94 oldal 1. BEVEZETÉS. Villamos hajtások KOMPLEX ISMERETANYAG. Villamos gépek. Elektronika

1. BEVEZETÉ BEVEZETÉS 1.1 Villamos hajtá hajtások té témakö maköre Villamos hajtások ⇒ KOMPLEX ISMERETANYAG

Villamos gépek

Mechanika

VILLAMOS

HAJTÁSTECHNIKA Irányítástechnika

1. / 94 oldal

Gépelemek

Elektronika

1. BEVEZETÉ BEVEZETÉS 1.1 Villamos hajtá hajtások té témakö maköre Villamos hajtások ⇒ KOMPLEX ISMERETANYAG

VILLAMOS

HAJTÁSTECHNIKA Feladat: Feladat:

• villamos motorok és munkagépek kapcsolatának üzemtani kérdéseinek vizsgálata; • villamos forgógépekre érvényes előírások, szabványok megismerése.

CCél: él:

Adott hajtási feladat megoldására KOMPLEX módon kiválasztani a legmegfelelőbb motort.

2. / 94 oldal

1. BEVEZETÉ BEVEZETÉS 1.2 Alapegyenletek és mé mérté rtékegysé kegységrendszerek Megnevezé Megnevezés Sebesség

Haladó Haladó mozgá mozgás Összefü sszefüggé ggés ds v= ; dt

Szögsebesség

–

–

Kerületi sebesség

s = v⋅t

m

Szögelfordulás

dv v ; a= dt t

s2

Út

Mechanikai teljesítmény

Dinamikai erő

a=

s v= t

Pm = Fv = F Pm =

m

W t

Fd = m ⋅ a = m

W = F⋅s

Fd ↔ Md

Szöggyorsulás

J =W s

ds dt

m J = =W s s

N dv dt

kg

Kinetikai (moz- W = 1 mv2 = F ds ∫ d k 2 gási) energia Munka

Megnevezé Megnevezés

m s

–

Gyorsulás

SI dimenzió dimenzió

kg

m

m s2 2

s2

=N

= Nm = J

Nm = J

Mechanikai teljesítmény Dinamikai nyomaték Kinetikai (forgási) energia

Forgó Forgó mozgá mozgás Összefü sszefüggé ggés dϕ ω= ; dt

rad s m s

v = rω ϕ = ω t = 2 π nt

ε=

dω ; dt

ε=

Pm = Mω = M Pm =

rad

rad

ω ; t

dϕ dt

s2 kg m 2

rad s3

=

Nm s

J =W s

W t

Md = Θ ⋅ ε = Θ

dω dt

kg m 2

rad s2

= Nm 2

1 rad Wk = Θω2 = ∫ Mddϕ kg m 2 = Nm 2 s2 = J

Munka

Analógia a mennyiségek között: m↔Θ s↔φ v↔ω

3. / 94 oldal

SI dimenzió dimenzió

ϕ ω= t

W = M⋅ϕ

a↔ε

Nm rad = J

2. A VILLAMOS HAJTÁ HAJTÁSOK KINETIKÁ KINETIKÁJA 2.1 Az átté ttételek szerepe és jellemző jellemzői Áttételek (hajtóművek):

•alkalmazásuk oka

a munkagépek által megkívánt fordulatszámok eltérnek a villanymotorok gazdaságos fordulatszám tartományától (750…1500f/min)

•módosítják a forgómozgás jellemzőit (ω; M)

ÁTTÉTELI VISZONY (a):

a motortól kiindulva a motorhoz közelebb eső szögsebességet viszonyítjuk az utána következőhöz. a = ωM /ωT – lassító áttétel: – gyorsító áttétel:

•az átalakítás veszteséggel jár

hő

HATÁSFOK

a>1 a<1

η% 100 80 60 40 20 1/4 2/4 3/4 4/4 5/4

4. / 94 oldal

M/Mn

2. A VILLAMOS HAJTÁ HAJTÁSOK KINETIKÁ KINETIKÁJA 2.1 Az átté ttételek szerepe és jellemző jellemzői Kinetikailag merev tengelykapcsoló

Szíj, ékszíj (esetleg változtatható futási átmérővel)

ωM

HM

HM

Fogaskerék, dörzskerékpár ωM

a=

dT ω T

HM

dM

zM dM

zT dT ω T

ωM

dT

Változtatható csúszású tengelykapcsoló ωM ωT

HM

MG a=

MG

ωM = 1K∞ (ωM ≥ ωT ) ωT

Csigahajtás zM

zT ω T

MG

ω d a= M = T ωT d M

ωM z T d T = = ωT z M d M

Lánchajtás

dM

MG

ω a = M = 1 ( ωM = ωT ) ωT

HM

ωM

ωM

HM

i ωT

MG

ω z a= M = T ωT z M

a=

5. / 94 oldal

ωM z T = ωT i

zT

2. A VILLAMOS HAJTÁ HAJTÁSOK KINETIKÁ KINETIKÁJA 2.2 A hajtá hajtás jellemző jellemzőinek átszá tszámítása a motorra A villamos motor kiválasztásához ismerni kell a tengelyein (ωM szinten) a terhelés által okozott forgó- és tehetetlenségi nyomaték hatásokat.

Θh3

MT

MM ωM Θh1

ωM

redukálás

HM

ωT

Mr

R

ΘR

Θh2; ωh

Átszámítási szabályok: A redukált rendszer paramétereinek a motor oldalról vizsgálva minden szempontból meg kell feleljenek az eredeti rendszernek. Alapegyenletek: Forgó mozgás

Pmech = Mω dω M din = Θ dt 1 Wkin = Θω2 2

Haladó mozgás

Pmech = Gv Fdin = ma 1 Wkin = mv 2 2

1. Nyomatékokat (erőket) a teljesítmény változatlansága alapján számítjuk ki. 2. Tehetetlenségi nyomatékokat (tömegeket) a kinetikai (mozgási) energia változatlansága alapján számítjuk át.

6. / 94 oldal

2. A VILLAMOS HAJTÁ HAJTÁSOK KINETIKÁ KINETIKÁJA 2.2 A hajtá hajtás jellemző jellemzőinek átszá tszámítása motorra 2.2.1 Átszámítás forgó mozgásról forgóra ωM

HM

MT

MG

HM

ΘT

A. Nyomaték átszámítása Ideális áttételeknél (η = 1) Pm = M ⋅ ω = áll. ⇒

ωM

redukálás

ωT

Mr

R

ΘR

Veszteséges áttételeknél (η < 1) • Motor hajt: Pm = M ⋅ ω = áll. ⇒ M↑ ⋅ ωM > M T ⋅ ωT R

M R ⋅ ωM = M T ⋅ ωT

MR =

M T ⋅ ωT ωM

MR =

MT a

η ⋅ M↑R ⋅ ωM = M T ⋅ ωT M↑R =

MT a ⋅η

• Motor fékez: Pm = M ⋅ ω = áll. ⇒ M↓ ⋅ ωM < M T ⋅ ωT R M↓R ⋅ ωM = M T ⋅ ωT ⋅ η M↓R =

Többfokozatú áttételek alkalmazása esetén M↑r =

MT MT = a1 ⋅ a 2 ⋅ a 3 ⋅ ⋅ ⋅ η1 ⋅ η2 ⋅ η3 ⋅ ⋅ ⋅ a e ⋅ ηe

M↓r =

7. / 94 oldal

M T ⋅ η1 ⋅ η2 ⋅ η3 ⋅ ⋅ ⋅ M T ⋅ ηe = a1 ⋅ a 2 ⋅ a 3 ⋅ ⋅ ⋅ ae

MT ⋅η a

2. A VILLAMOS HAJTÁ HAJTÁSOK KINETIKÁ KINETIKÁJA 2.2 A hajtá hajtás jellemző jellemzőinek átszá tszámítása motorra 2.2.1 Átszámítás forgó mozgásról forgóra ωM

HM

MT

MG

⇒

ΘT ⋅ ωT2 ω2M

ΘR =

ΘT a2

R

• Motor hajt: Wkin = áll. ⇒

1 ↑ 2 1 Θ ⋅ ωM > ΘT ⋅ ωT2 2 R 2 η ⋅ Θ↑R ⋅ ω2M = ΘT ⋅ ωT2

Θ↑R =

• Motor fékez: Wkin = áll.

⇒

Θ↑r = Θ M +

Θ1 2 a1 ⋅ η1

ΘT a2 ⋅ η

1 ↓ 2 1 Θ ⋅ ωM < ΘT ⋅ ωT2 2 R 2 Θ↓R ⋅ ω2M = ΘT ⋅ ωT2 ⋅ η Θ↓R =

Többfokozatú áttételek esetén Pl. hajtás esetén:

+

ΘR

Veszteséges áttételeknél (η < 1)

1 1 ΘR ⋅ ω2M = ΘT ⋅ ωT2 2 2

ΘR =

Mr

HM

ΘT

B. Tehetetlenségi nyomaték átszámítása Ideális áttételeknél (η = 1) Wkin = áll.

ωM

redukálás

ωT

Θ2

a12 ⋅ a 22

⋅ η1 ⋅ η2

+K+

8. / 94 oldal

Θn

a12 La 2n

⋅ η1 Lηn

ΘT ⋅η a2

2. A VILLAMOS HAJTÁ HAJTÁSOK KINETIKÁ KINETIKÁJA 2.2 A hajtá hajtás jellemző jellemzőinek átszá tszámítása motorra 2.2.2 Átszámítás forgó mozgásról haladóra ωM

HM

ωM

redukálás ωd

rd

MT

Mr

HM

R

v

ω a= M ωd

m2

G m1

A. A terhelőerőnek megfelelő redukált nyomaték számítása Ideális esetben Veszteségek figyelembevételével (η; μ) Pm = áll.

⇒

M R ⋅ ωM = G ⋅ v G⋅v MR = = G ⋅ρ ωM v r ⋅ω r ρ= = d d= d a ωM ωM

M ↑R =

G ⋅ v ⋅ (1 + μ) G ⋅ rd ⋅ (1 + μ) = η ⋅ ωM η⋅a

M↓R =

G ⋅ v ⋅ (1 − μ) ⋅ η G ⋅ rd ⋅ (1 − μ) = ⋅η ωM a

m2 figyelembevételével: Pl. teher emelésekor:

[G1(1 + μ ) − G 2 (1 − μ )]v = M↑r ⋅ ωM ⋅ η

⇒

M↑r =

[G1(1 + μ ) − G 2 (1 − μ )]v

9. / 94 oldal

ωM ⋅ η

ΘR

2. A VILLAMOS HAJTÁ HAJTÁSOK KINETIKÁ KINETIKÁJA 2.2 A hajtá hajtás jellemző jellemzőinek átszá tszámítása motorra 2.2.2 Átszámítás forgó mozgásról haladóra ωM

HM

ωM

redukálás ωd

rd

MT

Mr

HM

R

v

ω a= M ωd

m2

G m1

B. Az m tömegnek megfelelő redukált tehetetlenségi nyomaték számítása Ideális esetben Veszteségek figyelembevételével (η; μ) Wkin = áll.

⇒

1 1 ΘR ⋅ ω2M = m ⋅ v 2 2 2 ΘR =

m ⋅ v2 = m ⋅ ρ2 ω2M

ΘR =

m2 figyelembevételével:

Θ↑R =

m ⋅ rd2 ⋅ (1 + μ) a2 ⋅ η

Θ↓R =

m ⋅ rd2 ⋅ (1 − μ) ⋅η a2

m ⋅ rd2 a2

Pl. teher emelésekor: 1 (m1 + m2 )v2 ⋅ (1 + μ ) = 1 Θ↑r ⋅ ω2M ⋅ η 2 2

⇒

Θ↑r =

(m1 + m2 )v2 ⋅ (1 + μ )

10. / 94 oldal

ω2M ⋅ η

=

(m1 + m2 ) ⋅ rd2 ⋅ (1 + μ) a2 ⋅ η

ΘR

2. A VILLAMOS HAJTÁ HAJTÁSOK KINETIKÁ KINETIKÁJA 2.3 Villamos hajtá hajtásokban elő előforduló forduló nyomaté nyomatékok osztá osztályozá lyozása 2.3.1 Pozitív vonatkozási irányok

MT MM ω

11. / 94 oldal

2. A VILLAMOS HAJTÁ HAJTÁSOK KINETIKÁ KINETIKÁJA 2.3 Villamos hajtá hajtásokban elő előforduló forduló nyomaté nyomatékok osztá osztályozá lyozása 2.3.2 A síknegyedek értelmezése

ω Mω < 0

Mω > 0

A motor fékez, a terhelés hajt.

