Οι ασύγχρονοι κινητήρες βραχυκυκλωμένου δρομέα (που ονομάζονται και επαγωγικοί κινητήρες εναλλασσομένου ρεύατος-ac induction motors) είναι απλοί στην κατασκευή φθηνοί, δεν παρουσιάζουν εύκολα βλάβες και έχουν χαμηλό κόστος συντήρησης. Για το λόγο αυτό η χρήση τους είναι πλατιά διαδεδομένη. Το ρεύμα εκκίνησης τους είναι 4 έως 8 φορές μεγαλύτερο από το ρεύμα κανονικής λειτουργίας. Για το λόγο αυτό, η απ΄ευθείας εκκίνηση του κινητήρα σε συνδεσμολογία τριγώνου, που είναι η συνδεσμολογία λειτουργίας τους, δημιουργεί προβλήματα στο δίκτυο (πτώση τάσης) που είναι γνωστή και σαν βύθιση τάσης. Η βύθιση τάσης δεν εξαρτάται μόνο από το ρεύμα εκκίνησης του κινητήρα, αλλά και από τις δυνατότητες του δικτύου ηλεκτροδοτήσεως.
Για να περιοριστεί το ρεύμα εκκίνησης, αλλά και για την προστασία τους, χρησιμοποιείται ο αυτόματος διακόπτης αστέρα-τριγώνου (Υ-Δ), που για συντομία αναφέρεται ως αστεροτρίγωνο. Συνήθως χρησιμοποιείται σε κινητήρες ισχύος πάνω από τρεις ίππους (περίπου 2 KW).
Οι κινητήρες αυτοί έχουν τρία τυλίγματα, τα άκρα των οποίων ονομάζονται U1-U2, V1-V2 και W1-W2.
Αφού ο κινητήρας λειτουργήσει για κάποιο χρονικό διάστημα, ώστε οι στροφές του να φτάσουν σε κάποιο όριο και να μην αυξάνονται πλέον, ο αυτόματος διακόπτης αλλάζει την συνδεσμολογία του κινητήρα από αστέρα σε τρίγωνο. Αυτό γίνεται γεφυρώνοντας τα άκρα U1-W2, V1-U2 και W1-V2 των τυλιγμάτων και συνδέοντας τα αντίστοιχα στις φάσεις L1, L2, L3 του δικτύου τροφοδοσίας. Το ρεύμα εκκίνησης ενός κινητήρα σε συνδεσμολογία αστέρα, είναι 3 φορές μικρότερο από το ρεύμα εκκίνησης σε συνδεσμολογία τριγώνουΣτο ξεκίνημα του κινητήρα τα τρία τυλίγματα πρέπει να συνδεθούν σε συνδεσμολογία αστέρα. Για το σκοπό αυτό συνδέονται μεταξύ τους τα άκρα U2 ,V2 και W2 , ενώ τα άκρα U1, V1 και W1 συνδέονται με τις τρεις φάσεις L1, L2 και L3 αντίστοιχα του δικτύου τροφοδοσίας .
Συνδεσμολογία και εξήγηση λειτουργίας
Ο ηλεκτρονόμος Κ1Μ λέγεται ηλεκτρονόμος δικτύου και συνδέει τις φάσεις L1, L2 και L3 με τους ακροδέκτες U1, V1 και W1 του κινητήρα αντίστοιχα. Ο ηλεκτρονόμος K2M λέγεται ηλεκτρονόμος τριγώνου επειδή, όταν ενεργοποιείται συνδέει τα τυλίγματα σε συνδεσμολογία τριγώνου (γεφυρώνει ανά δύο τα άκρα U1-W2, V1-U2 και W1-V2). Τέλος ο ηλεκτρονόμος Κ3Μ λέγεται ηλεκτρονόμος αστέρα διότι με την ενεργοποίησή του, γεφυρώνει τα άκρα U2, V2 και W2 των τυλιγμάτων, συνδέοντας τα σε συνδεσμολογία αστέρα.
Οι ηλεκτρονόμοι K2M και Κ3Μ δεν πρέπει ποτέ να ενεργοποιηθούν ταυτόχρονα, γιατί τότε προκαλείται βραχυκύκλωμα των τριών φάσεων στις θέσεις 1,3,5 του ηλεκτρονόμου K3M.
