρώσης του στάτη του κινητήρα μας. και δίδεται από την σχέση που ακολουθεί και η οποία ισχύει μόνο για τον υπολογισμό του μέσου μήκους του αγωγού για τυλίγματα απλής στρώσης μεγάλων μηχανών.

It = la + 1.7xtp + 370 => It = 344 + 1.7x175 + 370 =4· It =1011,5 mm.

Έχοντας τώρα την τιμή του μέσου μήκους του αγωγού μπορούμε να υπολογίσουμε, το βάρος του τυλίγματος G. που προκίιπτει από το χαλκό που θα χρησιμοποιήσουμε για την κατασκευή του τυλίγματος του στάτη. Το βάρος αυτό του τυλίγματος είνα ι:

4. ΙΧΕΔΙΑ^ίΜΟΣ ΚΑΙ ΠΛΗΡΗ1 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ.

G - 3χγ X Ζιφ X G = 920,92 kg.

> G = 3x8.9 X 2304 χ 1011.5 χ14.8 χ ΙΟ'*’

Όπου, γ το ειδικό βάρος του χαλκού, ενώ τα μεγέθη It και q δίδονται σε μέτρα, εξ αυτού τοποθετείται ο συντελεστής ΙΟ'*’ στην παραπάνω σχέση.

Ένας καλός προσδιορισμός του βάρους του τυλίγματος αλλά και της αντίστασης δίνει την δυνατότητα του ελέγχου των απωλειών χαλκού του στάτη.

Η πυκνότητα του ρεύματος, g. πάνω σε έναν αγωγό του καναλιού του στάτη είναι το επόμενο μέγεθος που θα υπολογίσουμε παρακάτω.

Το μέγεθος αυτό πρέπει να κυμαίνεται περίπου μεταξύ 3 έως 5 A/mirr. ενώ για ένα καλύτερα νιηιχόμενο δρομέα αυτή πρέπει να είναι από 4 μέχρι 6 A/mm".

Η πυκνότητα του ρεύματος, λοιπόν στην περίπτωση μας θα είναι :

: ]Φ -14.8

gi = 2,94 A/mm· .

Όπου Ιφ το φασικό ρεύμα του κινητήρα, για συνδεσμολογία τριγώνου, που υπολογισθεί στο κεφάλαιο 4.2.

Το ενεργό στρώμα ρεύματος κατά μήκος της εσωτερικής περιφέρειας του στάτη Αι πολλαπλασιαζόμενο με την πυκνότητα του ρεύματος, g,. μας δίνει ένα μέτρο της θερμικής καταπόνησης του κινητήρα μας. το οποίο θα κυμαίνεται

μεταξύ 1000 και 2000 --------- 7 ·cm x n m r

Ό τύπος που θα μας δώσει την τιμή του ενεργού στρώματος ρεύματος Α| είναι ο

_ 3χ1φχΖ,„> Α| = 357,696 A/cm.

Το γινόμενο, του ενεργού στρώμα ρεύματος επί την πυκνότητά του. Α) xgi. ισούται με ;

A ,xg i = 357.696 χ 2.94 = 1051,626 ----— 7 ·

Η παραπάνω τιμή που υπολογίσαμε είναι εντός των ορίων που θέσαμε και επομένως γίνεται αποδεκτή.

Εάν για κλάση μόνωσης Β η θερμοκρασία πλησίαζε τους 70 "C το παραπάνω γινόμενο θα μπορούσε να πάρει τιμές έως 2000.

4. ΣΧΕΔ1ΑΣΜ01 ΚΑΙ ΠΛΗΡΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ.

4.3.3.3) YπoλoΎισαόc του συντελεστή KarCTOvtitmc και των απωλειών.

Ο καθορισμός των απωλειών χαλκού του στάτη γίνεται μέσω της σχέσεως Pcui = 3 X Ιΐφ· X R|. Από αυτή παρατηρούμε ότι για να προσδιορίσουμε τις απώλειες χαλκού του στάτη του κινητήρα. Pcui. χρειάζεται να υπολογίσουμε την τιμή της αντίστασης Ri. που παρουσιάζει το τύλιγμα του στάτη του κινητήρα. Ο υπολογισμός αυτός της αντίστασης R| θα γίνει για δυο διαφορετικές θερμοκρασίες, πρώτη για 2Θ '*C. όταν δηλαδή ο κινητήρας θα είναι κρύος .σε στάση . και η δεύτερη για 75 ”C. όταν θα είναι ζεστός, κατά την λειτουργία του.Οι δυο αυτές τιμές της θερμοκρασίας προκύπτουν σύμφωνα με την επιλογή της

κλάσης μόνωσης του κινητήρα, συγκεκριμένα για κλάση μόνωσης Β.Η αντίσταση του τυλίγματος R| δίδεται από την σχέση :

^ _ Ζ ,^χ/rxlO-'

Όπου, κ ο συντελεστής που εκφράζει την αγωγιμότητα του χαλκού στους 20 ”C και 75 ”C. Ο συντελεστής, κ. είναι αντιστρόφως αναλόγως της θερμοκρασίας ενώ μερικές ενδεικτικές τιμές του υπάρχουν στο κεφάλαιο 2 και συγκεκριμένα στον πινάκα 2.5. Ενώ όπου. It το μέσο μήκος του αγωγού σε m.

Αντικαθιστώντας τις τιμές των μεγεθών στην σχέση που μας δίνει την τιμή της αντιστάσεως R, της φάστ|ς του στάτη. θα έχουμε ;

Για θερμοκρασία 20 ”C :

2304x1011.5x10·''> R,2ar = 2,763 Ω.


R,-5C = - 2304x1011.5x10“''> R,75»c = 3,365 Ω.

Έχοντας τις τιμές της αντίστασης R, της κάθε φάσης του στάτη για θερμοκρασίες 20 C και 75 "C μπορούμε να υπολογίσουμε τις απώλειες Pcui του στάτη για την αντίστοιχη θερμοκρασία.

Έτσι θα προκύπτει :


Pcu,:oT = 3 X Ιΐφ' X R^-rc => Pcui:nr = 3 χ 43.47' χ2.763 =>

Pcu,2« “c = 15663,23 W Pcu,:nv =15,663 kW

4. ΣΧΕΔΙΑΙΜΟΣ ΚΑΙ ΠΛΗΡΗΙ ΥΠΟΛΟΠΣΜΟΙ,ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ.

Για θερμοκρασία 75 ”C ;

Pcui-5T = 3 X Ιΐφ- X R|-' C=> PcU|-5 c = 3 x 43.47'x3.365 =>

Pcu,75-c = 19075,92 W => Pcu,75*r = 19,076 kW.

Άλλος ένας τρόπος υπολογισμού των απωλειών χαλκού του στάτη Pcu ι εκτός από τον παραπάνω φαίνεται πιο κάτω και γίνεται με χρήση της σχέσεως : PcU| = Ucu X g ' X G.

Όπου : Ucu ο συντελεστής απωλειών του χαλκού, ενώ μερικές ενδεικτικές τιμές του. για χαλκό και αλουμίνιο, φαίνονται στον πίνακα 4.3.3. που ακολουθεί.

G το βάρος του τυλίγματος και g η πυκνότητα του ρεύματος.

Πίνακας 4.3.3.

Συντελεστές απιολειών Χαλκού και Αλουμινίου.

t" 20 75 95 "c

Un 1.96 2.36 2.54 W/kgUai 10.0 12.1 12.9 W/ka

Έτσι σύμφωνα με τις τιμές των μεγεθών της σχέσεως Pcui = Ucu χ g" χ G. θα έχουμε:

Γ ια θερμοκρασία 20 “C ;

Pcu,:n c = Ucu:oτ χ g ' χ G => PcU|:o c = 1.96 χ 2.94' χ 920.92 =>

Pcu,:..-r= 15601,72 W ^ Pcu,αοτ =15,602 kW.

4. ΣΧΕΔ1ΑΣΜ01 ΚΑΙ ΠΛΗΡΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ,

Για θερμοκρασία 75 :

Pcu,-5 c =Ucu-5T X g- X G =i> Pcu,-c =2.39 χ 2.94- χ 920.92 =>

Pcu,7..T = 19024,55 W ^ Pcu,75-r = 19,024 kW.

Τέλος, άλλο ένα μέτρο της θερμικής καταπόνησης της επιφάνειας των καναλιών είναι και ο ειδικός συντελεστής καταπόνησης. Un.

Ο συντελεστής αυτός προκύπτει με ττιν βοήθεια του τύπου :

Ζ;7| X 9 X g, ■ X1 θ'Un= -

(2χ Λ/7| +/)77| -10)χλ,.„^.

Αντικαθιστώντας τις τιμές των μεγεθών στη σχέση αυτή, τις οποίες έχουμε υπολογίσει στο κεφάλαιο 4.3.3. θα έχουμε ;

, , Zn.xqxg,-χ\0·' 16χ 14.8χ 2 .9 4 'χ 10'

(2 χ /777, +Λτ7, -10)χλ,,„_ (2x60 + 11-10)χ46.8

Un = 361,45 .

Υπολογίσαμε. τον συντελεστι^ καταπόνηστ|ς του καναλιού, ο οποίος όμως βλέπουμε ότι είναι πολύ χαμηλός διότι ο κινητήρας είναι μεγάλος και χαμηλόστροφος. Ο W.Niimberg στο σύγγραμμα του 'Die Asynchronmaschine' μας δίδει ότι η θερμική καταπόνηση που διαθέτουν οι μηχανές αυτές είναι για ένα συντελεστή καταπόνησης Un πάνω από 700 με 800 W/m" και για θερμοκρασίες γύρω στους 70 “C.

ϋ ) __ ο δροΗ£αο

1 ΧΧΐ:^ΙΛ::.Μυ:. ΚΑΙ ΙΙΛΙΙΙ'ΐα Μ ΐυ ΝΟΠΣΜΟΙ TQY ΚΙΝΗΤΗΡΑ.

Με την εύρεση των απωλειών, των μαγνητικών και θερμικών καταπονήσεων του στάτη μπορούμε να συνεχίσουμε τους υπολογισμούς για τα διάφορα γεωμετρικά και μαγνητικά μεγέθη που θα χαρακτηρίζουν τον δρομέα του κινητήρα.

4 . 4 . Εύοεσυ των κύριων αενεθών.

Το πρώτο γεωμετρικό μέγεθος που θα προσδιορίσουμε σε αυτή την παράγραφο είναι η εξωτερική διάμετρος του δρομέα Οδ. που προκύπτει από την σχέση :

Οδ = Ο ϊ-2 χδ => Οδ = 2675.16- > D6 = 2671,16 mm.

Όπου. Di η εξωτερική διάμετρος του στάτη που έχουμε υπολογίσει στο κεφάλαιο 4.3.1. και δ το διάκενο αέρος μεταξύ του στάτη και του δρομέα.

Συνεχίζοντας πιο κάτω, για την εύρεση του αριθμού των καναλιών του δρομέα, λαμβάνοντας υπόψη ότι ο αριθμός αυτός πρέπει να είναι διαφορετικός από αυτόν του στάτη για την αποφυγή πρόσθετων απωλειών σιδηρού και των παρασιτικών ροπών και των δονητικών δυνάμεων εξαιτίας των υψηλών αρμονικών ταλαντώσεων του στάτη και του δρομέα, ενώ συνάμα αποφεύγετε ο μαγνητικός θόρυβος, κατά την λειτουργία της μηχανής.

Ο αριθμός αυτός επιλέγεται εδώ πέρα κατά 2 κανάλια ανά πόλο μεγαλύτερος από αυτόν του στάτη με αποτέλεσμα, ο αριθμός οπών του δρομέα να γίνεται :

Από την τιμή του αριθμού των οπών του δρομέα και σε συνδυασμό με την σχέση Ν: = q: χ 3 χ 2ρ εξάγουμε τον αριθμό των καναλιών του δρομέα Νι.

Ν : = q :x3 x2 p => Ν : = ^ χ3χ48 => Νι = 528 κανάλια.

Σύμφωνα με τον αριθμό των καναλιών Ν : του δρομέα, το βήμα του καναλιού του ή το μήκος της εσωτερικής περιφέρειας του δρομέα tiii ανά πόλο και φάση, θα ισούται με :

πχΟδ . 3.14x2671.16 ^tn·. = ------- => triT = ----------------=> Ιπι = 15,885 mm.

.V, 528

4. ΣΧΕΔ1ΑΣΜ01 ΚΑΙ ΠΛΗΡΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ.