A motor hajt, a terhelés fékez.

II. I. III. IV.

A terhelés fékez, a motor hajt.

A terhelés hajt, a motor fékez.

Mω > 0

Mω < 0

POZITÍ POZITÍVnak tekintjük a villamos motor által leadott, illetve a munkagép által felvett mechanikai teljesítményt (elfogyasztott teljesítmény).

M

NEGATÍ NEGATÍVnak vesszük a motor által a tengelyen felvett, illetve a munkagép által leadott mechanikai teljesítményt (termelt teljesítmény).

12. / 94 oldal

2. A VILLAMOS HAJTÁ HAJTÁSOK KINETIKÁ KINETIKÁJA 2.3 Villamos hajtá hajtásokban elő előforduló forduló nyomaté nyomatékok osztá osztályozá lyozása 2.3.3 A motorok nyomatékai (mechanikai jelleggörbéi)

dω A motorok ω = f(M) jelleggörbéinek osztályozását az m = differenciálhányados dM viszonylagos értéke (mr) alapján végezhetjük. ω d ωn d ν , ha M = Mn ⇒ mrn = mr = mrn Jelleg Ide tartozik: M dμ d Mn

ω ν Pm

Pm = f(M)

ω0n ωn

ω = f(M)

0

–(0,02…0,1)

–(0,4…0,5)

Mn

M

μ

13. / 94 oldal

egyenárammal gerjesztett szinkron motor, permanens szinkron mágneses forgórészű szinkron motor, gerjesztetlen forgórészű reluktancia motor

sönt

sönt és külső gerjesztésű egyenáramú motor, háromfázisú aszinkron motor s < sB

soros

soros gerjesztésű egyenáramú motor, egy- és háromfázisú soros kommutátoros motor, repulziós motor

2. A VILLAMOS HAJTÁ HAJTÁSOK KINETIKÁ KINETIKÁJA 2.3 Villamos hajtá hajtásokban elő előforduló forduló nyomaté nyomatékok osztá osztályozá lyozása 2.3.4 Terhelőnyomatékok 2.3.4.1 Kinetikai (energetikai) szempontból

PASSZÍ PASSZÍV

AKTÍ AKTÍV

ω

ω

MT MT hajt

MT fékez II.

Mω > 0 MT fékez

III.

I.

MT hajt

Mω > 0

IV.

MT hajt

MT fékez II.

I.

III. IV.

M MT fékez

14. / 94 oldal

MT

Mω>0 Mω<0 M MT hajt

2. A VILLAMOS HAJTÁ HAJTÁSOK KINETIKÁ KINETIKÁJA 2.3 Villamos hajtá hajtásokban elő előforduló forduló nyomaté nyomatékok osztá osztályozá lyozása 2.3.4 Terhelőnyomatékok 2.3.4.2 A hajtás jellemzőitől való függés szerint

Folytonos terhelések: 1. MT = f(ω) ≅ áll. Pl.: felvonó, daru, szállítószalag 2. MT = f(ω) függő Pl.: szellőző, centrifugál szivattyú és kompresszor

Szakaszosan változó terhelések: 1. MT = f(α) 2. MT = f(s)

Pl.: dugattyús kompresszorok és szivattyúk Pl.: hajlítógépek, exkavátorok, markolódaru

3. MT = f(t)

Pl.: fafűrészgép

4. MT = f(v,s)

Pl.: villamos mozdonyok, targoncák

15. / 94 oldal

2. A VILLAMOS HAJTÁ HAJTÁSOK KINETIKÁ KINETIKÁJA 2.4 A villamos hajtá hajtás mozgá mozgásegyenlete 2.4.1 A mozgásegyenlet értelmezése

A dinamikai nyomaték: • Md > 0, • Md < 0,

M d (ω) = M M (ω) − M T (ω)

gyorsító nyomaték, lassító (fékező) nyomaték.

Mozgásegyenlet:

M d = M M − M T = Θε = Θ

dω dt

• Stacionárius (statikus) üzemállapot: dω ¾ ha M d = 0 → Θ = 0 ⇒ ω = áll. dt • Átmeneti (tranziens v. dinamikus) üzemállapot: dω ≠ 0 ⇒ ω változik (nő v. csökken) ¾ ha M d ≠ 0 → Θ dt

Villamos hajtás hatásvázlata Laplace-transzformáció felhasználásával:

MG

M d (s) = M M (s) − M T (s) = s ⋅ Θ ⋅ ω(s) ω(s) =

M M (s) − M T (s) s⋅Θ

MT

M MM

16. / 94 oldal

Md

1 s⋅Θ

ω

2. A VILLAMOS HAJTÁ HAJTÁSOK KINETIKÁ KINETIKÁJA 2.4 A villamos hajtá hajtás mozgá mozgásegyenlete 2.4.2 A stabilitás általános feltétele

Stabil rendszer ω MT1

ωs + Δω1 ωs ωs – Δω2

Labilis rendszer

ω MT

ΔMd1 Δω1 Δω2

ωs + Δω2

M2

MM ΔMd2

Δω1

ωs

MM

Ms

MT1

MT2

ΔMd2

M1

MT2 MT

Δω2 ΔMd1

ωs – Δω1

M ΔM d <0 Δω

17. / 94 oldal

M1

Ms

M2

M

2. A VILLAMOS HAJTÁ HAJTÁSOK KINETIKÁ KINETIKÁJA 2.5 Szö Szögsebessé gsebesség-idő idő függvé ggvény meghatá meghatározá rozása Md = M M − M T = Θ

Mozgásegyenlet:

dω dt

Feltétel: • Md csak ω függvénye • Θ = állandó

dt =

Megoldás: változók szétválasztása

Θ Θ dω = dω M d (ω ) M M (ω ) − M T (ω )

Differenciálegyenlet megoldását Md = f(ω) befolyásolja: 1. Md = f(ω) = állandó 2. Md = f(ω) = lineáris 3. Md = f(ω) = tetszőleges

18. / 94 oldal

2. A VILLAMOS HAJTÁ HAJTÁSOK KINETIKÁ KINETIKÁJA 2.5 Szö Szögsebessé gsebesség-idő idő függvé ggvény meghatá meghatározá rozása 2.5.1 Md = f(ω) = állandó esetén ω ωs

ω ωs

Mdi Md

–Mdf

tf

ti

A változók szétválasztásával kapott differenciál egyenlet: dt = Integrál változó idő- és szögsebesség koordinátákkal: t Θ Θ ω t= ω ⇒ ∫ dt = M ∫ dω ⇒ Md d 0

Θ dω Md

ω = f (t ) =

0

Mozgásállapot változáshoz szükséges időtartam: t2 Θ Θ ω2 ω ∫ dt = M ∫ dω ⇒ t 2 − t1 = t12 = M [ω]ω12 d dω t 1

⇒

1

Indítási-, fékezési idők: pl. t1 = 0; t2 = ti ;

ω1 = 0; ω2 = ωs;

⇒

ti =

Θω s Md

19. / 94 oldal

t12 =

Θ t Md

Θ (ω 2 − ω1 ) Md

t

2. A VILLAMOS HAJTÁ HAJTÁSOK KINETIKÁ KINETIKÁJA 2.5 Szö Szögsebessé gsebesség-idő idő függvé ggvény meghatá meghatározá rozása 2.5.1 Md = f(ω) = állandó esetén ω ωs

ω ωs ωn

–Mdf

Mdi Md

ti

tf

t

Tin

NÉVLEGES INDÍ INDÍTÁSI IDŐ IDŐ (Tin) Tin azt az időt jelenti, amely alatt az állandónak feltételezett Md = Mn névleges nyomaték a hajtást (a motort vagy a motort és a vele kapcsolt tömegeket) ω1 = 0 álló állapotból ω2 = ωn névleges szögsebességre gyorsítja.

Tin =

Θωn Md

20. / 94 oldal

2. A VILLAMOS HAJTÁ HAJTÁSOK KINETIKÁ KINETIKÁJA 2.5 Szö Szögsebessé gsebesség-idő idő függvé ggvény meghatá meghatározá rozása 2.5.2 Md = f(ω) = –aω + b alakú lineáris függvény esetén A. Indítás

ω

ω MM

ω

MT ωs

ω Md0

Md

M Md

Md = f(ω) függvény származtatása:

Md ω −ω = s M d0 ωs

⇒

M d = M d0

t

Md0

ωs − ω ωs

A mozgásegyenlet megoldása:

Md = Θ

?

Θ ⋅ ωs Θ dω dω dω = dω = Tm ⇒ dt = Md M d 0 (ωs − ω ) ωs − ω dt

21. / 94 oldal


ω

ω MM

ω

MT ωs

ω Md0

Md

M Md

?

t

Md0

ELEKTROMECHANIKAI IDŐ IDŐÁLLANDÓ LLANDÓ (Tm)

ωs Md0 Az a fiktív indítási idő, amely alatt a hajtás elérné állandósult szögsebességét Md0 = állandó esetén. ωs dω = −m = − Md = f(ω) függvény meredeksége: M d0 dM d Tm = Θ

Így: Tm = −m ⋅ Θ = −Θ

dω dM d

22. / 94 oldal


ω

ω MM

ω

MT ωs

ωs

ω Md

M

Md0

Md

t

Md0

Határozatlan integrál számítása: t

ω

dω

ω

−1

ω ∫ dt = Tm ∫ ω − ω = Tm ∫ − ω − ω dω ⇒ t = Tm [− ln(ω s − ω )]0 = s 0 0 s 0

= Tm [− ln(ωs − ω ) + ln ωs ] = Tm ln

ω(t) függvény meghatározása:

ωs ωs − ω

t t ⎛ − − ωs − ω ωs ωs − ω t ⎜ Tm Tm = = ln t = Tm ⋅ ln ⇒ − ⇒e ⇒ ω = ωs ⎜ 1 − e ωs ωs − ω ωs Tm ⎜ ⎝

23. / 94 oldal

⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠

2. A VILLAMOS HAJTÁ HAJTÁSOK KINETIKÁ KINETIKÁJA 2.5 Szö Szögsebessé gsebesség-idő idő függvé ggvény meghatá meghatározá rozása 2.5.2 Md = f(ω) = –aω + b alakú lineáris függvény esetén A. Indítás t ⎛ − ⎜ ω(t ) = ω s ⎜ 1 − e Tm ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎟ függvény kiértékelése: ⎟ ⎠

ω

ω

ωs

ωs 0,86ωs

• Az érintő meredeksége t = 0 pontban: 0,63ω − t ⎡ ωs 1 ⎞⎤ ⎡ dω ⎤ Tm ⎛ ⎟⎟ ⎥ = ⋅ ⎜⎜ − = ⎢ − ωse ⎢⎣ dt ⎥⎦ ⎝ Tm ⎠ ⎦ t = 0 Tm ⎣ t =0 Md • A görbe menete: Tm 2Tm Md0 t = Tm → ω = 0,632 ωs t = 4Tm → ω = 0,981 ωs ⇒ ti ≅ (4…5) Tm-nél gyakorlatban eléri ωs-t.