Aυτόματος διακόπτης αστέρα-τριγώνου
Για να μπεί σε λειτουργία ο κινητήρας, πρέπει πρώτα να κλείσει χειροκίνητα ο διακόπτης Q1 και στη συνέχεια να πατηθεί το μπουτόν εκκίνησης (START). Τότε διέρχεται ηλεκτρικό ρεύμα από τα πηνία του ηλεκτρονόμου Κ3Μ και του χρονικού Κ1Τ, ενεργοποιώντας τα.
Ας εξετάσουμε τώρα τι συμβαίνει με την ενεργοποίηση του ηλεκτρονόμου Κ3Μ. Με την ενεργοποίηση του ηλεκτρονόμου:
- κλείνουν οι κανονικά ανοικτές επαφές ισχύος 1-2, 3-4, 5-6 του Κ3Μ
- κλείνει η κανονικά ανοικτή επαφή του 13-14
- ανοίγει η κανονικά κλειστή επαφή του 21-22
Το κλείσιμο των επαφών 1-2, 3-4 και 5-6 του Κ3Μ, συνδέει τα τυλίγματα του κινητήρα σε συνδεσμολογία αστέρα (επειδή, όπως φαίνεται στο σχήμα, ενώνει μεταξύ τους τα W2, U2 και V2). Το κλείσιμο της επαφής 13-14 έχει σαν συνέπεια την ενεργοποίηση του ρελέ Κ1Μ, που μέσω των επαφών του (ισχύος) 1-2, 3-4 και 5-6 συνδέει, μέσω του θερμικού, τις τρεις φάσεις L1, L2, L3 του δικτύου με τους ακροδέκτες U1, V1, W1 των τυλιγμάτων του κινητήρα αντίστοιχα. Έτσι ο κινητήρας ξεκινά σε συνδεσμολογία αστέρα. Το άνοιγμα της επαφής 21-22 του Κ3Μ, αποκλείει την ενεργοποίηση του ηλεκτρονόμου K2M παράλληλα με τον Κ3Μ, που θα είχε σαν συνέπεια την βραχυκύκλωση των τριών φάσεων.
Με την ενεργοποίηση του ηλεκτρονόμου Κ1Μ:
- κλείνει η κανονικά ανοικτή επαφή του 13-14 τροφοδοτώντας με ρεύμα το κύκλωμα ελέγχου του αυτοματισμού και μετά την απελευθέρωση του κομβίου εκκίνησης START. Αυτή είναι η επαφή αυτοσυγκράτησης
- ανάβει η ενδεικτική λύχνία Η1 λειτουργίας του κινητήρα.
Όπως αναφέρθηκε με πάτημα του START, ενεργοποιήθηκε επίσης το χρονικό Κ1Τ. Όταν περάσει ο χρόνος για τον οποίο έχει ρυθμιστεί, ανοίγει η επαφή του 15-16. Τότε απενεργοποιείται ο ηλεκτρονόμος αστέρα K3M, με αποτέλεσμα να κλείσει η επαφή του 21-22 ενεργοποιώντας τον ηλεκτρονόμο τριγώνου Κ2Μ, που ενώνει τα τυλίγματα του κινητήρα σε συνδεσμολογία τριγώνου (αν δείτε προσεκτικά το σχήμα το κλείσιμο της επαφής 1-2 του Κ2Μ, ενώνει το U1 με το W2 και ταυτόχρονα τα ενώνει με τη φάση L1, το κλείσιμο της επαφής του 3-4 ενώνει το V1 με το U2 και ταυτόχρονα τα ενώνει με τη φάση L2 και τέλος το κλείσιμο της επαφής του 5-6, ενώνει το W1 με το V2 και ταυτόχρονα τα ενώνει με τη φάση L3. Σύμφωνα με τα όσα αναφέραμε παραπάνω, και φαίνονται στο αντίστοιχο σχήμα, έτσι είναι η συνδεσμολογία των ακροδεκτών στην συνδεσμολογία τριγώνου) .
Η ενεργοποίηση του Κ2Μ, ανοίγει την επαφή του 11-12, αποκλείοντας έτσι την ταυτόχρονη ενεργοποίηση του ηλεκτρονόμου αστέρα Κ3Μ.
Τέλος πατώντας το κομβίο STOP, διακόπτεται η τροφοδοσία όλου του κυκλώματος ελέγχου, απενεργοποιώντας όλους τους ηλεκτρονόμους και διακόπτοντας τη λειτουργία του κινητήρα. Τότε σβήνει και η ενδεικτική λυχνία λειτουργίας Η1..
