# Ηλεκτρικό Διάγραμμα Μονοφασικού Συμπιεστή

## Στοιχεία Θεωρίας

Στις εγκαταστάσεις ψύξης και κλιματισμού, οι ηλεκτρικοί κινητήρες χρησιμοποιούνται για την περιστροφή των μηχανισμών κίνησης του αέρα, του νερού και του ψυκτικού ρευστού. Μια τέτοια εφαρμογή ηλεκτροκινητήρα αποτελεί ο συμπιεστής, οποίος είναι απαραίτητος στις ψυκτικές και κλιματιστικές διατάξεις για τη συμπίεση του ψυκτικού ρευστού. Πιο συγκεκριμένα, ο συμπιεστής σε ένα ψυγείο καλείται να λειτουργήσει όταν πρέπει να απαχθεί θερμική ισχύς από τον θάλαμο συντήρησης έτσι ώστε να επιτευχθεί η επιθυμητή θερμοκρασία που ορίζεται από τον χρήστη. Λόγω της συμπαγούς κατασκευής του, τις περισσότερες φορές ο κινητήρας του συμπιεστή είναι ένας ασύγχρονος επαγωγικός κινητήρας εναλλασσόμενου ρεύματος με τύλιγμα βραχυκυκλωμένου κλωβού στον δρομέα. Ο κινητήρας λέγεται ασύγχρονος γιατί δεν συγχρονίζεται με τη σύγχρονη ταχύτητα ns που εξαρτάται από τη συχνότητα του ηλεκτρικού δικτύου f και το πλήθος των μαγνητικών πόλων P του κινητήρα σύμφωνα με τη σχέση ns = 120 * f / P (στροφές / λεπτό). Αντίθετα, η ταχύτητα του ηλεκτρικού κινητήρα, n, είναι πάντα μικρότερη και έτσι υπάρχει ολίσθηση s σε σχέση με τη σύγχρονη ταχύτητα που δίνεται από τη σχέση . Όταν ο κινητήρας λειτουργεί με μικρή ολίσθηση έχει μεγάλη απόδοση, δηλαδή η ηλεκτρική ισχύς P = V * I * συνφ (όπου V η φασική τάση, Ι η απορροφούμενη ένταση και συνφ ο συντελεστής ισχύος) που απορροφάται αποδίδεται σε μεγάλο ποσοστό ως ωφέλιμη μηχανική ισχύς.

Ο μονοφασικός κινητήρας του αντικειμένου έχει δύο τυλίγματα για τη δημιουργία του μαγνητικού πεδίου: το βοηθητικό τύλιγμα εκκίνησης και το κύριο τύλιγμα. Για την ανάπτυξη μεγαλύτερης ροπής κατά την εκκίνηση χρησιμοποιείται ένας πυκνωτής (εκκίνησης) σε σειρά με το τύλιγμα εκκίνησης. Τα δύο τυλίγματα τοποθετούνται ορθογώνια στον στάτη και επειδή λόγω της κατασκευής τους έχουν διαφορετικό λόγο R / X, όπου R η ωμική αντίσταση και Χ η αυτεπαγωγική αντίσταση, όταν τροφοδοτούνται από την κοινή τάση του δικτύου, οι εντάσεις στα δύο αναπτυσσόμενα σε αυτά ρεύματα έχουν φασική απόκλιση. Έτσι, το συνολικό παραγόμενο μαγνητικό πεδίο είναι περιστρεφόμενο και δημιουργείται ροπή εκκίνησης. Ο πυκνωτής εκκίνησης S χρησιμοποιείται για να κάνει την φασική απόκλιση των δύο ρευμάτων 90o, οπότε η ροπή εκκίνησης μεγιστοποιείται. Επειδή η τάση τροφοδοσίας είναι κοινή για τα δύο τυλίγματα, από το νόμο του Ohm προκύπτει ότι η φασική απόκλιση στις εντάσεις μεταφράζεται στην ίδια φασική απόκλιση στο τρίγωνο των αντιστάσεων. Όταν ο κινητήρας έχει αναπτύξει τις ονομαστικές στροφές λειτουργίας, τότε ο πυκνωτής εκκίνησης αποσυνδέεται από το ηλεκτρικό κύκλωμα. Η σύνδεση και αποσύνδεση του πυκνωτή γίνεται μέσω ενός ρελέ έντασης. Αν και η σύνδεση του πυκνωτή εκκίνησης στο κύκλωμα κατά τη φάση εκκίνησης διαρκεί στην πραγματικότητα περίπου 1 δευτερόλεπτο, για εποπτικούς λόγους, στο αντικείμενο η φάση εκκίνησης διαρκεί 8 δευτερόλεπτα.