0,95ωs 0,98ωs

s

• ω1-ről ω2-re gyorsítás ideje (t12 = t2 – t1): ω2 t2 dω 2 = Tm [− ln(ωs − ω )]ω ∫ dt = ∫ Tm ω1 ω − ω ω1 t1 s

t 2 − t 1 = t 12 = Tm [− ln(ω s − ω 2 ) + ln(ωs − ω1 )] = Tm ⋅ ln

ω s − ω1 ωs − ω 2

• Kapcsolat a dinamikai nyomatékkal:

ω = f (M d ) függvényből: ω s − ω1 ω s − ω 2 ω − ω1 M d1 = = ⇒ s M d1 Md2 ωs − ω 2 M d 2

t12 = Tm ⋅ ln

24. / 94 oldal

M ω s − ω1 = Tm ⋅ ln d1 Md2 ωs − ω 2

t 3Tm 4Tm

2. A VILLAMOS HAJTÁ HAJTÁSOK KINETIKÁ KINETIKÁJA 2.5 Szö Szögsebessé gsebesség-idő idő függvé ggvény meghatá meghatározá rozása 2.5.2 Md = f(ω) = –aω + b alakú lineáris függvény esetén ω

B. Fékezés

Md = f(ω) függvény származtatása:

Md0

ω

ωs

− M d0 Md = ω ωs t

A mozgásegyenlet megoldása:

Md = Θ

Md

Θ ⋅ ωs Θ dω dω dω = − dω = − Tm ⇒ dt = M M ⋅ ω dt ω d d0

Határozatlan integrál számítása: t

ω

0

ωs

∫ dt = ∫ − Tm

ω 1 ω dω = Tm [− ln ω]ωs = Tm [− ln ω + ln ωs ] ⇒ t = Tm ⋅ ln s ω ω

ω(t) függvény meghatározása:

t

t

− − ω ω t ω T T ⇒ e m = t = Tm ⋅ ln s ⇒ − = ln ⇒ ω = ωs ⋅ e m ωs ω Tm ωs

25. / 94 oldal

2. A VILLAMOS HAJTÁ HAJTÁSOK KINETIKÁ KINETIKÁJA 2.5 Szö Szögsebessé gsebesség-idő idő függvé ggvény meghatá meghatározá rozása 2.5.2 Md = f(ω) = –aω + b alakú lineáris függvény esetén ω

B. Fékezés Md0

ω

ωs

0,37ωs

ω = ωs · e–t/Tm függvény kiértékelése:

0,14ωs 0,05ω s 0,02ωs

Md

• kezdeti érintő meredeksége: t ⎡ − ⎡ dω ⎤ T = ⎢ω s ⋅ e m ⎢⎣ dt ⎥⎦ ⎢ t =0 ⎣

• görbe menete: t = Tm → t = 4Tm →

Tm 2Tm 3Tm 4Tm

⎤ ⎛ 1 ⎞⎥ ω ⎟⎟ ⋅ ⎜⎜ − =− s Tm ⎝ Tm ⎠ ⎥ ⎦ t=0

ω = 0,37 ωs ω = 0,02 ωs

⇒ ti ≅ (4…5) Tm-nél gyakorlatban eléri 0-t.

26. / 94 oldal

t

2. A VILLAMOS HAJTÁ HAJTÁSOK KINETIKÁ KINETIKÁJA 2.5 Szö Szögsebessé gsebesség-idő idő függvé ggvény meghatá meghatározá rozása 2.5.2 Md = f(ω) = –aω + b alakú lineáris függvény esetén C. Menetdiagramok általános esetére Tetszőleges ωk kezdeti szögsebesség esetén:

ω

t

− ω −ω ω − ωk ⇒ e Tm = s t = Tm ⋅ ln s ωs − ωk ωs − ω

⇒ ω = ω − (ω − ω ) e s s k

−

t Tm

ωs

ωk t Tm

Tetszőleges ωv szögsebességre történő fékezés esetén:

ω

t

− ω − ωv ω − ωv ⇒ e Tm = t = Tm ⋅ ln s ωs − ω v ω − ωv

⇒ ω = ω + (ω − ω ) e v s v

−

t Tm

ωs

Tm

ωv t

27. / 94 oldal

2. A VILLAMOS HAJTÁ HAJTÁSOK KINETIKÁ KINETIKÁJA 2.5 Szö Szögsebessé gsebesség-idő idő függvé ggvény meghatá meghatározá rozása 2.5.3 Md = f(ω) tetszőleges lefolyású függvény esetén

Pl. egysebességes felvonóhajtás:

ω

ω MT

ωs

ω

ωs ωB

ωB

TM

ωs ωB

t

Md

M

Md = f(ω) = állandó

ω = f (t ) =

Θ t Md

Md = f(ω) = –aω + b alakú

ω = f ( t ) = ωs − (ωs − ωk )e − t

28. / 94 oldal

Tm

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI

S AMO K VILL ÉTERE AM tb.) PAR I; f; η; s (U;

SZ EL AB V (IE ŐÍR ÁN C ÁS YI 60 OK 03 4)

HAJ T KÖV ÁSTEC HN E (P; M TELMÉ IKAI ; n ; v NYEK szab ályo ezérlés; zás; stb.)

Azt a motort kell kiválasztani a hajtási feladat megoldására, amely a követelményeket KOMPLEX módon elégíti ki.

SÁ DA Z GA

ÁG SS O G

KONSTRUKCIÓS KÖVETELMÉNYEK (építési alak, méret)

BIZTONSÁGI ELŐÍRÁSOK

KÖ R KÖ NYE (re VET ZETV zg EL és MÉ ÉDE ;z aj; NYE LMI EM K C)

G SÁ ) LÓ űtés L AÁ , h ÍM ség KL dett (vé

29. / 94 oldal

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.1 Elő Előírások és szabvá szabványok A villamos gépekkel szemben támasztott követelményeket az EGYSÉGESÍTÉS érdekében nemzetközi és nemzeti szabványok rögzítik. Szabványosító szervezetek:

Worldwide

ISO

IEC

International Standards Organization (Nemzetközi Szabványügyi Szervezet)

International Electrotechnical Commission (Nemzetközi Elektrotechnikai Bizottság)

Technical Committees

Europe

Electronics and Electrotechnical Certification

General Standardization

Subcommittees

Working Groups


ECS / CEN

European Committee for Electrotechnical Standardization (Európai Elektrotechnikai Szabványosítási Bizottság)

ECISS European Committee for Iron and Steel Standards

Magyarország

Working Groups

CENELEC

European Committee for Standardization (Európai Szabványosítási Bizottság)



Subcommittees

Subcommittees

Ad-hoc Groups

MSZT Magyar Szabványügyi Testület (Hungarian Standard Institution) Magyar Nemzeti Szabványosító Műszaki Bizottságok

Nemzeti Szabványosító Programbizottságok

30. / 94 oldal

Nemzeti Szakmai Bizottságok

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.1 Elő Előírások és szabvá szabványok Villamos gépek és hajtások legfontosabb szabványai: Hivatkozá Hivatkozási szá szám

Szabvá Szabványcí nycím

Nemzetkö Nemzetközi

Magyar

IEC 60034-1

MSZ EN 60034-1

Villamos forgógépek. 1. rész: Névleges adatok és üzemi jellemzők.

IEC 34-2

MSZ EN 60034-2

Villamos forgógépek. 2. rész: Villamos forgógépek veszteségeinek és hatásfokának vizsgálatok alapján való meghatározása (a vontatójárművek gépeinek kivételével).

IEC 34-4

MSZ EN 60034-4

Villamos forgógépek. 4. rész: Vizsgálati módszerek szinkrongépek jellemzőinek meghatározására.

IEC 60034-5

MSZ EN 60034-5

Villamos forgógépek. 5. rész: A villamos forgógépek kialakítása által nyújtott védettségi fokozatok (IP-kód). Osztályozás.

IEC 34-6

MSZ EN 60034-6

Villamos forgógépek. 6. rész: Hűtési módok (IC-kód).

IEC 34-7

MSZ EN 60034-7

Villamos forgógépek. 7. rész: Az építési alakok, a szerelési helyzetek és a kapocsszekrény-elhelyezések osztályozása (IM-kód).

IEC 60034-8

MSZ EN 60034-8

Villamos forgógépek. 8. rész: Kapocsjelölések és forgásirány.

31. / 94 oldal

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.1 Elő Előírások és szabvá szabványok Villamos gépek és hajtások legfontosabb szabványai: Hivatkozá Hivatkozási szá szám

(előző oldal folytatása)

Szabvá Szabványcí nycím

Nemzetkö Nemzetközi

Magyar

IEC 60034-9

MSZ EN 60034-9

IEC 60034-11

MSZ EN 60034-11 Villamos forgógépek. 11. rész: Hővédelem.

IEC 60034-12

MSZ EN 60034-12

IEC 34-14

Villamos forgógépek. 9. rész: Zajhatárértékek.

Villamos forgógépek. 12. rész: Háromfázisú, kalickás forgórészű, egy fordulatszámú indukciós motorok indítási jellemzői.

Villamos forgógépek. 14. rész: 56 mm és annál nagyobb MSZ EN 60034-14 tengelymagasságú forgógépek mechanikai rezgéserőssége. Mérés, kiértékelés és határértékek.

IEC 60085

MSZ EN 60085

IEC 27-4

MSZ 21704

Villamos szigetelés. Termikus osztályozás. Elektrotechnikában használt betűjelek. 4. rész: Villamos forgógépekhez használt mennyiségek jelképei.

IEC 60050-411 MSZ IEC 60050-411 Nemzetközi elektrotechnikai szótár. 411. kötet: Villamos forgógépek.

32. / 94 oldal

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.2 Építési alak, szerelé szerelési helyzetek ⇒ MSZ EN 60034 – 7:2002 3.2.1 Villamos forgógépek építési alakjai • Talpas, pajzscsapágyas:

H

A besorolás alapvető jellemzője H (tengelymagasság)

• Peremes:

M

A besorolás alapvető jellemzője M (csatlakozó perem osztókörének átmérője)

• Bakcsapágyas, alaplemezes:

33. / 94 oldal

Azonos tengelymagasságon belül a ház hosszúsága lehet: ¾ S (small) – rövid ¾ M (middle) – közepes ¾ L (long) – hosszú

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.2 Építési alak, szerelé szerelési helyzetek ⇒ MSZ EN 60034 – 7:2002 3.2.2 Villamos forgógépek szerelési helyzetei A szabvány két osztályozási rendszert határoz meg: I.KÓ I.KÓD

II. KÓ KÓD

Alfanumerikus osztályozás

Tisztán numerikus osztályozás A gépek szélesebb sávjára, beleértve az I. KÓD szerintieket is Jelölés:

Pajzscsapágyas, egytengelyű gépekre Vízszintes tengelyű gépek jelölése:

International Mounting

International Mounting

Szóköz

Szóköz

IM

IM B Kódszám v. kódszámok Kapocsszekrény helyzetét jelölő betű

Függőleges tengelyű gépek jelölése: International Mounting Szóköz

IM V Kódszám v. kódszámok Kapocsszekrény helyzetét jelölő betű

Építési alakra vonatkozó kódszám (pl. talpas [1], peremes [3; 4], bakcsapágyas [11]) Szerelési helyeket jelölő kódszámok Tengelyvég kialakítását jelölő kódszám (1 v. 2 hengeres tengelyvég [1; 2], 1 v. 2 kúpos tengelyvég [3; 4], 1 v. 2 peremes tengelyvég [5; 6])

34. / 94 oldal

Kapocsszekrény helyzetét jelölő betű

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.2 Építési alak, szerelé szerelési helyzetek ⇒ MSZ EN 60034 – 7:2002 3.2.3 Jelölési példák I.KÓ I.KÓD

vízszintes tengely, peremes csapágypajzs

függőleges tengely, peremes csapágypajzs alul

II. KÓ KÓD IM B 3 IM V 5 IM V 6 IM B 6 IM B 7 IM B 8 IM B 20 IM B 15 IM B 35 IM V 15 IM V 36 IM B 34 IM B 5 IM V 1 IM V 21 IM V 3 IM V 4 IM V 2 IM B 14 IM V 18 IM V 19 1M B 10

IM 1001 IM 1011 IM 1031 IM 1051 IM 1061 IM 1071 IM 1101 IM 1201 IM 2001 IM 2011 IM 2031 IM 2101 IM 3001 IM 3011 IM 3051 IM 3031 IM 3211 IM 3231 IM 3601 IM 3611 IM 3631 IM 4001

35. / 94 oldal

vízszintes tengely, talpas felerősítés, talpfelület alul

függőleges tengely, peremes csapágypajzs felül vízszintes tengely, peremes csapágypajzs, amelyhez nincs hozzáférés a motorház felől

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.3 A villamos forgó forgógépek rezgé rezgési és zajszintje A. Tengelyvég sugárirányú ütésének mértéke [mm] Tengely (D) függvényében 3 fokozat

NORMÁL PONTOSSÁG

FOKOZOTT PONTOSSÁG

NAGY PONTOSSÁG

B. Megengedett rezgéserősségek [mm/s] Tengelymagasság (H) és fordulatszám függvényében

NORMÁL GÉPEK (N)

CSÖKKENTETT REZGÉSŰ GÉPEK (R)

REZGÉSSZEGÉNY GÉPEK (S)

PRECIZIÓS GÉPEK (P)

C. Zajszint [dB/A] Névleges teljesítmény és fordulatszám függvényében

1. OSZTÁLY Normál gépek

2. OSZTÁLY Csökkentett zajú gépek

3. OSZTÁLY Zajszegény gépek

4. OSZTÁLY Különlegesen zajszegény gépek

D. „Nyugodt járás”

ha nn ≥ 1000 1/min, akkor Aμm < 50 · 3000/nn,

ahol nn [1/min];

ha nn < 1000 1/min, akkor Aμm < 150 μm; ahol A a gép csapágyain mért rezgés kétszeres amplitúdója mikronban.

