Oteplování a dimenzování motorů

Transkript

1 Oeplováí a dimezováí moorů Oeplováí a dimezováí moorů ři přeměě elekrické eergie a mechaickou e čá eergie, předavující zráy v mooru měí v eplo a ím dochází k oeplováí ohoo elekromooru. Vzhledem k omu, že aalyické řešeí éo problemaiky je velice komplikovaé, vycházíme ze zjedodušujících předpokladů, kdy moor považujeme za homogeí ěleo ekoečou epelou vodivoí a proředí, ve kerém pracuje uvažujeme ekoečou epelou kapaciou, jehož eploa eí eploou mooru ovlivěa. Dále předpokládáme koaí epelé paramery (epelá kapacia, koeficie přeupu epla...), ezávilé a eploě mooru. ro možví epla dq vyviuého v mooru za ča d v důledku zrá je pak možo uvé: dq d ožví epla odvedeého do okolího proředí za ejý ča je dq A d kde A je oučiiel přeupu epla [J/() W/], kerý je úměrý velikoi povrchu a ieziě chlazeí (uvažujeme pouze přeup epla prouděím, rep. vedeím, zaedbáváme áláí), je oepleí mooru, j. rozdíl eplo mooru a proředí. ožví epla způobující vlaí oepleí mooru je pak dq 3 C d kde C je zv. epelá kapacia mooru [J/], kerá udává možví epla pořebého k ohřáí mooru o. C m c kde m je hmoo mooru v [kg] a c je měrá epelá kapacia maeriálu mooru [J/(kg)]. ro rovici epelé rovováhy pak plaí: dq dq dq 3 d A d C d C d A d A e e oledí uvedeý vzah je pak řešeím předchozí difereciálí rovice

2 Oeplováí a dimezováí moorů C kde je oeplovací čaová koaa, je uáleé oepleí a je počáečí A A oepleí v čae. V případě, že a začáku oeplováí je eploa mooru a proředí hodá, je. Obdobě lze odvodi čaový průběh při ochlazováí mooru, kde plaí a edy o e řičemž výzam parameru je zde oepleí v okamžiku vypuí mooru. Zjedodušeé čaové průběhy jou zázorěy a obr.. Obr.. Čaový průběh oeplováí a ochlazováí mooru Čaová koaa závií a chladicích poměrech, keré jou u moorů vlaím chlazeím odlišé v případě, když moor je v provozu a když ojí. Obecě jou. edy čaové koay oeplovací. a ochlazovací o. růzé. Orieačí hodoy oeplovacích a ochlazovacích čaových koa jou uvedey v ab.. ab.. Orieačí hodoy oeplovacích a ochlazovacích čaových koa. druh mooru. o - malé moory oevřeé 3-4 mi 6-7 mi - velké moory oevřeé 5-65 mi 8 - mi - zavřeé moory povrchovým chlazeím a viří cirkulací 7-9 mi - mi - zavřeé moory bez chlazeí - 8 mi - 8 mi Jmeoviý výko elekromooru e aoví ak, aby oepleí epřekročilo dovoleé oepleí přílušé izolačí řídy viuí, avšak ak, aby moor byl epelě využi, j. aby e kuečé oepleí omuo dovoleému přiblížilo. Dovoleé oepleí dov viuí pro jedolivé řídy izolace je áledující : epelá řída izolace A E B F H dov [ C ] V provozu při eploách okolí ad 4 C a v admořké výšce ad m e oepleí ižuje. Druhy zaížeí Oeplováí probraé v miulé kapiole předpokládalo rvalé zaížeí čaem epromělivé. akové zaížeí předavují apř. odředivá čerpadla, veiláory, ěkeré obráběcí roje ap. V moha případech e však zaížeí mooru měí, což způobí aké čaově promělivý průběh zrá mooru. romě acioárího provozu promělivým zaížeím e však vykyují případy, kdy zráy v eacioárích

3 Oeplováí a dimezováí moorů režimech, j. při rozběhu, brzděí a reverzacích výzamě ovlivňují celkovou zráovou eergii a muí bý vzay v úvahu při dimezováí. V ouladu doporučeím EC 34- jou defiováy dle ČN EN 634- áledující druhy zaížeí: rvalé zaížeí Obr.. růběhy charakeriických veliči pro rvalé zaížeí oo zaížeí je charakeriické ím, že oepleí doáhe uáleé hodoy, čili doba rváí zaížeí z je delší ež (3 až 4 ). rákodobý chod Obr. 3. růběhy charakeriických veliči pro krákodobý chod 3