## Εφαρμογή 1

Με ανοιχτό τον Διακόπτη Λειτουργίας (θέση OFF), ορίστε τη χωρητικότητα του πυκνωτή εκκίνησης σε 54 μF. Κλείστε τώρα τον Διακόπτη Λειτουργίας (θέση ON) για να μπορέσει ο συμπιεστής να τροφοδοτηθεί με ηλεκτρικό ρεύμα. Παρατηρήστε το μήνυμα "Σφάλμα στον πυκνωτή εκκίνησης" στα γραφικά που σημαίνει ότι χρειάζεται να ορίσετε μεγαλύτερη χωρητικότητα στον πυκνωτή εκκίνησης για να λειτουργήσει ο συμπιεστής. Ανοίξτε τον κεντρικό Διακόπτη λειτουργίας, επιλέξτε άλλη τιμή για την χωρητικότητα του πυκνωτή εκκίνησης, κλείστε τον διακόπτη και παρατηρήστε αν ο συμπιεστής λειτουργεί τώρα φυσιολογικά. Επαναλάβετε την διαδικασία αυτή για να βρείτε τη μικρότερη τιμή της χωρητικότητας του πυκνωτή εκκίνησης για τη θέση του συμπιεστή σε λειτουργία.

## Εφαρμογή 2

(συνέχεια της Εφαρμογής 1)
Ορίστε για τη χωρητικότητα του πυκνωτή εκκίνησης τιμή μικρότερη από την τιμή που βρήκατε στην «Εφαρμογή 1». Παρατηρήστε την ένδειξη του πολύμετρου που μετρά την απορροφούμενη ένταση ρεύματος. Γιατί ο κινητήρας του συμπιεστή αν και απορροφά ρεύμα, δεν μπορεί να περιστραφεί και να λειτουργήσει; Τι τον εμποδίζει;

Παρατηρήστε την ένδειξη για την ροπή εκκίνησης στο ταμπελάκι πάνω δεξιά. Με χωρητικότητα ίση με την κρίσιμη χωρητικότητα στην «Εφαρμογή 1», ποια είναι η κρίσιμη ροπή που πρέπει να αναπτύξει στον άξονά του για να περιστραφεί;

## Εφαρμογή 3

Παρατηρήστε τις ηλεκτρικές συνδέσεις στο κύκλωμα και δείτε ότι για να διαρρέεται από ρεύμα ο πυκνωτής εκκίνησης S πρέπει το ρελέ έντασης να βραχυκυκλώσει τους ακροδέκτες Α, Β. Με ανοιχτό τον Διακόπτη Λειτουργίας (θέση OFF), ορίστε τη χωρητικότητα του πυκνωτή εκκίνησης σε 100 μF και την επιθυμητή θερμοκρασία σε τιμή μικρότερη από την πραγματική θερμοκρασία του θαλάμου. Κλείστε τον διακόπτη (θέση ON) και δείτε το ρελέ έντασης αρχικά να αποκαθιστά τη σύνδεση των σημείων Α,Β στην φάση εκκίνησης του συμπιεστή και μετά από λίγο να αποσυνδέει τα δύο σημεία κατά τη διάρκεια της κανονικής λειτουργίας του συμπιεστή. Παρατηρήστε την ένδειξη για την ένταση του ρεύματος εκκίνησης στο ταμπελάκι πάνω δεξιά (ή στο πολύμετρο) και συγκρίνετέ την με την ένδειξη του πολύμετρου στην κανονική λειτουργία συμπιεστή. Εξηγήστε γιατί ο οπλισμός του ρελέ μετακινείται προς τα πάνω κατά τη φάση εκκίνησης και έπειτα επανέρχεται κάτω, στην κανονική του θέση.