36. / 94 oldal

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.4 Villamos forgó forgógépek vé védettsé dettsége ⇒ MSZ EN 60034 – 5 A védettségi fokozatok: aszerint változnak, hogy milyen mértékben valósítják meg: személyek védelmét a burkolaton belüli, aktív részek érintése vagy megközelítése, és a forgó alkatrészek megérintése ellen, és a gép védelmét a szilárd idegen testek behatolásával szemben;

a gépek védelmét a víz behatolásának káros következményeitől.

Jelölés:

IP International Protection

37. / 94 oldal

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.4 Villamos forgó forgógépek vé védettsé dettsége ⇒ MSZ EN 60034 – 5 3.4.1 Az első jellemző számjeggyel jelölt védettségi fokozatok Az első első jellemző jellemző szá számjegy

Védettsé dettségi fokozat Rövid leí leírás

0

Nem védett gép

1

50 mm-nél nagyobb szilárd testek ellen védett gép

2


3

2,5 mm-nél nagyobb szilárd testek ellen védett gép

4


5

Por ellen védett gép

6

Pormentes gép

Meghatá Meghatározá rozás

Nincs különleges védelem Védelem a burkolaton belüli aktív és mozgó részeknek az emberi test nagy felülete által, pl. kézzel való véletlen vagy szándékolatlan érintése vagy megközelítése ellen (de nincs védelem a szándékos behatolás ellen). Védelem az 50 mm-nél nagyobb átmérőjű szilárd testek behatolása ellen. Védelem a burkolaton belüli aktív és mozgó részeknek ujjakkal vagy hasonló, 80 mm-nél nem hosszabb tárgyak által történő érintése vagy megközelítése ellen. Védelem a 12 mm-nél nagyobb átmérőjű szilárd testek behatolása ellen. Védelem a burkolaton belüli aktív és mozgó részeknek a 2,5 mm-nél nem nagyobb átmérőjű szerszámok vagy huzalok által történő érintése vagy megközelítése ellen. Védelem a 2,5 mm-nél nagyobb átmérőjű szilárd testek behatolása ellen. Védelem a burkolaton belüli aktív és mozgó részeknek1 mm-nél vastagabb kör- v. négyszög-keresztmetszetű huzalok általtörténő érintése vagy megközelítése ellen. Védelem az 1 mm-nél nagyobb átmérőjű szilárd testek behatolása ellen. Védelem a burkolaton belüli aktív és mozgó részek érintése vagy megközelítése ellen. A por behatolása nincs teljesen megakadályozva, de a por nem juthat be olyan mennyiségben, hogy befolyásolná a gép kielégítő működését. Teljes mértékű védelem a por behatolásával szembe.

38. / 94 oldal

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.4 Villamos forgó forgógépek vé védettsé dettsége ⇒ MSZ EN 60034 – 5 3.4.2 A második jellemző számjeggyel jelölt védettségi fokozatok A 2. jellemző jellemző szá számjegy

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Védettsé dettségi fokozat Rövid leí leírás

Nem védett gép Csepegő víz ellen védett gép Csepegő víz ellen védett gép max. 15°-os dőlésig Permetező víz ellen védett gép Fröccsenő víz ellen védett gép Vízsugár ellen védett gép Hullámverés ellen védett gép Vízbe merítés ellen védett gép Tartós vízbe merítés ellen védett gép

Meghatá Meghatározá rozás

Nincs különleges védelem A csepegő víznek (függőleges esőcseppek) ne legyen káros hatása A függőlegesen csepegő víznek ne legyen káros hatása, ha a gépet bármilyen szögben, maximum 15°-ig megdöntik a normál működési helyzethez képest. A függőleges síktól számítva, maximum 60°-os szögig, permet formájában hulló víznek ne legyen káros hatása A bármilyen irányból a gépre fröccsenő víznek ne legyen káros hatása Egy fúvókából bármilyen irányból a gépre érkező vízsugárnak ne legyen káros hatása A viharos tengerről vagy erős vízsugárból ne hatoljon a víz a gépbe káros mennyiségben A víz behatolása a gépbe káros mennyiségben ne legyen lehetséges, ha a gépet a meghatározott nyomáson a meghatározott ideig vízben alámerítik A gép alkalmas folyamatos víz alá merítésre a gyártó által meghatározott körülmények között

39. / 94 oldal

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.4 Villamos forgó forgógépek vé védettsé dettsége ⇒ MSZ EN 60034 – 5 3.4.3 Áttekintő táblázat Első Első szá számjegy

Második szá számjegy

Védelem a személyek és a burkolaton belüli alkatrészek számára

IP

Vizsgá Vizsgálat Leí Leírás

Védelem víz behatolásának káros hatásával szemben

IP

Vizsgá Vizsgálat Leí Leírás

0

Nem védett gép

0

Nem védett gép

1


1

Csepegő víz ellen védett gép

2


2

Csepegő víz ellen védett gép max. 15°-os dőlésig

3

2,5 mm-nél nagyobb szilárd testek ellen védett gép

3

Permetező víz ellen védett gép

4


4

Fröccsenő víz ellen védett gép

5

Por ellen védett gép

5

Vízsugár ellen védett gép

6

Pormentes gép

6

Hullámverés ellen védett gép

7

Vízbe merítés ellen védett gép

8

Tartós vízbe merítés ellen védett gép

..m

40. / 94 oldal

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.5 Villamos forgó forgógépek szigetelé szigetelési osztá osztályai Villamos forgógépek tekercselése és lemezteste között SZIGETELÉS Hőállóság (termikus stabilitás) a villamos szigetelőanyagnak az a képessége, amelynél fogva a megengedett hőmérsékletnövekedés hatására is megtartja jellemző tulajdonságait a villamos motorra előírt üzemidő alatt. Villamos szigetelőanyagok hőállósági osztályba sorolása Az Hatá Határhő rhőmérsé rséklet a osztá osztály legmelegebb ponton (τhatá jele határ) °C

A E

105 120

B

130

F

155

H

180

C

> 180, esetenként meghatározva

⇒ MSZ EN 60085

Az osztá osztályba tartozó tartozó szigetelő szigetelőanyagok fő fő csoportjai

pamut, selyem, papír impregnálva vagy olajba helyezve pamut és papíranyagok szintetikus gyantákkal kezelve vagy fóliával bevonva mika, üvegrost, aramid, kapron, stb. és ezek kombinációi általában szintetikus kötőanyagokkal az előbbi anyagok és kombinációik szilikon elasztomerek és mika, üvegrost, üvegfólia kombinációk szilikon gyantákkal és lakkokkal kezelve mika, porcelán, üveg, kvarc és ezek kombinációi szervetlen kötőanyagokkal vagy anélkül

41. / 94 oldal

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.6 Villamos forgó forgógépek melegedé melegedése, hű hűlése és hű hűtése 3.6.1 Villamos forgógépek melegedése

Energiaátalakítás

Pveszt ⇒ HŐTELJESÍTMÉNY

tekercselési veszteség (Pt) vasveszteség (Pv)

Veszteség P2

súrlódási és ventillációs veszteség (Ps+v)

P1

Hőenergia

Géprészek hőmérsékletemelkedése

Hőenergia-áramlás a kisebb hőmérsékletű felületek felé

A folyamat leírása: villamos analógia alapján ϑk

I U1

R ΔU

⇒

U2 0

Ohm törvény: U=I·R

Pw

Rh

ϑ1

Δϑ

Rh

ϑ2

⇒

ϑ0 Hőátadás Ohm törvénye: ϑ = Pw · Rh

42. / 94 oldal

Pt

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.6 Villamos forgó forgógépek melegedé melegedése, hű hűlése és hű hűtése 3.6.1 Villamos forgógépek melegedése

A folyamat leírása: villamos analógia alapján I U1

R ΔU

⇒

U2 0

Ohm törvény: U=I·R

Pw

Rh

ϑ1

Δϑ

ϑk

Rh

ϑ2

⇒

ϑ0 Hőátadás Ohm törvénye: ϑ = Pw · Rh

Pt

A folyamat leírását egyszerűsítő feltételek: • a veszteségi teljesítmény, a fajhő, a hőátadási tényező állandó; • a túlmelegedési függvényt ϑ(t) a legmagasabb hőmérsékletű alkatrészre, a tekercselésre értelmezzük; • a vizsgált gép sem szerkezet, sem a létrejövő veszteségek eloszlása szempontjából nem homogén, de a tekercselést homogénnek tekintjük. A többi veszteségnek a tekercselés melegedésére gyakorolt hatását a mértékadó veszteség módszerével vesszük figyelembe.

43. / 94 oldal

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.6 Villamos forgó forgógépek melegedé melegedése, hű hűlése és hű hűtése 3.6.1 Villamos forgógépek melegedése A. Állandósult állapot

Állandó veszteségek mellett a gép egy pontjában a hőmérséklet az időtől függetlenül állandó. A keletkező és a távozó hőteljesítmény egymással egyenlő. Villamos helyettesítő vázlat a hornyokba rakott tekercselések melegedésére állandósult állapotban: ϑtek ahol: • Pt a tekercselési veszteség; ϑ ϑtv

ϑvf

Rht Pt

vas

Rhvf Pv

ϑl/2 Rhl

Ps+v

Pw

Környezet

• Pv a vasveszteség; • Ps+v a súrlódási és ventillációs veszteség; • ϑtv és Rht a tekercselés és a vastest közötti hőlépcső illetve hőellenállás; • ϑvf és Rhvf a vastest és a hőleadó felület hőlépcsője illetve hőellenállása; • ϑ1 és Rh1 a hűtőlevegő túlmelegedése illetve a környezetig terjedő szakasz hőellenállása;

(azért számolunk az átlagos ϑl/2-vel, mert a gép aktív részeivel érintkező hűtőlevegő hőmérsék-lete a be- és kiömlő keresztmetszetnél mért érték között van;)

• ϑtek és ϑvas a tekercselés ill. a vastest túlmelegedése a környezethez képest.

44. / 94 oldal

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.6 Villamos forgó forgógépek melegedé melegedése, hű hűlése és hű hűtése 3.6.1 Villamos forgógépek melegedése A. Állandósult állapot Villamos helyettesítő vázlat a hornyokba rakott tekercselések melegedésére állandósult állapotban: ϑtek

ϑtv

ϑvf

Rht Pt

ϑvas

Rhvf Pv

ϑl/2

Pw

ϑt P’w

Környezet

P’W

Rhl

Környezet

Rh

Ps+v

B. Mértékadó vagy redukált veszteség (P’w) számítása Csomóponti egyenlet: Pw = Pt + Pv + Ps+v ϑt = Pt · Rht + (Pt + Pv) · Rhvf + (Pt + Pv + Ps+v) · Rhl Hurok egyenlet: ϑt = ϑtv + ϑvf + ϑl/2

ϑt = Pt · (Rht + Rhvf + Rhl) + Pv · (Rhvf + Rhl) + Ps+v · Rhl ⎞ ⎛ R hvf + R hl R hl Pv + Ps + v ⎟⎟ ϑt = (R ht + R hvf + R hl ) ⋅ ⎜⎜ Pt + R R R R R R + + + + ⎠ ⎝ ht hvf hl ht hvf hl kv ≈ 0,6 – 0,8

Rh ϑt = Rh · (Pt + kv · Pv + ks · Ps+v) P’w

ϑt = Rh · P’w

45. / 94 oldal

ks ≈ 0,1

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.6 Villamos forgó forgógépek melegedé melegedése, hű hűlése és hű hűtése 3.6.1 Villamos forgógépek melegedése C. Melegedési és hűlési tranziens folyamatok

Üzemállapot változás

veszteségek változása

hőmérséklet változás

A melegedés differenciálegyenlete: tekercselés dϑ túlmelegedését fedező (hőkapacitásban tárolódó) energia dt idő alatt létrejövő hőenergia hűtőfelületen (hőellenálláson) távozó hőenergia

P’wdt = G · c · dϑ + A · h · ϑ · dt , ahol G: a súly; c: a fajhő; hőkapacitás: Ch = G · c

P' w = C h ⋅

hőellenállás: R h =

dϑ ϑ + = Pc + Pk dt R h

A: a hűtőfelület; h: a hőátadási tényező.

