ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΛΕΓΧΟΥ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ - Epsiae.com

roundoliberianΗλεκτρονική - Συσκευές

5 Οκτ 2013 (πριν από 3 χρόνια και 11 μήνες)

267 εμφανίσεις

ELECTRIC DRIVES SYSTEMS


ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ
ΕΛΕΓΧΟΥ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ


INTRODUCTION
-

ΕΙΣΑΓΩΓΗ



They are everywhere: in houses, offices, laboratories, industry, transport, etc.



Electric Drives offer the most comfortable possibility of moving


The modern life
-
style is based on a big number of electric motors, most are small,
other bigger are in industrial processes


>65% of the electric energy of each country is spent by Electric Drive Systems.



-

Με
την πάροδο του χρόνου, βλέπουμε στα σπίτια, στα γραφεία, στα εργαστήρια και
στα εργοστάσια της βιομηχανίας όλο και περισσότερους ηλεκτρικούς κινητήρες
.


-

Η χρήση
των ηλεκτρικών κινητήρων παρέχει την πλέον άνετη δυνατότητα κίνησης.


-

Ο
σύγχρονος τρόπος ζωής βασίζεται στην χρησιμοποίηση μεγάλου αριθμού
κινητήρων,
το
πλείστο μικροί, οι οποίοι δεν είναι πάντα του ίδιου τύπου με τους
μεγάλους κινητήρες που λειτουργούν στη βιομηχανία
.




Τη σημερινή εποχή το 65% περίπου της ηλεκτρικής ενέργειας κάθε χώρας
καταναλώνεται από τα Ηλεκτρικά Συστήματα Κίνησης (ΗΣΚ).

THREE BIG CATEGORIES OF ELECTRIC MOTORS


ΥΠΆΡΧΟΥΝ ΤΡΕΙς ΜΕΓΆΛΕς ΚΑΤΗΓΟΡΊΕς ΗΛΕΚΤΡΙΚΏΝ ΚΙΝΗΤΉΡΩΝ:



Alternating Current (AC) Motors are supplied from 1
-
phase or 3
-
phase standard
voltage at 50Hz. Mainly in houses in domestic appliances and in industry


Direct current (DC) Motors are supplied from a battery or a dc
-
supply with a rectifier
of ac voltage. Design detail: have a collector and two brushes


Special Motors, mainly of small size, are supplied from an electronic signal
generator. Mainly in medical instrumentation, office & computer applications,
robotics, toys, etc



Κινητήρες
εναλλασσομένου ρεύματος (ΕΡ) οι οποίοι τροφοδοτούνται από το
μονοφασικό,
ή το
τριφασικό δίκτυο εναλλασσόμενης τάσης με συχνότητα 50
Hz
. Αποτελούν την κατηγορία
κινητήρων που λειτουργούν στο μεγαλύτερο μέρος των οικιακών
συσκευών και στη βιομηχανία.


Κινητήρες
συνεχούς ρεύματος (ΣΡ
),
οι οποίοι έχουν δύο ακροδέκτες που συνδέονται στους
ακροδέκτες μιας μπαταρίας, ή τροφοδοτούνται με συνεχή
τάση,
η οποία προκύπτει από
ανόρθωση του εναλλασσομένου ρεύματος. Από κατασκευαστική άποψη, χαρακτηριστική είναι η
ύπαρξη του συλλέκτη και των ψηκτρών.


Κινητήρες
ακριβείας οι οποίοι τροφοδοτούνται από ηλεκτρονικό κύκλωμα. Οι πιο διαδεδομένοι
είναι οι
βηματικοί

κινητήρες για εφαρμογές ελέγχου
θέσης, οι
σερβοκινητήρες

για εφαρμογές
ρομποτικής
και οι κινητήρες συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες για εφαρμογές ελέγχου της
ταχύτητας
.


The progress of electronics and of digital and computer technology, had impact in
the development of control systems for electric drives.


The control of any electric drive system is mandatory if are expected changes of load
torque and speed, fluctuations of supply voltages and frequencies, and external
disturbances. The purpose is to drive well the system on the required characteristics
and to avoid overloading, overheating and excessive consumption of energy .


Saving of energy and increase of efficiency permit the use of motors of lower ratings.



