Óbudai Egyetem Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Kar Mechatronikai …langer/Elektrotechnika/... · 2017. 6. 8. · 3. Villamos motorok lehűlése A kikapcsolást követően

Villamos motorok kiválasztása II.

Összeállította: Langer Ingrid

adjunktus

Óbudai Egyetem Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Kar

Mechatronikai és Autótechnikai Intézet

II. A kiválasztás termikus szempontjai

A villamos gépek szigetelési osztályai, MSZ EN 60085 (a szigetelőanyag

hőállósága alapján):

ÓE-BGK MEI Elektrotechnika Langer Ingrid

2. Villamos motorok melegedése

A folyamat leírását egyszerűsítő feltételek:

a veszteségi teljesítmény, a fajhő, a hőátadási tényező állandó

a túlmelegedési függvényt a legmagasabb hőmérsékletű részre, a

tekercselésre értelmezzük

a vizsgált gép sem szerkezet, sem a veszteségek eloszlása szempontjából

nem homogén, de a tekercselést homogénnek tekintjük.

)(t

dcmW

dt)(AkW

dtPW

ahol

WWW

k

v

2

1

21

a teljesítményveszteséggel dt idő alatt bevitt hőmennyiség

a villamos motor által a környezetnek leadott hőmennyiség

az m tőmegű, c fajhőjű "homogén" testben maradó hőmennyiség


kvPAkdt

d

Ak

cm

1kvw PA

dt

dT

m·c - a "homogén" test hőkapacitása [J/°C]

k - a hőátszármaztatási tényező [J/m2 s °C]

A - a "homogén test" hőátadás szempontjából aktiv felülete [m2]

Az egyenlet megoldása:

T időállandó Aw átviteli tényező

T

t

T

t

vwk

kT

t

vw

e

ePA

ePA)t(

1

1

1

üzemi hőmérséklet-emelkedés (melegedési görbe)


3. Villamos motorok lehűlése A kikapcsolást követően Pv=0 W1=0 hűlési folyamat indul meg.

dt

dT

dt

dT

k

k

T

t

e

a lehűlési görbe egyenlete

Mind a melegedési, mind a hűlési folyamat lefolyása az időállandótól függ.

Kb. t=(4~5)T alatt áll be az állandósult állapot.

Néhány villamos motortípus időállandójának tartománya:

Nyitott egyenáramú motor (100-160 mm forgórész átmérővel): T= 25-50 perc

Zárt egyenáramú motor (100-400 mm forgórész átmérővel): T= 65-270 perc

Átszellőzött aszinkron motor (100-400 mm forgórész átmérővel): T= 10-20 perc


4. Üzemtípusok osztályozása a

terhelés és melegedés alapján

A villamos motorok nagy része -a hajtás igényeinek megfelelően- változó terheléssel üzemel. A szabvány (MSZ EN 60034-1) szerint a terheléseket időbeli lefolyásuk alapján S1-S10 csoportokba sorolják.

S1 - Állandó üzem

A motor hálózatra kapcsolva állandó terheléssel üzemel. A működés ideje elegendő ahhoz, hogy a motor elérje hőegyensúlyi állapotát.

A gépet névleges teljesítménnyel terhelve tetszőleges ideig igénybe lehet venni anélkül, hogy melegedése a szabványos értéket túlhaladná


Üzemtípusok osztályozása a terhelés

és melegedés alapján S2 – Rövid idejű üzem

A motor az üzemidő alatt nem éri el az üzemi hőmérsékletet. A terhelést kikapcsolási állapot követi, amely elég hosszú ahhoz, hogy a gép a környezet hőfokára hűljön.

A motor a névleges teljesítménynél jobban is terhelhető:

Jelölés pl.: S2 60 min

üzem időtartama

TPtP vnPv PvΔtp : az üzemidő alatt keletkező hőmennyiség

PvnT : az időállandónak megfelelő idő alatt keletkező hőmennyiség névleges terhelésnél



és melegedés alapján

S3 – Szakaszos periodikus üzem

Jelölés pl.: S3 25%

Azonos üzemi ciklusok sorozata, amelyek mindegyike egy állandó terhelésű működésből és egy üzemszünetből áll. Az indítási áram nem befolyásolja jelentősen a melegedést. A kikapcsolási idő nem elegendő ahhoz, hogy a gép a környezet hőfokára lehűljön.

A bekapcsolási időt (Δtp) a periódusidő (Tc) százalékában adják meg (bi) Szabványos értékei: 15, 25, 40, 60 és 100%

viszonylagos bekapcsolási idő

Motorkiválasztás szabványostól eltérő bekapcsolási idő esetén:

ün

üvnvüvünvnt

tPPtPtP

Ha a mértékadó veszteség arányos a teljesítmény négyzetével:

i

innb

bPP



és melegedés alapján

S4 – Szakaszos periodikus üzem indítással

Jelölés pl.: S4 25% ΘM=0,15kgm2 Θext=0,7 kgm2

motor terhelés tehetetlenségi nyomatéka a motor

tengelyére vonatkoztatva

Azonos üzemi ciklusok sorozata, mely során nagyobb tehetetlenségi nyomatékot kell gyorsítani, ezért az indítási melegedés hozzáadódik a tekercsek melegedéséhez.