4 Oeplováí a dimezováí moorů Doba koaího zaížeí je zde aolik kráká, že e edoáhe epelé rovováhy a uáleé eploy, přičemž pracoví přeávka je aolik dlouhá, že e eploa mooru íží a eplou okolího proředí, j. z < 3 a > (3 až 4 ). 3 řerušovaý chod (bez vlivu rozběhu a brzděí a eplou) Obr. 4. růběhy charakeriických veliči pro 3 přerušovaý chod Zaížeí je charakeriické opakujícím e cyklem, během kerého edojde k epelé rovováze j. z < 3 a rověž < řerušovaé zaížeí (bez vlivu rozběhu a brzděí a eplou) 4

5 Oeplováí a dimezováí moorů Obr. 5. růběhy charakeriických veliči pro 6 přerušovaé zaížeí Opě dochází k opakujícímu e cyklu, při kerém edojde k epelé rovováze. Oproi přerušovaému chodu je moor při běhu aprázdo lépe chlaze (plaí pro moor vlaím chlazeím). řerušovaý chod, repekive zaížeí je charakerizová : a) dobou cyklu z o, kde při výpočech uvažujeme ormovaou dobou cyklu mi. b) zaěžovaelem, kerý udává celkový ouče dob zaížeí v rámci jedoho cyklu k době cyklu. z i zi [ ] % oory jiým zaížeím ež jou pak vyráběy pro ormovaé zaěžovaele 5; 5; 4 a 6%. Způobů zaížeí je amozřejmě ješě více, zejméa při uvažováí rozběhu, brzděí, reverzace, ad. Jejich aalýza však překračuje rozah ohoo základího učebího exu. Zde uvedeme pouze jejich ázvy (více ČN EN 634-): 4 řerušovaý chod rozběhem 5 řerušovaý chod elekrickým brzděím 7 řerušovaé pravidelé zaížeí elekrickým brzděím 8 řerušovaé pravidelé zaížeí e změami oáček pojeými e změami zaížeí 9 Nepravidelé zaížeí a změy oáček Zaížeí epojiými álými zaížeími 5

6 Oeplováí a dimezováí moorů 6 řepoče krákodobého chodu a rvalý chod oužií mooru určeého pro rvalé zaížeí ( ) pro zaížeí krákodobým chodem umožňuje jeho momeové a výkoové přeížeí,(pokud je meší ež maximálí momeová přeížielo), aiž dojde k překročeí dovoleého oepleí. oměry při krákodobém zaížeí jou zázorěy a obr. 6. Zráy při krákodobém chodu mohou u bý podaě vyšší ež při rvalém chodu, eboť oepleí probíhá dle křivky avšak je do doby zaížeí z, v íž při dokoalém epelém využií doáhe hodoy uáleého oepleí při rvalém provozu, (kerá odpovídá dovoleému oepleí mooru při zaížeí ). z e e Obr. 6. růběh oeplováí mooru při krákodobém chodu V čae z plaí ( ) Z dov z e / ) ( oměr zrá e Z dov / e azývá čiiel krákodobé přeížieloi a pohybuje e v rozahu, (pro dlouhé doby zaížeí z a oevřeé roje) až (pro kráké doby z a zavřeé roje). Zráy můžeme rozděli a zráy ezávilé a zaížeí zráy aprázdo (v železe a mechaické) a zráy závilé a zaížeí (ve viuí). ro jmeovié zaížeí jou cu, pro jié zaížeí e měí e čvercem proudu. U rojů derivačí charakeriikou plaí, že aké přibližě e čvercem momeu a při koaí rychloi i e čvercem výkou laí edy ( ) cu cu