Μέχρι
το 1950, τεχνολογικοί περιορισμοί
εμπόδισαν
την εφαρμογή
των ΗΣΚ
σε ευρεία
κλίμακα.
Τα ΗΣΚ είχαν λίγες εφαρμογές,
όπως
στις
εργαλειομηχανές και
στη
μεταλλουργία.
Η
εξέλιξη των ηλεκτρονικών ισχύος,
των
ψηφιακών συστημάτων και των
μικροεπεξεργαστών, επέτρεψαν την ανάπτυξη μοντέρνων τεχνικών ελέγχου, με
αποτέλεσμα την ταχύτατη εξέλιξη της περιοχής των
ελεγχομένων ΗΣΚ.


Ο έλεγχος ενός συστήματος κίνησης είναι απαραίτητος όταν υπάρχουν συχνές
μεταβολές της ροπής και της ισχύος του φορτίου, για να αποφευχθεί η υπερφόρτιση
του κινητήρα, η αστάθεια του συστήματος, η υπερθέρμανση και η υπερβολική
κατανάλωση ενέργειας.


Η οικονομία στην κατανάλωση ενέργειας και η αύξηση του βαθμού απόδοσης με τον
έλεγχο, επιτρέπουν τη χρήση κινητήρων χαμηλότερης ονομαστικής ισχύος.



ADVANTAGES

ΠΛΕΟΝΕΚΤΉΜΑΤΑ



Large region of power ratings, of speeds, of torques, temporary overloading


Suitable for use in different environments, no necessary fuels, no exhausted gases,
lower acoustic noise,


Low losses, high efficiency, good dynamic response, and behavior


Many different types of motor design


Controllable: using different control techniques can change characteristics



Κατασκευάζονται για ευρεία περιοχή ισχύος: από ισχύς< 1W (ηλεκτρονικά ρολόγια) μέχρι ισχύς>100MW
(αντλίες σε υδροηλεκτρικούς σταθμούς).


Ευρεία περιοχή ταχυτήτων
:

από μηδέν μέχρι 100.000 ΣΑΛ (φυγόκεντρες)


Ευρεία περιοχή ροπών
:

από μηδέν μέχρι 1.000.000
Nm

(για μύλους τσιμέντου).


Προσαρμόζονται σε διάφορες λειτουργικές καταστάσεις όπως: σε κλειστά, χωρίς αερισμό, σε υγρά, σε
εκρηκτικά, σε ραδιενεργά περιβάλλοντα
,
Δεν χρειάζονται καύσιμα, δεν εκπέμπουν καυσαέρια


Ο θόρυβος που δημιουργούν είναι χαμηλότερος από άλλα συστήματα.


Κατασκευαστικά σε πολλά σχεδία
:

ευθύγραμμοι,
βηματικοί
,
σερβοκινητήρες
, κ.ά.


Φορτίζονται αμέσως, δεν χρειάζονται προθέρμανση και έχουν τη δυνατότητα προσωρινής υπερφόρτισης


Έχουν χαμηλές απώλειες και υψηλή απόδοση,


Είναι ελεγχόμενα
,

οι χαρακτηριστικές τους μπορούν να αλλάξουν
,
Έχουν καλή δυναμική απόκριση και επίδοση.

DISADVANTAGES
-

ΜΕΙΟΝΕΚΤΉΜΑΤΑ


Depend of power supply


Lower rate of electrical power (W)/weight of machine (Kg), due to
magnetic circuit and cooling system


This influences the vehicular technology (electric cars, electric
buses, airplanes, electric trains)



Η
εξάρτηση
των ΗΣΚ από
την ηλεκτρική πηγή τροφοδότησης
δημιουργεί
δυσκολίες, π.χ.
στα ηλεκτρικά οχήματα
.


Έτσι, μία πηγή
ηλεκτρικής ενέργειας πρέπει να βρίσκεται πάντα μέσα στο όχημα.


Έχουν
χαμηλότερο λόγο
ισχύος/βάρος
μηχανής από τα υδραυλικά
συστήματα
κίνησης, λόγω ύπαρξης του μαγνητικού κορεσμού και λόγω
ανάγκης συστήματος ψύξης.


Αυτό
είναι σημαντικό στα συστήματα ελέγχου θέσης στα αεροπλάνα.