4.4.2 Υπολογισα0£ των νεωαετοικών και ηλεκτρικών αεγεθων των ράβδων.

Έχοντας ήδη τελειώσει με την εύρεση των κύριων μεγεθών του δρομέα σειρά έχει ο υπολογισμός των γεωμετρικών και ηλεκτρικών μεγεθών των ράβδων και των δακηιλίων που θα χρησιμοποιήσουμε για την κατασκευή του κλωβού του δρομέα.

4.4.2. Π Η διατοαή των οάΒδων και των δακτυλίων του κλωβού.

Ξεκινώντας κανείς τους υπολογισμούς για την εύρεση των μεγεθών αυτών χρειάζεται να ξέρει κανείς την τιμή που θα έχει το ενεργό στρώμα χαλκού του στάτη Acui. το οποίο είναι ίσο με ; Acui = 12.178 mm. όπως έχουμε υπολογίσει στο κεφάλαιο 4.3.3.2.

Στο δρομέα η επιλογή του ενεργού στρώματος χαλκού, σύμφωνα με τον με τον W.Niimberg. γίνεται μειωμένη κατά 20% έως 30°ο. βάση της τιμής που έχουμε βρει στο στάτη του κινητήρα. Στην περίπτωση του κινητήρα μας. η τιμή του ενεργού στρώματος χαλκού, g του δρομέα, επιλέγεται ίση με 9 mm. g = 9 mm. Με την επιλογή αυτή γίνεται γνωστή η διατομή της ράβδου, που δίνει τον ενεργό χαλκό και αναλογεί σε ένα βήμα του καναλιού του δρομέα.Η διατομή της ράβδου του δρομέα ςρ.θα ισούται με :

qp- > qp = 9 X 15.885 => qp= 142,965 mm'.

Από την τιμή της ράβδου του δρομέα μπορούμε να βρούμε την διατομή του δακτυλίου βραχυκύκλωσης q . αφού αυτός έχει q2 φορές την διατομή της ράβδου.

qs“ q: qp => qs “ 3.667 χ 142.965 => = 524,25 mm".

Όπου, q: ο αριθμός οπών του δρομέα.

Μετά την εύρεση της διατομής του δακτυλίου q και της διατομής της ράβδου qp σειρά προς υπολογισμό έχει το μήκος της ράβδου 1ρ που θα χρησιμοποιήσουμε στα κανάλια του δρομέα και η οποία θα γίνεται 120 mm μεγαλύτερη από το μήκος la. που βρήκαμε στο κεφάλαιο 4.3.1.

1ρ = la + 120 => 1ρ = 344 + 120 => Ιρ = 464 mm.

Το τμήμα του δακτυλίου παίρνετε υπό\|/η κατά τον υπολογισμό της αντίστασης με ένα πρόσθετο μήκος Δ1 στο Ιρ. ενώ η μεταβολή του μήκους Δ1 προκύπτει από την παρακάτω σχέση :

4. 1ΧΕΔ1ΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΠΛΗΡΗΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ.

Όπου, kp και k5 οι αγωγιμότητες της ράβδου και του δακτυλίου αντίστοιχα, ενώ ο λόγος τους . kp/k5 . θα είναι ίσος με την μονάδα. kp/k6 = I. αφού η ράβδος και ο δακτύλιος θα είναι από το ίδιο υλικό. Επίσης το μέγεθος, tr. της παραπάνω σχέσεως. μας δηλώνει το βήμα του δακτυλίου, η τιμή του οποίου θα

δοθεί με την βοήθεια της σχέσεως tr = - . για μια διάμετρο του

δακτυλίου Dr. την οποία παίρνει κανείς, εάν αφαιρέσει από την εξωτερική διάμετρο του δρομέα το διπλό ύψος του καναλιού του δρομέα, δηλαδή θα έχουμε : Dr = D8 - 2χ hn .

Στην σχέση αυτή, για τον υπολογισμό της διαμέτρου του δακτυλίου, το μέγεθος. D8 είναι η εξωτερική διάμετρος του δρομέα, που υπολογίσαμε στο κεφάλαιο 4.4.1. ενώ το hri2 είναι το ύψος του καναλιού του δρομέα το οποίο κυμαίνεται από 15 μέχρι 30 mm. Στην περίπτωση του κινητήρα μας θα επιλέξουμε μια τιμή γύρω στα 25 mm. hni = 25 mm.

Έχοντας γνωστά όλα τα στοιχεία που χρειαζόμαστε για τον υπολογισμό του επιπρόσθετου μήκους Δ1 προχωρούμε στους υπολογισμούς και πρώτα για την εύρεση της διαμέτρου του δακτυλίου Dr.

Dr = D5-2x hm => Dr = 2671.16-2 χ 25 => Dr = 2621,16 mm.

Τώρα που υπολογίσαμε την διάμετρο δακτυλίου είμαστε σε θέση να υπολογίσουμε και το βήμα του δακτυλίου tr.

> tr = 171.47 mm.

όπου. 2ρ ο αριθμός των πόλων του κινητήρα.

Από την τιμή του βήματος του δακτυλίου tr μπορούμε πλέον να υπολογίσουμε πρόσθετο μήκος Δ1.

Δ1 = 0.61 X tr X

Δ1 = 104,6 mm<7ν k.

> Δ1 = 0.61χ171.47χ

:χ κ λ ια :ϊμ ο ι και γ ιλ η ρη ι υ π ο λ ο γ ισ μ ο ί τ ο ν κ ιν η τ ή ρα .

4 Λ .2 .2 ) Οι avTiardaEic ttic ράβδου.

Μετά τον υπολογισμό των παραπάνω μεγεθών μπορούν να υπολογιστούν οι αντιστάσεις της ράβδου συμπεριλαμβανομένου του αντίστοιχου τμήματος του δακτυλίου.

Για την εκκίνηση η θερμοκρασία είναι περίπου γύρω στους 20 *’C. ενώ κατά την λειτουργία η θερμοκρασία που θα διακατέχει τον κινητήρα, βάση της κλάσης μόνωσης και της ψύςεώς του. θα είναι περίπου στους 75 ”C.

Σε κινητήρες με φαινόμενα μετατόπισης του ρεύματος η αγωγιμότητα παίρνεται ίση με k = 50 διότι τότε, για εφαρμοσμένες πλήρως ράβδους στα κανάλια του δρομέα και για συχνότητα 50 Ηζ. το μειωμένο ύψος του αγωγού στην ακίνητη μηχανή ταυτίζεται με την τιμή σε cm του μετρημένου ύψους του αγωγού.

Η ωμικ-ή αντίσταση, αντίθετα της κρύας ακόμη μηχανής, δηλαδή για θερμοκρασία 20 ”C. υπολογίζεται με k = 57 και της ζεστής αντίστασης. 75 ”C. με k = 46.8.

Η παραπάνω απλοποίηση που έχουμε κάνει δεν φέρνει μεγάλες αποκλίσεις.

Τώρα γίνεται ο ορισμός της κρύας αντίστασης της ράβδου συμπεριλαμβανομένης και της συμμετοχής του δακτυλίου, η οποία θα οριστεί με δυο τμήματα, ένα τμήμα Γ:' εκτός του σιδηρού, του πυρήνα, και ένα δεύτερο γ: " μέσα στο σίδηρο. Το δεύτερο τμήμα για την εκκίνηση πρέπει να πολλαπλασιαστεί με το λόγο αντιστάσεων kr.Σύμφωνα με τα παραπάνω για 2Θ "C θα έχουμε :

Ιρ-/ + Δ/1000x1/,, X λ,.

, 464-314 + 104.6 _ 1000x142.965x57 '

= 31,243χ10·'Ώ.

ΙΟΟΟχί/,, χλ, ■ 1000x142.965x57> Γ: " = 38,53x10·*’ Ω.

Στις σχέσεις αυτές όπου Ι και kp. είναι μήκος του πακέτου του στάτη και η αγωγιμότητα της ράβδου αντίστοιχα.

Για τον κινητήρα, με κωνικά κανάλια στο δρομέα, η ανυψωμένη ενεργός αντίσταση εξαιτίας της μετατόπισης του ρεύματος ανηγμένη στην ολίσθηση s

^ ;·. +λ.';·χ/·. ^ 31.234x10-'’ + Λ.'/· X 38.53x10·''

4, ΣΧΕΑΙΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΠΛΗΡΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ.

Στην πραγματικότητα εξαιτίας της αυξημένης θερμοκρασίας εκκίνησης βγαίνει μια μεγαλύτερη αντίσταση.Η ζεστή αντίσταση υπολογίζεται με k = 46,8 και Kr = 1 .

Για την ονομαστική λειτουργία, με μικρές τιμές της ολίσθησης έχουμε :

Γ2 = (Γ2 '+Γ2") X 10 X

Γ2 = 84,98 X 10^ Ω.

20°C

Η παραπάνω τιμή της αντίστασης Γ2 ισχύει για θερμοκρασίες 75 ”C ,ενώ όπου k2o °c και k7s °c > η αγωγιμότητα, για θερμοκρασίες 20 και 75 °C αντίστοιχα.

Τώρα χρειάζεται να βρεθεί ο συντελεστής Κτ, ώστε να οριστούν οι διαστάσεις της ράβδου του δρομέα.Για το σκοπό αυτό είναι απαραίτητο το ρεύμα εκκίνησης στην ράβδο του δρομέα Ι2κ· Με αυτό το μέγεθος υπολογίζονται οι απώλειες χαλκού του τυλίγματος του δρομέα Pcutk, οι οποίες πρέπει να είναι η ονομαστική ισχύς πολλαπλασιαζόμενη με τη σχετική τιμή της ροττής εκκίνησης Μ η/Μν.

4.4.2.3) Ορισαός του συντελεστή Kr .

Ο συντελεστής Kr χρειάζεται για τον προσδιορισμό των διαστάσεων της ράβδου του δρομέα.

Για τον σκοπό αυτό χρειάζεται ακόμα το ρεύμα του δρομέα στην εκκίνηση, το ρεύμα μιας ράβδου. Με το ρεύμα, Ι2κ, προσδιορίζει κανείς τις απώλειες του τυλίγματος του δρομέα Pcuzk· Οι απώλειες αυτές είναι ίσες μιε την ονομαστική ισχύ Ρ2Ν πολλαπλασιαζόμενη επί την σχετική τιμή της ροπής εκκίνησης Μ β/Μν =0,5.

Από τις απώλειες Pcuac στην εκκίνηση προσδιορίζει κανείς το συντελεστή Kr, ενώ συνεχίζοντας παρακάτω, από τον Kr και αφού έχει εξασφαλίσει τη σχέση των πλευρών της ράβδου b|/bo, υπολογίζει κανείς το ύψος της ράβδου h. Εάν η ράβδος γίνει πάνω από 2 έως 2,5 cm ψηλή, με τον συντελεστή Kr ορίζεται το πλάτος bo,5 της ράβδου σε μια απόσταση 5 mm από την επάνω πλευρά.Για να μπορεί κανείς να βρει το ρεύμα του δρομέα Ι2κ πρέπει να γνωρίζει το ρεύμα μαγνήτισης Ιμ. Το ρεύμα μαγνήτισης παίρνεται εδώ κατά προσέγγιση στο ύψος Ιμ « 0,5χΙ|φ, είναι δηλαδή:

Ιμ « 0,5x43,47 * 21,74 Α.

Παίρνοντας υπόψη τους όρους εκκίνησης του κινητήρα, πραγματοποιεί κανείς το παρακάτω σκίτσο, βάση του κυκλικού διαγράμματος, με κλίμακα : 1 mm = 1 A .

4, ΣΧΕΔ1ΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΠΛΗΡΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ.

Σύμφωνα πάντα με το σχήμα 4.4.1, το σημείο Ρκ βρίσκεται από τα μεγέθη Ρικ και Ρ2Κ, τα οποία είναι οι απώλειες που προκαλούνται από το ρεύμα Ιικ και ΐ2κ αντίιττοιχα, οι οποίες υπολογίζονται ως εξής :

3χΙ,„ xRi _ 3x152,145^x3,365 _ _ 233680,08

Όπου Ri και Ιικ, είναι η αντίσταση Rpst την τιμή της οποίας υπολογίσαμε στην παράγραφο 4.3.3.3, αντίστοιχα το ρεύμα Ιικ είναι το ρεύμα εκκίνησης που προκύπτει βάση των δεδομένων και το οποίο ισούται με Ιικ = 3,5 Ι]φ. Στην δεύτερη σχέση οι τιμές των μεγεθών Ρ2ν και Μ α/Μν προκύπτουν και αυτές από τα δεδομένα στο κεφάλαιο 4.1.Από την κλίμακα του ρεύματος, αι = 1 mm = 1 A, η κλίμακα της ισχύος w, που φαίνεται στις παραπάνω σχέσεις, γίνετα ι:

w = 3xUixai => W = 3χ6ΘΟΟ χ 1 => w = 18ΘΘ0-— .mm

Οπότε αντικαθιστώντας την τιμή της κλίμακας της ισχύος στις δυο παραπάνω σχέσεις, θα έχουμε :

-7 2 -

.. 1ΧΕΔ1ΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΠΛΗΡΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΤΟΥ Κ.1ΝΗΤΗΡΑ.

