Λειτουργία τριφασικού μοτέρ σε μονοφασική παροχή με συνδεσμολογία Steinmetz. Υπολογισμός πυκνωτή.

Υπάρχουν περιπτώσεις που θέλουμε να δουλέψουμε ένα τριφασικό μοτέρ βραχυκυκλωμένου δρομέα σε μονοφασική παροχή ρεύματος. Κάτι τέτοιο μπορεί να γίνει, υπό προϋποθέσεις και χωρίς την χρήση inverter , συνδέοντας κατάλληλα πυκνωτή συγκεκριμένων χαρακτηριστικών.

Με έναν πυκνωτή και την σωστή σύνδεση ο τριφασικός
κινητήρας δουλεύει σε μονοφασική παροχή. 

Υπάρχουν όμως περιορισμοί,το τριφασικό μοτέρ, που θα δουλέψει σε μονοφασική παροχή, πρέπει να είναι μικρής ισχύος. Όχι πάνω από 1 ίππο (0,75 Kw), να δέχεται σύνδεση στα 230 volts, (συνήθως μία τέτοια σύνδεση είναι σύνδεση τριγώνου) και να μην απαιτείται υψηλή ροπή κατά την εκκίνησή του. Στην πράξη να πρόκειται για ανεμιστήρα, αντλία ή παρόμοιας συμπεριφοράς φορτίο.

Ο πυκνωτής πρέπει να είναι συνεχούς λειτουργίας, όχι πυκνωτής εκκίνησης, όχι ηλεκτρολυτικός και να αντέχει πάνω από την τάση που θα τον δουλέψουμε (π.χ. να είναι στα 400 με 500 volts).

Ο τριφασικός κινητήρας, που θα συνδεθεί σε μονοφασική παροχή, έχει κατά την κανονική λειτουργία του περίπου το 70% της ροπής που θα είχε αν συνδεόταν στην ονομαστική του τριφασική παροχή, ενώ κατά την εκκίνηση μπορεί να είναι και κάτω από το 20% της ονομαστικής ροπής.

Σύνδεση πηνίων τριφασικού μοτέρ σε αστέρα και τρίγωνο. Το ταμπελάκι - πλακάκι του μοτέρ.

Τα πηνία, τα γράμματα που χρησιμοποιούνται
και οι συνδέσεις αστέρα και τρίγωνο  

Όλα τα τριφασικά μοτέρ βραχυκυκλωμένου δρομέα μίας ταχύτητας, (ΑΤΚΒΔ : Ασύγχρονος Τριφασικός Κινητήρας Βραχυκυκλωμένου Δρομέα) ανεξαρτήτως των ονομαστικών στροφών και της ισχύος τους, αποτελούνται από τρία χάλκινα μονωμένα σύρματα που περιελίσσονται εντός του στάτη του μοτέρ δημιουργώντας πηνία. Τα πηνία αυτά λέγονται τυλίγματα του μοτέρ.

Το θερμικό και το θερμομαγνητικό ως μέθοδοι προστασίας μοτέρ

Θερμικό κινητήρα. "Κουμπώνει" στο αντίστοιχο ρελέ.

Τα μοτέρ μπορούν να προστατευθούν από υπερφόρτιση, από υπερβολικό ρεύμα, ή από απώλεια μιας φάσης (αν πρόκειται για τριφασικά), με θερμικό ή θερμομαγνητικό στοιχείο προστασίας.

Το θερμικό κάνει μια εξομοίωση της θερμοκρασίας που αναπτύσσει ο κινητήρας χρησιμοποιώντας διμεταλλικά στοιχεία.

Δύο μέταλλα, με διαφορετικό συντελεστή θερμικής διαστολής, είναι κολλημένα μεταξύ τους και όταν ζεσταίνονται, από το ρεύμα που πάει στο μοτέρ και περνάει από μέσα τους, το ένα από τα δυο διαστέλλεται περισσότερο. Αποτέλεσμα αυτού είναι η μετακίνηση της επαφής προς την μεριά του μετάλλου με τον μικρότερο συντελεστή θερμικής διαστολής.

Ηλεκτρολογικό σχέδιο κυκλώματος εκκίνησης τριφασικού μοτέρ βραχυκυκλωμένου δρομέα με αστέρα τρίγωνο

Σχέδιο αυτοματισμού εκκίνησης τριφασικού μοτέρ με αστέρα τρίγωνο.
Το λεγόμενο και βοηθητικό κύκλωμα.

Τα πιο κοινά μοτέρ που χρησιμοποιούνται ευρέως, κυρίως στην βιομηχανία, με πολύ καλά χαρακτηριστικά ροπής, απλής κατασκευής, αξιοπιστίας και οικονομικής τιμής, είναι τα τριφασικά μοτέρ βραχυκυκλωμένου δρομέα. Αναφέρονται και ως ΑΤΚΒΔ : Ασύγχρονος Τριφασικός Κινητήρας Βραχυκυκλωμένου Δρομέα

Ηλεκτρολογικό σχέδιο κυκλώματος start stop με αυτοσυγκράτηση του ρελέ

Κύκλωμα απλού start stop με αυτοσυγκράτηση.