4
-
QUADRANT TORQUE
-
SPEED OPERATION


Δυνατότητες Λειτουργιάς Ενός ΗΣΚ Στα Τέσσερα Τεταρτημόρια:

Can be operated as motors or as generators; Clock
-
wise and anti
-
clockwise; as motor or as
break; Can use the regenerative breaking mode.

ω
-

γωνιακή ταχύτητα περιστροφής,
Τ
-
ροπή κίνησης,
Τ
L
-
ροπή φορτίου



THE ELECTRIC DRIVE SYSTEM IS COMPOSED OF: ONE ELECTRIC MOTOR, ON
E POWER SUPPLY,
ONE EXTERNAL LOAD AND ONE CONTROL SYSTEM

ΤΟ ΕΛΕΓΧΟΜΕΝΟ ΗΣΚ ΑΠΟΤΕΛΕΙΤΑΙ ΑΠΟ: ΕΝΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΚΙΝΗΤΗΡΑ, ΕΝΑ Μ
ΕΤΑΤΡΟΠΕΑ ΙΣΧΥΟΣ,
ΕΝΑ ΜΗΧΑΝΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ ΚΑΙ ΜΙΑ ΜΟΝΑΔΑ ΕΛΕΓΧΟΥ


Electric motor:
the device that performs the electromechanical conversion of power


Power Supply:
conversion of electric power, ac
-
dc, dc
-
ac, rectifier, inverter,
cycloconverter
, chopper,


Mechanical Loads:
many types


Control System:
measurements and data acquisition using sensors, data transmission and conversion
(
a/d
, d/a), data processing, using controllers, command the power supply, use feedback, visualization,
warning, messaging, etc



Ο
ηλεκτρικός κινητήρας

είναι η συσκευή η οποία επιτελεί την ηλεκτρομηχανική μετατροπή της
ενέργειας. Οι μεταβλητές εισόδου των μοντέλων των κινητήρων
είναι
ηλεκτρικές τάσεις και ρεύματα και
οι μεταβλητές εξόδου είναι η μηχανική γωνιακή ταχύτητα, η μηχανική ροπή και η μηχανική ισχύς.


Ο μετατροπέας ισχύος

τροφοδοτεί τον κινητήρα. Ο ρόλος του είναι να μετατρέψει
τη
τάση και
συχνότητα του δικτύου σε τάση και συχνότητα κατάλληλες για τον κινητήρα και για τη μέθοδο ρύθμισης.
Παραδείγματα μετατροπέων ισχύος είναι ο ανορθωτής, ο μετατροπέας συχνότητας, ο
αντιστροφέας
, ο
ρυθμιστής τάσης κ.ά.


Πολλά είδη
μηχανικών φορτίων

τα οποία προσδιορίζονται κάθε φορά για συγκεκριμένη
εφαρμογή.


Η μονάδα ελέγχου

ρυθμίζει όλο το σύστημα. Συνδέεται με ειδικά αισθητήρια στοιχεία μετρήσεων των
φυσικών μεγεθών, εισάγει τα δεδομένα από τις μετρήσεις αυτές στην κεντρική μονάδα επεξεργασίας,
υλοποιεί διάφορες τεχνικές ελέγχου χρησιμοποιώντας ρυθμιστές και τέλος οδηγεί το μετατροπέα ισχύος
ώστε να παράγει στην έξοδο του την επιθυμητή
κυματομορφή

τάσης και να ελέγξει με τον τρόπο αυτό το
σύστημα κίνησης.

BLOCK DIAGRAM OF AN ELECTRIC DRIVE SYSTEM

ΔΟΜΙΚΌ
ΔΙΆΓΡΑΜΜΑ ΤΟΥ ΕΛΕΓΧΌΜΕΝΟΥ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΎ ΣΥΣΤΉΜΑΤΟς ΚΊΝΗΣΗς


ELECTRIC DRIVES IS A MULTIDISCIPLINARY FIELD:

Η ΠΕΡΙΟΧΉ ΤΩΝ ΕΛΕΓΧΟΜΈΝΩΝ ΗΣΚ ΠΕΡΙΛΑΜΒΆΝΕΙ
:


Modeling, Simulation, Control techniques, Controllers, Systems
operation, design, etc


Electric machines, Power Electronics, Control Systems, Digital
Electronics, Computers, etc



τα
μαθηματικά μοντέλα,
τις
τεχνικές ελέγχου,


τον
έλεγχο των επιδόσεων των συστημάτων,


τη
σχεδίαση των ελεγκτών για
ΗΣΚ ΣΡ
και
ΕΡ.