> Ρικ = 12.98 mm.

^ Ρ-ϊκ = 13.889 mm.18000

Από τις παραπάνω τιμές σχεδιάζουμε το σχήμα 4.4.1.

Συνεχίζοντας, πρέπει να υπολογίσουμε την κλίμακα του ρεύματος του δρομέα α:. Για τον υπολογισμό αυτό χρειαζόμαστε την σχέση μεταφοράς η οποία προκύπτει από την σχέση :

Το ρεύμα Ιφ είναι το ρεύμα που φαίνεται στο παραπάνω σχέδιο και η τιμή του προκύπτει γραφικά, η οποία ισούται με:

Ιφ = 133.46 (mm) χ αι => Ιφ = 131 (mm) χ 1 (A/mm) => Ιφ = 133,46 Α.

Από την σχέση μεταφοράς, όπως αναφέραμε παραπάνω, υπολογίζεται η κλίμακα του ραίματος του δρομέα.

ατ = αι X ϋ => αι = 1 X 13.59=> = 13,59 A/mm .

Οπότε, σύμφωνα με την κλίμακα αυτή, είναι δυνατόν να υπολογίσουμε την τιμή του ρεύματος βραχυκύκλωσης του δρομέα Τ^· fo οποίο είναι ίσο με :130.803 mm. βάση του σχήματος 4.4.1. Έτσι σύμφωνα και με την κλίμακα μεταφοράς του δρομέα, το ρεύμα αυτό θα ισούται :

Τκ = α: X 130.803 ^ = 13.59 χ 130.803 ^ Γκ = 1777,61 Α.

Οπως έχουμε αναφέρει στην παράγραφο 4.4.2.2. το ρει'ιμα αυτό προκαλεί τις απώλειες χαλκού του τυλίγματος του δρομέα Pcu:k. οι οποίες πρέπει να είναι η ονομαστική ισχύς πολλαπλασιαζόμενη με τη σχετική τιμή της ροπής εκκίνησης Ma/Μκ. Αρα προκιιπτει ότι ;

Pcu:k = Ρ:ν χ = Ι:κ' χ ( Γ:’+ Κγ χ Γ:” ) χ Ν : .

4. ΣΧΕΔ1Α1Μ01 ΚΑΙ ΠΛΗΡΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΙΜ ΟΙ-

Ατιό την παραπάνω σχέση μπορεί κανείς να υπολογίσει τον συντελεστή Kr.

K r= -Μ ,.

7,^-χ;·, χ.ν,

Κγ = 3,075.

= ^ Κ γ = .iOOOQQxO.5 31.243χ10~*

1777.61-X 38.56x1 Ο·" X528 ' 38.53x10’ "

4.4·2.4) Εύοεστι των διαστάσεων του καναλιού και των οάΒδων.

Από τον Kr. και αφού έχει εξασφαλίσει τη σχέση των πλευρών της ράβδου bi/bo- υπολογίζει κανείς το ύψος της ράβδου h.Εδώ οφείλει να χρησιμοποιηθεί μια κωνική ράβδος με δυνατότητα ανάπτυξης

μιας μέτριας ροττής εκκίνησης, ενώ ο λόγος των πλευρών της ράβδου

Όποτε. σύμφωνα λοιπόν με το σχήμα 4.4.2. που ακολουθεί πιο κάτω, από τον λόγο των πλευρών της ράβδου β και από τον συντελεστή Kr εξάγουμε την τιμή του μειωμένου ύψους της ράβδου h'.

Το μειωμένο ύψος της ράβδου h‘ . θα είναι περίπου ίσο με ;

h’ = 24 mm.

Η παραπάνω τιμή είναι ικανοποιητική, για k.75'c ~ 46.8 και Γ|ν = 50.

Από την τιμή αυτή, του μειωμένου ύψους της ράβδου h". μπορούμε να υπολογίσουμε επακριβώς το ύψος της ράβδου hp και να δούμε έτσι αν η επιλογή που κάναμε για το ύψος του καναλιού του δρομέα ήταν σωστή.Ο υπολογισμός αυτός γίνεται βάση της παρακάτω σχέσεως. σύμφωνα με τον W.Niimbera.

V io"!/ 5θ " 50 V io ’')/ so"

Στον παραπάνω τύπο όπου s. η ολίσθηση του κινητήρα κατά την διάρκεια της εκκίνησης η οποία είναι ίση με 1. s = 1.

ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΠΛΗΡΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ.

2 0 -

1 8 -

1 6 -

14ι

12

10

8

6

4

2

2 2 -

h'

0,1

/ 1/

/

kr = f ( h ') /

/

///

/ //

/

/

Γ

/

/Λ

//

>

Ρ

- 1 3 4 i5 ( 1 ε

0,2

0,25

0,35

0,5

0,6

διάΎραααα 4.4.2.

Από το ύψος της ράβδου που θα κάνουμε χρήση στα κανάλια του δρομέα, βλέπουμε ότι η επιλογή που κάναμε πιο πάνω για το ύψος του καναλιού του δρομέα είναι σωστή.

Σύμφωνα με τον λόγο των πλευρών της ράβδου, β = 0,5, βρίσκουμε το πλάτος της ράβδου στο επάνω άκρο b| και στο κάτω bo.

Ο προσδιορισμός αυτός των δυο μεγεθών γίνεται γνωρίζοντας την διατομή της ράβδου και αντικαθιστώντας τις τιμές των γνωστών μεγεθών στην παρακάτω σχέση.

ηρ = h’ X ^ 142,965 = 24 X => b,+bo = 11,914 mm.^ 2 2

Σε συνδυασμό με τον λόγο πλευρών της ράβδου β, θα έχουμε :

4, ΣΧΕΔ1ΑΣΜ0Σ ΚΑΙ ΠΛΗΡΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ.

^ 0 ,5 = ^

b,+bo= 11,914 =>b, = 11,914-bo

0,5 =

και,

:^0,5 = i ^ ^ - 1 ^ bo = 7,942 r

b, = 11,914-b o ^ bi = 11,914-7,942 => b, =3,972 n

To πλάτος της ράβδου bo,5 σε απόσταση 5 mm κάτω από την πάνω πλευρά της ράβδου είνα ι:

bo,5 = b, + ( bo - b,)x => bo,5 = 3,972 + (7,942 - 3,972)x ^ =;24

bo,5 = 4,799 mm.

To μέγεθος αυτό, bo,5 , είναι πολύ σημαντικό για την ροπή που θα δημιουργείται κατά την εκκίνηση του κινητήρα.Πριν συνεχίσουμε παρακάτω μας μένει να καθορίσουμε το ύψος του

ζυγώματος του δρομέα hj2, το οποίο στην περίπτωση του κινητήρα μας επιλέγεται γύρω στα hj2 = 43 mm, βάση της μαγνητικής επαγωγής που θα ετηκρατεί στο ζύγωμα.

Η σχισμή του καναλιού του δρομέα, εξαιτίας του χαμηλού ρεύματος βραχυκύκλωσης των αργόστροφων κινητήρων μικρής σχετικά ισχύος ανά πόλο, κρατιέται το δυνατόν μικρή.Η σχισμή αυτή μπορεί να υπολογιστεί επακριβώς αλλά εδώ θα ληφθεί hs2 = 3,35 mm.

Τέλος μας απομένει να καθορίσουμε το πλάτος της σχισμής του καναλιού του δρομέα, που εδώ επιλέγεται να είναι περίπου ίσο με ; bs2 » 3,5 mm, ενώ και αυτό με την σειρά του πρέπει να πλήρη τις προδιαγραφές σχετικά με την μαγνητική επαγωγή από την οποία θα χαρακτηρίζεται.Από τις παραπάνω τιμές των διαστάσεων του καναλιού και των ράβδων του δρομέα προχωρούμε στον σχεδίασμά των μεγεθών αυτών, τα σχέδια των οποίων ακολουθούν παρακάτω.

4. ΣΧΕΑ1ΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΠΛΗΡΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ,

4.4.3) Γεωαετρική παράσταση των διαστάσεων του καναλιού και των ράβδων.

Στο σχήμα 4.4.3.α, που ακολουθεί, φαίνονται οι διαστάσεις του καναλιού του δρομέα και το οποίο έχει κλίμακα : 1 mm : 0,5 mm. Ενώ το σχήμα 4.4.3.β. μας δείχνει τον τρόπο που είναι διαμοριρωμένα τα κανάλια του δρομέα.

κλίμακα ; 1 mm * 0,5 mm

σγήαα 4.4.3.α

κλίμακα : 1 mm ί 0,5 η

σγήαα 4.4.3.Β

Το σχήμα 4.4.4 μας δίνει τις διάφορες διαμέτρους από τις οποίες θα χαρακτηρίζεται ο κινητήρας μας. Το σχήμα αυτό δίδεται με 1 mm σε αντιστοιχία 25 mm πραγματικών διαστάσεων, δηλαδή έχει κλίμακα :1 mm : 25 mm.Επίσης στο πάνω μέρος του σχήματος αυτού διακρίνονται τα κανάλια του στάτη και του δρομέα, στο μέγεθος που θα τους αντιστοιχεί με την παραπάνω κλίμακα.


κλίμακα : 1mm € 25 η

σγήαα 4.4.4.


4.5> Υχολογιιιιι6€ τ 6 κρκλΛ&ΐΜττος.

Με το τέλος των υπολογισμών που αφορούσαν τον δρομέα της μηχανής και έχοντας οριστεί πλέον όλες οι διαστάσεις της, γίνεται δυνατός ο καθορισμός του ρεύματος μαγνήτισης. Πριν όμως προχωρήσουμε στην εύρεση της τιμής αυτού του μεγέθους πρέπει πρώτα να υπολογίσουμε μερικά απαραίτητα στοιχεία του μαγνητικού κυκλώματος του κινητήρα, όπως τα διάφορα μήκη και διατομές του μαγνητικού κυκλώματος, αλλά και να καθορίσουμε τον συντελεστή πλάτυνσης της μηχανής.

4.5.1) Μήκη και διατομές του μαγνητικού κυκλώματος.

4.5.1.1) Το διάκενο αέρος και το ενεργό μήκος διακένου.

Από τα κεφάλαια 4.3 και 4.2, στα οποία έχουμε υπολογίσει τις τιμές του πολικού βήματος του στάτη tp, του κινητήρα μας και του μήκους του πακέτου του στάτη Η, μπορούμε να καθορίσουμε το διάκενο αέρος Fl, που δίδεται σύμφωνα με την σχέση :

Fl = tpxli ^ Fl = 17,5 χ31,4=> Fl = 549,5 cm'.

Για να λάβει κανείς υπόψη την παραμόρφωση του διακένου δ στις ηλεκτρικές μηχανές, εξαιτίας των ανοιγμάτων των καναλιών του στάτη και του δρομέα, σε σχέση με τη λεία εσωτερική επιφάνεια του επαγωγικού τυμπάνου, θεωρεί την επιφάνεια αυτή πάλι λεία χωρίς κανάλια και παίρνει ένα φανταστικό διάκενο δ' αντί του πραγματικού δ. Ο προσδιορισμός αυτός του ενεργού μήκους του διάκενου δ', παίρνοντας υπόψη και τα κανάλια ψύξης του κινητήρα, γίνεται μέσω της σχέσεως : δ' = δχ kci χ kc2.Στην σχέση αυτή το kci και ko είναι οι συντελεστές αναλογίας ή αλλιώς συντελεστές του Carter, για τον στάτη και τον δρομέα αντίστοιχα. Οι συντελεστές αυτοί προκύπτουν με την βοήθεια του παρακάτω τύπου :

kc =tn - y y - b s

στον οποίο όπου : tn, είναι το μήκος της εσωτερικής περιφέρειας ανά κανάλι, είτε αυτή αναλογεί στο στάτη, δηλαδή για kci, είτε στον δρομέα, για kc2· bs, η σχισμή του ανοίγματος του καναλιού του στάτη είτε του δρομέα, αντίστοιχα για kci και kc2·


Έτσι θα έχουμε : yi = f ( ^ ) 4^ yi = f ( ^ ) yi = f (1,25).0 I

y2 = f ( ^ ) ·Η· y2 = f ( ^ ) y2 = f (i,75).O λ

Από τις παραπάνω τιμές και από το διάγραμμα 4.5.1, που ακολουθεί παρακάτω, μπορούμε να βρούμε τις τιμές των συντελεστών που αναφέραμε παραπάνω.