## Εφαρμογή 4

Παρατηρήστε ότι το κύκλωμα του συμπιεστή στην μόνιμη κατάσταση λειτουργίας περιλαμβάνει το κύριο, το βοηθητικό τύλιγμα και τον πυκνωτή λειτουργίας R. Αυτό σημαίνει ότι στη μόνιμη κατάσταση λειτουργίας η ένταση του ρεύματος που απορροφά ο συμπιεστής δεν εξαρτάται από τη χωρητικότητα του πυκνωτή εκκίνησης S. Ο πυκνωτής αυτός καθώς αποσυνδέεται από το κύκλωμα λίγο μετά την εκκίνηση, δεν μπορεί να επηρεάσει την ένταση του ρεύματος μόνιμης λειτουργίας. Παρατηρήστε τις ενδείξεις του πολύμετρου στη μόνιμη κατάσταση λειτουργίας για διαφορετικές τιμές της χωρητικότητας του πυκνωτή εκκίνησης. Πόση είναι η απορροφούμενη ένταση ρεύματος όπως καταγράφεται από το πολύμετρο;

## Εφαρμογή 5

Με ανοιχτό τον Διακόπτη Λειτουργίας (θέση OFF), ορίστε τη χωρητικότητα του πυκνωτή εκκίνησης σε 95 μF και την επιθυμητή θερμοκρασία στους 5oC. Δείτε την θερμοκρασία στον θάλαμο να μειώνεται καθώς ο συμπιεστής λειτουργεί παρατηρώντας τη σχετική ένδειξη στο ταμπελάκι κάτω αριστερά.

- Σε ποια θερμοκρασία ο συμπιεστής σταματά να λειτουργεί;
- Ποια επαφή/διακόπτης στο κύκλωμα προκαλεί τη διακοπή τροφοδότησης του συμπιεστή με ηλεκτρικό ρεύμα;
- Σε ποια θερμοκρασία ο συμπιεστής επαναλειτουργεί;

## Διερεύνηση 1

Ο συμπιεστής του αντικειμένου είναι ένας ασύγχρονος διπολικός μονοφασικός κινητήρας βραχυκυκλωμένου δρομέα και όταν τροφοδοτείται από το δίκτυο της ΔΕΗ αναπτύσσει 2917 στροφές ανά λεπτό. Πόση είναι η ολίσθηση του κινητήρα;

## Διερεύνηση 2

Ο ηλεκτροκινητήρας του συμπιεστή έχει απόδοση 85% και συντελεστή ισχύος 0.9. Με βάση την ένδειξη του πολύμετρου, πόση είναι η ένταση του ρεύματος που απορροφά κατά την κανονική του λειτουργία; Πόση ηλεκτρική ισχύ απορροφά και πόση μηχανική ισχύ αποδίδει στον άξονά του;

## Διερεύνηση 3

Ένας μονοφασικός κινητήρας που τροφοδοτείται από το ηλεκτρικό δίκτυο της ΔΕΗ όπως φαίνεται στο σχήμα 1 έχει για τις ωμικές και αυτεπαγωγικές αντιστάσεις στα δύο τυλίγματα τις εξής τιμές:
Rκύριο = 4.5 Ω, Χκύριο = 3.7Ω,
Rβοηθ. = 9.5 Ω, Χβοηθ. = 3.5 Ω.
α) Σχεδιάστε στο τρίγωνο των αντιστάσεων την αντίσταση του κύριου τυλίγματος και βρείτε τη γωνία του διανύσματος.
β) Bρείτε την τιμή της χωρητικότητας του πυκνωτή εκκίνησης που πρέπει να συνδεθεί σε σειρά με το βοηθητικό τύλιγμα όπως στο σχήμα 2 ώστε η γωνία ανάμεσα στα διανύσματα των σύνθετων αντιστάσεων των δύο τυλιγμάτων να γίνει 90o σύμφωνα και με όσα αναφέρονται σχετικά και στα Στοιχεία Θεωρίας.