Συγκεντρώνει
γνώσεις από διάφορες περιοχές όπως:


ηλεκτρικές
μηχανές,
ηλεκτρονικά
ισχύος,
συστήματα
αυτομάτου
ελέγχου,
ψηφιακά
συστήματα και
υπολογιστές.

CHAPTER 1. GENERAL ISSUES

ΚΕΦΆΛΑΙΟ 1
.
ΓΕΝΙΚΆ



Electric Drives combine electrical and mechanical phenomena


The motion can be linear or rotary


The transmission of motion is done by devices using:
mechanically, or electrically, or magnetically transmission .



Τα συστήματα ηλεκτρικής κίνησης συνδυάζουν ηλεκτρικά και
μηχανικά φαινόμενα.


σύντομη ανακεφαλαίωση των βασικών νόμων της μηχανικής για
την ευθύγραμμη και για την περιστροφική κίνηση και για την
μηχανική μετάδοση της.





LINEAR AND ROTARY MOTION
-


ΕΥΘΎΓΡΑΜΜΗ ΚΑΙ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΙΚΉ ΚΊΝΗΣΗ

Linear Motion

Σώμα
Μ κινείται
ευθύγραμμα

Rotary Motion

η
κίνηση

είναι

περιστροφική

T
ροπή κίνησης,

TL

ροπή του φορτίου,

J
0

ροπή αδράνειας,

ω

ταχύτητα περιστροφής,

θ

η
γωνία

περιστροφής
.


Η
ροπή κίνησης
=
ηλεκτρομαγνητική ροπή

και είναι η ροπή που αναπτύσσει ένας ηλεκτρικός
κινητήρας.


Η διαφορά
μεταξύ της ηλεκτρομαγνητικής ροπής
T

και της ροπής του φορτίου
TL

είναι
η ροπή
επιτάχυνσης

του δρομέα που έχει ροπή αδράνειας
J0


και για την αντιμετώπιση της εσωτερικής
ροπής τριβών και
ανεμισμού
.



The coupling between axes by: belts, gears, rigid connectors, magnetic, etc


The total inertia J12 depends on the dimensions of transmission system, inertia of all
rotating parts, and rate of transmission

MOTION TRANSMISSION BY GEARS

ΕΠΊΔΡΑΣΗ ΤΩΝ ΓΡΑΝΑΖΙΏΝ ΣΤΗΝ ΜΕΤΆΔΟΣΗ ΚΙΝΗΣΗΣ




Τ1 είναι η ροπή κίνησης, ω1 είναι η γωνιακή
ταχύτητα περιστροφής,
J1

είναι η ροπή αδράνειας
και
r1
είναι η ακτίνα του
κινούντος

(αριστερού)
τροχού,


ω2 είναι η γωνιακή ταχύτητα περιστροφής,
J2

είναι η ροπή αδράνειας και
r2
είναι η ακτίνα του
κινούμενου (δεξιού) τροχού.


POWER AND ENERGY

ΙΣΧΥΣ ΚΑΙ ΕΝΈΡΓΕΙΑ


Το

δεξιό

μέλος

της

(
1
.
20
)

αντιστοιχεί

στη

μεταβολή

της

αποθηκευμένης

ενέργειας

στα

περιστρεφόμενα

σώματα
.


Η

ενέργεια

του

συστήματος

υπολογίζεται

εάν

ολοκληρώσουμε

την

εξίσωση

της

ισχύος

(
1
.
20
)
.


Η

αποθηκευμένη

ενέργεια

του

φορτίου




Η

αποθηκευμένη

κινητική

ενέργεια
.



OPERATIONAL CHARACTERISTICS OF MOTORS

ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΚΙΝΗΤΉΡΩΝ


Steady
-
state operation is when the speed is constant and the electromagnetic
torque equals the load torque:







This gives us the initial conditions for the suitability of electric drive system.




Όταν το ΗΣΚ λειτουργεί στη μόνιμη κατάσταση, η ροπή κίνησης και η ταχύτητα
περιστροφής είναι σταθερές.