7 Oeplováí a dimezováí moorů 7 Dáme-li yo zráy do poměru, doaeme ( ) ( ) z čehož a pro kde poměr zrá koaích (aprázdo) ke zráám variabilím při jmeoviém zaížeí ( ) ( ) d cu cu m FE závií a provedeí a velikoi mooru. Výrobce v kaalogu moorů ale euvádí dílčí zráy, ýbrž pouze účio při jmeoviém výkou. roo je uo prové odhad poměru zrá dle áledující abulky. ab.. oměr / oor malý výko ředí výko velký výko A. moor rychloběžý.65,5 A. moor pomaloběžý -,8,65 moor rychloběžý,8 až,8 až,5. moor pomaloběžý -,8 až,65 ychr. moor rychloběžý,8 až,8 až,8 až ychr. moor pomaloběžý -,, Vzahu pro poměr proudů, rep. momeů lze aké použí při přepoču krákodobého zaížeí rvající dobu z a ormovaé rváí z krákodobého zaížeí : Z e / Z e / kde e vypočíá pro kuečou dobu z a pro ormovaou dobu z (viz předchozí vzahy). oory určeé pro krákodobý chod jou čao peciálě upravey pro zvěšeí momeového přeížeí ím, že u idukčích moorů e volí věší idukce ve vzduchové mezeře, čímž lze připui věší proudové zaížeí a zvýší e mome zvrau i záběrý mome. oor pak pracuje v blízkoi bodu zvrau (7-8%). U ejoměrých moorů e zvěšuje mageický ok a proud e zvýší až k mezi komuace. Vyšší elekromageické využií vede k ižší účioi i účiíku mooru.

8 Oeplováí a dimezováí moorů řepoče 3, rep. 6 a rvalý chod, meoda ekvivaleího proudu, momeu a výkou Uvažujeme průběh přerušovaého zaížeí, kerému odpovídá průběh zrá dle obr. 7. Odpovídající oepleí mooru pak předavuje křivka (), kládající e z jedolivých úeků oeplovací a ochlazovací křivky mooru. Obr. 7. růběh zrá a oepleí při přerušovaém zaížeí oor, kerý je epelě využi, by měl bý dimezová a akový rvalý výko, aby po dobu zaížeí ímo výkoem e oeplil a eplou blízkou dovoleému oepleí. ao podmíka bude plěa ehdy, jeliže zráy mooru při om o áhradím koaím zaížeí budou rovy arimeické ředí hodoě zrá m z čaového průběhu () po dobu cyklu. roože je malé proi oeplovací čaové koaě, jou odchylky oepleí od ředí hodoy malé a eovlivňují živoo izolace. Říkáme, že dimezujeme moor dle ředích (meridiálích) zrá m m ( )d () Rozdělíme-li zráy mooru a zráy aprázdo (v železe a mechaické), keré jou za předpokladu přibližě álé rychloi koaí, a zráy ve viuí, keré jou úměré čverci zaěžovacího proudu, doaeme pro čaový průběh zrá vzah ( ) Ri ( ) () cu ředí zráy m bude pak možo vyjádři pomoci áhradího ekvivaleího proudu (3) m R ekv )Doazeím rovice () a (3) do vzahu () zíkáme defiičí vzah pro ekvivaleí proud ekv i ( )d (4) Ekvivaleí oeplovací proud můžeme edy urči ze kuečého průběhu proudu mooru ze ředí hodoy čverce proudu. ao meoda e azývá meoda ekvivaleího proudu. U rojů derivačí charakeriikou (ejoměré moory cizím buzeím, aychroí moory) - plaí přímá úměra mezi momeem a proudem: ~ a při koaí rychloi i mezi výkoem, momeem a 8

