1 1Projektiranje EMPProjektiranje EMP--aaEMP- 07/08 izbor motora2 22 2Izbor snage motoraPretpostavljamo da je odluka o vrsti motora, brzini, mehanikoj zatiti i drugim detaljima realizacije pogona ve poznata.Izbor snage za trajni pogonPitanje ispravnog izbora motora je svojoj biti je termiko pitanje. Potrebno je poznavati i primijeniti sloenu teoriju zagrijavanja elektrinih strojeva.Snagu motora nije jednostavno odabrati. Obino se polazi od nekog poznatog rjeenja a ako ga nema radi se pokuavanjemVrste tipinih optereenja elektromotornih pogona su definirane IEC normama. Time se olakava odabiranje motora (vidi predavanje vrste pogona prema IEC 60034-1)Najjednostavniji je izbor motora za stacionarni pogon. Snaga motora se bira tako da bude uvijek vea od najvee snage tereta.Provjerava se potezni moment, prekretni moment, te uzima utjecaj padova napona u sustavu napajanja energijom.EMP- izbor motora3 3Izbor snage motoraIzbor snage motoraSnaga motora mora biti odabrana tako da motor radiSnaga motora mora biti odabrana tako da motor radi pouzdano i ekonomi pouzdano i ekonomi no. no.Prema odabranoj snazi biraju se sve ostale komponentePrema odabranoj snazi biraju se sve ostale komponente elektromotornog pogona ( pretvara elektromotornog pogona ( pretvara i, transformatori,i, transformatori, kabeli , za kabeli , za tite,...........). tite,...........).Ako je snaga nedovoljna ; motorAko je snaga nedovoljna ; motor e prije ili kasnijee prije ili kasnije otkazati zbog pregrijavanja ili istro otkazati zbog pregrijavanja ili istro enosti. enosti.Ako je snaga prevelika; neopravdano utro Ako je snaga prevelika; neopravdano utro ena sredstvaena sredstva za sve komponente pogona, kod izmjeni za sve komponente pogona, kod izmjeni nih strojevanih strojeva lo lo iji faktor snage, manja korisnostiji faktor snage, manja korisnost . .4 44 42. Izbor snage motora za intermitirane i druge pogone promjenjivih parametaraMetode se zasnivaju na aproksimaciji promjenljivih veliina koje se zamjenjuju nekim ekvivalentnim veliinama. Koriste se 3 metode: ekvivalentne struje, momenta i snage.Metoda ekvivalentne strujePromjenjiva struja zamjenjuje se nekom ekvivalentnom strujom.EMP- izbor motora5 55 5Ako se struja i (t) mijenja unutar perioda T kontinuirano raunamo je prema izrazu:( )201.TekI i t dtT=2 2 2 21 1 2 2 3 31 2 3.............................n neknI t I t I t I tIt t t t+ + + +=+ + + +2 2 221 1 2 21 22 2 2 221 2 3 1 1 2 2 3 31 2 3 1 2 3( ) ( ) ............ ( ),..........( ........... ) ....................... ..........