Μάθημα : Ηλεκτρικές Μηχανές

Είναι ευρύτατα γνωστό, ότι το ποσό της ηλεκτρικής ενέργειας που καταναλώνει μια χώρα, χαρακτηρίζει και το επίπεδο της τεχνικής ανάπτυξής της. Ο ηλεκτρισμός διαδόθηκε χάρη στην κατασκευή φθηνών και αποδοτικών ηλεκτρικών μηχανών. Σήμερα κάθε βιομηχανική εγκατάσταση χρησιμοποιεί ηλεκτρικές μηχανές. Η γνώση της λειτουργίας και των χαρακτηριστικών αυτών των μηχανών κυρίως κρίνεται απαραίτητη για την ορθή αντιμετώπιση των προβλημάτων που αφορούν στην επιλογή, εγκατάσταση, στη χρησιμοποίηση και στη συντήρησή τους.

Το Κεφάλαιο 1 είναι αφιερωμένο στους μετασχηματιστές (Μ/Σ), δηλαδή στις στατές ηλεκτρικές μηχανές που αυξάνουν ή μειώνουν την τάση και την ένταση του εναλλασσόμενου ρεύματος με ελάχιστες απώλειες. Ξεκινά με μια σύντομη ιστορική αναδρομή που δείχνει γιατί επικράτησε το Ε.Ρ. και πόσο σημαντικοί είναι οι Μ/Σ στην παραγωγή, τη μεταφορά και τη διανομή της ηλεκτρικής ενέργειας. Εξηγεί την αρχή λειτουργίας τους, που στηρίζεται στην ηλεκτρομαγνητική επαγωγή, τη σχέση μεταφοράς (W1/W2 = U1/U2 = I2/I1), τη λειτουργία χωρίς φορτίο και με φορτίο, καθώς και την τάση βραχυκύκλωσης και τους κινδύνους του βραχυκυκλώματος. Στη συνέχεια περιγράφει την κατασκευή των μονοφασικών και τριφασικών Μ/Σ (πυρήνας, τυλίγματα Υ.Τ./Χ.Τ., ψύξη), τις συνδέσεις σε αστέρα και τρίγωνο, τους συμβολισμούς των ακροδεκτών, την ισχύ τους και ειδικούς τύπους: Μ/Σ 1:1 (απομόνωσης/προστασίας), Μ/Σ ηλεκτρικής έλξης, εφαρμογές στα οχήματα με τον πολλαπλασιαστή, αυτομετασχηματιστές και Μ/Σ οργάνων μέτρησης. Κλείνει με ερωτήσεις αξιολόγησης και ανακεφαλαίωση.

Το Κεφάλαιο 3 είναι αφιερωμένο στους εναλλακτήρες, δηλαδή στις γεννήτριες που μετατρέπουν τη μηχανική ενέργεια μιας κινητήριας μηχανής (πετρελαιομηχανής, ατμοστροβίλου, υδροστροβίλου κ.λπ.) σε ηλεκτρική ενέργεια εναλλασσόμενου ρεύματος. Ξεκινά με την παραγωγή της εναλλασσόμενης ημιτονοειδούς τάσης, όταν ένα πλαίσιο αγωγών στρέφεται μέσα σε μαγνητικό πεδίο ή όταν οι πόλοι στρέφονται γύρω από το πλαίσιο, και εξηγεί τα χαρακτηριστικά μεγέθη της: περίοδο, συχνότητα και κυκλική συχνότητα (ω = 2πf). Στη συνέχεια παρουσιάζει την αρχή λειτουργίας του εναλλακτήρα, γιατί λέγεται σύγχρονη γεννήτρια, και τη σχέση που συνδέει τη συχνότητα με τις στροφές και τα ζεύγη πόλων (n = 60·f / p). Περιγράφει τα κατασκευαστικά στοιχεία των εναλλακτήρων: τη διέγερση με συνεχές ρεύμα που φτάνει μέσω δακτυλιδιών και ψηκτρών, τον στάτη, τον δρομέα και το επαγωγικό τύμπανο, καθώς και τους εναλλακτήρες με εξωτερικούς πόλους (για μικρές ισχείς) και με εσωτερικούς πόλους. Κλείνει με ανακεφαλαίωση.

Το Κεφάλαιο 4 είναι αφιερωμένο στους ασύγχρονους τριφασικούς κινητήρες (Α.Τ.Κ.), τους πιο διαδεδομένους κινητήρες της βιομηχανίας. Ξεκινά με τα είδη τους (με βραχυκυκλωμένο και με δακτυλιοφόρο δρομέα), τα κατασκευαστικά στοιχεία και τη χρησιμότητα του στάτη, τα πολικά και φασικά μεγέθη και το στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο που δημιουργεί το τριφασικό τύλιγμα. Εξηγεί την αρχή λειτουργίας τους, την ολίσθηση (s = (ns − n)/ns) και τη ροπή που αναπτύσσουν. Στη συνέχεια εστιάζει στους κινητήρες βραχυκυκλωμένου δρομέα (κλωβού): κατασκευή, ακροδέκτες και συνδεσμολογίες σε αστέρα και τρίγωνο, τάση λειτουργίας και τρόπους εκκίνησης (απευθείας, με διακόπτη αστέρα–τριγώνου, με αντιστάσεις στον στάτη, με αυτομετασχηματιστή και με ηλεκτρονικό εκκινητή). Ακολουθούν η αλλαγή φοράς περιστροφής, η πέδηση (ομαλή, δυναμική και με αντιστροφή του μαγνητικού πεδίου) και η ισχύς, οι απώλειες και ο βαθμός απόδοσης. Κλείνει με ανακεφαλαίωση.