1 A⋅h

Villamos analógia: áramgenerátoros táplálású párhuzamos RC tag egyenletével P’w

P’w

46. / 94 oldal

ϑ Pc

Ch

Pk

Rh

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.6 Villamos forgó forgógépek melegedé melegedése, hű hűlése és hű hűtése 3.6.1 Villamos forgógépek melegedése C. Melegedési és hűlési tranziens folyamatok Felmelegedés időfüggvénye ϑ(t)

ϑ ϑmax

P P’w

t

A melegedés differenciálegyenlete: P'w dt = Ch ⋅ dϑ +

ϑ dt Rh

Feltétel:állandósult állapotban (t ⇒ ∞) dϑ = 0, a maximális túlmeleg elérésekor P’w = ϑmax/Rh A változók szétválasztásával:

?

ϑmax ϑ dt = Ch ⋅ dϑ + dt Rh Rh

ϑ t −1 ϑmax − ϑ 1 dϑ ⇒ dt = Ch ⋅ dϑ ⇒ ∫ dt = ∫ − ϑ ⋅ Rh R C max − ϑ h 0 0 h

ϑ −ϑ t = [− ln (ϑmax − ϑ )]ϑ0 = −[ln (ϑmax − ϑ) − ln ϑmax ] = − ln max ϑmax R h ⋅ Ch villamos analógia alapján: Rh · Ch = T

−

t

t t ⎛ − ⎞ − ϑ −ϑ t ϑ −ϑ = ln max ⇒ e T = max ⇒ ϑ = ϑmax ⋅ ⎜⎜ 1 − e T ⎟⎟ T ϑmax ϑmax ⎝ ⎠

47. / 94 oldal

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.6 Villamos forgó forgógépek melegedé melegedése, hű hűlése és hű hűtése 3.6.1 Villamos forgógépek melegedése C. Melegedési és hűlési tranziens folyamatok Lehűlés időfüggvénye ϑ(t)

ϑ

P

ϑmax

P’w

t

?

t

Feltétel:a motort lekapcsoljuk a hálózatról, és feszültségmentes állapotba kerül ⇒ P’w = 0 A folyamat differenciálegyenlete: ϑ 0 = Ch ⋅ dϑ + ⋅ dt Rh A változók szétválasztásával: ϑ 1 t 1 ϑ dt ⇒ Ch ⋅ dϑ = − dt ⇒ ∫ dϑ = ∫ − C ϑ Rh h ⋅ Rh 0 0

[ln ϑ]ϑϑmax = ln

ϑ ϑmax

=−

t ⇒ T

ϑ ϑmax

=e

−

t T

⇒ ϑ = ϑmax ⋅ e

48. / 94 oldal

−

t T


1. Felmelegedési időfüggvények: a. a melegedés kezdeti hőmérséklete ϑk = 0 ϑ

ϑmax

b. a melegedés kezdeti hőmérséklete ϑk ≠ 0 ϑ

ϑmax

0,95ϑmax 0,86ϑmax

0,63ϑmax

T

2T

ϑk

3T

4T t

T

t ⎛ − ⎞ ϑ = ϑmax ⋅ ⎜ 1 − e T ⎟ ⎟ ⎜ ⎠ ⎝ Megjegyzés: A felmelegedési görbék kezdeti érintői:

2T

3T

4T t

ϑ = ϑmax − (ϑmax − ϑk ) ⋅ e

ϑ dϑ = max dt t = 0 T

49. / 94 oldal

−

t T


2. Lehűlési időfüggvények: a. a hűlés véghőmérséklete ϑv = 0 ϑmax

ϑ

b. a hűlés véghőmérséklete ϑv ≠ 0 ϑmax

ϑ

ϑv

0,37ϑmax 0,14ϑmax 0,05ϑ

max

T

2T

3T

ϑ = ϑmax ⋅ e

−

4T t

T

t T

Megjegyzés: • A lehűlési görbék kezdeti érintői:

2T

3T

ϑ = ϑ v + (ϑmax − ϑ v )

4T t t − ⋅e T

ϑ dϑ = − max dt t = 0 T

• A felmelegedési és lehűlési görbéknél azonos időállandót feltételezünk ⇒ melegedés és hűlés folyamán a hőátadás megegyezik (h = const.) ⇒ idegen szellőzésű gépek • Saját szellőzésű motoroknál az álló (hűlés) és forgó állapothoz tartozó időállandók jelentősen eltérnek.

50. / 94 oldal

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.6 Villamos forgó forgógépek melegedé melegedése, hű hűlése és hű hűtése 3.6.1 Villamos forgógépek melegedése C. Melegedési és hűlési tranziens folyamatok Rövid ideig tartó túlterhelések P’w

P’w

Például: aszinkron motornál indítási áramlökés

ϑ Pc

Ch

Pk

Rh

Differenciálegyenlet:

P'w = Ch ⋅

P’w ugrásszerűen megnő. A keletkező hőmennyiség a tekercselés hőmérsékletét emeli. A hőmérséklet növekedés: P' Δϑ = ϑ vég − ϑkez det = w ⋅ Δt , ahol Δt: G⋅c Anyagállandókkal (P’w ill. G a tekercselés térfogatával arányos): ρ ⋅ s'2 ⋅V s'2 ahol ρ: ϑ v − ϑk = ⋅ Δt = ⋅ Δt , γ ⋅V⋅c Kϑ c: γ: γ ⋅c Kϑ = s’ : ρ (a tekercselés melegedésére jellemző állandó)

51. / 94 oldal

dϑ ϑ = Pc + Pk + dt R h A gép a hirtelen változás (rövid idő) miatt a környezetnek nem tud hőt átadni: Pk ≈ 0.

a túlterhelés időtartama.

a fajlagos ellenállás; a fajhő; a fajsúly; a P’w-nek megfelelő áramsűrűség (gyakorlatban s’ ≈ s).

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.6 Villamos forgó forgógépek melegedé melegedése, hű hűlése és hű hűtése 3.6.2 A villamos forgógépek hűtésének fizikai alapjai HŐTELJESÍTMÉNY Energiaátalakítás Pveszt

Veszteség (hőteljesítmény)

Hőenergia terjedése: Hőforrás (hőleadó)

T1

Géprészek hőmérséklet-emelkedése

hővezetés Φ ~ T1 – T2

hőáramlás Φ ~ T1 – T2

hősugárzás Φnettó ~ T14 – T24

52. / 94 oldal

T2 Hőnyelő (hőfelvevő)

P1

P2

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.6 Villamos forgó forgógépek melegedé melegedése, hű hűlése és hű hűtése

hőmérséklet

3.6.2 A villamos forgógépek hűtésének fizikai alapjai A. Hővezetés (melegvezetés) Fogalmak: hőszigetelő • Stacionárius hőáram [J/s] T1 T2 hővezető T − T2 ΔT Φ = λ⋅A⋅ 1 = λ⋅A⋅ x1 − x 2 Δx hőfelvevő hőleadó hőáram ahol λ: hővezetési tényező [WK–1·m–1]; keresztmetszet, A: a két termikus kontaktusban álló tárgy A közötti összeköttetés keresztmetszete; ΔT: a forrás és a nyelő közötti hőmérsékletlineáris hőmérséklet-gradiens különbség; T1 ΔT/Δx = állandó Δx: a forrás és a nyelő közötti távolság. T2

ΔT

Δx x1

x x2

• Lineáris hőáramsűrűség [W/m2] ΔT ; Fourier-féle hővezetési törvény. q = λ⋅ Δx

A melegvezetés hatása a villamos forgógépek hűtése szempontjából az álló állapoton kívül gyakorlatilag elhanyagolható.

53. / 94 oldal

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.6 Villamos forgó forgógépek melegedé melegedése, hű hűlése és hű hűtése 3.6.2 A villamos forgógépek hűtésének fizikai alapjai B. Hősugárzás

el is nyel sugárzást

fekete test

Stefan-Boltzmann törvény szerint fekete test felületegységre eső sugárzási teljesítménye: qr = B · T4 , ahol q: a kisugárzott felületi hőteljesítmény [W/m2]; B = 5,670 · 10–8 Wm–2K–4, Boltzmann-állandó; T: a sugárzó test termodinamikai hőmérséklete [K]. qr = B (T4 – Tu4) ,

ahol Tu: a fekete test környezetének termodinamikai hőmérséklete [K].

Sugárzással hőteljesítményt

• alacsony fordulatszámú, vagy • álló, nagy méretű, sima felületű motorok adnak le.

Sugárzási hőteljesítmény (idő- és felületegységre): qr = ε · B · (TM4 – TK4), ahol ε: TM: TK: ahol hr : qr = hr · ϑ = hr (τM – τK), hr = (6…7) W/m2°C

a motor színére jellemző viszonyszám; a motor felületének hőmérséklete [K]; a besugárzott környezet hőmérséklete [K]. sugárzási hőátadási tényező [W/m2°C], gyakorlati értéke 6,5 W/m2°C; τM : a motorfelület hőmérséklete [°C]; τK : a környezet hőmérséklete [°C].

54. / 94 oldal

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.6 Villamos forgó forgógépek melegedé melegedése, hű hűlése és hű hűtése 3.6.2 A villamos forgógépek hűtésének fizikai alapjai C1. Természetes konvekció

A hőáramlás áramló gázok vagy folyadékok mozgásával végbemenő hőtranszport. A folyamatot a lokális hőmérsékletkülönbség által okozott sűrűségkülönbség indítja el.

A hőátadási tényező tapasztalati értéke: htk = (6,5…7,5) W/°Cm2 A hőleadási teljesítmény: qtk = htk · ϑ = htk · (τM – τK) ≈ 7 · (τM – τK) W/m2 Statikus hőátadási tényező: hst = hr + htk = (13…15) W/°Cm2

55. / 94 oldal

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.6 Villamos forgó forgógépek melegedé melegedése, hű hűlése és hű hűtése 3.6.2 A villamos forgógépek hűtésének fizikai alapjai C2. Mesterséges konvekció A gép mesterséges szellőzéssel rendelkezik

A hőátadási tényező meghatározása nehéz, mivel nem ismerjük: • a gép belsejében fellépő hőellenállást; • az egyes áramlási szakaszokban átadott hőteljesítmény értékét; • a hűtőközeg az alkatrészek mekkora túlmelegedésénél veszi át a meleget.

56. / 94 oldal

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.6 Villamos forgó forgógépek melegedé melegedése, hű hűlése és hű hűtése 3.6.2 A villamos forgógépek hűtésének fizikai alapjai C2. Mesterséges konvekció A hűtőlevegő túlmelegedése: τ lbe

ϑlev = τ lki − τ lbe =

PW , c lev ⋅ Vlev

ahol τlbe: a beáramló levegő hőmérséklete [°C]; τlki: a kiáramló levegő hőmérséklete [°C]; PW: a motor összes vesztesége [W]; clev = 1200 Ws/°Cm3, a levegő fajhője; Vlev: a levegő mennyisége [m3/s].

τlki

Radiális síklapátú szellőzőknél (átlagos áramlási ellenállást és belső nyomásesést feltételezve): Vlev ≈ 0,2 · vk · Ak , ahol vk: a szellőzőkerék kerületi sebessége [m/s]; Ak: a levegő kilépési keresztmetszete [m2]. Vlev ≈ k · n Gyakorlati tapasztalatok alapján: hmk = (1.5…4) · hst ≈ (20…55) W/°Cm2

57. / 94 oldal

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.6 Villamos forgó forgógépek melegedé melegedése, hű hűlése és hű hűtése 3.6.3 Hűtési módok jelölésrendszere ⇒ MSZ EN 60034 – 6 Hűtőkör elrendezését jellemző szám International Cooling

Teljes jelölés:

IC

Egyszerűsített jelölés:

IC

Primer hűtőközeg jellemző betűje (Egyszerűsített jelölésnél a levegőre utaló A betű elmarad)

Megjegyzés:

Primer hűtőközeg továbbítási módját jelző szám Szekunder hűtőközeg jellemző betűje (Egyszerűsített jelölésnél a levegőre utaló A betű elmarad) Szekunder hűtőközeg továbbítási módját jelző szám (Egyszerűsített jelölésnél, ha a szekunder hűtőközeg víz {W}, a 7-es szám elmarad)

• a teljes jelölés felismerhetősége ⇒ IC után 3 v. 5 szám és betű áll szabályos sorrendben pl. IC 3A1; IC 4A1A1; IC 7A1W7; • az egyszerűsített jelölés felismerhetősége ⇒ IC után 2 v. 3 egymást követő szám, v. utolsó helyen betű áll pl. IC 31; IC 411; IC 71W.