+ + + + + ++ =+ + ++ + + + + + + ++ = ++ + + + + + + +k k k n nk eknk n n nk ekn nP I R t P I R t P I R tP I Rt t tP t t t t I t I t I t I tP I R Rt t t t t t t tGubici presudni za zagrijavanje motora se sastoje od konstantnih Pk(eljezo i trenje) i od promjenjivih I2R u namotu . iliiz ega slijedi izraz za ekvivalentnu struju :EMP- izbor motora6 66 6Zbog hlaenja i zagrijavanja motora je vano je pri izboru motora znati da li je brzina vrtnje pogona konstantna ili promjenljiva.Kod konstantne brzine moe se raunati hlaenje i zagrijavanje s jednakim termikim vremenskim konstantama .To je tipian sluaj kod prisilne ventilacije motora (strani ventilator osigurava potrebu koliinu rashladnogzraka).Nakon to se odredi Iekmoe se poeti sa odabiranjem nazivne snage motora.Uzima se iz kataloga prva vea struja i prema njoj snaga za ve poznati napon i brzinuvrtnje.Posebni zahtjeviNacionalnim i meunarodnim normama ili propisima postavljaju se specifini zahtjevi na pojedine vrste pogona. Zahtjev napreopteretivost motora obino je definiran prema vrsti motora i specifinosti konkretnog pogona.7 77 7Metoda ekvivalentnog momentaAko je moment motora direktno proporcionalan struji, kao npr. kod nezavisno uzbuenog motora, moe se ekvivalentni moment raunati prema izrazu: 2 2 2 21 1 2 2 3 31 2 3.............................n neknMt Mt Mt MtMt t t t+ + + +=+ + + +EMP- izbor motora8 8Nazivnimomentmotoramorabitive Nazivnimomentmotoramorabitive iodizra iodizra unatogekvivalentnogunatogekvivalentnog momentamomentaM Mn n> > M Mekek uzimaju uzimaju ipritomeposebnezahtjeveipritomeposebnezahtjeveza zapreopteretivost preopteretivost motora motoraAsinkroni motorNazivni moment motora je obino oko 0,5 prekretnog (Mmax= 2 Mn)Potrebno je ispuniti uvjet:max1, 6 (IEC 60034-1)nMMOstali motoriZadizaline pogonesetraidapreoptereenjebude200-250%,za valjaonike pogone 200-300 %.Za udarna optereenja pogona sa sinkronim motorima se ponekad trai da preoptereenje bude i 400%.Sve navedene preopteretivosti su dozvoljene kratkotrajno, nekoliko sekundi jerbiusluajuduegtrajanjamotorbiotermikiugroeninjegovivotni vijek bitno skraen.9 99 9Metoda ekvivalentne snageAko se moe primijeniti metoda konstantnog momenta a motor radi priblino konstantnom brzinom vrtnje ekvivalentna snaga motorase moe izraunati izrazom:2 2 2 21 1 2 2 3 31 2 3.............................n neknP t P t P t P tPt t t t+ + + +=+ + + +EMP- izbor motoraUvjet ispravnog izbora je Pn> Pek10 1010 10PrimjerNa slici su dani grubi podaci za dimenzioniranje elektromotornog postrojenja rudnikogizvoznog stroja. Izraunati metodom ekvivalentnog momenta motor potreban za pogon tog postrojenja uz pretpostavku da je brzina vrtnje konstantna, a motor ima nezavisno hlaenje. Zalet traje 15 s, konstantna brzina dizanja 45 s, koenje do zaustavljanja 20 s, pauza 25 s. Proces se ponavlja.Moment motora11 1111 11Ekvivalentni moment:Ekvivalentna snaga:Bira se motor prve vee standardne snage, npr. 1600 k W.Diskusija:Najvei moment koji se javlja je 2000 Nm!Moe li motor savladati taj moment?Ako je istosmjerni motor u pitanju njega se smije preopteretitiputa,Dozvoljena struja motora moe kratkotrajno biti vea od nazivne do 2 puta.Asinkroni motor:Prekretni moment mora uvijek biti barem 1,6 puta vei od nazivnog ( IEC 60034-1, bez tolerancije na nie).Motor se smije kratkotrajno preopteretiti sa 1,6 Mn.100013775 1441, 78 .30ekP kW = =201, 4513, 775 =2 2 220 15 16 45 10 2013775 .105ekM Nm + + = =12 12Toplinski (termiki) model motora za zagrijavanje odnosno hlaenjePitanje ispravnog izbora motora je svojoj biti je termiko pitanje. Pojednostavljeni prikaz zagrijavanja i hlaenja je u nastavku a oslanja se na sloenu teoriju zagrijavanja elektrinih strojeva.Pretpostavka; motor je homogeno tijelo, a gubici koji se u njemu razvijaju su nepromjenjivog iznosa.Gubici snage u motoru koji ga zagrijavajupg(t) [W],Snaga koja prelazi na okolini medij p2(t) [W],m je masa dijelova motora koji se griju [kg] Sje rashladna povrina motora [m2](s koje se odvodi toplina),c je specifina toplina materijala motora [Ws/kgC] ili [J/kgK] ,h je koeficijent prijelaza topline na okolinu, odvodom [W/m2C], je temperatura [C](srednji porast temperature).13 13Neka je u vremenu dt porast temperature d, odnosno promjena Toplina razvijena u motoru = toplini koja prelazi na okolinu + toplina akumulirana u tijelu motoraje toplina koja se akumulira u motoru kao homogenom tijelu, u motoru razvijena toplina zbog ukupnih gubitaka,toplina koja prelazi na okolinu,Sreeno:ddt(1)g okpdt mc d p dt = +mc d gpdtokp dt.okp S h = , (2)tan. (3) + = = + =ggpmc dS h dt S hmcT vremenska kons tazagrijavanjaS hpdTdt S hEMP- izbor motora14 14mc je toplinski kapacitet motora [Ws/C]ili[J/K],S je povrina s koje se odvodi toplina, h koeficijent odvoda toplineT je toplinska vremenska konstanta ovisna o brzini vrtnje motora.Za stacionarno(ustaljeno) stanje bit e konana temperatura:U stacionarnom stanju je temperatura motora konstantna, sva razvijena toplina u motoru prelazi na okolinu.Rjeenje diferencijalne jednadbe (3) je:S h 1(1 ) ,za ,t tT Tsse et = + = 1[ ] . =gsPCS hgdje je temperatura poetnog stanja. Pri sva toplina razvijena u motoru prelazi na okolinu.s = 15 15Pri regulaciji brzine vrtnje, ako je ventilator na vlastitoj osovini motora, mijenja se koeficijent odvoda topline h, a time i toplinske vremenske konstante.Za EMP je vano poznavanje T jer se bez toga teko moe projektirati (odabrati) motor za dinamika stanja.Toplinske vremenske konstante ovise o brzini vrtnje. Vremenska konstanta hlaenja(u stajanju) je vea od konstante zagrijavanja( u vrtnji). 16 16Klasifikacija reima rada EMP-a(sa stajalita zagrijavanja i hlaenja)[Classes of motor duty]Prema IEC 60034-1 definirano je 10 standardnih vrsta pogona.U tim su kategorijama pogona definirane vremenske promjene optereenja, gubitaka,brzine vrtnje i zagrijavanja motora.Primjeri oznaka i naziva, (detaljno u navedenoj literaturi).S1trajni pogon (continuous duty)S2kratkotrajni pogon (short time duty)S3intermitirani pogon (intermittent periodic duty). ..S8trajni pogon s periodinim promjenama brzine (continuous duty with periodic. speed change).S10pogon s diskretnim konstantnim optereenjima (Duty with discrete constantloads)17 17S1 (trajni pogon)Karakteriziran je time da je vrijeme trajanja pogona toliko dugo da je postignuto stacionarno stanje