##### Οδηγίες Χρήσης

Το «Ηλεκτρικό Διάγραμμα Μονοφασικού Συμπιεστή» είναι ένα διαθεματικό αντικείμενο που εμπλέκει τις ειδικότητες των ηλεκτρολόγων και μηχανολόγων.

Έλεγχος αντικειμένου

Το ηλεκτρικό κύκλωμα του συμπιεστή απεικονίζεται στο κεντρικό μέρος της οθόνης και ανταποκρίνεται δυναμικά στις μεταβολές των χειριστηρίων που βρίσκονται στο δεξί μέρος της οθόνης, στην επιλογή «Έλεγχος Κυκλώματος».

Η ηλεκτρική τροφοδοσία του συμπιεστή ελέγχεται μέσω των δύο θέσεων (ON-OFF) του Διακόπτη Λειτουργίας. Μπορείτε να χειριστείτε τον διακόπτη και πάνω στο γραφικό.

Μπορείτε να μεταβάλλετε τη χωρητικότητα του πυκνωτή εκκίνησης μέσω του αντίστοιχου χειριστηρίου μόνο όταν ο Διακόπτης Λειτουργίας είναι στη θέση OFF.

Η επιθυμητή θερμοκρασία που θα επικρατεί στον θάλαμο συντήρησης ορίζεται μέσω του αντίστοιχου χειριστηρίου. Θεωρούμε ότι η θερμοκρασία στον χώρο που βρίσκεται το ψυγείο είναι 20 oC.

Μέσω του χειριστηρίου «Εμφάνιση Ετικετών» και κλικ πάνω στο εικονίδιο [i] που εμφανίζεται δίπλα σε κάθε ετικέτα, μπορείτε να εμφανίσετε/αποκρύψετε πληροφορίες για τα ηλεκτρολογικά και μηχανολογικά εξαρτήματα που εμφανίζονται στο γραφικό του αντικειμένου.

Ακριβώς από κάτω, μπορείτε να δείτε πώς είναι ένας συμπιεστής κάνοντας κλικ στην επιλογή «Φωτογραφίες Συμπιεστή».

Κυρίως αντικείμενο

Κάτω από το ηλεκτρικό κύκλωμα παρατίθεται μία εικόνα ενός συμπιεστή όπου φαίνονται οι διακριτές αριθμημένες περιοχές «1» και «2». Στις περιοχές αυτές, στο φυσικό χώρο του συμπιεστή, βρίσκονται τα ηλεκτρικά και μηχανικά εξαρτήματα που περιβάλλονται από τις δύο αντίστοιχα αριθμημένες πορτοκαλί διακεκομμένες γραμμές πάνω στο ηλεκτρικό κύκλωμα. Κάτω από το ηλεκτρικό κύκλωμα του συμπιεστή, στο γραφικό, εμφανίζονται επίσης σημαντικά μηνύματα για την κατάσταση λειτουργίας του συμπιεστή καθώς και ενδείξεις για την αναπτυσσόμενη ροπή εκκίνησης, την ένταση του ρεύματος εκκίνησης του συμπιεστή, την πραγματική θερμοκρασία που επικρατεί κάθε στιγμή στον θάλαμο συντήρησης, την πίεση αναρρόφησης, την πίεση κατάθλιψης και τη θερμοκρασία του ψυκτικού μέσου κατά την εισροή και εκροή του από τον συμπιεστή.

Θεωρία, εφαρμογές, διερευνήσεις

Τέλος στο δεξί μέρος της οθόνης υπάρχουν προτεινόμενα στοιχεία θεωρίας, εφαρμογές και διερευνήσεις. Δείτε και τις προτεινόμενες εφαρμογές για βήμα προς βήμα χρήση του μαθησιακού αντικειμένου.