Από το διάγραμμα 4.5.1. βρίσκουμε ότι οι τιμές των y2 και y ι είνα ι:

y, = 0,1843 και yz= 0,2474.

Αντικαθιστώντας τώρα τις τιμές αυτές στην σχέση την οποία μας δίνει το μέγεθος του συντελεστή του Carter, για τον στάτη και τον δρομέα, αλλά και του συντελεστή ανακούφισης θα έχουμε :

- y, X 05,> kci -

19,444

19,444-0,1843x2,5 '> kt , = 1,024.

4. ΙΧΕΔΙΑΙΜΟΙ ΚΑΙ ΠΛΗΡΗΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ.

Αφού έχουμε προσδιορίσει τις τιμές των απαιτούμενων συντελεστών για τον υπολογισμό του ενεργού μήκους του διάκενου δ', προχωρούμε στην εύρεση της τιμής του.

δ' = δχΙ;Γ|χΙνο2 =ί> δ ' = 2χ1.024χ 1.057=> δ ' =2,165 η

4.5.1.21 Η ααννητική επαγωγή και η διατομή των δοντιών του δρομέα.

Η διατομή των δοντιών του δρομέα. Fz . δίδεται από την σχέση :

Fz-ϊ = ^ xb z i'' ·’' xlfe.-Ρ

Στην σχέση αυτή βλέπουμε ότι το μόνο άγνωστο μέγεθος είναι το bz '' '' που μας δίνει το ένα τρίτο του μήκους του δοντιού του δρομέα και προκύπτει βάση του παρακάτω τύπου :

(2 X hs. +bz·.''"'' = tn-.--------------------------- bill'

.V,

όπου bill'' το ένα τρίτο του συνολικού μήκους του πλάτους του καναλιού

του δρομέα, το οποίο δίδεται με την βοήθεια του τύπου : bni'' "'' = ~ ^ .

Αντικαθιστώντας τις τιμές των μεγεθών της σχέσεως που θα μας δώσει την τιμή του ενός τρίτου του μήκους του δοντιού του δρομέα θα έχουμε ;

(2 χ ^ , + _^χ/ιρ1χπ

(2 x 3 .3 5 + -χ 2 5 )χ 3.14

= 9,115 mm.

Τώρα πλέον είναι γνωστά όλα τα μεγέθη που αποτελούν την σχέση που μας δίνει την διατομή των δοντιών του δρομέα Fzi. Έ τσ ι ;

J νχΡΛΙΑΓ.ΜΟ^ ΚΑΙ ΠΛΗΡΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ.

, Fz, = — X 0.9115 X 29.83 Fzj = 299,09 cm".

Τέλος μπορούμε να υπολογίσουμε και το μέγεθος Ιζ . το οποίο είναι το ύψος που θα χαρακτηρίζει το δόντι του δρομέα του κινητήρα και υπολογίζεταιόπως παρακατω ;

1ζ: = hp + hsj => Ιζτ = 25 + 3.35 = Ιζτ = 28,35 mm.

4.5.1.3> Η διατοαή των δοντιών του στάτη.

Η διατομή των δοντιών του στάτη Fz,. θα υπολογιστεί με το ίδιο σκεπτικό που υπολογίστηκε και η διατομή των δοντιών του δρομέα. Έτσι θα έχουμε :

Fz, = A r xbz," xlfe => Fz, = — χ0.8736 χ 29.83 ^ Fz, = 234,535 c m \ 2 p 48

Όπου ;N, : o αριθμός των καναλιών του στάτη της μηχανής μας που

υπολογίστηκε στο κεφαλαίο 4.3.1.2ρ: ο αριθμός των πόλων του στάτη του κινητήρα. bzi" : το ένα τρίτο του μήκους του δοντιού του στάτη που

υπολογίστηκε στη παράγραφο 4.3.3.1.Ife: είναι το μήκος του σιδηρού του στάτη της μηχανής μας η τιμή του

οποίου έχει ευρεθεί στην παράγραφο 4.3.1.

Για τον στάτη το ύψος που θα χαρακτηρίζει το δόντι του. 1ζ,. θα ισούται και αυτό με την σειρά του με :

1ζ, = hn, + hs, => lzi = 60 + 1 Iz, = 61 mm.

4.5.1.4) Oi διατοαές και τα αήκιι του ζυγώαατος του στάτη και τουδροαέα.

Για την διατομή του ζυγώματος του στάτη θα ισχύει; Fj, = 2 χ hj, χ Ife . Αφού στην παραπάνω σχέση όλα τα μεγέθη που την αποτελούν είναι γνωστά θα έχουμε ;

Fi, = 2xh),x Ife Fj, =2x3.85x29.83=5 Fj, = 229,691 cmT

όπου hj, το ύψος του ζυγώματος του στάτη του κινητήρα το οποίο έχει υπολογισθεί στην παράγραφο 4.3.1.

4 ΣΧΡΛΙΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΠΛΗΡΗ1 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟ!^ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ.

Για το δε μήκος του στάτη. που θα διαρρέετε από την μαγνητική ροή. θα προκύ\)/ει από την σχέση :

πχ(Ρ3-1ή|)2x2/7

^ 3.14 X (2874,16-38.5) ' 2x48

Iji = 92,75 mm.

Στην συνέχεια θα προχωρήσουμε στον υπολογισμό της διατομής του ζυγώματος του δρομέα. FJ:.Η διατομή του ζυγώματος του δρομέα προκύπτει ομοίως με την διατομή του ζυγώματος του στάτη. Οπότε έχουμε :

Fj: = 2xhi:x Ife FJ. = 2x4.3χ29.83 Fj: = 256,538 cm7

Ομοίως, όπως στον στάτη. πράττουμε και για τον υπολογισμό του μήκος του ζυγώματος δρομέα που θα διαρρέετε από την μαγνητική ροή. Έχοντας έτσι :

2x2/7

lj2 = 85,514 mm.

Με την εύρεση της τιμής του μήκος του ζυγώματος δρομέα έχουμε τελειώσει τους υπολογισμούς για τις διατομές και τα μήκη των ζυγωμάτων του στάτη όσο και του δρομέα, κλείνοντας έτσι το κεφαλαίο μήκη και διατομές του μαγνητικού κυκλώματος.

4.5.21 Ο καθοοισιχός τ υ συντελεστή πλα^rύvσεωc.

Για τον υπολογισμό του συντελεστή πλατύνσεως ξεκινάει κανείς με μια τιμή του συντελεστή αυτού ίση με α' = 1.4 και ορίζει τις προσωρινές τιμές των μαγνητικών επαγωγών Β ζ. Β '/ι και Β 'ζ: στο διάκενο, στα δόντια του στάτη και στα δόντια του δρομέα αντίστοιχα.

Ο προσδιορισμός του πραγματικού συντελεστή πλατύνσεως θα γίνει αφού πρώτα υπολογίσουμε τις διάφορες τμηματικές τάσεις με τον παλιό συντελεστή πλατύνσεως. Έπειτα θα προσδιορίσουμε τον συντε>^στή κ. που είναι ο λόγος του αθροίσματος των τμηματικών τάσεων στα δόντια του στάτη και του δρομέα προς την τμηματική τάση του διακένου αέρα και στη συνέχεια από το διάγραμμα 4.5.4. θα πάρουμε, σαν συνάρτηση του συντελεστή κ. τον πραγματικό συντελεστή πλατύνσεως α. Εδώ. κατά τους υπολογισμούς αυτούς αλλά και κατά τον καθορισμό του ρεύματος μαγνήτισης. δεν λαμβάνονται

υπόψη οι πτώσεις τάσεως. με αποτέλεσμα οι μαγνητικές επαγωγές να είναι μεγαλύτερες από ότι θα ήταν αν αυτές συνυπολογίζονταν.

4 ΣΧΡΛΙΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΠΛΗΡΗΣ ΥΠΟΛΟΠΙΜΟΤ- ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ.

4.5.2.1) Οι ταυαατικές ααγντιτικές τάσεΐ€ του διάκενου, των δοντιών του στάτη και του δοοαέα.

Η τμηματική τάση του διακένου του κινητήρα υπολογίζεται από την σχέση : V 'l = 0.8χδ'χ Β'ΐ (,„. Από την σχέση αυτή βλέπουμε ότι το μόνο άγνωστο μέγεθος είναι η μαγνητική επαγωγή Β . αφού το ενεργό μήκος του διάκενου, δ' το οποίο δίδεται σε cm. έχει υπολογισθεί στην παράγραφο 4.5.1.1.

Η μέγιστη μαγνητική επαγωγή στο διάκενο του κινητήρα, σύμφωνα με τον προσωρινό συντελεστή πλατύνσεως α ' = 1.4. μας δίδεται από την σχέση :

ΦχΙΟ'' 2.444x10''

Φ : Η μαγνητική ροή που διαπερνά το διάκενο αέρος ανά επιφάνεια, που αντιστοιχεί σε ένα πολικό βήμα, και η τιμή της οποίας προσδιορίστηκε στην παράγραφο 4.3.2.

Fi ; Η διατομή του διακένου του αέρα.

Έτσι η τμηματική τάση του διάκενου. V 'l . θα διαμορφώνεται ως εξής :

ν\ = 0.8χδ'χ Β'ι,μεγ ^ V 'l = 0.8x0.2165x6226.75^ 1078,47 A.

Για την εύρεση της τμηματικής τάσης στα δόντια του στάτη. θα ενεργήσουμε όπως και παραπάνω. Αρχικά θα υπολογίσουμε την μέγιστη μαγνητική επαγωγή των δοντιών του στάτη και έπειτα θα προχωρήσουμε στον υπολογισμό της τμηματικής τάσης αυτών.Η μέγιστη μαγνητική επαγωγή των δοντιών του στάτη. Β 'ζιμεγ. υπολογίζεται βάση της σχέσεως που ακολουθεί.

ο - - ΦχΙΟ'' ^ ο · - . . 2.444x10'’D ΖΙμεν - α χ — ------ => a ζιμη, - 1.4χ ' =>Γ ι 234.ο3ο

Β'ζιμεγ = 14588,867 Gauss.

Από την τιμή της μέγιστης μαγνητικής επαγωγής στα δόντια του στάτη. Β'ζ,μεγ. και σε συνδυασμό με το παρακάτω διάγραμμα 4.5.2. εξάγουμε την τιμή του Η 'ζ Ι. που είνα ι: Η ’ζΐ = 27,37 (A/cm). Το μέγεθος αυτό πολλαπλασιαζόμενο

Η’ζΐ, που είνα ι: Η ’ ζΐ = 27,37 (A/cm). Το μέγεθος αυτό πολλαπλασιαζόμενο με το ύψος που θα χαρακτηρίζει το δόντι του στάτη, 1ζι, σε cm, θα μας δώσει την τιμή της μαγνητικής τάσης στα δόντια του στάτη. Οπότε ;

V ’zi = Η’ ζΐ χ1ζι ^ V ’zi = 27,37x6,1 => V ’zi = 166,957 A.

Σειρά τώρα έχει ο υπολογισμός της τμηματικής τάσης στα δόντια του δρομέα, και αφού η μέγιστη μαγνητική επαγωγή Β Ζ2μεγ στα δόντια του δρομέα θα ευρεθεί ακριβώς όπως και η μέγιστη μαγνητική επαγωγή Β'ζιμεγ στα δόντια του στάτη σύμφωνα με την σχέση ;

4, ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΠΛΗΡΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ.

ΦχΙΟ®> Β'ζ2

2,444x10*

Β Ζ2μ£γ = 11440,035 Gauss.

Εργαζόμενοι όπως και άνωθεν, από το διάγραμμα 4.5.2 εξάγουμε την τιμή του Η ’ ζ2 = 8,56 (A/cm). Έ τσι η τμηματική τάση στα δόντια του δρομέα θα είναι:

V ’z2 = H’z2x 1z2 ^ V ’z2 = 8,56x2,835^ V ’z2 = 24,267 A.