Η λειτουργία μόνιμης κατάστασης ενός οποιουδήποτε κινητήρα, ανεξαρτήτως της
αρχής λειτουργίας του, χαρακτηρίζεται από τη σχέση μεταξύ ροπής κίνησης και
γωνιακής ταχύτητας περιστροφής .


Η σχέση αυτή, καθορίζει αν ο κινητήρας είναι κατάλληλος για μια συγκεκριμένη
εφαρμογή, ή όχι.


THREE BASIC CHARACTERISTICS TORQUE
vs

SPEED

ΥΠΆΡΧΟΥΝ ΤΡΕΙΣ ΒΑΣΙΚΕΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΕΣ ΡΟΠΗΣ
-
ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ

1.
The “synchronous”

2.
The “asynchronous”

3.
The “ series dc”

4.
Other “intermediary “


All characteristics can be adjusted using control
of: voltage, frequency, current, resistance,
power, etc




Η
"σύγχρονη"

χαρακτηριστική ροπής
-
ταχύτητας, όπου η ταχύτητα είναι σταθερή, ανεξάρτητη της ροπής.
Την

περίπτωση

αυτή

συναντάμε

στους

σύγχρονους

κινητήρες
.


Η
"ασύγχρονη"

χαρακτηριστική ροπής
-
ταχύτητας , όπου η ταχύτητα μειώνεται περίπου γραμμικά όταν η ροπή
αυξάνεται. Στην κατηγορία αυτή ανήκουν οι ασύγχρονοι τριφασικοί κινητήρες και οι κινητήρες συνεχούς ρεύματος
παράλληλης, ή ξένης διέγερσης.


Η
"σε σειρά"

χαρακτηριστική ροπής
-
ταχύτητας, όπου η ταχύτητα μειώνεται σημαντικά όταν η ροπή αυξάνεται. Ως
παράδειγμα αναφέρουμε τον κινητήρα συνεχούς ρεύματος με διέγερση σειράς.


Υπάρχουν επίσης κινητήρες με ενδιάμεσες χαρακτηριστικές.


Οι χαρακτηριστικές ροπής
-
ταχύτητας των κινητήρων μπορούν να διορθωθούν κατά περίπτωση με τη βοήθεια
ελέγχου διαφόρων μεγεθών όπως: της τάσης εισόδου, της συχνότητας εισόδου, των αντιστάσεων των τυλιγμάτων
του
στάτη

ή του δρομέα, του ρεύματος στα τυλίγματα των μηχανών, του μαγνητικού πεδίου κ.λπ.

OPERATIONAL CHARACTERISTICS OF LOADS


ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΈΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΊΑΣ ΤΩΝ ΦΟΡΤΊΩΝ


All units droved by electric motors are called Loads


General equations of load torque
vs

speed are (1.25) and (1.26). Both can be
used with the characteristics of motors.


Όλες οι μονάδες οι οποίες κινούνται από ηλεκτρικές μηχανές ονομάζονται
φορτία
. Τα φορτία έχουν ευρύ
φάσμα χαρακτηριστικών.


Ορίζουμε ως
χαρακτηριστική ροπής
-
ταχύτητας

και
χαρακτηριστική ισχύος
-
ταχύτητας των φορτίων,

τις
σχέσεις της ροπής φορτίου και της ισχύος φορτίου ,

? ?¬?³?ž?²?³?®?¨?¶? ???«?¤??³?¦?¬??³? ?¶?¼?³?¦?³? ??¯?¤?°?¨?²?³?°?®?µ?•?±???

Οι
γενικές μορφές της ροπής και της ισχύος των φορτίων στη μόνιμη κατάσταση είναι στις (1.25)
-
(1.26).


Οι εξισώσεις (1.25)
-
(1.26) μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως μαθηματικές συναρτήσεις για τη ροπή και για
τη μηχανική ισχύ των φορτίων, σε συνδυασμό με τις εξισώσεις για τις χαρακτηριστικές ροπής κίνησης και
ισχύος κίνησης κάθε κινητήρα.