zagrijavanjaT je toplinska (termika) konstanta.s dozvoljenoje 3 .pogonat T 18 18S2 (kratkotrajni pogon)Trajanje pogona kratkoza trajanja pauze motor se ohladi do temperature okoline.3 3 ,p pauzet T ili t T 19 19Dimenzioniranje [izbor motora (snaga i moment)] za kratkotrajni pogonddozvoljena temperatura klase izolacije, bitno je da dne prelazi klasummaksimalna temperatura kada bi bilo trajno optereenje,Ps= PtrajnoSnaga motora je vea (dozvoljeno optereenje) u kratkotrajnom reimu.Izizraunamo trajanje pogona pri kojem ne bi dolo do pregrijanjamax1 ,tTde = = maxmaxln .pdt T= Pssnaga kratkotrajnog pogona20 20ReReimi rada elektromotornog imi rada elektromotornog pogonapogonaPrema IEC 60034 Prema IEC 60034- -1 1EMP 07/08 BAN21 21PREMA IEC 60034 PREMA IEC 60034- -1 DEFINIRANO JE 10 VRSTA1 DEFINIRANO JE 10 VRSTA POGONA POGONATime je definiranaTime je definirana klasifikascija klasifikascija re re ima rada.ima rada. ( (Classes Classes of of motormotor duty duty). ).Definirane su vremenske promjene snageDefinirane su vremenske promjene snage optere optere enja, gubitaka u motoru, brzine vrtnje,enja, gubitaka u motoru, brzine vrtnje, zagrijavanja, broja zaleta na sat.... zagrijavanja, broja zaleta na sat....Pri razmatranju toplinskog modela motora polaziPri razmatranju toplinskog modela motora polazi se od pretpostavke da je motor homogeno tijelo. se od pretpostavke da je motor homogeno tijelo.22 22POGON S1 POGON S1 TRAJNI RAD TRAJNI RADIEC oznaka:IEC oznaka: S1 S1RadpodkonstantnimRadpodkonstantnim optere optere enjemkojetrajeenjemkojetraje dovoljnodugodastrojdovoljnodugodastroj postigne termi postigne termi ku stabilnost ku stabilnosttt pp > >3 T 3 TTtoplinskavremenskaTtoplinskavremenska konstanta konstantaPsnaga motora Psnaga motoraP Pg ggubici snage u motoru gubici snage u motoru temperatura temperatura max maxtemperaturanamotatemperaturanamota motora treba bitimotora treba biti uvjek uvjek manjamanja oddozvoljenezaklasuoddozvoljenezaklasu izolacije izolacijeEMP 07/08 BAN23 23POGON S2 POGON S2 KRATKOTRAJNI POGON KRATKOTRAJNI POGONIEC oznaka:IEC oznaka: S2 S2Rad pod pod optere Rad pod pod optere enjem kojeenjem koje traje kratko i za vrijeme kojegatraje kratko i za vrijeme kojega stroj postigne dozvoljenustroj postigne dozvoljenu nadtemperaturu nadtemperaturu, a potom se, a potom se stigne ohladiti na temperaturustigne ohladiti na temperaturu okoline prije slijede okoline prije slijede egeg optere optere enja. Kratkotrajnoenja. Kratkotrajno optere optere enje je ve enje je ve e od nazivnog,e od nazivnog, ograni ograni eno dozvoljenomeno dozvoljenom temperaturom i momentomtemperaturom i momentom motora. motora.Bitno je da se motor ne zagrijeBitno je da se motor ne zagrije vi vi e ode od doz doz. .Normirana vremenaNormirana vremena kratkotrajnog optere kratkotrajnog optere enja: 10,enja: 10, 30, 60, 90 min 30, 60, 90 minPrimjer ozna Primjer ozna avanja: avanja: S2,S2, 30 min 30 minEMP 07/08 BAN24 24POGON S3 