Με τον παραπάνω υπολογισμό είμαστε σε θέση να βρούμε την πραγματική τιμή του συντελεστή πλατύνσεως.

Όπως έχουμε προαναφέρει ο συντελεστής αυτός θα μας δοθεί συναρτήσει του συντελεστή κ, που θα προκόψει από τον λόγο του αθροίσματος των τμηματικών τάσεων στα δόντια του στάτη και του δρομέα προς την τμηματική τάση του διακένου του αέρα, ενώ μετέπειτα κάνοντας χρήση του διαγράμματος4.5.4. θα πάρουμε, από αυτό, την πραγματική τιμή του συντελεστή πλατύνσεως.Οπότε έχουμε:

. 166,957 + 24,267 1078,47

κ = 0,177.

Από τον συντελεστή κ και από το διάγραμμα 4.5.4. ο πραγματικός συντελεστής πλατύνσεως α, θα είναι:

α = 1,44.

Με την εύρεση της τιμής αυτής προχωρούμε στον υπολογισμό του ρεύματος μαγνήτισης, αφού πρώτα ξανά υπολογίσουμε όλα τα μεγέθη του μαγνητικού κυκλώματος του κινητήρα μας για τον νέο συντελεστή πλατύνσεως.


διάγραααα 4.5.2.

4. ΣΧΕΔ1ΑΣΜ0Σ ΚΑΙ ΠΛΗΡΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ,

α = f(k)

- —

4.5.3) Ο υπoλoγιq^6c του ρεύματος uaYvfiTioTK;.

Όπως αναφέραμε και τηο πριν, αφού υπολογίσαμε τον διορθωμένο συντελεστή πλατύνσεως α, θα υπολογίσουμε τις τμηματικές τάσεις, για τον νέο αυτό συντελεστή. Στη συνέχεια θα βρούμε τις τμηματικές τάσεις στα ζυγώματα του στάτη και του δρομέα. Το άθροισμα όλων των τμηματικών μαγνητικών τάσεων, θα μας δώσει τη συνολική μαγνητική τάση κατά μήκος μίας μέσης μαγνητικής γραμμής, που με την σειρά της θα μας βοηθήσει να υπολογίσουμε το ρεύμα μαγνήτισης του κινητήρα μας.

4.5.3.1) ΥπολοΎΐσαόι: των κανονικών ταΐΐαατικών μαγνιιτικών τάσεων του διάκενου, των δοντιών του στάτη και του δροαέα τάσεων.

Κάνοντας χρήση των ίδιων σχέσεων υπολογισμού των τμηματικών μαγνητικών τάσεων του διάκενου, των δοντιών του στάτη και του δρομέα όπως και παραπάνω, αλλά για τον κανονικό συντελεστή πλατύνσεως θα έχουμε:

• Για την τμηματική τάση του διακένου ;

Η μέγιστη μαγνητική επαγωγή στο διάκενο του κινητήρα, με τον κανονικό συντελεστή πλατύνσεως. α = 1.44. είνα ι:

(I) V 1 η” 444 V 1 π'’Βίμεγ = « X ^ ^ = 1.44 X ~ = 6404,66 Gauss.

Οπότε η νέα τμηματική τάση του διάκενου V|. θα παίρνει την τιμή :

VL = 0.8χδ■χ =>Vl = 0.8x0.2165x6404.66 => V l = 1109,287 A.

• Για την τμηματική τάση στα δόντια του στάτη :

Η μέγιστη μαγνητική επαγωγή των δοντιών του στάτη Β ΐμ^γ. σύμφωνα με ττιν παρακάτω σχέση γίνεται ;

4. ΙΧΕΔ1ΑΣΜ01 ΚΑΙ ΠΛΗΡΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΤΟΥ Κ1ΝΗΤΗΕΑ.

Β?.Ιμεγ ^ ΒζΙμεν Ι.44χ1-1 2j4.0j3

Β/.ίμεγ = 15005,69 Gauss.

Πράττοντας όπως και παραπάνω, δηλαδή όπως κατά τον υπολογισμό της προσωρινής τμηματικής τάσης στα δόντια του στάτη. Από την τιμή της μέγιστης μαγνητικής επαγωγής στα δόντια του στάτη. Β ΐμ ,. και σε συνδυασμό με το παρακάτω διάγραμμα 4.5.2. θα παίρνουμε την τιμή του Ηζΐ. η οποία θα είναι Ηζΐ = 32,49 (A/cm). Έτσι η τμηματική τάση θα διαμορφώνεται ως εξής ;

V71 =Ηζ1χ1ζ, : = 32.49 χ6.1 = = 198,189 A

• Για την τμηματική τάση στα δόντια του δρομέα ;

Ο υπολογισμός της κανονικής τμηματικής τάσης στα δόντια του δρομέα γίνεται ακριβώς όπως και αυτή του στάτη. Οπότε :

ώχΙΟ" , 2.444x10" .B 7 1 ..CV = α χ ---------- => Βζι,,Γγ - 1.44χ---------------- =>ΟΖ2μεγ ^ /-μεγ ^99.09

Βζζμεγ = 11766,89 Gauss.

Από το διάγραμμα 4.5.2 εξάγουμε την τιμή του Ηζ2 = 9,6 (A/cm). Έτσι η τμηματική τάση στα δόντια του δρομέα θα είναι;

ν^.: = Ηζ2χ1ζ2=^ Vz2 = 9.6x2.835=^ Vz, = 27,216 A.

Έχοντας υπολογίσει τις τμηματικές μαγνητικές τάσεις του διάκενου, των δοντιών του στάτη και του δρομέα για τον κανονικό συντελεστή πλατύνσεως. προχωρούμε στην εύρεση των τιμών των τμηματικών τάσεων των ζυγωμάτων του στάτη και του δρομέα του κινητήρα, στις οποίες όμως δεν κάνουμε χρήση του συντελεστή πλατύνσεως.

4. ΣΧΕΔ1ΑΣΜ0Σ Κ.Α1 ΠΛΗΡΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ.

4.5.3.21 Οι TUTmaTiK0c ααγντιτικέα τάσεu των ΰυγωαάτων του στάτη και του δοοαέα.

Οι τμηματικές, αυτές τάσεις ακολουθούν την ίδια διαδικασία υπολογισμού, όπως και οι παραπάνω τμηματικές μαγνητικές τάσεις. Οι υπολογισμοί θα αρχίσουν με την εύρεση της τιμής της μαγνητικής επαγωγής, είτε αναφερόμαστε στον στάτη είτε στον δρομέα, και έπειτα θα προχωρήσουμε στον υπολογισμό των τμηματικών τάσεων που ζητάμε. Τα αποτελέσματα που θα έχουμε, σύμφωνα με τις σχέσεις που ισχύουν θα είνα ι;

• Γία την τμηματική τάση του ζυγώματος του στάτη :

Η μαγνητική επαγωγή στο ζύγωμα του στάτη θα προκύπτει από την παρακάτω σχέση, στην οποία όπου FJ|. η διατομή του ζυγώματος του στάτη η οποία υπολογίστηκε στην παράγραφο 4.5.1.3.

> Bj,= 10640,38 Gauss.

Από την τιμή της μαγνητικής. Bj|. και σε συνδυασμό με το διάγραμμα 4.5.3 που ακολουθεύ εξάγουμε την τιμή του HJi. που εδώ ισούται με Hj, = 3,12 (A/cm). Αντικαθιστώντας την τιμή αυτή στην σχέση που μας δίνει την τμηματική μαγνητική τάση του ζυγώματος του στάτη. θα έχουμε :

VJ, = Hj|X 1J, VJ, = 3.12χ 9.275 => Vj, = 28,938 A.

όπου IJi. το μήκος του στάτη που θα διαρρέετε από την μαγνητική ροή. που υπολογίστηκε στην παράγραφο 4.5.1.3.

• Για την τμηματική τάση του ζυνώαατος του δρομέα :

Ο πρώτος υπολογισμός που θα κάνουμε είναι αυτός της μαγνητικής επαγωγής, σύμφωνα με τον οποίο θα πάρουμε την τιμή του HJ . σε συνδυασμό με το

δνάγραμμα 4.5.3. Η τιμή αυτή που θα βρούμε από το διάγραμμα θα μας βοηθήσει να υπολογίσουμε την τμηματική τάση στο ζύγωμα του δρομέα. Η μαγνητική επαγωγή του ζυγώματος του δρομέα είναι ;

4. ΙΧΕΔΙΑΙΜ01 ΚΑΙ ΠΛΗΡΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ.

όπου FJ:- η διατομή του ζυγώματος του δρομέα η οποία υπολογίστηκε στην παράγραφο 4.5.1.3.

Σύμφωνα με το διάγραμμα 4.5.3. έχουμε ότι : Hji = 2,486 (A/cm).

Έτσι η τμηματική τάση του ζυγώματος του δρομέα γίνεται ίση με :

Υ ): = Hj.x Ij: => Vj. = 2.486χ 8.5514 V j, = 21,259 A.

Με την εύρεση της τιμής αυτής είναι δυνατός ο υπολογισμός του αθροίσματος όλων των μαγνητικών τμηματικών τάσεων. Το άθροισμα αυτό έχει ως συνέπεια την εξαγωγή της τιμής της συνολικής μαγνητικής τάσης, από την οποία θα βρούμε το ρεύμα μαγνήτισης.

4.5.3.31 Το οεύαα ααννύτισηΰ.

Για να υπολογίσουμε την συνολική μαγνητική τάση ανά πόλο και κατά μήκος μιας μαγνητικής γραμμής, θα πρέπει να προσθέσουμε, όπως προαναφέραμε. όλες τις τμηματικές μαγνητικές τάσεις. Όποτε η συνολική μαγνητική τάση ανά πόλο θα ισούται με :

Υμ = V, +V/I -^Υζ: +Yj I +Yj, =>

Υμ= 1109.287 + 198.189 +27.216 +28.938 -21.259=> Υμ = 1384,889 Α.

Τώρα γνωρίζοντας τη συνολική μαγνητική τάση Υμ του κινητήρα, μπορούμε να βρούμε την τιμή του ρεύματος μαγνήτισης Ιμ. Το ρεύμα μαγνήτισης. σιιμφωνα με τον W.Niimberg. δίνεται από την σχέση :

Ιμ = > Ιμ =1.35x0.96x2304

> Ιμ = 22,26 Α.

Από την τιμή αυτή βλέπουμε ότι το ρεύμα μαγνήτισης. Ιμ. είναι περίπου το

4. ΣΧΕΔ1Α1ΜΟΙ Κ.Α1 ΠΛΗΡΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ.

Ιμ ~’649 % του ονομαστικού ρεύματος, δηλαδή, ΐμ = — ίμ = ------- =

Ιι® 43.47Ϊμ = 0,51 ή Ϊμ % = 51 %.

Κατά τον υπολογισμό του συντελεστή kr. την τιμή αυτή του ίμ. την είχαμε θέσει ίση με 50 %. Από ότι βλέπουμε η τιμή που βρήκαμε παραπάνω με την οποία επιλέξαμε κατά τον υπολογισμό του συντελεστή kr. δεν έχει μεγάλη διαφορά, έτσι μπορούμε να συμπεράνουμε ότι αυτές η δυο τιμές είναι σωστές.

ΙΧΕΔΙΑΣΜΟΙ ΚΑΙ ΠΛΗΡΗΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ.

Ο προσδιορισμός του ιδανικού ρεύματος βραχυκύκλωσης γίνεται μέσω της σχέσεως :

Στην σχέση αυτή, βλέπουμε ότι το μόνο άγνωστο μέγεθος είναι η ιδανική επαγωγική αντίσταση σκέδασης Χ|. αφού η τάση στα άκρα του τυλίγματος της κάθε φάσης είναι U|<j, = 6000 V. Η ιδανική επαγωγική αντίσταση σκέδασης Χι. σύμφωνα με τον W.Niimberg. ισούται με :

I 50 100 2/7

Ζ|φ : ο αριθμός των αγωγών ανά φάση.Η : το μήκος του πακέτου του στάτη.

2ρ : ο αριθμός των πόλων του κινητήρα, λί ; η συνολική τιμή όλων των συντελεστών σκέδασης.

Για τις μηχανές με δρομείς που διαθέτουν κωνικό κανάλι, ο ιδανικός συνολικός συντελεστής σκέδασης, λί. προκύπτει από την σχέση :

Για τον πιο εύκολο υπολογισμό του συνολικού συντελεστή σκέδασης, χωρίζουμε την παραπάνω σχέση σε πέντε μέρη, τα οποία θα είνα ι:

Λ.ν:

1) — . 2) λ5χ— . 3) λοχξ|· x(od|+odri-os). 4 ) - ^ :<7ι / ' 9:

4.6. Π Η δίπλα πεπλεναέντι σκέδαση.