CLASSIFICATION OF LOADS
vs

SPEED

ΜΕΤΑΒΟΛΗ
ΡΟΠΗΣ ΦΟΡΤΙΟΥ ΜΕ ΤΗΝ ΤΑΧΥΤΗΤΑ

CHARACTERISTICS OF LOAD TORQUE AND
POWER
VS

SPEED


ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΕΣ ΡΟΠΗΣ ΚΑΙ ΙΣΧΥΟΣ
ΤΩΝ ΦΟΡΤΊΩΝ

(α) Φορτίο σταθερής ισχύος;

(β) Φορτίο σταθερής ροπής;

(γ) Φορτίο γραμμικής ροπής;

(
d
) Φορτίο παραβολικής ροπής


Όταν ένας ηλεκτρικός κινητήρας χρησιμοποιείται σε βιομηχανική μονάδα, επιβάλλεται
η εκ των προτέρων μελέτη της απόκρισης του στις απαιτήσεις των βιομηχανικών
φορτίων.


Στη φάση σχεδίασης των συστημάτων ηλεκτρικής κίνησης πρέπει να επιτευχθεί η
ομαλή μεταβολή της ροπής και της ταχύτητας, με συνεχόμενο τρόπο, ώστε να
ικανοποιούνται οι απαιτήσεις των φορτίων.


Αυτό γίνεται με την μετακίνηση (διολίσθηση) ολόκληρης της χαρακτηριστικής, προς τα
δεξιά ή αριστερά του οριζοντίου ή κάθετου άξονα.


Ο έλεγχος ενός συστήματος κίνησης είναι απαραίτητος όταν υπάρχουν συχνές
μεταβολές των μεγεθών και του φορτίου, για να αποφευχθεί η υπερφόρτιση του
κινητήρα, η αστάθεια του συστήματος, η υπερθέρμανση και η υπερβολική
κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας.


Εξάλλου, η οικονομία στην κατανάλωση ενέργειας και η αύξηση του βαθμού
απόδοσης με τον έλεγχο, επιτρέπουν τη χρήση κινητήρων χαμηλότερης ονομαστικής
ισχύος.


Η μελέτη που ακολουθεί καθορίζει εάν οι χαρακτηριστικές της ροπής και της ισχύος
του ηλεκτρικού κινητήρα μπορούν να ικανοποιήσουν τις απαιτήσεις σε ροπή και ισχύ
της βιομηχανικής μονάδας.

STEADY
-
STATE STABILITY

ΕΥΣΤΑΘΕΣ ΚΑΙ ΑΣΤΑΘΕΣ ΣΗΜΕΙΟ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ



Electric Drives stability is deduced mainly from the existence of a stable
operating point, from (1.32) and using linearization techniques around the
operating point:






Όλα τα ΗΣΚ περιλαμβάνουν, μεταξύ άλλων, ένα κινητήρα και ένα φορτίο.



Για τη μεταβατική κατάσταση, η σχέση μεταξύ ηλεκτρομαγνητικής ροπής και
ροπής φορτίου δίνεται από

to (1.32)


Το σημείο τομής των δύο χαρακτηριστικών: του κινητήρα και του φορτίου
ονομάζεται
σημείο λειτουργίας
, ƒχήμα 1..


STEADY
-
STATE STABILITY

ΣΤΑΤΙΚΉ ΕΥΣΤΆΘΕΙΑ ΤΟΥ ΗΣΚ


(α) ευσταθές σημείο λειτουργίας;

(β) αδιάφορη ευστάθεια στο σημείο
λειτουργίας

(γ) ασταθές σημείο λειτουργίας


ΣΧΉΜΑ 1.8: ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΉ
ΚΑΤΆΣΤΑΣΗ ΤΟΥ
ΓΡΑΜΜΙΚΟΠΟΙΗΜΈΝΟΥ

ΗΣΚ

Η γραμμικοποιημένη γύρω από το σημείο λειτουργίας
Α

ομογενής
εξίσωση είναι, Σχήμα 1.8.α:

Η

γενική

λύση

της

εξίσωσης

(
1
.
39
)

είναι
:



1.3.2. ΕΠΊΛΥΣΗ
ΤΗΣ ΕΞΙΣΩΣΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ

THERMAL EFFECTS IN ELECTRIC DRIVES

ΘΕΡΜΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΣΤΙΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ


In the process of electromechanical energy conversion appear different kind of
losses, that produce heat.


