Τι είναι η ροπή ενός ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα

Η ροπή είναι συνδεδεμένη με την περιστροφή των σωμάτων. Είναι δηλαδή η αιτία της περιστροφής.

Αρχικά θα προσπαθήσουμε να εξηγήσουμε τι είναι τελικά αυτή η ροπή.
Πολύ απλά λοιπόν, η ροπή (ροπή στρέψης, σωστότερα) είναι μια περιστροφική δύναμη. Όταν εφαρμόζουμε ένα γαλλικό κλειδί, ας πούμε, σ’ ένα παξιμάδι, βάζουμε δύναμη στο κλειδί, για να το σφίξουμε ή να το λασκάρουμε, περιστρέφοντάς το. Η ροπή είναι η περιστροφική αυτή δύναμη.Χρησιμοποιώντας λοιπόν το παράδειγμα του γαλλικού κλειδιού, συνδυάζουμε δυο μεγέθη: το μήκος του εργαλείου και τη δύναμη που εφαρμόζουμε.
Όσο μακρύτερο είναι δε το κλειδί, τόσο λιγότερη δύναμη απαιτείται.

Βέβαια, το σημαντικότερο είναι όσο το δυνατόν περισσότερη ροπή να είναι διαθέσιμη σε όσο το δυνατόν μεγαλύτερο εύρος των στροφών ενός κινητήρα. Μια ροπή δηλαδή που κορυφώνεται γρήγορα και σε χαμηλές στροφές μπορεί να είναι ό,τι πρέπει για την εκκίνηση μικρών φορτίων, αλλά ένας τέτοιος κινητήρας, σε δύσκολα φορτία και σε υψηλότερες στροφές γρήγορα μένει από έμπνευση.
Μια ροπή όμως που και εμφανίζεται χαμηλά και παραμένει μεστή σε μεγάλο εύρος στροφών είναι προφανώς ό,τι καλύτερο.
Στην πραγματικότητα η ροπή μας ενημερώνει για το πόση ισχύ έχουμε στην διάθεσή μας σε κάποιες στροφές του κινητήρα.
Και για να μη μπερδευτείτε σχετικά με το τι είναι ροπή και σε τι αυτή διαφέρει από την ισχύ, συγκρατείστε αυτό: ροπή είναι αυτό που χρειαζόμαστε για να αρχίσουμε να κινούμε μια βαριά, συρόμενη πόρτα. Ισχύς είναι αυτό που χρειαζόμαστε για να εξακολουθούμε να την κινούμε.

Για να αρχίσει να περιστρέφεται ένας κινητήρας θα πρέπει να αναπτυχθεί σε αυτόν εσωτερική ροπή εκκίνησης μεγαλύτερη από το άθροισμα των ροπών αντιδράσεως, δηλαδή τις ροπές τριβής και ωφέλιμου φορτίου.

Ροπή ασύγχρονων τριφασικών κινητήρων
Ένα από τα σημαντικότερα στοιχεία του κινητήρα είναι η ροπή (Τ) που μπορεί να αναπτύξει στον άξονά του για να περιστρέψει το φορτίο.

Τ=9,55Ρ/n  όπου:

Τ η ροπή σε Nm (Νιουτόμετρα)

P η αποδιδόμενη ισχύς σε Watt

n η ταχύτητα του κινητήρα σε στροφές/λεπτό

Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται η τυπική καμπύλη ροπής στροφών ενός ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα. Η καμπύλη αυτή είναι σημαντική για τη λειτουργία των κινητήρων.

Κατά την εκκίνηση όταν οι στροφές είναι πρακτικά μηδέν, η ροπή του κινητήρα έχει τιμή Τεκ και λέγεται ροπή εκκίνησης. Η Τεκ θα πρέπει να είναι μεγαλύτερη από την αντίστοιχη ροπή εκκίνησης του φορτίου για να μπορέσει να πάρει στροφές ο κινητήρας.

Καθώς αυξάνονται οι στροφές, αυξάνεται και η ροπή μέχρι την Τμεγ που λέγεται μέγιστη ροπή ή ροπή ανατροπής.

Η ροπή του κινητήρα πρέπει να παραμένει μεγαλύτερη από τη ροπή του φορτίου όλο το διάστημα που ο κινητήρας επιταχύνει για να πιάσει όλες τις στροφές του.

Όταν ο κινητήρας ξεκινήσει το φορτίο, η ροπή μειώνεται απότομα και μηδενίζεται, μιας και δεν χρειάζεται πλέον.

Η ταχύτητα λειτουργίας και η ροπή λειτουργίας καθορίζονται από το σημείο λειτουργίας Λ, που είναι η τομή των δύο καμπυλών.

Η λειτουργία του κινητήρα στο τμήμα της καμπύλης πριν τη μέγιστη ροπή Τμεγ είναι ασταθής λειτουργία και μετά τη μέγιστη ροπή ευσταθής λειτουργία. Ας δούμε γιατί.

Ασταθής λειτουργία
Ας θεωρήσουμε ότι ο κινητήρας βρίσκεται πριν τη μέγιστη ροπή και έχει στροφές n1 και ροπή Τ1.
Αν για κάποιο λόγο αυξηθεί το φορτίο τότε οι στροφές θα πέσουν στις n2. Σε αυτές τις στροφές όμως, όπως βλέπουμε από την καμπύλη, θα πέσει και η ροπή στο Τ2 με αποτέλεσμα ο κινητήρας να μην μπορεί να προσαρμοστεί σε αυτή την αύξηση του φορτίου.