Η εύρεση της τιμής του συνολικού συντελεστή σκέδασης θα αρχίσει με τον υπολογισμό του γινόμιενου : λοχξι' x(od|+od2+os).

1ΧΕΑΙΑΣΜΟΙ ΚΑΙ ΠΛΗΡΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ.

Το γινόμενο αυτό μας δίνει την τιμή της διπλά πεπλεγμένης σκέδασης, ενώ οι συντελεστές από τους οποίους αποτελείται δίδονται από τους πίνακες που ακολουθούν παρακάτω, εκτός του συντελεστή ωφέλιμης αγωγιμότητας, λο. που υπολογίζεται από την σχέση ;

ΦχΙΟ"

' ν μ χ Η ■λο = 0.38χ

Τα μεγέθη που την αποτελούν είναι :

Φ: η μαγνητική ροή που διαπερνά το διάκενο αέρος ανά επιφάνεια, που αντιστοιχεί σε ένα πολικό βήμα, και η τιμή της οποίας προσδιορίστηκε στην παράγραφο 4.3.2.Υμ: η συνολική μαγνητική τάση την τιμή της οποίας έχουμε υπολογίσει στην προηγούμενη παράγραφο.Η: το μήκος του πακέτου του στάτη.

Αντικαθιστώντας τις τιμές των μεγεθών αυτών στην παραπάνω σχέση θα έχουμε;

λο = 0. 38X λ ο = 0.38X ^ λ ο = 21,357.Υμχϋ 1384.889x31.4

Όπως πρι 3V W.Niimbi

οι συντελεστές σδι.σύτ κ >ς παρακάτω πίνακες.

δίδονται, σύμφωνα με

Τιμές ΙΟΟχσά για τριφασικά τυλίγματα ζώνης 6θ"

Χορδή U

VΑριθμός οπών q = — ----

3x2/7

1 2 3 4 5 6 7 8

0 9.66 2.84 1.41 0.89 0.65 0.52 0.44 0.381 9.66 2.35 1.15 0.74 0.55 0.45 0.34 0.34Ί 2.84 1.11 0.62 0.44 0.35 0.30 0.283 1.41 0.69 0.41 0.29 0.24 0.214 0.89 0.50 0.31 0.22 0.185 0.65 0.40 0.26 0.186 0.52 0.34 0.237 0.44 0.308 0.38

ΣΧΕΑΙΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΠΛΗΡΗ:: ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ.

Πίνακας 4.6.2.

Τιμές 100 od για κλωβούς

100 od

Ν.Νοητός αριθμός οπών ^

3χ2ρ

1 2 i 2 1/3 2 2/3 3 3 1/3 3 1/3 4 q.

19.66 1 2.29 1.02 0.57 0.37 0.25 0.19

9.150.14 I

Τιμές lOOxos για κλίση καναλιού ίση με ένα βήμα του καναλιού

100 as

.V,Νοητός αριθμός οπών qi = ---- —

3x2/7

1 ' 2 i 3 ' 4 ; 5 1 6 : 7 1 8 I q,

1 ί *9.66 2.29 : 1.02 0.57 , 0.37 | 0.25 i 0.191 _______1__ _ J _______^ ^ _______

9.15

0-14 1 άή

Από τους πίνακες αυτούς, θα έχουμε ο τ ι :

Ο συντελεστής σ6ι. σύμφωνα με τον πίνακα 4.6.1. για qi = 3 και χορδή 1. γίνεται:

Ο συντελεστής σ42. σύμφωνα με τον πίνακα 4.6.2. για q: = 3 2/3. γίνεται;

σύ. = — ^ σΟ, = 0,0068.■ 100

ο συντελεστής as. σύμφωνα με τον πίνακα 4.6.3. για qi = 3. γίνεται:

Κατά τον καθορισμό των συντελεστών σύι.σθι και as. βλέπουμε ότι οι τιμές που εξάγονται από τους πίνακες διαιρούνται με το 100. Αυτό γίνεται διότι οι συντελεστές αυτοί στους πίνακες δίδονται αυξημένοι κατά 100 φορές, έτσι για την εύρεση της πραγματικής τιμής τους διαιρούνται με το 100.

4. ΣΧΕΔίΑΙΜΟΣ ΚΑΙ ΠΛΗΡΗΣ Ι^ΜΟΣ το ν ΚΙΝΗΤΗΡΑ.

Ακόμα παρατηρούμε ότι κατά τον υπολογισμό του συντελεστή σύι. η τιμή του δίδεται από την σχέση, που υπάρχει στον πίνακα 4.6.2. και η οποία είνα ι:

. 100 od: = 0,68.

Έχοντας καθορίσει πλέον όλες τις τιμές των συντελεστών από τους οποίους αποτελείται το γινόμενο, λοχξι' x(od|+od2+os). μπορούμε να υπολογίσουμε την τιμή της δίπλα πεπλεγμένης σκέδασης. Όποτε ;

λοχξ,- X(ad,+ad2+os) = 21.357χ0.96 - χ (0.0115+0.0068+0.0102) = 0,561.

Έχοντας βρει πλέον, την τιμή της δίπλα πεπλεγμένης σκέδασης, προχωρούμε στον υπολογισμό της σκέδασης στις κεφάλες των τυλιγμάτων.

4.6.2) Ο υπoλoΎισ^όc tuc σκέδασης otic κ^ωάλ£c των τυλιναάτων.

Η σκέδαση στις κεφάλες των τυλιγμάτων θα μας δοθεί με την βοήθεια της σχέσεως :

λ s χ ^ .

Στην σχέση αυτή όπου. λ$. ο συντελεστής σκέδασης των κεφάλων. η τιμή του οποίου παίρνεται από τον πίνακα 4.6.4.Όπου. ls|. το μήκος του αγωγού που βρίσκεται στον αέρα, που δίδεται από τη σχέση : lsi = 1ι - 1ί. στην οποία όπου It. το μέσο μήκους του αγωγού για τυλίγματα απλής στρώσης μεγάλων μηχανών, σύμφωνα με την παράγραφο4.3.3.2.

1---------------------------------------- -----Τύλιγμα στάτη

Απλή στρώση Διπλή στρώσηΑπλή στρώση 0.50 0.40 - 0.30

Τύλιγμα δρομέα Διπλή στρώση 0.40 0.30Κλωβός 0.35 0.25-0.15

4. ΣΧΕΔ1ΑΣΜΟΣ ΚΛΙ ΠΛΗΡΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ.

Δηλαδή όπου :

sn, είναι το πλάτος της σχισμής του καναλιού του στάτη, bsi = 2,5 mm.bn, είναι το πλάτος του καναλιού του στάτη, bni = 1 1 mm.h4, είναι το ύψος της σχισμής του καναλιού του στάτη, hsi = 1 mm.ha, είναι το κενό το οποίο αφήσαμε μεταξύ πηνίου και σφήνας για τηνκαλύτερη επεξεργασία, ha = 0,3 mm.ha, είναι το ύψος της σφήνας, hj = 3 mm.και h|, το ύψος του ττηνίου που είναι ίσο με : h] = 56,7 mm.

To μέγεθος ba προκύπτει με την βοήθεια της παρακάτω σχέσεως :

ba = = 5,743 mm.

2,3 X log ,

Οπότε σύμφωνα με τις τιμές αυτές ο συντελεστής σκέδασης του καναλιού του στάτη, λπι, θα γίνετα ι:

λη ^1 + h L · + h L · + h ± ^ X n = - ^ , 0,3 3 1 _b n * s n ^ 3x11 11 5,743 2,5 ^

λη, = 2,668.

Έχοντας την τιμή του συντελεστής σκέδασης του καναλιού του στάτη μπορούμε να βρούμε την τιμή του λόγου λη, / q,.

^ - ^ = 0 , 8 8 9 .?, 5

4.6.4) Ο υπολσησαός της σκέδασης του δροαέα.

Ο υπολογισμός της σκέδασης του δρομέα, γίνεται μέσω της σχέσεως :

X ξι^ X ki. Στην σχέση αυτή πρέπει να βρούμε την τιμή του συντελεστή

σκέδασης του καναλιού του δρομέα, λπ2, ας)ού είναι το μόνο άγνωστο μέγεθος. Οπου, ξι ο συντελεστής τυλίγματος η τιμή του οποίου έχει υπολογιστεί στην παράγραφο 4.3.2. Επίσης ο συντελεστής ki θα προκόψει από το διάγραμμα4.6.2, που ακολουθεί, και η τιμή του δίδεται συναρτήσει του μειωμένου ύψους της ράβδου, h’ = 24 mm, και του λόγου, β = b,/bo = 0,5.

4. ΣΧΕΔ1ΑΣΜ0Σ ΚΑΙ ΠΛΗΡΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ,

0,150,20,25

Η τιμή του συντελεστή ki, που βρήκαμε από το διάγραμμα 4.6.2, είνα ι:

ki = 0 ,6 6 .

Ο συντελεστής σκέδασης του καναλιού του δρομέα, λΛ2, προκύπτει από την σχέση :

= _ ^ x y ( P )3x6,

Ο συντελεστής y (β), για τον υπολογισμό του συντελεστή σκέδασης του ρευματοφόρου τμήματος του κωνικού καναλιού, δίδεται μέσω του διαγράμματος 4.6.3. Ακόμα, το διάγραμμα 4.6.3 περιέχει ένα σχήμα το οποίο μας δείχνει τα μεγέθη που αποτελούν την σχέση του συντελεστή λπ2.

4. ΣΧΕΔ1ΑΣΜ0Σ ΚΑΙ ΠΛΗΡΗΣ ΥΠΟΛΟΠΣΜΟΣ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ.

διάγραααα 4.6.3

Η τιμή του συντελεστή y (β), είνα ι: y (β) = 0,947.

Σύμφωνα με την παραπάνω τιμή του συντελεστή y (β), συντελεστής σκέδασης του καναλιού του δρομέα, λπ2, θα ισούται με ;

λπ2 = — xy (β)=> λπ2 = >3x6, 3x3,972

0,947 ^ λπ2 = 1,987.

όπου bi, το πλάτος της ράβδου στο επάνω άκρο, το οποίο υπολογίστηκε στο κεφάλαιο 4.4.2.4, ενώ όπου h, το ύψος της ράβδου.

Με την εύρεση της τιμής του συντελεστή λπ2, είναι δυνατός ο υπολογισμός της σκέδασης του δρομέα. Οπότε θα έχουμε :

0,96^x0,66= 0,33.q, 3,667

ί

-I. SXEAIASMQS ΚΑΙ ΠΛΗΡΗΙ Υ ΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ.

4·6·5)__Η σκεδηση των καναλιων του δροιιέα.

Η σκέδαση των καναλιών του δρομέα υπολογίζεται από την σχέση ;

!hi. i l lft,, q.

Όπου :

hs . η σχισμή του καναλιού του δρομέα, η οποία καθορίστηκε στην παράγραφο 4.4.2.4.bsi. το πλάτος της σχισμής του καναλιού του δρομέα.qi. ο αριθμός οπών του δρομέα, που έχει καθορισθεί στην παράγραφο 4.4.1.

Αντικαθιστώντας, τις τιμές των παραπάνω μεγεθών στην παραπάνω σχέση, θα έχουμε:

!1s2. i l l = i l i 0-96- ^

4.6.6 Ο ιδανικόε (n)voλικόc σuvτελ^στήc aK05a(mc.

Όπως αναφέραμε στην παράγραφο 4.6. για τις μηχανές με δρομείς που διαθέτουν κωνικό κανάλυ ο ιδανικός συνολικός συντελεστής σκέδασης, λί. προκύπτει από την σχέση :

λί = — + λβχ — + λοχξΓ χ(σδι+σά·.+σ5) + — χ ξ ι' + ^ χς,- xki. /'■ ΐ : 4:

Αφού στις προηγούμενες παραγράφους έχουμε υπολογίσει όλα τα απαιτούμενα μεγέθη, αντικαθιστούμε αυτά στην σχέση, που μας δίνει την τιμή του συντελεστή λί .με αποτέ>,εσμα να έχουμε :

λί = — + λ 5 χ — + λοχςι" x(od|+od2+os) -

λί = 0.889 + 0.777 + 0.561 + 0.24 + 0.33 λί = 2,797.