9 Oeplováí a dimezováí moorů proudem: ~~. ak lze u ěcho moorů defiova obdobým způobem aké ekvivaleí mome ekv, rep. ekvivaleí výko ekv ekv ( )d (5) ekv ( )d (6) Zpravidla bývá zadá zaěžovací diagram pracovího roje (průběh momeu), akže e určí ypový výko mooru z ekvivaleího momeu a rychloi. eodu ekvivaleího proudu užíváme věšiou ke korole využií mooru již a hoových pohoech, kde je k dipozici zázam měřeého proudu. Rověž exiují měřicí příroje, keré umožňují přímo zjišťova hodou ředěkvadraického proudu (buď a pricipu Hallova jevu ebo aalogové kvadráory). U roje e ériovou charakeriikou eplaí úměra mezi momeem a proudem, rychlo e zaížeím začě kleá. V omo případě lze využí k dimezováí pouze meodu ekvivaleího proudu. oup je pak akový, že z průběhu momeu pracovího roje () a charakeriiky () mooru udávaou výrobcem e vyvoří čaový průběh proudu () a z ěj e vypoče ekv. V případě přerušovaého chodu 3 je v přeávce mezi dvěma áledujícími cykly moor odpoje, akže odpadou zráy aprázdo, keré při odvozováí předchozích vzahů byly uvažováy. ao kuečo vede při výpoču ekvivaleích veliči k odchylkám, keré však obvykle zaedbáváme. U moorů vlaím chlazeím e u režimu 3 projeví ížeé chlazeí v době přeávky mezi cykly, což má za áledek růzou veliko čaové koay oeplováí a ochlazováí o.v áhradím výpočovém zaížeí však uvažujeme pouze jediou čaovou koau a ímo rozdílem epočíáme. Aby áhradí zaížeí vyihovalo uo kuečo, zavádíme mío kuečé doby přeávky redukovaou (áhradí) dobu ' o, á-li odpovída počáečí a koečé oeplováí během cyklu áhradímu rvalému zaížeí, plaí pro dobu ' o vzah, oměry obou čaových koa byly uvedey v ab.. Redukovaá doba cyklu bude pak, z akže ředí zráy m ( ) m,, d a podobě ekvivaleí proud ekv ( ) ekv i,, d ím dochází k zvýšeí ekvivaleího proudu o až 5% (vyšší hodoy plaí pro malé zaěžovaele z ). ejě je uo upravi u moorů derivačí charakeriikou vzahy pro ekvivaleí mome ekv (5) a výko ekv (6). ímo způobem e provádí přepoče a základě oepleí u pohoů přerušovaým chodem 3 a rvalé zaížeí. Vykyují-li e však v zaížeí špičkové momey, může vé eo přepoče a základě oepleí k eprávým závěrům, eboť moor emuí mí akovou momeovou přeížielo, aby byl chope yo momeové špice pokrý. V omo případě je edy uo korolova momeovou přeížielo zvoleého mooru (viz áledující raa) a v případě, že moor evyhovuje, je uo jeho ypový výko zvýši. 9

10 Oeplováí a dimezováí moorů omeová přeížielo ři dimezováí mooru je uo kromě epelého amáháí mooru korolova momeovou přeížielo. omeová přeížielo je poměr maximálího momeu k momeu jmeoviému. Jak plye z předchozí kapioly, při krákodobém ebo přerušovaém chodu může bý moor krákodobě přeíže (aiž by došlo k překročeí dovoleého oepleí). V ěcho čaových úecích ale ikdy emí dojí k překročeí maximálího momeu mooru. U adardích ejoměrých moorů o čií cca dvojáobek jmeovié hodoy. Vyplývá o ze kuečoi, že mome DC moorů koaím buzeím moory cizím buzeím či permaeími magey - je přímo úměrý proudu kovy (viz kapiola o DC moorech). ři věším ež dvojáobém proudu dochází k adměrému jikřeí a komuáoru. ejoměré eriové moory jou omezey rověž komuací při ayceí pomocých pólů, přeížielo bývá až,5. ejoměré moory permaeími magey ve peciálím provedeí pro ervopohoy obráběcích rojů mívají přeížielo až. U aychroích moorů je maximálí mome momeem zvrau a mechaické charakeriice (viz kapiola o aychroích moorech). ro adardí moory akráko e ao hodoa pohybuje v rozmezí,5 až 3,5 áobku jmeoviého momeu (eo údaj ajdeme v kaalogu daého mooru). ricipiálě edy moor emůže vyviou věší mome ež je mome zvrau. okud bychom ho zaížili věším momeem, dojde k jeho zaaveí, přičemž by moor odebíral proud akráko. U ychroích moorů je maximálí dovoleý mome poje jedak maximálím dovoleým proudem, ale i maximálím dovoleým záěžým úhlem, po jehož překročeí dochází k vypaduí ze ychroimu a jeho zaaveí, přičemž by moor odebíral velký proud. ychroí moory mají,5 až,5 při ormálím provedeí, ve peciálím provedeí až 3 až 4. ro všechy uvedeé ypy edy můžeme aovi výše uvedeým poupem maximálí mome a zkorolova, zda v ěkerých úecích zaěžovacího diagramu eí překroče. okud by omu ak bylo, je uo avrhou moor věšího výkou ak, aby jeho maximálí mome překroče ebyl.