és melegedés alapján S5 – Szakaszos periodikus üzem indítással és fékezéssel

Jelölés pl.: S5 25% ΘM=0,15kgm2 Θext=0,7 kgm2



Ugyanaz, mint S4, de az üzemidő végén a motor villamos fékezéssel áll le, ami során keletkezett hő hozzáadódik a gép melegedéséhez.



és melegedés alapján S6 – Folyamatos periodikus üzem

Azonos üzemi ciklusok sorozata, amelyek mindegyike egy állandó terhelésű működésből és egy üresjárási szakaszból áll. S3 üzemtípustól annyiban különbözik, hogy a motort terhelés után nem kapcsolják le a hálózatról, hanem üresjárásban forog tovább, így kedvezőbbek a hűlési viszonyok.

Jelölés pl.: S6 40%

viszonylagos bekapcsolási idő



és melegedés alapján S7 – Folyamatos periodikus üzem fékezéssel

Azonos üzemi ciklusok sorozata, amelyek mindegyike egy indítási szakaszból, egy állandó terhelésű működésből és villamos fékezésből áll. Üzemszünet nincs.

Jelölés pl.: S7 ΘM=0,15kgm2 Θext=7,5 kgm2





és melegedés alapján S8 – Folyamatos periodikus üzem terhelés és fordulatszám

változtatással

Azonos ciklusokból álló terhelés, 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. Üzemszünet nincs.

Jelölés pl.: S8 ΘM=0,5kgm2 Θext=6 kgm2 16 kW 740 1/min 30%

40 kW 1460 1/min 30%

25 kW 980 1/min 40%



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



és melegedés alapján S9 – Nem periodikus terhelés és fordulatszám változtatással

jellemezhető üzem

Olyan üzem, amelyben a terhelés és fordulatszám általában nem periodikusan változik a megengedhető működési tartományban. Ez az üzem gyakori túlterheléseket tartalmaz, melyek a vonatkoztatási terhelést jelentősen meghaladják.

Ennél a terhelésnél a túlterhelés meghatározásához egy S1 üzemtípuson alapuló és megfelelően megválasztott állandó terhelést kell vonatkoztatási értéknek tekinteni (Mref).



és melegedés alapján S10 – Különböző állandó terhelésekkel jellemezhető üzem

Jelölés pl.: S10 p/Δt=0,9/0,3; 1,1/0,2; 1/0,3; r/0,2; TL=0,6

M

A terhelések és időtartamak viszonylagos terhelési egységekben. (Viszonyítási alap: Mref, Tc) üzemszünet jele: r

Várható viszonylagos termikus élettartam (TL) Vonatkoztatási értéke S1 üzemtípus, névleges terhelésnél, megengedhető melegedéssel várható élettartam

Olyan üzem, amely négynél nem több diszkrét terhelésből áll, amelyek mindegyike elég hosszú ideig tart ahhoz, hogy a gép elérje a termikus egyensúlyt.

Az egy üzemszakaszon belüli legkiesebb terhelés 0 értékű is lehet.


5. A motormelegedés ellenőrzésének

módszerei

1. Egyenértékű veszteségek módszere

Periodikusan változó terhelésű üzemben (S6, S7, S8, S9), ha a hűtési viszonyok nem

változnak, a közepes túlmelegedés egy olyan egyenletesen terhelt gép

túlmelegedésével egyezik meg, amelyben a periódusidő alatt ugyanannyi veszteségi

energia képződik, mint az egyes szakaszok veszteségi energiáinak összege.

0ttt

tPtPP

üi

üvkivive

:T

T

:t

:t

:P

:P

:P

h

m

ü

vk

vi

ve

0

egyenértékű veszteség

indítási veszteség

a terhelés során fellépő közepes veszteség

terhelés ideje

kikapcsolás ideje

melegedési és hűlési állandó hányadosa, α=0,33-0,25 nyitott

gépeknél,

α=0,5 külső szellőzésű zárt gépeknél, α=1 szellőzés nélküli gépeknél


A motormelegedés ellenőrzésének

módszerei

2. Egyenértékű áramok módszere

A motorokban keletkezett veszteségek egy része állandó jellegű (vas, súrlódási

veszteségek), így a motor melegedését csak a tekercsveszteség alakulása befolyásolja.

Ilyen esetben az egyenértékű áramot kell meghatározni, amely éppen akkora veszteséget

okoz, mint a munkafolyamat alatt a változó áram:

P

e

Pe

T

....tItII

....tRItRITRI

2

2

21

2

1

2

2

21

2

1

2

A motor megfelel, ha In≥Ie ahol In a névleges áram


3. Egyenértékű nyomatékok módszere

Olyan esetekben, amikor a motor nyomatéka egyenesen arányos az árammal

(egyenáramú sönt és külső gerj. motor, aszinkron motor), az egyenértékű nyomatékok

módszerét alkalmazzák.

