Budapest Műszaki Főiskola Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Kar Mechatronikai és Autotechnikai Intézet. Elektrotechnika

Átírás

1 Budpest űszki Főiskol Bánki Donát Gépész és Biztonságtechniki Kr echtroniki és Autotechniki Intézet Elektrotechnik Villmos motorok kiválszt lsztáss Összeállított: Lnger Ingrid főisk. djunktus

2 Villmos motorok kiválszt lsztásánk szempontji echniki szempont: A hjtó- és s hjtott gép g p nyomték-fordultsz fordultszám m jelleggörb rbéje A közlk zlőmű jellege Védettség Építési lk Szerelési helyzet Különleges követelmk vetelmények ermikus szempont: elegedési és s hűlési h folymtok Különböző üzemmódok Hűtési módokm Hővédelmi eszközök BGK EI 008.

3 Villmos motorok kiválszt lsztásánk szempontji Elektrotechniki szempont Hálózti feszülts ltség és s frekvenci Cstlkozási si módokm Üzemtípusok Indítás s jellege és s gykoriság g A szbályoz lyozás s szüks kségessége és s jellege Fékezés s módj m és s htás Forgásir sirányváltás s szüks kségessége Gzdságoss gossági gi szempont Beruházási költsk ltség és s mortizáci ció Üzemeltetési és s krbntrtási költsk ltségek BGK EI

4 I. A kiválszt lsztás mechniki szempontji. otorok és s munkgépek együttj ttjárás ω t ozgásegyenlet: t d dt d dinmikus nyomték : motor nyomték t : munkgép nyomték Θ : gépcsoport és hjtott berendezés együttes (motor tengelyére redukált) tehetetlenségi nyomték Állndósult állpot: dω/dt=0 (ω=állndó ) = t BGK EI

5 .. A motorok nyomték-fordultsz fordultszám m jelleggörb rbéi. Állndó fordultszámú motor: szinkron motor b. Fordultszámtrt mtrtó motor: külső- és s párhuzmos p gerjesztésű egyenárm rmú motor, szinkron motor ( névleges terhelés s kb.,5- szereséig) c. eljesítm tménytrtó motor: soros gerjesztésű egyenárm rmú motor és univerzális motor BGK EI

6 .. A munkgépek terhelőnyomt nyomték... Csoportosítás s kinetiki szempontból: Psszív terhelőnyomték: forgásiránytól függetlenül mindig kdályozz mozgást (Pl. forgácsoló gépek) Aktív terhelőnyomték: egyik forgásiránynál kdályozz, másik forgásiránynál elősegíti mozgást. (Pl. emelőgépek) BGK EI

7 .. A munkgépek terhelőnyomt nyomték... Csoportosítás s hjtás s jellemzőit itől l vló függés s szerint... Folytonos terhelések. Állndó terhelőnyomt nyomték ( t = F r) esztergpdok, gylugépek, sjtoló, száll llítógépek, emelőszerkezetek b. Lineárisn növekvn vekvő terhelőnyomt nyomték ( t =c n, P t =n t =c n ) sebességgel rányos súrls rlódású gépek pl. simítógép, villmos örvényármú fék c. Négyzetesen növekvn vekvő terhelőnyomt nyomték ( t =c n, P t =n t =c n 3 ) lég- és s folydéks ksúrlódású gépek, pl. szellőzők, centrifugál l szivttyúk, kompresszorok, centrifugák, keverőgépek, ngy sebességű száll llítóberendezések BGK EI

8 .. A munkgépek terhelőnyomt nyomték... Szkszosn változv ltozó terhelések. Szögf gfüggő terhelések t =f(α) pl. dugttyús s kompresszorok, szivttyúk, hidegsjtoló szerszámg mgépek, excenterprések. Útfüggő terhelések t =f(s) pl. hjlítógépek pek,, exkvátorok, mrkolódru 3. Időtől l függf ggő terhelések t =f(t) pl. centrifug, ffűrészg szgép 4. Sebesség és útfüggő terhelések t =f(v,s) villmos mozdonyok, trgoncák BGK EI