Ρύθμιση του θερμικού
Η αποστολή των θερμικών είναι η προστασία του κινητήρα από συνεχή υπερφόρτιση, η οποία μπορεί να καταστρέψει τα τυλίγματα του. Έτσι αν ο χρόνος υπερφόρτισης του κινητήρα, υπερβεί το χρονικό διάστημα στο οποίο έχει ρυθμιστεί το θερμικό F3, τότε αυτό ενεργοποιείται: Η επαφή 95-96 ανοίγει, ενώ η 97-98 κλείνει. Το άνοιγμα της επαφής 95-96 έχει σαν συνέπεια τη διακοπή της τροφοδοσίας των πηνίων των ηλεκτρονόμων και το σταμάτημα του κινητήρα. Η ενδεικτική λυχνία λειτουργίας H1 σβήνει, ενώ ανάβει η λυχνία βλάβης H2. Στο σημείο αυτό αναφέρουμε ότι το ρεύμα του θερμικού ρυθμίζεται στο 0,58.Ιον (δηλ. στο φασικό ρεύμα τριγώνου), όπου Ιον είναι το ονομαστικό ρεύμα λειτουργίας του κινητήρα.
Μετά την εξάλειψη του αιτίου που προκάλεσε την υπερφόρτιση του κινητήρα, για να μπορέσει να ξαναλειτουργήσει ο κινητήρας, πιέζουμε το μπουτόν επαναφοράς του θερμικού.
Ρύθμιση του χρόνου μεταγωγής των τυλιγμάτων
Η ρύθμιση του χρόνου μεταγωγής των τυλιγμάτων θέλει ιδιαίτερη προσοχή. Όπως προαναφέρθηκε η μεταγωγή πρέπει να γίνει, όταν ο κινητήρας αποκτήσει την ταχύτητα λειτουργίας του.
- Αν γίνει νωρίτερα, μπορεί να καίγονται οι ασφάλειες τήξης και μετά από μερικές εκκινήσεις καταστρέφονται οι επαφές του ηλεκτρονόμου τριγώνου.
- Εάν γίνεται καθυστερημένα, έχουμε μείωση της ισχύος και της ροπής στρέψης του κινητήρα, που και αυτό μπορεί να δημιουργεί προβλήματα.
Ο χρόνος μεταγωγής μπορεί να υπολογιστεί εμπειρικά από τον θόρυβο του κινητήρα, καθώς επιταχύνεται.
Ακριβέστερα όμως μπορεί να υπολογιστεί μετρώντας το ρεύμα του κινητήρα. Η μεταγωγή πρέπει να γίνει όταν το ρεύμα εκκίνησης, καθώς μειώνεται, πέσει στο διπλάσιο του ονομαστικού ρεύματος του κινητήρα. Αυτό το ρεύμα μπορεί να μετρηθεί με ένα αμπερόμετρο και έτσι να βρεθεί ο χρόνος μεταγωγής.
Επιλογή υλικών Αυτοματισμού
Παρακάτω δίνεται ένας πίνακας για την επιλογή των υλικών του αυτοματισμού, σε συνάρτηση με την ισχύ (σε ίππους PS, ή KW) του τριφασικού κινητήρα βραχυκυκλωμένου δρομέα που θα ελέγχει.
| Ισχύς (KW) | Ισχύς (PS) | Ονομαστικό Ρεύμα (Α) | Γενικός Διακόπτης(Α) | Ασφάλεια Βραδείας τήξεως (Α) | Ηλεκτρονόμοι (KW/380V,AC-3) | Αγωγοί Τροφοδοσίας Αυτοματισμού(mm2 | Ρύθμιση Θερμικού |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2,2 | 3 | 5,4 | 16 | 6 | 4 | 2,5 | 3,1 |
| 3 | 4 | 7,1 | 16 | 10 | 4 | 2,5 | 4 |
| 4 | 5,5 | 8,8 | 16 | 10 | 4 | 2,5 | 5 |
| 5,5 | 7,5 | 11,7 | 25 | 16 | 5,5 | 4 | 6,7 |
| 7,5 | 10 | 15,6 | 25 | 20 | 5,5 | 4 | 9 |
| 9 | 12,5 | 19 | 25 | 25 | 5,5 | 6 | 11 |
| 11 | 15 | 21,5 | 40 | 25 | 7,5 | 6 | 12,4 |
| 15 | 20 | 29 | 40 | 35 | 11 | 10 | 16,7 |
| 18,5 | 25 | 37,5 | 63 | 50 | 15 | 16 | 21,5 |