Το κύκλωμα αυτοματισμού εκκίνησης σταματήματος (start stop) με αυτοσυγκράτηση είναι ένα από τα πιο βασικά, χρήσιμα και δημοφιλή κυκλώματα στους κλασικούς αυτοματισμούς.

Το βασικό πλεονέκτημά του κυκλώματος είναι ο απομακρυσμένος έλεγχος παροχής τάσης του φορτίου με χρήση ασφαλούς χαμηλής τάσης και μικρού ρεύματος. Επίσης πλεονέκτημα υπάρχει σε περίπτωση  διακοπής και επαναφοράς ρεύματος γιατί το φορτίο δεν θα "πάρει" ρεύμα απροειδοποίητα και απότομα, κάτι που μπορεί να είναι και επικίνδυνο, αλλά θα χρειάζεται ανθρώπινη παρέμβαση (πάτημα του start).

Έλεγχος φοράς περιστροφής τριφασικού μοτέρ βραχυκυκλωμένου δρομέα με εκκίνηση αστέρα τρίγωνο

Κύκλωμα ισχύος ελέγχου περιστροφής τριφασικού μοτέρ
με εκκίνηση αστέρα τρίγωνο

Στην πράξη χρειάζεται να ελέγχουμε την φορά περιστροφής των τριφασικών κινητήρων βραχυκυκλωμένου δρομέα ακόμα κι αν για την εκκίνηση τους χρησιμοποιούμε αστέρα τρίγωνο.

Γι'  αυτήν την περίπτωση το κύκλωμα ισχύος και αυτοματισμού παρουσιάζονται εδώ.

Με τα ρελέ Cα και Cδ εξασφαλίζεται η αντιμετάθεση δυο φάσεων της τάσης παροχής που είναι απαραίτητη για την αλλαγή της φοράς περιστροφής.

Το θερμικό ρυθμίζεται στο ονομαστικό φασικό ρεύμα του μοτέρ διαιρεμένο με την τετραγωνική ρίζα του 3 (Ι ονομαστικό/ 1,732)

Σχέδιο αυτοματισμού ελέγχου φοράς περιστροφής τριφασικού κινητήρα με εκκίνηση αστέρα τρίγωνο. 

Στον αυτοματισμό υπάρχει μανδάλωση, τόσο στα διπλής επαφής μπουτόν ελέγχου φοράς περιστροφής δεξιά ή αριστερά, όσο και στα ρελέ.

Ηλεκτρολογικό σχέδιο ισχύος και αυτοματισμού, ελέγχου φοράς περιστροφής τριφασικού μοτέρ βραχυκυκλωμένου δρομέα

Ηλεκτρολογικό σχέδιο κυκλώματος ισχύος για
δεξιόστροφη και αριστερόστροφη φορά περιστροφής
τριφασικού κινητήρα βραχυκυκλωμένου δρομέα. 

Τα τριφασικά μοτέρ βραχυκυκλωμένου δρομέα (ΑΤΚΒΔ : Ασύγχρονος Τριφασικός Κινητήρας Βραχυκυκλωμένου Δρομέα ) περιστρέφονται δεξιόστροφα ή αριστερόστροφα ανάλογα με την διαδοχή των τριών φάσεων της παροχής τους.

Ομαλή εκκίνηση τριφασικού κινητήρα βραχυκυκλωμένου δρομέα με χρήση soft starter

Ομαλός εκκινητής (soft starter) για κινητήρα
το μέγιστο 37 Kwatts. 

Τα ασύγχρονα τριφασικά μοτέρ βραχυκυκλωμένου δρομέα είναι τα πιο κοινά μοτέρ που χρησιμοποιούνται σε μεγάλο πλήθος εφαρμογών γιατί είναι απλά στην κατασκευή, αξιόπιστα και οικονομικά.

Η ρύθμιση των στροφών του ρότορα τους δεν είναι δυνατή αν δεν αλλάξει και η συχνότητα της τροφοδοσίας τους. Το εξάρτημα που χρησιμοποιείται γι' αυτόν τον σκοπό είναι το inverter.

Υπάρχουν πολλές περιπτώσεις , που δεν μας ενδιαφέρει ο έλεγχος των στροφών ενός τριφασικού κινητήρα βραχυκυκλωμένου δρομέα, επομένως δεν χρειαζόμαστε ένα "ακριβό" inverter, αλλά επίσης δεν θέλουμε, κυρίως για λόγους κόστους, να περάσουμε 7 αγωγούς, να χρησιμοποιήσουμε τρία ρελέ, συν το χρονικό, για υλοποίηση αυτοματισμού εκκίνησης αστέρα τρίγωνο.