9 .3. A hjtás s stbilitás s A meghjtó motor és munkgép nyomték-fordultszám jelleggörbéje htározz meg rendszer fordultszámát. unkpont: két jelleggörbe metszéspontj. INSABIL UNKAPON SABIL UNKAPON A' A stbilitás feltétele: d dt t A' d dt m A' A pont: fordultszám csökkenésekor m - t <0 B pont: fordultszám csökkenésekor m - t >0 motor lssul, mjd leáll motor gyorsul és visszáll B munkpontb BGK EI

10 .4. A villmos hjtások kinetikáj.4.. A közlk zlőművek szerepe és s jellemzői erev tengelykpcsoló Fogskerék, dörzskerékpár Lánchjtás Szíj, ékszíj Változtthtó csúszású tengelykpcsoló Csighjtás BGK EI

11 .4. A hjtás s jellemzőinek átszámítás s motorr A villmos motorok kiválsztásához ismerni kell motor tengelyein terhelés áltl okozott forgó és tehetetlenségi nyomtéki htásokt. A hjtások vizsgáltához terhelő és lendítő nyomtékot motor tengelyére kell redukálni: A terhelőnyomtékot teljesítmény változtlnság lpján A lendítőnyomtékot mozgási energi változtlnság lpján. BGK EI 008.

12 BGK EI 008. BGK EI A hjt.4. A hjtás jellemz s jellemzőinek inek átsz tszámítás motorr s motorr A) A nyomték átszámítás: Ideális áttételeknél (η=) áll. P m Veszteséges áttételeknél o otor hjt: (pl. η=95-98% ékszíj, fogskerékpár, η=90-95% kúpkerékpár, η=50-60% csighjtás) áll. P m áll. P m e e e e o otor fékez: oöbbfokoztú áttételek esetén:

13 BGK EI 008. BGK EI A hjt.4. A hjtás jellemz s jellemzőinek inek átsz tszámítás motorr s motorr B) A tehetlenségi nyomték átszámítás: Ideális áttételeknél (η=) áll. W kin Veszteséges áttételeknél o otor hjt: o otor fékez: áll. W kin áll. W kin oöbbfokoztú áttételek esetén: n n n

14 Jelölés:. VédettsV dettség g (SZ EN ) IP. szám: gépek védelme víz behtolásávl szemben. szám: személyek védelme gép feszültség ltti illetve forgó lktrészeivel szemben illetve gép védelme szilárd idegen testek behtolás ellen Interntionl Protection Fokozott védelem: Sb : sújtólégbiztos b : robbnásbiztos n : nyomásálló tokozás BGK EI

15 3. Villmos forgógépek építési lkji és szerelési si helyzetei (SZ :00) 3.. Építési lkok (z (z üzemltetési helyzet és s hjtott gépekkel g vló könnyebb összeépíthetőség g lpján n válszthtv lszthtó) lps, pjzscspágys: kis- és közepes méretű gépek, néhány száz kw teljesítményig. Bizonyos esetekben flr vgy mennyezetre is szerelhetők vizszintes tengellyel, vgy megfelelő cspágyzássl függőleges helyzetben is lklmzhtók Peremes: vizszintes és függőleges helyzetben is lklmzhtók Alplemezes: ngy teljesítményű gépek ( kw). Helyhez kötöttek és lplemezre szereltek. Pjzs vgy bkcspágys kivitelűek. BGK EI