Με την εύρεση αυτής της τιμής είναι πλέον δυνατόν ο καθορισμός του ιδανικού ρεύματος βραχυκύκλωσης.

4, ΣΧΕΔ1ΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΠΛΗΡΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ.

4.6.7) Ο Ka0ooiau0c του ιδανικού oεύ^ατoc Ppαyυκΰκλωσnc.

Όπως αναφέραμε στην παράγραφο 4.6. για τον προσδιορισμός του ιδανικού ρεύματος βραχυκύκλωσης. πρέπει πρώτα να καθορίσουμε την τιμή της ιδανικής επαγωγική αντίσταση σκέδασης Χ|. Η ιδανική, αυτή, επαγωγική αντίσταση, σύμφωνα με τον W.Niimberg. ισούται με :

4 χ π '

' 10 t i o o j 50 100

Λ. _ 4 x 3 .1 4 - ( 2 3 04 V ' 50

' 10 "" ΙΐΟ Ο J "" 50 ""

1

2.797 =:> Χ| = 38,306 Ω.

Οπότε το ιδανικό ρεύμα βραχυκύκλωσης. Ιί. θα ισούται με :

[i = - ^ li = -^52^ ^ li = 156,633 A.38.306

Με τον υπολογισμό του ιδανικού ρεύματος βραχυκύκλωσης. τελειώσαμε τους υπολογισμούς για την παράγραφο αυτή.Πριν συνεχίσουμε όμως παρακάτω πρέπει πρώτα να καθορίσουμε την διάμετρο του κύκλου του OSSANA. δηλαδή το ρειίμα Ιφ.

Η διάμετρος του κυκλικού διαγράμματος δίδεται από την σχέση ;

. _ ύ'-/μΙφ ---------7.-----γ-

!u III

όπου ; li. το ιδανικό ρεύμα βραχυκύκλωσης.Ιμ. το ρεύμα μαγνήτισης του κινητήρα.

και lu. το ιδανικό ρεύμα απωλειών το οποίο βρίσκεται σε φάση με την U|. Ο υπολογισμός του γίνεται μέσω της σχέσεως :

Iu= - . Iu =6000

lu =1783,061 A.R|., 3.365

Έτσι η τιμή του ρεύματος Ιφ. θα διαμορφώνεται ως εξής ;

> Ιφ = -156.633-22.26156.633 !2.26 > Ιφ = 134,226 Α.

1783.061 1783.061

- 102-

ΙΧΕΔ1Α1Μ0Σ Κ.Α1 ΠΛΗΡΗΙ ΥΠΟΛΟΠΙΜΟΙ ΤΟΥ Κ.1ΝΗΤΗΡΑ.

Για το ρεύμα του στάτη ενός ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα στα διάφορα φορτία μπορούν να σχεδιαστούν διαφορετικά διανυσματικά διαγράμματα.Το ρεύμα του στάτη μεταβάλλεται με το φορτίο ως προς το μέγεθος του και την φασική του θέση ενώ η σύνδεση όλων των αιχμών των δεικτών του ρεύματος του στάτη στα διάφορα φορτία δίδει ένα διάγραμμα το οποίο για την ασύγχρονη μηχανή είναι ένας κύκλος, εξ αυτού και η ονομασία κυκλικό διάγραμμα ή κύκλος του OSSANA ή και κύκλος του HEYLAND.

Έτσι για τα διάφορα φορτία μπορεί κανείς να πάρει τις τιμές των κυριότερων μεγεθών της μηχανής όπως το ραίμα. τον συντελεστή ισχύος, την ροπή και α> λά. μέσω του κυκλικού διαγράμματος.Πριν αρχίσουμε τον σχεδίασμά του κυκλικού διαγράμματος πρέπει να καθορίσουμε την κλίμακα την οποία θα χρησιμοποιήσουμε για την κατασκευή του.Εδώ οι κλίμακες που θα επιλέςουμε για το ρεύμα, την ισχύ και την ροπή θα

ο Κλίμακα του ρεύματος, m i:

Η κλίμακα ρεύματος εδώ επιλέγεται να είναι ίση με 1 ampere ανά χιλιοστό, δηλαδή : mi = 1 .\/mm ή mi = 1 mm = 1 A .

ο Κλίμακα της ισχύος, mp :

Εί κλίμακα της ισχύος, σύμφωνα με την κλίμακα του ρεύματος, θα διαμορφώνεται ως εξής ;

mp = 3xU|xmi => mp = 3x6000 χ 1 => mp = 18000 W/mm.

o Κλίμακα της ροττής. mp :

Η κλίμακα της ροπής, θα παίρνει την τιμή ;

mpιτΐΜ “ ” X nd 2x3.14x125

Τα δυο τμήματα απωλειών που αντιστοιχούν στις απώλειες που προέρχονται από το φασικό ρεύμα στις τρεις ωμικές αντιστάσεις των τριών φάσεων του στάτη και στις ράβδους του δρομέα, από το ρεύμα Ιφ χ υ . είναι:

4 ΣΧΡΛΙΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΠΛΗΡΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ.

X / -χΛ, ^ .V, χ(/., χί/·)-χ7· ηψ

Η σχέση μεταφοράς, σύμφωνα με τον W.Niimberg. δίδεται από την σχέση :

0.5x7,χ ( 1 + — 7 - ^ ) =

= 13,61.

Η κλίμακα του ρεύματος για τον δρομέα θα είναι

mix υ = 1X 13.61 = 13,61 A/mm.

Οπότε :

3χ/φ- χ/?| 3 X 134.226' χ 3.365U| =

η ψ 18000U, = 10,104 mm.

^ ^ .V. X( /„ X ϋ Υ X/■ ^ ^ 528χ(134.226χ 13.61)' X84.98x10 ''

η ψ ■ 18000

Η κλίση της διαμέτρου του κυκλικού διαγράμματος ως προς των οριζόντιο άξονα και σε απόσταση 10 0 mm. εςαιτίας των απωλειών σιδήρου και τριβών, μας δίδεται από την σχέση ;

h = 2 0 0 χ =5 h = 2 0 0 χ ..:lu 1783.061

h = 2,5 mm.

:^ΙΧΕΔ1ΑΣΜ0Σ ΚΑΙ ΠΛΗΡΗΐ; YnQAOrilMQi^JDY.KIblHTHPA.

Σύμφωνα με την κλίμακα του ρεύματος, mi. οι διαστάσεις που θα έχουν το ρεύμα μαγνήτισης και το ρεύμα Ιφ. πάνω στο κυκλικό διάγραμμα θα είναι;

Οι απώλειες που προκαλούνται από το ρεύμα Ιικ και 1:κ αντίστοιχα υπολογίζονται ως εξής :

PCU2K = Ρ’Ν >18

> Pcu2K = 13,889 mm

Όπου Ri και Ιικ· είναι η αντίσταση R|- c την τιμή της οποίας υπολογίσαμε στην παράγραφο 4.3.3.3. αντίστοιχα το ρεύμα Ιικ είναι το ρεύμα εκκίνησης που προκύπτει βάση των δεδομένων και το οποίο ισούται με Ι|κ = 3.5 Ιΐρ. Στην δεύτερη σχέση οι τιμές των μεγεθών Ρ ν και Μ.\/Μκ προκύπτουν και αυτές από τα δεδομένα στο κεφάλαιο 4.1.

4.7.Π Ο σ/εδιασα0£ του κυκλικού διαγράααατοε.

Ο σχεδιασμός του κυκλικού διαγράμματος αρχίζει με την χάραξη της

ευθείας ΟΈ'. στην οποία η τάση U| και το πραγματικό ρεύμα είναι κάθετες πάνω σε αυτή.Στον οριζόντιο άξονα τοποθετούμε το ρεύμα μαγνήτισης . αφού αυτό

καθυστερεί κατά 9θ” ως προς την U|. και φτάνει έως το σημείο L της ευθείας

ΟΈ'. Μετά το σημείο L βρίσκεται το ρεύμα Ιφ. το οποίο αποτελεί και την διάμετρο του κυκλικού διαγράμματος.

Από τα ρεύματα Ι κ και Ιικ- και με την βοήθεια των απωλειών που προκα>,ούν. χαράσσουμε την ευθεία της μηχανικής ισχύος. L A . και την ευθεία της ροπής αντίστοιχα.

4. ΙΧΕΔΙΑ1ΜΟΣ Κ.Α1 ΠΛΗΡΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΕΑ.

Η ισχύς. Ρ, = + Ρν = δί δ · ενός σημείου λειτουργίας. Β. πρέπει ναχωριστεί στο κυκλικό διάγραμμα από μια ευθεία, η οποία θα χωρίζει την ισχύ αυτή στην αποδιδόμενη μηχανική ισχύ. Ρι. και την ισχύ απωλειών. Ργ. Η ζητούμενη ευθεία είναι LA . η οποία θα χωρίζει την απορροφημένη ισχύ Ρ|.

Η μεγαλύτερη ροπή που είναι η ροπή ανατροπής. Mk. δίδεται στο σημείο ανατροπής Κ. Αυτό είναι το σημείο όπου η εφαπτόμενη στο κυκλικό διάγραμμα, παράλληλη στην ευθεία ροπής, προσδίδει την μεγαλύτερη κάθετη απόσταση.

Λαμβάνοντας υπόψη τις απώλειες σιδήρου και τριβών, οι οποίες

θεωρούνται σταθερές, η ευθεία ΟΈ ' μεταφέρεται προς τα κάτω κατά την τιμή που αντιστοιχεί σε αυτές και η οποία έχει υπολογιστεί στην παράγραφο 4.8.2. Έτσι διαμορφώνεται μια νέα ευθεία ηλεκτρικής ισχύος. Ο Ε . λαμβάνοντας την ισχύ από την ευθεία αυτή, παίρνει κανείς υπόψη του για τα διάφορα σημεία λειτουργίας του κινητήρα και τις απώλειες τριβής και σιδήρου.

Για να πάρει κανείς απ' ευθείας από το κυκλικό διάγραμμα τον συντελεστή ισχύος, συνφ. σχεδιάζει με κέντρο το 0 . έναν μοναδιαίο κύκλο που ονομάζεται συνφ - κύκλος.Η προέκταση του δείκτη του ρεύματος τέμνει τον συνφ - κύκλο σε ένα

σημείο, η προβολή του σημείου αυτού πάνω στην τεταγμένη. η οποία είναι σαν ακτίνα του συνφ- κύκλου βαθμονομημένη από 0 έως 1 . δίνει το συνφ για το συγκεκριμένο σημείο λειτουργίας του κινητήρα.

Για να πάρει κανείς απ' ευθείας την ολίσθηση από το κυκλικό διάγραμμα ενός κινητήρα πρέπει να κατασκευάσει την ευθεία ολίσθησης.Για την κατασκευή αυτής της ευθείας φέρνευ κανείς, από το σημείο Ut»

κάθετη στην ευθεία LE και την προεκτείνει προς τα κάτω κατά την ίδια απόσταση μέχρι το σημείο S. Από το S φέρνει τις βοηθητικές ακτίνες προς το A και το L. κατασκευάζοντας έτσι την ευθεία ολίσθησης. Τ. που είναι κάθετη ανάμεσα στις δύο ακτίνες, έτσι ώστε το επάνω άκρο της να ακουμπά στην ευθεία SA και το κάτω άκρο της στην SL .Η ευθεία ολίσθησης πρέπει να είναι χωρισμένη σε 100 ίσα τμήματα (π.χ. 100

mm).

Φέρνοντας τώρα από ένα οποιοδήποτε σημείο λειτουργίας. Β. την ευθεία B S . το σημείο τομής της με την ευθεία ολίσθησης δίδει την τιμή της ολίσθησης, για το σημείο λειτουργίας Β.

ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΠΛΗΡΗΣ ΥΠΟΛΟΓ ΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ.

4.7.2) Το κυκλικό δίάγοαααα ■

Το παραπάνω σχέδιο μας δείχνει την κατανομή των απωλειών στο κυκλικό διάγραμμα του κινητήρα με αμελητέες τις απώλειες κενού, ενώ στο σχήμα που ακολουθεί φαίνεται το ολοκληρωμένο κυκλικό διάγραμμα του κινητήρα.


i. _1.\ΙΛΙΛ1Μ(.ι1 ΙνΛΙ llAHEIli. MlUAOl I::M 0L T OY K INUTHPA,

g BB»W<WifcTOO ett<w5 απόδοσης KOTTiicoλ^σθ^^σ^^c του κινητήρα.