 Ευσταθής λειτουργία
Ας θεωρήσουμε ότι ο κινητήρας βρίσκεται μετά τη μέγιστη ροπή και έχει στροφές n3 και ροπή Τ3.
Αν για κάποιο λόγο αυξηθεί το φορτίο τότε οι στροφές θα πέσουν στις n4. Σε αυτές τις στροφές όμως, όπως βλέπουμε από την καμπύλη, θα αυξηθεί η ροπή στο Τ4 με αποτέλεσμα ο κινητήρας να προσαρμοστεί σε αυτή την αύξηση του φορτίου και να μπορέσει να περιστρέψει το φορτίο.

Κατασκευαστικές κλάσεις κινητήρων με βραχυκυκλωμένο δρομέα
Οι κατασκευαστές προσπαθούν να μεταβάλλουν την αντίσταση και την αντίδραση των τυλιγμάτων του δρομέα; Μεταβάλλοντας το μέγεθος, τη μορφή και το βάθος των αυλακιών του ρότορα. Έτσι πετυχαίνουν μεγάλη ροπή εκκίνησης και μκικρό ρεύμα εκκίνησης του κινητήρα. Αυτά είναι απαραίτητα για την ομαλή εκκίνησή του και την ανεπιθύμητη πτώση τάσης του δικτύου που προκαλεί προβλήματα στη λειτουργία διπλανών συσκευών.

Έχει γίνει διαχωρισμός των κινητήρων με βραχυκυκλωμένο δρομέα σε τέσσερις κλάσεις ανάλογα με τη συμπεριφορά τους κατά την εκκίνηση και κατά την κανονική λειτουργία.

Κλάση Α: Κανονική ροπή εκκίνησης και κανονικό ρεύμα εκκίνησης. Έχουν τύλιγμα απλού κλωβού και διακρίνονται για τον καλό βαθμό απόδοσης.
Η μέγιστη ροπή είναι 2-2,5 φορές της ονομαστικής Τον και σε ταχύτητα πάνω από 0,8n.
Το ρεύμα εκκίνησης είναι μεγάλο 5-8Ιον.
Χρησιμοποιούνται για κίνηση μηχανημάτων σταθερής ταχύτητας χωρίς μεγάλη ροπή εκκίνησης, όπως εργαλειομηχανές, αντλίες, ανεμιστήρες.

Κλάση Β: Κανονική ροπή εκκίνησης ίδια με της κλάσης Α και  ρεύμα εκκίνησης στο 75% της κλάσης Α. Έχουν τύλιγμα διπλού κλωβού ή κλωβού με βαθειά αυλάκια.
Η μέγιστη ροπή είναι ελαφρώς μεγαλύτερη της τάξης Α και 2-3 φορές της ονομαστικής Τον και σε ταχύτητα πάνω από 0,8n.
Το ρεύμα εκκίνησης είναι 4,5-5Ιον.
Οι εφαρμογές τους είναι οι ίδιες με την κλάση Α και έχουν αντικαταστήσει στη σύγχρονη τεχνολογία τους κινητήρες κλάσης Α λόγω του χαμηλότερου ρεύματος εκκίνησης.

Κλάση C: Αναπτύσουν μεγαλύτερη ροπή εκκίνησης από αυτές των κλάσεων Α και Β και  μικρότερο ρεύμα εκκίνησης. Έχουν τύλιγμα διπλού κλωβού.
Η μέγιστη ροπή είναι μικρότερη της τάξης Α και Β  και 1,9-2,3 φορές της ονομαστικής Τον και λίγο μικρότερη της ροπής εκκίνησης
Το ρεύμα εκκίνησης είναι 3,5-5Ιον.
Χρησιμοποιούνται σε φορτία που χρειάζονται μεγάλη ροπή εκκίνησης όπως συμπιεστές, μεταφορικές ταινίες ισχύος 10ΗΡ μέχρι 300ΗΡ

Κλάση D: Αναπτύσουν πολύ μεγάλη ροπή εκκίνησης με χαμηλό ρεύμα εκκίνησης. Έχουν τύλιγμα απλού κλωβού.
Η μέγιστη ροπή είναι τριπλάσια της ονομαστικής Τον και επιτυγχάνεται σε χαμηλές στροφές. Έχουν όμως χαμηλό βαθμό απόδοσης.
Χρησιμοποιούνται για κίνηση διακοπτόμενων φορτίων που χρειάζεται μεγάλη επιτάχυνση και για κρουστικά φορτία όπως πρέσσες, διατρητικά μηχανήματα, ψαλίδια. Είναι δε οι περισσότεροι κατάλληλοι κινητήρες, για ρύθμιση στροφών με μεταβολή της τάσης τροφοδοσίας. Επίσης, οι κινητήρες της κατηγορίας αυτής παρουσιάζουν μικρότερους χρόνους εκκίνησης έναντι των υπολοίπων κατηγοριών, γεγονός το οποίο τους κάνει ιδιαίτερα κατάλληλους για λειτουργίες που απαιτούν μεγάλη συχνότητα εκκινήσεων-διακοπών (π.χ. έλξη, κρουστικά φορτία, κλπ.).