16 3. Villmos forgógépek építési lkji és szerelési si helyzetei (SZ :00) 3.. Szerelési helyzetek A szbvány két k t osztályoz lyozási rendszert trtlmz:. Alfnumerikus osztályoz lyozás: Pjzscsp Interntionl ounting I_B szóköz I_V Pjzscspágys, egytengelyű gépekre vizszintes helyzet függőleges helyzet kódszámok kpocsszekrény helyzetét jelölő betű. Numerikus osztályoz lyozás: A gépek szélesebb körére,. csoporb trtozókr is építési lkr vontkozó kód: []tlps, [3][4]peremes, []bkcspágys I_ kpocsszekrény helyzetét jelölő betű engelyvég kilkítás [,] v. hengeres tengelyvég szerelési helyzet [3,4] v. kúpos tengelyvég BGK EI 008. [5,6] v. peremes tengelyvég 6

17 3.3. Jelölési példp ldák BGK EI

18 II. A kiválszt lsztás termikus szempontji A villmos gépek g szigetelési si osztályi, SZ EN ( szigetelőnyg hőállóság lpján): BGK EI

19 . Villmos motorok melegedése A folymt leírását t egyszerűsítő feltételek: telek: veszteségi teljesítm tmény, fjhő,, hőátdh tdási tényezt nyező állndó túlmelegedt lmelegedési függvf ggvényt tekercselésre sre értelmezzük (t) legmgsbb hőmérsh rsékletű részre, vizsgált gép g p sem szerkezet, sem veszteségek eloszlás s szempontjából nem homogén, de tekercselést st homogénnek tekintjük. k. W W W hol W P v k W dt A ( W m c d k )dt teljesítményveszteséggel dt idő ltt bevitt hőmennyiség villmos motor áltl környezetnek ledott hőmennyiség z m tőmegű, c fjhőjű "homogén" testben mrdó hőmennyiség BGK EI

20 m c d k A dt k A P v k d dt A P w v k időállndó A w átviteli tényező m c - "homogén" test hőkpcitás [J/ C] k - hőátszármzttási tényező [J/m s C] A - "homogén test" hőátdás szempontjából ktiv felülete [m ] Az egyenlet megoldás: (t) A w P k e v e t A w t P v k e t üzemi hőmérséklet-emelkedés (melegedési görbe) BGK EI

21 A kikpcsolást követően P v =0 d k dt d k dt 3. Villmos motorok lehűlése W =0 hűlési folymt indul meg. lehűlési görbe egyenlete t e ind melegedési, mind hűlési folymt lefolyás z időállndótól függ. Kb. t=(4~5) ltt áll be z állndósult állpot. Néhány villmos motortípus időállndójánk trtomány: Nyitott egyenármú motor (00-60 mm forgórész átmérővel): Zárt egyenármú motor ( mm forgórész átmérővel): = 5-50 perc = perc Átszellőzött szinkron motor ( mm forgórész átmérővel): = 0-0 perc BGK EI 008.

22 4. Üzemtípusok osztályoz lyozás terhelés és s melegedés lpján A villmos motorok ngy része - hjtás igényeinek megfelelően- változó terheléssel üzemel. A szbvány (SZ EN ) szerint terheléseket időbeli lefolyásuk lpján S-S0 csoportokb sorolják. S - Állndó üzem A motor hálóztr kpcsolv állndó terheléssel üzemel. A működés ideje elegendő hhoz, hogy motor elérje hőegyensúlyi állpotát. A gépet névleges teljesítménnyel terhelve tetszőleges ideig igénybe lehet venni nélkül, hogy melegedése szbványos értéket túlhldná BGK EI 008.