Στο κεφάλαιο αυτό θα γίνουν οι απαραίτητοι υπολογισμοί των διάφορων απωλειών, από τους οποίους θα γίνει μετέπειτα δυνατός ο υπολογισμός του βαθμού απόδοσης αλλά και της ολίσθησης του κινητήρα. Οι απώλειες αυτές είναι οι απώλειες σίδηρου . τριβών, χαλκού του δρομέα και μερικών άλλων πρόσθετων απωλειών.

4.8.1) Ο προσδιοοισαόο των απωλειών σιδήοου.

Οι απώλειες σιδήρου. ΡρΕ- προκύπτουν από την σχέση : ΡρΈ = Pvji Ρνζι· Οπως φαίνεται και από την παραπάνω σχέση, ο υπολογισμός των απωλειών σιδήρου, γίνεται μέσω των δυο μεγεθών που αποτελούν την σχέση αυτή.Τα μεγέθη Ρν,ι|. Ρνζι- είναι οι απώλειες του ζυγώματος του στάτη και οι απώλειες των δοντιών του στάτη αντίστοιχα.

Οι απώλειες του ζυγώματος του στάτη και των δοντιών του υπολογίζονται από τις σχέσεις :

Pvji - 1.5xUioxGj -ί— τlioooojκαι Ρνζι = 3xUi()xGzi <ί—liooooj kc .

Οπου :

Uio; ο συντελεστής απωλειών του δυναμοελάσματος, ο οποίος για μικρές μηχανές δίδεται ίσος με : Um = 3,6 W/kg. ενώ για μεγάλες αυτός είναι u,„ = 2,3W/kg.

Β71 και Β.ΙΙ : η μέγιστη μαγνητική επαγωγή στα δόντια του στάτη και του ζυγώματος αντίστοιχα. Οι τιμές των μεγεθών αυτών έχουν υπολογιστεί στις παραγράφους 4.5.3.2 και 4.5.3.1.kc : ο συντελεστής Carter και δίδεται σαν το γινόμενο των kn και kc:· που έχουν καθοριστεί στην παράγραφο 4.5.1.1. έτσι ; k( = kcixkc: = 1,08.G|| και G zi; το βάρος του ζυγώματος του στάτη και το βάρος των δοντιών του αντίστοιχα.

Το βάρος του ζυγώματος του στάτη. Gj|. και το βάρος των δοντιών του. Gzi. προκύπτουν από τις σχέσεις :

Gzi ~ 1ζι > 130

4. ΙΧΕΔ1ΑΣΜ01 ΚΑΙ ΠΛΗΡΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ.

Ιτνς παραπανω σχεσεις. οπού :

2ρ : ο αριθμός των πόλων του κινητιίρα.Fzi και Fji : η διατομή των δοντιών του στάτη του κινητήρα και η διατομή του ζυγώματος του στάτη αντίστοιχα, οι οποίες έχουν υπολογιστεί στις παραγράφους 4.5.1.2 και 4.5.1.3.1ζι και lj| : το μήκος που διατρέχει η μαγνητική επαγωγή στα δόντια του στάτη και το μήκος που διατρέχει η μαγνητική επαγωγή στο ζύγωμα του. αντίστοιχα.

Αντικαθιστώντας τα παραπάνω μεγέθη στις σχέσεις θα έχουμε ;

~>~>9 691> G,, = X8.5514x48 ^ G „ = 725,235 kg.

130

Για το Gzi;

Έτσι οι απώλειες του ζυγώματος του στάτη και των δοντιών του γίνονται :

Ρν.π = 1.5X2.3 X 725.235 X ί Ρ ν„ = 2832,775 W.Ι, 10000 J

P v 2 , - 3 x u , „ x G z , x i ^ j xk c ’ =

Ρνζι = 3 χ2.3χ 528.245 X > Ρχζι = 9572,91 W.

Έχοντας ήδη υπολογίσει τις τιμές των Pyji και Ργζι- είναι δυνατή η εύρεση των απωλειών σιδήρου του κινητήρα μας.

Οι απώλειες σιδήρου. ΡρΕ- θα είναι :

ΡρΕ = Pv.li + Ρνζι => ΡρΕ = 2832.755 -- 9572.91 =>

ΡκΕ= 12405,665 W ή Ρκε = 12,406 kW

4.8.2) Οι απώλειες τοιΒών και αεοισαοί).

■L· I XEAIASMQI ΚΑΙ ΠΛΗΡΗ1 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ TOY ΚΙΝΗΤΗΡΑ

Οι απώλειες αερισμού και τριβών. Ρντρ- καθορίζονται από την σχέση :

Ρντρ = ί P i /α +150

'ΐΟΟο’' 1000

Οπου :

Di : η εσωτερική διάμετρος του στάτη.Ια : το τελικό μήκος του πακέτου του στάτη.ua : ο συντελεστής ταχύτητας που αποδίδει την γοινιακή ταχύτητα, το μέτρο της οποίας είναι περίπου ίσο με ένα πολικό βήμα. tp. σε cm. Δηλαδή θα ισχύει : υα = 17,5 m/sec.

Αντικαθιστώντας, τώρα τις παραπάνω τιμές στην σχέση που μας δίνει τις απώλειες τριβών. Ργτρ. θα έχουμε :

1000 1000 1000 1000

Ρντρ = 1208,58 νν.

Στον σχεδιασμό του κυκλικού διαγράμματος, οι απώλειες. Ρντρ και Ρρ . θα

μας δώσουν την παράλληλη μετατόπιση του άξονα. ΟΈ'. προς τα κάτω και η οποία θα είναι ίση με :

. 1208.58 + 12405.665= 0,76 mm.

Συνεχίζοντας παρακάτω, προχωρούμε στον υπολογισμό των πρόσθετων απωλειών. Ρνπρ· του κινητήρα, οι οποίες σύμφωνα με τον VDE κυμαίνονται περίπου από 0.5% έως 1% των ονομαστικών απωλειών Ρ,^ του κινητήρα.

t ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ τη ν ΚΙΝΗΤΗΡΑ.

Εμείς εδώ θα επιλέξουμε μια τιμή γύρω στο 0.9%. κάνοντας τις απώλειες. Ρνπρ- ίσες με:

4.8.3) Ο Kaeooiauoc τω ν απωλειών γαλκού του δοοαέα.

Οι απώλειες χαλκού του δρομέα υπολογίζονται με την βοήθεια της σχέσεως : Ραΐ2Ν = Ν^χ Εν' χ Γιχ 10■ σύμφωνα με τον Johannes Klamt.Από την σχέση αυτή το μόνο άγνωστο μέγεθος είναι το ρεύμα του δρομέα. Εν· αφού ο αριθμός των καναλιών του δρομέα Ντ και η αντίσταση της ράβδου. Γι . έχουν υπολογιστεί στις παραγράφους 4.4.1 και 4.4.2.2 αντίστοιχα.

Από το κυκλικό διάγραμμα έχουμε ότι το ρεύμα του δρομέα. Εν- είναι :Ε\ = 33,116 mm. έτσι, σύμφωνα με την κλίμακα του ρεύματος για τον δρομέα, η τιμή του ρεύματος. Εν. θα διαμορφώνεται ως εξής :

Εν = ΙΕνχ mix ϋ Εν = 33.116χ 13.61 Εν = 450,71 Α.

Από την παραπάνω τιμή του ρεύματος του δρομέα. Εν· οι απώλειες χαλκού του δρομέα. Pci'2n- θα είναι ίσες με :

Ρα-Ν = Ν :χΕΝ-χΓ:χ 10 ·'’

Ρα 2Ν = 9114,756 W

> ΡαηΝ = 528χ450.71-χ84.98x10'"

4.8.4) Ο Ba9u0c an05oCTnc και η ολίσθηση τ

Για τον υπολογισμό του βαθμού απόδοσης πρέπει πρώτα να βρούμε την τιμή του συνόλου των απωλειών που θα διέπουν τον κινητήρα. Τα σύνολο αυτό αποτελείται από τις απώλειες που έχουμε υπολογίσει μέχρι τώρα.

Ρν = ΡρΕ Ρντρ + ΡνΠΡ + PcU2N + Pci'IN =>

Ρν = 12405.665 + 1208.58 + 5000 + 9114.756 + 19075.92 =>

Ρχ =46804,921 W.

Ετσι ο βαθμός απόδοσης του κινητήρα μας θα είναι ίσος με :

„ - Ρν _ 500000Ρν +Ps ^ 46804.921 + 500000

4. SXEAIASMQI ΚΑΙ ΠΛΗΡΗΣ ΥΠΟΛΟΠΙΜΟΙ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ.

Τέλος υπολογίζεται η ολίσθηση του κινητήρα, η οποία θα είναι :

sv = 1 .8 %.s „ - 1 0 0 K j p ^ = s „ = 1 0 0 ··500000 + 9114.756 ’

Σύμφωνα με την τιμή της ολίσθησης, οι ονομαστικές στροφές του κινητήρα θα γίνονται ;

η>ο — nd X (1- s) => Πν = 125 χ ( 1- Θ.018 ) => π\ = 122,75 rpm.

Ακόμα από το κυκλικό διάγραμμα η τιμή της ροπής ανατροπής και της ονομαστικής ροπής δίδεται ότι είναι : Μκ = 60,582 mm. Μχ = 30,516 mm. Από την κλίμακα της ροπής θα έχουμε :

Μκ = Μκ X ιηρ=> Μκ = 60.582 χ22.93 => Μκ = 1389.145 Nm.

Μν = Μν X mp=> Μν = 30.516 χ22.93 => Μχ = 699,732 Nm.

Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα να κάνει τον συντελεστή υπερφόρτισης ίσο με :

_ 1389.145,Μ . 699.732

= 1,985.

Οπότε, τα τελικά στοιχεία του κινητήρα είναι;

Ρν = 500 kW. Un = 6000 V.Μ κ/Μν = 1.985. Πν = 122.75 rpm. η = 0.9144. συνφ = 0.73.

4. ΙΧΕΔ1ΑΣΜ0Σ Κ.ΑΙ ΠΛΗΡΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ.

Βάση του ιο)κλικού διαγράμματος και των υπολογισμών που κάναμε βλέπουμε ότι οι αρχικές τιμές του βαθμού απόδοσης, η*, και του συντελεστή ισχιιος συνφ . που πάρθηκαν μέσω διαγραμμάτων στην αρχή του κεφαλαίου 4. συμπίπτουν, σχεδόν με τις υπολογισμένες τιμές.

Επίσης μέσω του κυκλικού διαγράμματος η τιμή της ονομαστικής ολίσθησης βγαίνει ίση με : S\ = 2.5 "/ο. ενώ μαθηματικά την τιμή αυτή την υπολογίσαμε ίση με Sn = 1.8 %. Από αυτό παρατηρούμε ότι η απόκλιση, που έχουμε στις ονομαστικές στροφές, είναι πολύ μικρή, εξάγοντας έτσι το αποτέλεσμα ότι τα μεγέθη που χρησιμοποιήσαμε και έχουμε βρει από το κυκλικό διάγραμμα, είναι σωστά αφού αυτά συμπίπτουν με τις τιμές που έχουμε υπολογίσει και επιλέςει.

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ « ΣΧΕΔ1ΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ »

Δ. ΨΩΜΙΑΔΗΚ.ΑΘΗΓΗΤΗ ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΕΚΔΟΤΙΚΟΣ ΟΜΙΛΟΣ ΊΩ Ν "

!. « ΗΛΕΚΤΡΙΚΈΣ ΜΗΧΑΝΕΣ I »Δ.ΨΩΜΙΑΔΗ

ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΕΠΙΚΟΥΡΟΥ ΚΑΘΗΓΗΤΗ ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ

ί. « ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ »ΣΠΥΡ. Ν. ΒΑΣΙΛΑΚΟΠΟΥΑΟΥ

ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΟΣ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΟΣ Ε.Μ.Π. "ΙΔΡΥΜΑ ΕΥΓΕΝΙΔΟΥ"

ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣΤΟΜΟΣ 1''-

[< ΜΗΧΑΝΕΣ ΣΥΝΕΧΟΥΣ ΡΕΥΜΑΤΟΣ ΚΑΙ ΣΥΓΧΡΟΝΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ »ΓΙΑΝΝΗΣ ΞΥΠΤΕΡΑΣ ΕΚΔΟΣΕΙΣ "ΖΗΤΗ"

ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑdigilib.teiemt.gr/jspui/bitstream/123456789/4117/1/STEF... · 2015-10-15 · Το ερέθισμα για την

Documents