58. / 94 oldal

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.6 Villamos forgó forgógépek melegedé melegedése, hű hűlése és hű hűtése 3.6.3 Hűtési módok jelölésrendszere ⇒ MSZ EN 60034 – 6 3.6.3.1 A hűtőkör-elrendezés jellemző száma IC A hűtőközeg(ek) keringetésére és a hőnek a gépből történő eltávolítására jellemző hűtőkör-elrendezést jelöli. Jellemző Jellemző szá szám

Rövid leí leírás

Meghatá Meghatározá rozás A hűtőközeg közvetlenül a környező közegből szabadon beszívódik, lehűti a gépet majd szabadon visszatér közvetlenül a környező közegbe (nyitott hűtőkör). A hűtőközeg a géptől távoli közegből beszívódik, az a beömlő csövön vagy hűtőcsatornán keresztül a géphez van vezetve, áthalad a gépen, majd közvetlenül a környező közegbe tér vissza (nyitott hűtőkör). A hűtőközeg közvetlenül a környező közegből beszívódik, áthalad a gépen, majd a gépből a kiömlő csövön vagy hűtőcsatornán keresztül a géptől távoli közegbe ürül ki (nyitott hűtőkör). A hűtőközeg a géptől távoli közegből beszívódik, az a beömlő csatornán vagy hűtőcsatornán keresztül a géphez van vezetve, keresztülhalad a gépen, majd a kiömlő csatornán vagy hűtőcsatornán keresztül a géptől távoli közegbe ürül ki (nyitott hűtőkör). A primer hűtőközeg a gépben zárt hűtőkörben van keringtetve, hőmennyiségét a gép külső felületén keresztül (az állórész lemeztestén és az egyéb hővezető részeken keresztül leadott hőmennyiségek mellett) adja át a végső hűtőközegnek, ami a környező közeg. A felület lehet sima vagy bordázott, a hőátadást javító külső köpennyel vagy anélkül. A primer hűtőközeg zárt hűtőkörben van keringtetve, hőmennyiségét a gépbe épített, és annak szerves részét képező hőcserélőn keresztül adja át a végső hűtőközegnek, ami a környező közeg. A primer hűtőközeg zárt hűtőkörben van keringtetve, hőmennyiségét közvetlenül a gépre szerelt hőcserélőn keresztül adja át a végső hűtőközegnek, ami a környező közeg. A primer hűtőközeg zárt hűtőkörben van keringtetve, hőmennyiségét a gépbe épített, és annak szerves részét képező hőcserélőn keresztül adja át a szekunder hűtőközegnek, ami a távoli közeg. A primer hűtőközeg zárt hűtőkörben van keringtetve, hőmennyiségét közvetlenül a gépre szerelt hőcserélőn keresztül adja át a szekunder hűtőközegnek, ami a távoli közeg.

0

Szabad keringés

1 2

Beömlő cső vagy beömlő hűtőcsatorna keringtetésű Kiömlő cső vagy kiömlő hűtőcsatorna keringtetésű

3

Be- és kiömlő cső vagy hűtőcsatorna keringtetésű

4

Gépházfelület hűtésű

5

Szervesen beépített (környező közeget felhasználó) hőcserélő Gépre szerelt (környező közeget felhasználó) hőcserélő Szervesen beépített (távoli közeget felhasználó) hőcserélő Gépre szerelt hőcserélő (távoli közeget felhasználó) Különálló (környező vagy A primer hűtőközeg zárt hűtőkörben van keringtetve, hőmennyiségét, a géptől különálló hőcserélőn távoli közeget felhasználó) keresztül adja át a szekunder hűtőközegnek, ami vagy a környező, vagy a távoli közeg. hőcserélő

6 7 8 9

59. / 94 oldal

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.6 Villamos forgó forgógépek melegedé melegedése, hű hűlése és hű hűtése 3.6.3 Hűtési módok jelölésrendszere ⇒ MSZ EN 60034 – 6 3.6.3.2 A hűtőközeg jellemző betűje IC A primer hűtőközeget jelölő betű A szekunder hűtőközeget jelölő betű Jellemző Jellemző betű betű

Hűtőközeg

A

Levegő

F

Freon

H

Hidrogén

N

Nitrogén

C

Széndioxid

W

Víz

U

Olaj

S

Tetszőleges más hűtőközeg

Y

Még nem kiválasztott hűtőközeg

60. / 94 oldal

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.6 Villamos forgó forgógépek melegedé melegedése, hű hűlése és hű hűtése 3.6.3 Hűtési módok jelölésrendszere ⇒ MSZ EN 60034 – 6 3.6.3.3 A hűtőközeg továbbítási módjának jellemző száma IC (A teljes jelölésben) az egyes hűtőközegeket jelölő betűket követő számok ennek a megfelelő hűtőközegnek a továbbítási módját jelölik az alábbi táblázattal összhangban. Jellemző Jellemző szá szám


0

Szabad hőáramlás

1

Önkeringtetés

2, 3, 4

Meghatá Meghatározá rozás A hűtőközeg a hőmérsékletkülönbség hatására mozog. A forgórész szellőztető hatása elhanyagolható. A hűtőközeg a főgép fordulatszámától függően vagy kizárólag a forgórész hatására, vagy az e célra tervezett és közvetlenül a főgép forgórészére felszerelt alkatrész segítségével vagy a főgép, illetve a forgórész által mechanikusan meghajtott szellőzőventilátorral vagy szivattyúval továbbítódik. Későbbi felhasználás céljára fenntartva.

5

Szervesen beépített független elem

6

Gépre szerelt független elem

7

Különálló és független elem, vagy nyomás alatt álló hűtőközeg-rendszer

8

Viszonylagos elmozdulás

9

Minden más elem

A hűtőközeg egy szervesen beépített elem segítségével továbbítódik, amelynek hajtóteljesítménye a főgép fordulatszámától független módon biztosított, például saját villamos hajtómotorjával működtetett belső szellőzőventilátor vagy szivattyú. A hűtőközeg egy gépre szerelt elem segítségével továbbítódik, amelynek hajtóteljesítménye a főgép fordulatszámától független módon biztosított, például saját villamos hajtómotorjával működtetett gépre szerelt szellőzőventilátor vagy szivattyú. A hűtőközeg egy géptől független és arra nem szerelt, különálló villamos vagy mechanikai elem segítségével, vagy a hűtőközeget keringtető rendszer nyomásának hatására továbbítódik, például nyomás alatt álló vízvezeték- vagy gáz-vezetékhálózatról táplálva. A hűtőközeg továbbítását a gép és a hűtőközeg közötti viszonylagos elmozdulás eredményezi, vagy a gépnek a hűtőközegen keresztül történő mozgatásával, vagy a környező hűtőközeg (levegő vagy folyadék) áramoltatásával. A hűtőközeg továbbítása a fentiekben meghatározott módszerektől eltérően történik, amit részletesen meg kell adni.

61. / 94 oldal

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.6 Villamos forgó forgógépek melegedé melegedése, hű hűlése és hű hűtése 3.6.3 Hűtési módok jelölésrendszere ⇒ MSZ EN 60034 – 6 3.6.3.4 Összefoglalás A 1 A1 Pl. IC 4 HŰTŐKÖR-ELRENDEZÉ ELRENDEZÉS Jellemző Jellemző szá szám


HŰTŐKÖZEG Jellemző Jellemző szá szám


HŰTŐKÖR-ELRENDEZÉ ELRENDEZÉS Jellemző Jellemző szá szám


0

Szabad keringés

A

Levegő

0

Szabad hőáramlás

1

Beömlő cső vagy beömlő hűtőcsatorna keringtetésű

F

Freon

1

Önkeringtetés

2

Kiömlő cső vagy kiömlő hűtőcsatorna keringtetésű

H

Hidrogén

2

3

Be- és kiömlő cső vagy hűtőcsatorna keringtetésű

N

Nitrogén

3

4

Gépházfelület hűtésű

C

Széndioxid

4

5

Szervesen beépített (környező közeget felhasználó) hőcserélő

W

Víz

5

Szervesen beépített független elem

6

Gépre szerelt (környező közeget felhasználó) hőcserélő

U

Olaj

6

Gépre szerelt független elem

7

Szervesen beépített (távoli közeget felhasználó) hőcserélő

S

Tetszőleges más hűtőközeg

7

Különálló és független elem, v. nyomás alatt álló hűtőközeg-rendszer

8

Gépre szerelt hőcserélő (távoli közeget felhasználó)

Y

Még nem kiválasztott hűtőközeg

8

Viszonylagos elmozdulás

9

Különálló (környező vagy távoli közeget felhasználó) hőcserélő

9

Minden más elem

62. / 94 oldal

Későbbi felhasználás céljára fenntartva

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.6 Villamos forgó forgógépek melegedé melegedése, hű hűlése és hű hűtése 3.6.3 Hűtési módok jelölésrendszere ⇒ MSZ EN 60034 – 6 3.6.3.5 Példák

IC 0 A1 IC 0 1 Szabad keringés: a levegő (A) a környező közegből szabadon beszívódik, lehűti a gépet, majd szabadon visszatér közvetlenül a környező közegbe.

Önkeringtetés: ventillátor a gép tengelyére szerelve.

63. / 94 oldal


IC 4 A1 A0 IC 4 1 0 Gépház felület hűtés: a primer hűtőközeg a gépben zárt hűtőkörben van keringtetve, hőmennyiségét a gép külső felületein keresztül adja át a környezetnek.

Szabad hőáramlás: a szekunder hűtőközeg (A) a hőmérsékletkülönbség hatására mozog. Önkeringtetés: a primer hűtőközeg (A) a forgórész hatására továbbítódik.

64. / 94 oldal


IC 0 A6 IC 0 6 Szabad keringés (nyitott hűtőkör).

A gépre szerelt független elem továbbítja a hűtőközeget (saját villamos motorjával működtetett főgéptől független fordulatszámú ventillátor).

65. / 94 oldal


IC 4 A1 A1 IC 4 1 1 Gépház felület hűtés (környező közeget felhasználva).

Önkeringtetés: a szekunder hűtőközeg (A) a forgórészre szerelt ventillátorral továbbítódik. Önkeringtetés: a primer hűtőközeg (A) a forgórészre szerelt ventillátorral továbbítódik.

66. / 94 oldal


IC 8 A1 W7 IC 8 1 W Hűtőkör elrendezés: a primer hűtőközeg zárt körben van keringtetve, hőmennyiségét közvetlenül a gépre szerelt hőcserélőn adja át a szekunder hűtőközegnek, ami távoli közeg (W).

A szekunder hűtőközeg víz, feltételezhetően továbbítása a géptől különálló, független elem vagy nyomás alatt álló önálló rendszer segítségével történik. A primer hűtőközeg levegő, amely önkeringtetés révén továbbítódik.

67. / 94 oldal

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.7 Villamos motorok üzemtí zemtípusai 3.7.1 Állandó üzem ⇒ S1 üzemtípus M

Állandó terhelésű működés, melynek időtartama elegendő ahhoz, hogy a gép elérje a hőegyensúlyi állapotot. t

Helyes rövidítése: S1

P’W

t

ϑ ϑmax

t

M P’W ϑ ϑmax t

= terhelés = villamos veszteségek = hőmérséklet = elért legnagyobb hőmérséklet = idő

68. / 94 oldal

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.7 Villamos motorok üzemtí zemtípusai 3.7.2 Rövid idejű üzem ⇒ S2 üzemtípus M

t

Megadott időtartamú állandó terhelésű működés, amelynek időtartama rövidebb a termikus egyensúly eléréséhez szükséges időnél, s amelyet elegendően hosszú időtartamú szünet követ ahhoz, hogy a gép hőmérséklete a hűtőközeg hőmérsékletét 2 Ken belül megközelítő értékre visszaálljon. Helyes rövidítése: S2 60 min

P’W

t

Üzemtípus jele

Az üzem időtartama

ϑ ϑmax

Δtp

t

M P’W ϑ ϑmax t Δtp

= terhelés = villamos veszteségek = hőmérséklet = elért legnagyobb hőmérséklet = idő = az állandó terhelésű működés időtartama

69. / 94 oldal

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.7 Villamos motorok üzemtí zemtípusai 3.7.3 Szakaszos periodikus üzem ⇒ S3 üzemtípus M

TC ΔtP

Azonos üzemi ciklusok sorozata, amelyek mindegyike egy állandó terhelésű működésből és egy üzemszünetből áll. Ennél az üzemnél a ciklus olyan, hogy az indítási áram nem befolyásolja jelentősen a melegedést.