23 Üzemtípusok osztályoz lyozás terhelés és s melegedés lpján S övid idejű üzem Jelölés pl.: S 60 min üzem időtrtm A motor z üzemidő ltt nem éri el z üzemi hőmérsékletet. A terhelést kikpcsolási állpot követi, mely elég hosszú hhoz, hogy gép környezet hőfokár hűljön. A motor névleges teljesítménynél jobbn is terhelhető: P v t P P vn P v Δt p : z üzemidő ltt keletkező hőmennyiség P vn : z időállndónk megfelelő idő ltt keletkező hőmennyiség névleges terhelésnél BGK EI

24 Üzemtípusok osztályoz lyozás terhelés és s melegedés lpján S3 Szkszos periodikus üzem Jelölés pl.: S3 5% viszonylgos bekpcsolási idő Azonos üzemi ciklusok sorozt, melyek mindegyike egy állndó terhelésű működésből és egy üzemszünetből áll. Az indítási árm nem befolyásolj jelentősen melegedést. A kikpcsolási idő nem elegendő hhoz, hogy gép környezet hőfokár lehűljön. A bekpcsolási időt (Δt p ) periódusidő ( c ) százlékábn dják meg (b i ) Szbványos értékei: 5, 5, 40, 60 és 00% P otorkiválsztás szbványostól eltérő bekpcsolási idő esetén: BGK EI vn t ün P v t ü P v P vn t t H mértékdó veszteség rányos teljesítmény négyzetével: P P n b b in i ü ün

25 Üzemtípusok osztályoz lyozás terhelés és s melegedés lpján S4 Szkszos periodikus üzem ind zem indítássl Jelölés pl.: S4 5% Θ =0,5kgm Θ ext =0,7 kgm motor terhelés tehetetlenségi nyomték motor tengelyére vontkozttv Azonos üzemi ciklusok sorozt, mely során ngyobb tehetetlenségi nyomtékot kell gyorsítni, ezért z indítási melegedés hozzádódik tekercsek melegedéséhez. BGK EI

26 Üzemtípusok osztályoz lyozás terhelés és s melegedés lpján S5 Szkszos periodikus üzem indítássl és s fékezf kezéssel Jelölés pl.: S5 5% Θ =0,5kgm Θ ext =0,7 kgm motor terhelés tehetetlenségi nyomték motor tengelyére vontkozttv Ugynz, mint S4, de z üzemidő végén motor villmos fékezéssel áll le, mi során keletkezett hő hozzádódik gép melegedéséhez. BGK EI

27 Üzemtípusok osztályoz lyozás terhelés és s melegedés lpján S6 Folymtos periodikus üzem Jelölés pl.: S6 40% viszonylgos bekpcsolási idő Azonos üzemi ciklusok sorozt, melyek mindegyike egy állndó terhelésű működésből és egy üresjárási szkszból áll. S3 üzemtípustól nnyibn különbözik, hogy motort terhelés után nem kpcsolják le hálóztról, hnem üresjárásbn forog tovább, így kedvezőbbek hűlési viszonyok. BGK EI

28 Üzemtípusok osztályoz lyozás terhelés és s melegedés lpján S7 Folymtos periodikus üzem fékezf kezéssel Jelölés pl.: S7 5% Θ =0,5kgm Θ ext =7,5 kgm motor terhelés tehetetlenségi nyomték motor tengelyére vontkozttv Azonos üzemi ciklusok sorozt, melyek mindegyike egy indítási szkszból, egy állndó terhelésű működésből és villmos fékezésből áll. Üzemszünet nincs. BGK EI

29 Üzemtípusok osztályoz lyozás terhelés és s melegedés lpján S8 Folymtos periodikus üzem terhelés és s fordultszám változttássl Jelölés pl.: S8 5% Θ =0,5kgm Θ ext =6 kgm 6 kw 740 /min 30% motor terhelés tehetetlenségi nyomték motor tengelyére vontkozttv 40 kw 460 /min 30% 5 kw 980 /min 40% Az egyes működési állpotokr vontkozó terhelés, fordultszám és viszonylgos bekpcsolási idő Azonos ciklusokból álló terhelés, melyek mindegyike egy előre meghtározott fordultszámnk megfelelő állndó terhelésű szkszból és z zt követő egy vgy több z előzőtől eltérő fordultszámnk megfelelő más állndó terhelésű szkszból áll. Üzemszünet nincs. BGK EI