POGON S3 INTERMITIRANI ILI ISPREKIDANI PERIODI INTERMITIRANI ILI ISPREKIDANI PERIODI KIKI POGON POGONIEC oznaka S3 IEC oznaka S3Radpodkonstantnimcikli Radpodkonstantnimcikli kimkim Optere Optere enjima.enjima. Gubicizaletasumaliineutje Gubicizaletasumaliineutje uu bitno na zagrijavanje. bitno na zagrijavanje.NazivnevrijednostiNazivnevrijednostiintermitencija intermitencijasu15,25,40,60%pri10 su15,25,40,60%pri10- -minutnom ciklusu minutnom ciklusuPrimjer ozna Primjer ozna avanja:avanja: S3 S3, 25% , 25% = =+p pp m cIntermitencija :t t100% 100%t t tEMP 07/08 BAN25 25POGON S4 POGON S4 INTERMITIRANI PERIODI INTERMITIRANI PERIODI KI POGON SKI POGON S UTJECAJEM DINAMI UTJECAJEM DINAMI KIH STANJA KIH STANJARadpodkonstantnimcikli Radpodkonstantnimcikli kimkim optere optere enjima.enjima.GubicizaletaGubicizaleta utje utje u na zagrijavanje.u na zagrijavanje. Da bi se definirao ovaj re Da bi se definirao ovaj re im radaim rada potrebnojepoznavatimomentnupotrebnojepoznavatimomentnu karakteristiku mehanizma, ukupnikarakteristiku mehanizma, ukupni momenttromostimotoraibrojmomenttromostimotoraibroj zaleta na sat z zaleta na sat zPrimjer ozna Primjer ozna avanja: avanja:S4 S4, 40%; z=120 zaleta/h, 40%; z=120 zaleta/h + + = =+ +p z p zc z p mIntermitencija :t t t t100% 100%t t t tEMP 07/08 BAN26 26POGON S5 POGON S5 INTERMITIRANI PERIODI INTERMITIRANI PERIODI KI POGON SKI POGON S UTJECAJEM DINAMI UTJECAJEM DINAMI KIH STANJA KIH STANJAPPgttttptmtutctztkmaxok000[oC]tc trajanje ciklusatz trajanje zaletatp trajanje konstantnogoptereenjatk trajanje koenjatu trajanje motorskog radaSli Sli no S4 re no S4 re imu, osimimu, osim toto ovdjeovdje elektri elektri no ko no ko enje imaenje ima zna zna ajan utjecaj naajan utjecaj na zagrijavanje zagrijavanjeBroj zaleta na sat zBroj zaleta na sat z Primjer ozna Primjer ozna avanja IEC:avanja IEC: S5 S5, ,160%; z=120 zaleta/h;160%; z=120 zaleta/h; 100%z p kct t tt+ += Intermitencija:EMP 07/08 BAN27 27POGON S6 POGON S6 TRAJNI RAD S INTERMITIRANIMTRAJNI RAD S INTERMITIRANIM OPTERE OPTERE ENJEM ENJEM = =+p pp m cIntermitencija :t t100% 100%t t tPPgttttptmtcok000[oC]tc trajanje ciklusatp trajanjekonstantnogoptereenjatm trajanje praznoghodaTipi Tipi an primjeran primjer dizali dizali nih nihmotora motoraTrajna serija jednakih ciklusa.Trajna serija jednakih ciklusa. Svaki ciklusSvaki ciklus ini periodini period konstantnog optere konstantnog optere enja ienja i period praznogperiod praznog hoda.Brzina hoda.Brzinavrtnje pribli vrtnje pribli no jednaka brzinino jednaka brzini vrtnje optere vrtnje optere enja i praznogenja i praznog hoda. hoda.Termi Termi keke vrem.konstante vrem.konstante jednake u periodu hlaenja ijednake u periodu hlaenja i zagrijavanja. zagrijavanja.Primjer oznake IEC :Primjer oznake IEC : S6 S6, 15% , 15%EMP 07/08 BAN28 28POGON S7 POGON S7 INTERMITIRANI PERIODI INTERMITIRANI PERIODI KI POGON SAKI POGON SA ZALETIMA I KO ZALETIMA I KO ENJIMA ENJIMAPPgttttptctztkmax000[oC]tc