ΔtR

t

Helyes rövidítése: S3 25%

P’W Üzemtípus jele

Viszonylagos bekapcsolási idő.

t

ϑ ϑmax

t

M P’W ϑ ϑmax t TC ΔtP ΔtR

= terhelés = villamos veszteségek = hőmérséklet = elért legnagyobb hőmérséklet = idő = egy terhelési ciklus időtartama = az állandó terhelésű működés időtartama = az üzemszünet időtartama Viszonylagos bekapcsolási idő = ΔtP/TC

70. / 94 oldal

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.7 Villamos motorok üzemtí zemtípusai 3.7.4 Szakaszos periodikus üzem, indítással ⇒ S4 üzemtípus M

TC

t

P’W

ΔtP

Azonos üzemi ciklusok sorozata, amelyek mindegyike jelentős indítási szakaszból, állandó terhelésű működésből és üzemszünetből áll. Helyes rövidítése:

S4 25% ΘM=0,15 kgm2 Θext=0,7 kgm2

ΔtR

Üzemtípus jele Viszonylagos bekapcsolási idő

ΔtD t ϑ ϑmax

t

Motor tehetetlenségi nyomatéka a motor tengelyére vonatkoztatva.

Terhelés tehetetlenségi nyomatéka a motor tengelyére vonatkoztatva.

M = terhelés P’W = villamos veszteségek ϑ = hőmérséklet ϑmax = elért legnagyobb hőmérséklet t = idő TC = egy terhelési ciklus időtartama ΔtD = indítás/gyorsulás időtartama ΔtP = az állandó terhelésű működés időtartama ΔtR = az üzemszünet időtartama Viszonylagos bekapcsolási idő = (ΔtD + ΔtP)/TC

71. / 94 oldal

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.7 Villamos motorok üzemtí zemtípusai M

3.7.5 Szakaszos periodikus üzem, villamos fékezéssel ⇒ S5 üzemtípus TC Azonos üzemi periódusok sorozata, amelyek mindegyike egy indítási szakaszból, egy állandó terhelésű működésből, villamos fékezési szakaszból és üzemszünetből áll. t Helyes rövidítése:

S5 25% ΘM=0,15 kgm2 Θext=0,7 kgm2

ΔtF P’W

ΔtP

Üzemtípus jele

ΔtR

Viszonylagos bekapcsolási idő

ΔtD

t

ϑ ϑmax

t



M = terhelés P’W = villamos veszteségek ϑ = hőmérséklet ϑmax = elért legnagyobb hőmérséklet t = idő TC = egy terhelési ciklus időtartama ΔtD = indítás/gyorsulás időtartama ΔtP = az állandó terhelésű működés időtartama ΔtF = a villamos fékezés időtartama ΔtR = az üzemszünet időtartama Viszonylagos bekapcsolási idő = (ΔtF + ΔtD + ΔtP)/TC

72. / 94 oldal

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.7 Villamos motorok üzemtí zemtípusai 3.7.6 Folyamatos periodikus üzem ⇒ S6 üzemtípus M

TC ΔtP

Azonos üzemi ciklusok sorozata, amelyek mindegyike egy állandó terhelésű működésből és egy üresjárási szakaszból áll.

ΔtV

Helyes rövidítése: S6 40% t Üzemtípus jele

P’W

t ϑ ϑmax

t

M P’W ϑ ϑmax t TC ΔtP ΔtV

Viszonylagos bekapcsolási idő.

= terhelés = villamos veszteségek = hőmérséklet = elért legnagyobb hőmérséklet = idő = egy terhelési ciklus időtartama = az állandó terhelésű működés időtartama = az üresjárás időtartama Viszonylagos bekapcsolási idő = ΔtP/TC

73. / 94 oldal

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.7 Villamos motorok üzemtí zemtípusai M

3.7.7 Folyamatos periodikus üzem, fékezéssel ⇒ S7 üzemtípus TC Azonos üzemi ciklusok sorozata, amelyek mindegyike egy indítási szakaszból, egy állandó terhelésű működésből és villamos fékezési szakaszból áll. t Üzemszünet nincs. Helyes rövidítése:

ΔtD P’W

ϑ ϑmax

ΔtP

S7 ΘM=0,4 kgm2 Θext=7,5 kgm2

ΔtF Üzemtípus jele



M = terhelés P’ t W = villamos veszteségek ϑ = hőmérséklet ϑmax = elért legnagyobb hőmérséklet t = idő TC = egy terhelési ciklus időtartama ΔtD = indítás/gyorsulás időtartama ΔtP = az állandó terhelésű működés időtartama ΔtF = a villamos fékezés időtartama t Viszonylagos bekapcsolási idő = 1

74. / 94 oldal

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.7 Villamos motorok üzemtí zemtípusai 3.7.8 Folyamatos periodikus üzem, összerendelt terhelés/fordulatszám változásokkal ⇒ S8 üzemtípus TC

M

t ΔtP2 P’W

ΔtD

ΔtP1

ΔtF1

ΔtP3 ΔtF2

t ϑ

ϑmax

t n

t

75. / 94 oldal

Azonos ciklusokból álló sorozat, amelyek mindegyike egy előre meghatározott fordulatszámnak megfelelő állandó terhelésű szakaszból, és az azt követő egy vagy több, az előzőtől eltérő fordulatszámnak megfelelő más állandó terhelésű szakaszból áll (amely pl. aszinkron-motornál pólusszám-váltással valósítható meg). Üzemszünet nincs. TC = egy terhelési ciklus időtartama ΔtD = indítás/gyorsulás időtartama ΔtP = az állandó terhelésű működés időtartama (P1, P2, P3) ΔtF = a villamos fékezés időtartama (F1, F2)

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.7 Villamos motorok üzemtí zemtípusai 3.7.8 Folyamatos periodikus üzem, összerendelt terhelés/fordulatszám változásokkal ⇒ S8 üzemtípus

Helyes rövidítése:

S8 ΘM= 0,5 kgm2 Θext= 6 kgm2 Üzemtípus jele


16 kW 40 kW 25 kW


Viszonylagos bekapcsolási idő = (ΔtD + ΔtP1)/TC;

740 min-1 1460 min-1 980 min-1

30% 30% 40%

Az egyes működési állapotokra vonatkozó terhelés, fordulatszám és viszonylagos bekapcsolási idő

(ΔtF1 + ΔtP2)/TC;

76. / 94 oldal

(ΔtF2 + ΔtP3)/TC

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.7 Villamos motorok üzemtí zemtípusai 3.7.9 Nem periodikus terhelés- és fordulatszám-változásokkal jellemezhető üzem ⇒ S9 üzemtípus

Olyan üzem, amelyben a terhelés és a fordulatszám általában nem periodikusan változik a megengedhető működési tartományban. Ez az üzem gyakori túlterheléseket tartalmaz, amelyek a vonatkoztatási terhelést (teljes terhelést) jelentősen meghaladhatják. Helyes rövidítése: S9 Ennél az üzemtípusnál a túlterhelés fogalmához egy, az S1 üzemtípuson alapuló és megfelelően megválasztott állandó terhelést (Mref) kell vonatkoztatási értéknek tekinteni.

77. / 94 oldal

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.7 Villamos motorok üzemtí zemtípusai 3.7.9 Nem periodikus terhelés- és fordulatszám-változásokkal jellemezhető üzem ⇒ S9 üzemtípus n

M

ΔtP ΔtD

ΔtF ΔtR

t

ΔtS

Mref

t

M Mref P’W ϑ ϑmax

= = = = =

n = t = ΔtD =

P’W

t ϑ

ΔtP = ΔtF =

ϑmax

t

78. / 94 oldal

ΔtR = ΔtS =

terhelés referenciaterhelés villamos veszteségek hőmérséklet elért legnagyobb hőmérséklet fordulatszám idő indítás/gyorsulás időtartama az állandó terhelésű működés időtartama a villamos fékezés időtartama üzemszünet időtartama túlterhelés időtartama

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.7 Villamos motorok üzemtí zemtípusai 3.7.10 Különböző állandó terhelésekkel jellemezhető üzem ⇒ S10 üzemtípus M

TC

Mref t1

t2

t3

M1

M2

M3

t4 M4

t

P’W

t ϑ

ϑref

Δϑ1

Δϑ2 Δϑ4 t

n

t

Mi = i-edik állandó terhelés a terhelési cikluson belül Mref = S1 típusú üzem melletti referenciaterhelés ϑref = a referenciaterhelés S1 típusú üzeme melletti hőmérséklet ti = az i-edik állandó terhelés időtartama a cikluson belül Δϑref = a tekercselésnek a terhelési cikluson belüli i-edik állandó terhelés mellett kialakuló melegedése és a referenciaterhelés S1 típusú üzeme melletti melegedése közötti különbség

79. / 94 oldal

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.7 Villamos motorok üzemtí zemtípusai 3.7.10 Különböző állandó terhelésekkel jellemezhető üzem ⇒ S10 üzemtípus M

TC

Mref t1

t2

t3

M1

M2

M3

t4 M4

t

M

P’W

S10 p/Δ p/Δt = 0,9/0,3; 1,1/0,2; 1/0,3; r/0,2; TL = 0,6 t

ϑ

ϑref

Olyan üzem, amely négynél nem több diszkrét terhelésből (vagy egyenértékű terhelésből) áll, amelyek mindegyike elegendő ideig tart ahhoz, hogy a gép elérje a termikus egyensúlyt. Az egy üzemszakaszon belüli legkisebb terhelés nulla értékű is lehet (üresjárási vagy üzemszünet).

Δϑ1

Δϑ2 Δϑ4

A terhelések és időtartamuk viszonylagos egységekben (viszonyítási alap Mref; TC). Üzemszüneti időre a terhelést r betűvel kell jelölni

t n

t

80. / 94 oldal

Várható viszonylagos termikus élettartam (TL). Vonatkoztatási értéke S1 üzemtípus, névleges terhelésnél, megengedhető melegedésnél várható élettartam. MSZ EN 60034-1:2004

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.8 Villamos motorok kivá kiválasztá lasztási mó módszerei 3.8.1 Állandó üzemű motorok (S1) kiválasztása

Jellemző: az átmeneti folyamatoknál a hosszantartó üzem miatt nincs hatása a melegedésre.

A hajtás jellemzőiből számított mechanikai teljesítmény: Pm = MM · ωM

Az adott hajtási feladatra a melegedés szempontjából az a motor felel meg, melynél:

Pn ≥ (1,05K1,1)Pm A kiválasztott motor névleges teljesítménye

81. / 94 oldal

Biztonsági tényező

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.8 Villamos motorok kivá kiválasztá lasztási mó módszerei 3.8.2 Állandó üzemű motorok (S6, S7, S8, S9) kiválasztása Közös jellegzetesség: • az üzemidő nincs korlátozva (tü → ∞) • a motor állandóan forog névleges v. állandó fordulatszámmal Változik

Kiválasztás: EGYENÉRTÉKŰ VESZTESÉG módszerével

a terhe

lés

ulatszám Változik a ford

Probléma: nem tudjuk közvetlenül Pm-et ill. Pn-et meghatározni EZÉRT

MOTORKIVÁLASZTÁS korábbi üzemeltetési tapasztalatok illetve előzetes számítások alapján

P’w(t)

KIVÁLASZTOTT MOTOR Ismerni kell: ELLENŐRZÉSE az S1 névleges üzemhez tartozó P’w(t) számítása az adatok • veszteségösszetevőket (Ptn; Pvn; P(s+v)n) • mértékadó (redukált) veszteséget és a veszteségösszetevők P’wn = Ptn + kv · Pvn + ks · P(s+v)n változásának ismeretében

82. / 94 oldal

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.8 Villamos motorok kivá kiválasztá lasztási mó módszerei 3.8.2 Állandó üzemű motorok (S6, S7, S8, S9) kiválasztása A. Hűtési viszonyok minden szakaszban azonosak (Rh = áll.) Feltétel: • egyes terhelési szakaszok ciklusideje a motor melegedési időállandójához képest kicsi (gyakorlatilag mindig teljesülő feltétel: TC/T ≤ 0,3) A gép túlmelegedése az egyes szakaszokban nem tér el nagymértékben a teljes terhelési ciklusra vonatkozó átlagos (ϑk) túlmelegtől. ϑk arányos a ciklus közepes mértékadó veszteségével (P’Wk). Egyenletesen terhelt gépben (P’Wk) TC idő alatt képződő veszteségi energia, amely az átlagos (ϑk) túlmeleget hozza létre

Az egyes szakaszokban képződő veszteségi energiák összege, amelyek a gép túlmelegedését hozzák létre.