30 Üzemtípusok osztályoz lyozás terhelés és s melegedés lpján S9 Nem periodikus terhelés és s fordultszám m változttv ltozttássl jellemezhető üzem Olyn üzem, melyben terhelés és fordultszám áltlábn nem periodikusn változik megengedhető működési trtománybn. Ez z üzem gykori túlterheléseket trtlmz, melyek vontkozttási terhelést jelentősen meghldják. Ennél terhelésnél túlterhelés meghtározásához egy S üzemtípuson lpuló és megfelelően megválsztott állndó terhelést kell vontkozttási értéknek tekinteni ( ref ). BGK EI

31 Üzemtípusok osztályoz lyozás terhelés és s melegedés lpján S0 Különböző állndó terhelésekkel jellemezhető üzem Jelölés pl.: S0 5% p/δt=0,9/0,3;,/0,; /0,3; r/0,; L=0,6 A terhelések és időtrtmk viszonylgos terhelési egységekben. (Viszonyítási lp: ref, c ) üzemszünet jele: r Várhtó viszonylgos termikus élettrtm (L) Vontkozttási értéke S üzemtípus, névleges terhelésnél, megengedhető melegedéssel várhtó élettrtm Olyn üzem, mely négynél nem több diszkrét terhelésből áll, melyek mindegyike elég hosszú ideig trt hhoz, hogy gép elérje termikus egyensúlyt. Az egy üzemszkszon belüli legkiesebb terhelés 0 értékű is lehet. BGK EI

32 5. A motormelegedés s ellenőrz rzésének módszerei. Egyenért rtékű veszteségek módszerem Periodikusn változó terhelésű üzemben (S6, S7, S8, S9), h hűtési viszonyok nem változnk, közepes túlmelegedés egy olyn egyenletesen terhelt gép túlmelegedésével egyezik meg, melyben periódusidő ltt ugynnnyi veszteségi energi képződik, mint z egyes szkszok veszteségi energiáink összege. P ve P t vi i ti t Pvk t ü ü t 0 P P P t t ve vi vk ü 0 : : : : : m h egyenértékű veszteség indítási veszteség terhelés során fellépő közepes veszteség terhelés ideje kikpcsolás ideje : melegedési és hűlési állndó hánydos, α=0,33-0,5 nyitott gépeknél, α=0,5 külső szellőzésű zárt gépeknél, α= szellőzés nélküli gépeknél BGK EI

33 A motormelegedés s ellenőrz rzésének módszerei. Egyenért rtékű ármok módszerem A motorokbn keletkezett veszteségek egy része állndó jellegű (vs, súrlódási veszteségek), így motor melegedését csk tekercsveszteség lkulás befolyásolj. Ilyen esetben z egyenértékű ármot kell meghtározni, mely éppely kkor veszteséget okoz, mint munkfolymt ltt változó árm: I e P I t I t... I e I t I t P... A motor megfelel, h I n I e hol I n névleges árm BGK EI

34 A motormelegedés s ellenőrz rzésének módszerei 3. Egyenért rtékű nyomtékok módszerem Olyn esetekben, mikor motor nyomték egyenesen rányos z ármml (egyenármú sönt és külső gerj. motor, szinkron motor), z egyenértékű nyomtékok módszerét lklmzzák. e t P t... A motor megfelel, h n e hol n névleges nyomték 4. Egyenért rtékű teljesítm tmények módszerem A P mech = ω lpján, h =állndó. z időfüggő nyomtékot időfüggő P-vel helyettesíthetjük. P e P t P P t... A motor megfelel, h P n P e hol P n névleges teljesítmény BGK EI