Σύνδεση κινητήρα συνεχούς (DC) με παράλληλη και σε σειρά διέγερση

Συνδεσμολογία μοτέρ συνεχούς ρεύματος

Οι κινητήρες συνεχούς ρεύματος έχουν διαφορετική συμπεριφορά στην ροπή ανάλογα με τον τρόπο σύνδεσης των πηνίων του στάτη και του ρότορα, επομένως ανάλογα με την εφαρμογή που θα χρησιμοποιηθούν επιλέγεται και η σύνδεση των πηνίων τους.

Τα πηνία μπορούν να συνδεθούν παράλληλα ή σε σειρά όπως φαίνεται στο σχέδιο. 

Έλεγχος θέσης και ταχύτητας άξονα ηλεκτρικού μοτέρ με χρήση resolver

Μικρό τριφασικό μοτέρ με τον resolver του.

Στις σύγχρονες εφαρμογές η απαίτηση για την ακριβή θέση που βρίσκεται κάθε στιγμή ένα στοιχείο μιας εφαρμογής αυτοματισμού, ή μιας μηχανής, είναι όλο και μεγαλύτερη.
Η ακρίβεια εξαρτάται, σε πολλές περιπτώσεις, με την ακρίβεια που έχουμε στην πηγή δημιουργίας της κίνησης που στην πλειοψηφία τους είναι ένα ηλεκτρικό μοτέρ.

Ο συνηθέστερος τρόπος ελέγχου της θέσης του άξονα, του κινητού μέρους ενός μοτέρ, του ρότορα δηλαδή, είναι με την προσθήκη κατάλληλων διατάξεων πάνω σε αυτόν.

Μπορεί να είναι μια μικρή ταχογεννήτρια, που το μόνο που μπορεί να μας "δείξει" είναι η ταχύτητα περιστροφής και όχι η ακριβή θέση.

Μπορεί να είναι ένα encoder  που έχει μεγάλη ακρίβεια.

Το resolver μοιάζει με μικρό μοτέρ εντός του μοτέρ.

Μπορεί όμως να είναι και με την χρήση του resolver, όπως αυτού που φαίνεται στις φωτογραφίες, το όποιο έχει ικανοποιητική ακρίβεια και είναι πιο οικονομική λύση από αυτή του encoder.
Συνήθως τα συναντάμε σε τριφασικά μοτέρ που ελέγχονται από inverter που έχουν ενσωματωμένο τον "ερμηνευτή" των σημάτων που δίνει το resolver.

Το resolver μοιάζει με μικρό μοτέρ με πηνία τόσο στον στάτη όσο και στον ρότορα. Συνήθως είναι πάνω από τρία διαφορετικά πηνία με τα δυο από αυτά να έχουν διαφορά 90 μοιρών. Τα δυο αυτά πηνία τα ονομάζουν sin και cos γιατί παράγουν ημιτονικό σήμα με 90 μοίρες διαφορά μεταξύ τους λόγω της εξ επαγωγής τροφοδότησης που έχουν από τα άλλα πηνία του resolver. Σε κάθε πλήρη κύκλο του ρότορα η κυματομορφή των δυο σημάτων επαναλαμβάνεται. Μετρώντας την τιμή του κάθε σήματος έχουμε μοναδικά ζευγάρια τιμών σε κάθε σημείο του κύκλου. Κάθε ζεύγος τιμών φανερώνει, εν τέλει και συγκεκριμένη θέση γωνίας του άξονα του μοτέρ. Με την διάρκεια επανάληψης των σημάτων έχουμε και την γωνιακή ταχύτατα.

Τριφασικό ηλεκτρικό μοτέρ βραχυκυκλωμένου δρομέα ελεγχόμενο από inverter

Τριφασικό μοτέρ

Επειδή η ταχύτητα περιστροφής του τριφασικού μοτέρ βραχυκυκλωμένου δρομέα της φωτογραφίας ελέγχεται με την βοήθεια αντιστροφέα ή inverter, το καλώδιο του ρεύματος είναι μπλενταζέ, έχει δηλαδή θωράκιση - μανδύα από αγώγιμα γειωμένα μεταλλικά φύλλα.

Με αυτόν τον τρόπο αποφεύγονται οι παρεμβολές στα άλλα κοντινά ευαίσθητα κυκλώματα αλλά και προστατεύονται οι άνθρωποι από τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα που παράγονται λόγω των υψηλών συχνοτήτων του ρεύματος.

Με την χρήση του inverter δεν απαιτούνται 6 αγωγοί συν γείωση όπως γίνεται στην συνδεσμολογία αστέρα τρίγωνο για τα μεγάλα μοτέρ αλλά μόνο 3 αγωγοί συν την γείωση γιατί η εκκίνηση γίνεται ομαλά με σταδιακή επιτάχυνση σε συνδεσμολογία τριγώνου.