P'Wk ⋅TC =

TC

∫ P'W (t )dt 0

P'Wk =

1 TC

TC

∫ P'W (t )dt 0

Adott hajtási feladat ellátására a motor megfelelő, ha: P’Wn ≥ (1,1 … 1,2)P’Wk

83. / 94 oldal

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.8 Villamos motorok kivá kiválasztá lasztási mó módszerei 3.8.2 Állandó üzemű motorok (S6, S7, S8, S9) kiválasztása B. Hűtési viszonyok az egyes szakaszokban változnak

Pl. ha a gépnek saját szellőzése van, a hőátadási tényező függ a fordulatszámtól

Hűtési redukciós tényező: α t =

h( t ) hn

Redukált ciklusidő: a változó szögsebességű és hűtési tényezőjű időtartamokat névleges szögsebességre számítjuk át:

T'C =

TC

∫ α(t )dt = α1t1 +α 2t 2 + K + α z t z 0

A redukált ciklusidő alatt a névleges hűtési viszonyokkal ugyanannyi a hőleadás, mint TC alatt a valóságosokkal: TC T 1 C P'Wk T'C = ∫ P'W ( t )dt ⇒ P'Wk = P'W (t )dt T'C ∫0 0

84. / 94 oldal

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.8 Villamos motorok kivá kiválasztá lasztási mó módszerei 3.8.2 Állandó üzemű motorok (S6, S7, S8, S9) kiválasztása C. Megjegyzések • A legtöbb tervezési feladatnál a ciklusidőn belül a P’W(t) ugrásszerűen változik, de szakaszonként állandó

⇒

INTEGRÁLSZÁMÍTÁS

SÚLYOZOTT ÁTLAG SZÁMÍTÁS

z

P'Wk =

1 TC

∑ P'Wx t x P' t + P' t + K + P' t W2 2 Wz z = W1 1 ∫ P'w (t )dt = x=1 z t1 + t 2 + K + t z 0 ∑ tx

TC

x =1

z

P'Wk =

1 T'C

∑ P'Wx t x P' t + P' t + K + P' t W2 2 Wz z = W1 1 ∫ P'w (t )dt = x=1 z α 1t 1 + α 2 t 2 + K + α z t z 0 ∑ t'x

TC

x =1

• α gyakorlati értékei ¾ névleges fordulatszámnál α = 1 ¾ álló állapotban α ≈ 0,5 ¾ indítás és fékezés esetén α ≈ 0,75

• Egyenértékű veszteség módszer hátrányai: ¾ előzetes kiválasztáshoz tapasztalat szükséges ¾ ismerni kell a motor veszteségeinek eloszlását a különböző állapotokban

85. / 94 oldal

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.8 Villamos motorok kivá kiválasztá lasztási mó módszerei 3.8.2 Állandó üzemű motorok (S6, S7, S8, S9) kiválasztása D. Egyenértékű áram módszere Feltétel: • a veszteség tekercs és vasveszteségből áll: P’W(t) = Pt(t) + kv · Pv = C · I2(t) + kv · Pv • a vasveszteség állandó: kv · Pv ≅ állandó

P’W(t)

~

I2(t)

P’Wk

~

Ie2

Melegedés szempontjából egyenértékű áram: • szakaszonként állandó áramoknál: z

I e2 TC

Tc

T

1 c 2 = ∫ I (t )dt ⇒ I e = I (t )dt = Tc ∫0 0 2

∑ I 2x t x

x =1 z

∑ tx

=

I 12 t 1 + I 22t 2 + K + I 2z t z t1 + t 2 + K + t z

=

I12t 1 + I 22t 2 + K + I 2zt z α 1t 1 + α 2 t 2 + K + α z t z

x =1

• saját szellőzésű motoroknál: Tc

I e2 T'C = ∫ I 2 ( t )dt ⇒ I e = 0

z

Tc

1 I 2 (t )dt = T'c ∫0

∑ I 2xt x

x =1 z

∑ t'x

x =1

86. / 94 oldal

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.8 Villamos motorok kivá kiválasztá lasztási mó módszerei 3.8.2 Állandó üzemű motorok (S6, S7, S8, S9) kiválasztása D. Egyenértékű áram módszere – kiválasztási eljárás MOTORKIVÁLASZTÁS: korábbi üzemeltetési tapasztalatok illetve előzetes számítások alapján

KIVÁLASZTOTT MOTOR ELLENŐRZÉSE MM = f(t) alapján felrajzoljuk IM = f(t) görbét Ie számítása Az előzetesen kiválasztott motor megfelel, ha: In ≥ (1,1 … 1,2)Ie S1 üzem szükséges áram

87. / 94 oldal


3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.8 Villamos motorok kivá kiválasztá lasztási mó módszerei 3.8.2 Állandó üzemű motorok (S6, S7, S8, S9) kiválasztása E. Egyenértékű nyomaték módszere Feltétel: a motor fluxusa üzem közben jó közelítéssel állandó (pl. aszinkron, külső- és söntgerjesztésű egyenáramú motorok). z

Me =

∑ M 2x t x

TC

1 2 ∫ M (t )dt = T'C 0

x =1 z

=

∑ t 'x

M 12t 1 + M 22 t 2 + K + M 2z t z α 1t 1 + α 2 t 2 + K + α z t z

x =1

Soros gerjesztésű motornál (M ~ I2):

z

1 TC 2 Me = ∫ M (t )dt = T'C 0

∑ M 2x t x

x =1 z

∑ t 'x

=

M12t 1 + M 22 t 2 + K + M 2zt z α 1t 1 + α 2 t 2 + K + α z t z

x =1

Kiválasztási eljárás: az előzetesen kiválasztott motor alkalmazásának feltétele:

M n ≥ (1,1K1,2)M e A kiválasztott motor S1 üzemi névleges nyomatéka


88. / 94 oldal

M~I

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.8 Villamos motorok kivá kiválasztá lasztási mó módszerei 3.8.2 Állandó üzemű motorok (S6, S7, S8, S9) kiválasztása F. Egyenértékű teljesítmény módszere M Feltétel: TC Söntjellegű motoroknál: ΔtP ΔtV • üzem közben csak a terhelés változik • szögsebesség közel állandó (pl. S6) t

z

1 TC 2 Pe = ∫ P (t )dt = T'C 0

P’W

P~M

∑ Px2t x

x =1 z

∑ t 'x

=

P12 t1 + P22 t 2 + K + Pz2t z α 1t 1 + α 2 t 2 + K + α z t z

x =1

t ϑ

Pn ≥ (1,1K1,2)Pe

ϑmax

A kiválasztott motor S1 üzemi névleges teljesítménye t

89. / 94 oldal


3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.8 Villamos motorok kivá kiválasztá lasztási mó módszerei 3.8.2 Állandó üzemű motorok (S6, S7, S8, S9) kiválasztása G. Ellenőrzés maximális terhelőnyomaték szempontjából

Túlterhelhetőségi tartalék: λ =

MB Mn

értéke: szinkron motoroknál: 1,4 … 1,8 aszinkron motoroknál: 2,0 … 3,5 A gyári katalógusok általában S1 üzemtípusra adják meg a motorok paramétereit. Az S1-től eltérő üzemtípusoknál túlterhelés léphet fel.

Egyenértékű áram-, nyomaték-, teljesítmény módszerek alapján kiválasztott motort ELLENŐRIZNI kell maximális terhelőnyomaték szempontjából: M Tmax ≤ λ M n Maximális terhelőnyomaték

Kiválasztott motor S1 üzemű névleges teljesítménye Túlterhelhetőségi tényező

90. / 94 oldal

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.8 Villamos motorok kivá kiválasztá lasztási mó módszerei 3.8.3 Szakaszos periodikus üzemű motorok (S3, S4, S5) kiválasztása M

TC

Közös jellegzetesség: t

ΔtF P’W

ΔtP

• az üzem üzemidő nincs korlátozva (tü → ∞) • a motor ciklikusan bekapcsolt, ill. kikapcsolt állapotban van, különbség csak az átmeneti folyamatok figyelembevételénél van

ΔtR

ΔtD

Az indításnak és fékezésnek a motor melegedésére gyakorolt hatása nem hanyagolható el. t

Ilyen esetekben a Md igény sokkal nagyobb, mint az állandósult állapothoz tartozó Mr, → különösen, ha Θr nagy.

ϑ ϑmax

t

A kiválasztandó motor teljesítményét lényegében a menetdiagram és a Θr határozza meg

91. / 94 oldal

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.8 Villamos motorok kivá kiválasztá lasztási mó módszerei 3.8.3 Szakaszos periodikus üzemű motorok (S3, S4, S5) kiválasztása

Kiválasztási eljárás: M

MT = f(t) és ωM = f(t) ismeretében előzetes motor + szükséges ÁTTÉTEL kiválasztása

MM = f(t)

Mi MM = Ms

MT = f(t) t

ωM ωMn

αn = 1 αi

ωM = f(t) αk t

P’w I

P’w(t) és IM(t) szerkesztés P’wi Ii

P’ws

P’wf

P’w = f(t) I = f(t)

Is t

If ti

tn tb

dω M dω ⇒ M M = M t + Θr ⋅ M dt dt alapján megrajzoljuk MM(t)-t.

M M − M t = Θr ⋅

Mf αf

tf tj = Tc

Ismert: • motor paraméterek • áttétel paraméterek

tk

P'wk =

Ie =

P'wi t i + P'ws t n + P'wf t f 1 tb ∫ P'w (t )dt = α t + α t + α t t'b 0 i i n n f f

1 tb 2 ∫ I (t )dt = t'b 0

I i2 t i + I s2 t n + I f2 t f αit i + αntn + αf tf

A kiválasztott motor megfelelő, ha In ≥ (1,1 … 1,2)Ie

In

In 20 40 60 80 100 bi, %

92. / 94 oldal

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.8 Villamos motorok kivá kiválasztá lasztási mó módszerei 3.8.4 Rövid üzemidejű motorok (S2) kiválasztása

Rövid ideig tartó üzemben (ha tü < 2T) a motor az állandó üzemi (S1) névleges teljesítménynél – termikus szempontból – jobban terhelhető, mivel a hőmérséklete nem éri el állandósult értékét. ϑ

Pr > Pn teljesítményhez tartozó P’wr veszteséggel üzemeltetve a gépet, az S1 üzemben ϑmax = σ ϑmeg túlmelegedést okozna. S2-ben üzemeltetve tü időpontban ϑmeg-nél le kell kapcsolni tk időtartamra.

ϑmax

Pn-hez (S1-es üzemi névleges teljesítményhez) tartozó P’wn mértékadó veszteség éppen ϑmeg túlmelegedést hoz létre.

ϑmeg

tü T

2T

3T

t

93. / 94 oldal

3. VILLAMOS MOTOROK ALKALMAZÁ ALKALMAZÁSÁNAK ÁLTALÁ LTALÁNOS KÉRDÉ RDÉSEI 3.8 Villamos motorok kivá kiválasztá lasztási mó módszerei 3.8.4 Rövid üzemidejű motorok (S2) kiválasztása

Határozzuk meg σ és tü közötti összefüggést, adott időállandó (adott Rh) esetén:

σ=

ϑmax R h ⋅ P'wr P'wr = = ϑmeg R h ⋅ P'wn P'wn

(

ϑmeg = ϑmax ⋅ 1 − e

− tü T

)

σ=

1 1 − e− tü

T

=

P'wr P'wn

Lineáris közelítéssel (e–x ≈ 1–x sorbafejtéssel):

σ=

σ 5 4 3 2

P'wr T ≅ ⇒ P'wr ⋅t ü ≅ P'wn ⋅T P'wn t ü

1

Pr (rövid ideig tartó teljesítmény) meghatározása:

1

2

tü/T

• Ha Uk = c és n = c (pl. aszinkron motor), akkor csak Ptekercs változik a terhelés növekedésekor.

Legyen: Pr = ξ · Pn, akkor σ =

P'wr ξ 2 ⋅ Ptn + k v ⋅ Pvn = P'wn Ptn + k v ⋅ Pvn

94. / 94 oldal

ξ = σ + k v (σ − 1)

Pvn Ptn

94 oldal 1. BEVEZETÉS. Villamos hajtások KOMPLEX ISMERETANYAG. Villamos gépek. Elektronika

Recommend Documents