trajanje ciklusatz trajanje zaletatp trajanje konstantnogoptereenjatk trajanje koenjamax dozNeprekidnipogonsastalnimNeprekidnipogonsastalnim zaletima i zaustavljanjimazaletima i zaustavljanjima Termi Termi ki stabilizirani proces ki stabilizirani procesDa bi se definirao ovaj re Da bi se definirao ovaj re im radaim rada potrebnojespecificiratibrojpotrebnojespecificiratibroj ciklusaposatuziukupnuciklusaposatuziukupnu tromost na osovini motora tromost na osovini motoraPrimjerozna Primjerozna avanjapremaIECavanjapremaIEC S7 S7, 500 zaleta/h;, 500 zaleta/h; 1z p kct t tt+ += =Intermitencija:EMP 07/08 BAN29 29POGON S8 POGON S8 TRAJNI RAD S PERIODI TRAJNI RAD S PERIODI KIMPROMJENAMAKIMPROMJENAMA BRZINA VRTNJE BRZINA VRTNJEPPgtttnttc trajanje ciklusatz trajanje zaletatp1, tp2, tp3 trajanje konstantnih optereenjatk2, tk1 trajanje koenjamaxok0000[oC]Trajanje ciklusatz tp1 tk1 tp2 tk2 tp3Zadaju se parcijalna trajanjaZadaju se parcijalna trajanja optere optere enja enja pri pojedinoj brzini vrtnjepri pojedinoj brzini vrtnje npr. npr.+ =+ + + + +z1 p1z1 p1 k1 p2 k2 p3t tt t t t t t Tipian primjer brodskih dizalica Vrlo kompliciran izbor motora. Moe biti i vie perioda promjene brzine vrtnje nego na slici. Utjecaj gubitaka na zagrijavanje u svim dinamikim stanjima Potrebni su detaljni podaci o momentu tromosti mehanizma i motora (ako je ve odabran) trajanju ciklusa tcodnosno njihov broj na sat. Rjeavanje (izbor motora) pokuajem Primjer IEC oznaavanja:S8, 30 start/h; 740 o/min, 40%S8, 30 start/h; 960 o/min; 60%ParcijalnaParcijalna intermitencija intermitencija: :EMP 07/08 BAN30 30POGON S9 POGON S9 TRAJNI POGON SA NEPERIODI TRAJNI POGON SA NEPERIODI KIMKIM OPTERE OPTERE ENJEM I PROMJENOM BRZINE I SMJERA VRTNJE ENJEM I PROMJENOM BRZINE I SMJERA VRTNJENeprekidni rad sa serijomNeprekidni rad sa serijom neperiodskih konstantnihneperiodskih konstantnih optere optere enja i ko enja i ko enja teenja te promjena brzine i smjerapromjena brzine i smjera vrtnje. Najzahtjevnijivrtnje. Najzahtjevniji re re im rada za motor.im rada za motor. Oznaka:Oznaka: S9 S9tmtptztotkPPgtttnttcPnmaxtc trajanje ciklusatz trajanje zaletato trajanje konstantnogpreoptereenjatp trajanje konstantnognazivnog optereenjeprema S1tk trajanje koenjatm trajanje mirovanjaPn nazivna snagamax maksimalna temperaturaok0000[oC]EMP 07/08 BAN31 31POGON S10 POGON S10 TRAJNI RAD SA DISKRETNIM KONSTANTNIMTRAJNI RAD SA DISKRETNIM KONSTANTNIM OPTERE OPTERE ENJIMA ENJIMANeprekidni rad sa serijomNeprekidni rad sa serijom konstantnih diskretnih optere konstantnih diskretnih optere enja,enja, kojih mo kojih mo e biti najvi e biti najvi e 4 u 1e 4 u 1 ciklusu. Trajanje svakeciklusu. Trajanje svake p pi itoliko da se postigne termi toliko da se postigne termi kaka ravnote ravnote a aOznaka:Oznaka: S10 S10P/PNPvt/TcNTc trajanje ciklusat trajanje diskretnihoptereenjaP N nazivna snaga prema S1 nazivna temperatura000[oC]1t/Tct/Tc 111p4p3 p2 p1t2 t3 t1 t4421EMP 07/08 BAN