A motormelegedés ellenőrzésének

módszerei

P

eT

....tMtMM

2

2

21

2

1A motor megfelel, ha Mn≥Me ahol Mn a névleges nyomaték

4. Egyenértékű teljesítmények módszere

A Pmech=M·ω alapján, ha ω =állandó, az időfüggő nyomatékot időfüggő P-vel

helyettesíthetjük.

P

eT

....tPtPP

2

2

21

2

1

A motor megfelel, ha Pn≥Pe ahol Pn a névleges teljesítmény


6. Nyomaték és fordulatszám változása

indítás és fékezés figyelembevételével Példa periodikus üzemre

4 üzemszakasz:

indítás, terhelés, fékezés, kikapcsolt állapot

0

222

tttt

tMtMtMM

fftii

ffttiie

Mi : indító nyomaték Mt : terhelési nyomaték Mf : fékező nyomaték ti : indítás idő tt : üzemi idő tf : fékezési idő t0 : állási idő

α : korrekciós tényezők, amelyek a hűtési viszonyok különbségét veszik figyelembe indítás, fékezés és leállás esetén.

α értékei: 0,25-0,35 nyitott

0,45-0,55 zárt, külső szellőzésű 0,95-1 zárt, szellőzés nélküli gépeknél

A motor kiválasztása: a technológiai követelmények alapján nyomaték-idő vagy teljesítmény-idő diagram megszerkesztése, majd a katalógusból a számítotthoz legközelebbi állandó terhelésű motor kiválasztása

2

1 fi


7. Hűtési módok

•Természetes hűtési mód Kisméretű, vagy különleges környezeti körülmények között működő zárt motorok

esetén, ha a beépítés körülményei miatt mesterséges hűtésre nincs lehetőség. A

hűtést a gép felületével érintkező levegő végzi.

Kis, zárt, szakaszos üzemű gépeknél.

•Fokozott természetes hűtési mód A motorok belsejében az egyes forgó alkatrészek radiális légmozgást idéznek elő,

amely a levegőt mozgató alkatrészek szellőzőszárny formájú kialakításával

megnövelt hűtőhatást hoz létre.

Tiszta levegőjű géptermekben alkalmazható.

•Mesterséges hűtési mód Két típusa: nyitott és zárt hűtési rendszer

Nyitott rendszer: A hűtőlevegő az aktív részeken (tekercsfej,

lemezcsomag) áramlik át és a meleget a keletkezés helyétől vezeti el.

Zárt rendszer: A hűtést két hűtési folyamattal, egy zárt belső és egy

nyitott külső folyamattal oldják meg


7.1. Hűtési módok jelölése (MSZ EN 60034-6)


Hűtési módok jelölése (MSZ EN 60034-6)


III. A kiválasztás villamos

szempontjai

1. Feszültség és frekvencia

A váltakozóáramú motorokat általában 400 V feszültségre és 50 Hz frekvenciára készítik. (Egyedi rendelésre 230-690 V közötti feszültségre és 60 Hz frekvenciára is).

A hálózati feszültség ± 5%-os ingadozásán belül a névleges teljesítménnyel képesek üzemelni.

2. Teljesítmény

A névleges teljesítmény állandó üzemre, 50 Hz frekvenciára, legfeljebb 40 °C

környezeti hőmérsékletre és 1000 m-nél alacsonyabb tengerszint feletti magasságra vonatkozik.

3. Túlterhelhetőség

A motorok üzemmeleg állapotban 2 percig a névleges áram 1,5-szeresével károsodás nélkül túlterhelhetők.


A kiválasztás villamos szempontjai

4. Névleges nyomaték, billenőnyomaték, indítónyomaték Névleges nyomaték: A motor tengelyén Pn névleges teljesítmény és n névleges

fordulatszám esetén leadott nyomaték

Billenőnyomaték: minimum 1,6-szorosa a névleges nyomatéknak. Ha a

terhelőnyomaték ennél nagyobb, a motor leáll. A billenőnyomaték a feszültség

négyzetével változik.

Indítónyomaték: Viszonylagos értéke a motor és a forgórész fajtájától függ. Értékét

katalógusban a névleges nyomatékhoz viszonyítva adják meg. Tűrése a szavatolt

nyomaték -15 % illetve +15%.

5. Teljesítménytényező, hatásfok, fordulatszám Katalógusban és adattáblán megadott teljesítménytényező és hatásfok és

fordulatszám értékek a névleges terhelésekre vonatkoznak

6. Egyenáramú gépek

Az 110, 220, 440 V kapocsfeszültségre készülnek. Névleges fordulatszám 1500

1/min. P értéke az 1500 1/min-től eltérő 750-2200 1/min fordulatszámoknál lineárisan

változik.


Czulak: Villamos hajtások II

Documents

Óbudai Egyetem Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Kar Mechatronikai …langer/Elektrotechnika/... · 2017. 6. 8. · 3. Villamos motorok lehűlése A kikapcsolást követően