35 6. Nyomték és s fordultszám m változv ltozás indítás és s fékezf kezés s figyelembevétel telével Péld periodikus üzemre 4 üzemszksz: indítás, terhelés, fékezés, kikpcsolt állpot i : indító nyomték t : terhelési nyomték f : fékező nyomték t i : indítás idő t t : üzemi idő t f : fékezési idő t 0 : állási idő e i ti t t t t i i t f f t t t t α : korrekciós tényezők, melyek hűtési viszonyok különbségét veszik figyelembe indítás, fékezés és leállás esetén. i f α értékei: 0,5-0,35 nyitott 0,45-0,55 zárt külső szellőzésű 0,95-0,98 zárt szellőzés nélküli gépeknél f A motor kiválsztás: technológii követelmények lpján nyomték-idő vgy teljesítmény-idő digrm megszerkesztése, mjd ktlógusból számítotthoz legközelebbi állndó terhelésű motor kiválsztás 0 f BGK EI

36 ermészetes hűtési h módm 7. Hűtési H módokm Kisméretű, vgy különleges környezeti körülmények között működő zárt motorok esetén, h beépítés körülményei mitt mesterséges hűtésre nincs lehetőség. A hűtést gép felületével érintkező levegő végzi. Kis, zárt, szkszos üzemű gépeknél. Fokozott természetes hűtési h módm A motorok belsejében z egyes forgó lktrészek rdiális légmozgást idéznek elő, mely levegőt mozgtó lktrészek szellőzőszárny formájú kilkításávl megnövelt hűtőhtást hoz létre. iszt levegőjű géptermekben lklmzhtó. esterséges hűtési h módm Két t típus: t nyitott és zárt hűtési rendszer Nyitott rendszer: : A hűtőlevegh levegő z ktív v részeken r (tekercsfej, lemezcsomg) ármlik át és s meleget keletkezés s helyétől l vezeti el. Zárt rendszer: A hűtést h két k t hűtési h folymttl, egy zárt z belső és s egy nyitott külsk lső folymttl oldják k meg BGK EI

37 7.. Hűtési H módok m jelölése (SZ EN ) 6) BGK EI

38 Hűtési módok m jelölése (SZ EN ) 6) BGK EI

39 III. A kiválszt lsztás s villmos szempontji. Feszülts ltség és s frekvenci A váltkozóármú motorokt áltlábn 400 V feszültségre és 50 Hz frekvenciár készítik. (Egyedi rendelésre V közötti feszültségre és 60 Hz frekvenciár is). A hálózti feszültség ± 5%-os ingdozásán belül névleges teljesítménnyel képesek üzemelni.. eljesítm tmény A névleges teljesítmény állndó üzemre, 50 Hz frekvenciár, legfeljebb 40 C környezeti hőmérsékletre és 000 m-nél lcsonybb tengerszint feletti mgsságr vontkozik. 3. últerhelhetőség A motorok üzemmeleg állpotbn percig névleges árm,5-szeresével károsodás nélkül túlterhelhetők. BGK EI

40 A kiválszt lsztás s villmos szempontji 4. Névleges nyomték, billenőnyomt nyomték,, indítónyomt nyomték Névleges nyomték: A motor tengelyén P n névleges teljesítmény és n névleges fordultszám esetén ledott nyomték Billenőnyomték: minimum,6-szoros névleges nyomtéknk. H terhelőnyomték ennél ngyobb, motor leáll. A billenőnyomték feszültség négyzetével változik. Indítónyomték: Viszonylgos értéke motor és forgórész fjtájától függ. Értékét ktlógusbn névleges nyomtékhoz viszonyítv dják meg. űrése szvtolt nyomték -5 % illetve +5%. 5. eljesítm tménytényező,, htásfok, fordultszám Ktlódusbn és dttáblán megdott teljesítménytényező és htásfok és fordultszám értékek névleges terhelésekre vontkoznk 6. Egyenárm rmú gépek Az 0, 0, 440 V kpocsfeszültségre készülnek. Névleges fordultszám 500 /min. P értéke z 500 /min-től eltérő /min fordultszámoknál lineárisn változik. BGK EI