There are looses in windings, magnetic looses due to eddy currents and
hysteresis, friction and ventilation, higher order harmonics of currents, transient
currents, etc


The materials have different limits of temperature, over the environmental:




Four insulation categories (or Classes) of maximum permitted temperatures :
Class A, Class B, Class F, Class H



Κατά τη διαδικασία της ηλεκτρομηχανικής μετατροπής ενέργειας εμφανίζονται απώλειες
ισχύος με συνέπεια την αύξηση της θερμοκρασίας των μηχανών.


Τα διάφορα υλικά τα οποία χρησιμοποιούνται στις μηχανές έχουν διαφορετικά όρια
θερμοκρασίας, πέρα από τα οποία υπάρχει κίνδυνος καταστροφής.


Ως παράδειγμα μπορούμε να αναφέρουμε τα μονωτικά υλικά, τα οποία κατατάσσονται στις
εξής κατηγορίες:


(Θεωρούμε ότι η θερμοκρασία περιβάλλοντος είναι

θ
0

και ότι
Δθ

είναι η μέγιστη επιτρεπτή
αύξηση της θερμοκρασίας πάνω από την θ0 .


COOLING OF ELECTRIC DRIVES

ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ ΑΠΟ ΤΗ ΜΕΘΟΔΟ ΨΥΞΗΣ ΤΟΥΣ:




With physical ventilation: small machines


With self
-
ventilation have ventilators on the same shaft or external: the medium range
machines


With external cooling system: are the very big power



Μηχανές με φυσική ψύξη οι οποίες δεν διαθέτουν ειδικές διατάξεις για την αποβολή της
θερμότητας.
Συνήθως
,
στην

κατηγορία

αυτή

ανήκουν

οι

μικρές

μηχανές
.


Μηχανές με
αυτοανεμισμό

οι οποίες διαθέτουν ανεμιστήρες στον ίδιο άξονα με το δρομέα.


Μηχανές με εξωτερική ψύξη οι οποίες χρησιμοποιούνται σε περιβάλλοντα με εκρηκτικά και
διαβρωτικά αέρια που μπορούν να φθείρουν τη μόνωσή της. Οι μηχανές αυτές είναι τελείως
κλειστές ώστε τα επικίνδυνα αέρια να μην μπορούν να διεισδύσουν στη μηχανή.
Έτσι
, η
ψύξη

γίνεται

μόνο

εξωτερικά

με

έναν

ανεμιστήρα
.


Μηχανές με ανεξάρτητη ψύξη. Στην περίπτωση αυτή ψυκτικό ρευστό όπως νερό, υδρογόνο ή
αέρας ρέει σε κλειστό κύκλωμα ανακύκλωσης και ψύχει το εσωτερικό της μηχανής.
Χρησιμοποιείται

μόνο

σε

μηχανές

πολύ

μεγάλης

ισχύος
.

DUTY CYCLES

ΤΥΠΙΚΟΙ ΚΥΚΛΟΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΩΝ ΗΣΚ


Nominal data


on a metallic plate


Typical duty cycle


a series of different loads connected to the drive and their timing
and duration,


Overloading capacity : optimally at max 10%


Determined from the Insulation Category A, B, F, H



Τα
ονομαστικά μεγέθη

είναι ένα σύνολο τιμών των χαρακτηριστικών ηλεκτρικών και μηχανικών
μεγεθών τα οποία αντιστοιχούν σε κανονική λειτουργική κατάσταση της μηχανής.


Ο
τυπικός κύκλος λειτουργίας

(
duty cycle
) της μηχανής περιλαμβάνει μία ολόκληρη διαδοχή
φορτίων όπως: κενό φορτίο, ονομαστικό φορτίο, ακινητοποίηση της μηχανής, κ.α.,
περιλαμβανομένης και της διάρκειάς τους.


Τα περισσότερα ηλεκτρικά συστήματα κίνησης έχουν δυνατότητα
υπερφόρτισης
. Τα όρια της
προκύπτουν από τις απώλειες ισχύος οι οποίες αυƭάνονται με την αύƭηση του φορτίου.


Υπάρχουν περισσότεροι από έναν τυπικοί κύκλοι λειτουργίας οι οποίοι προέρχονται από διάφορα
μεταβαλλόμενα φορτία και σχετίζονται με τα θερμικά φαινόμενα στη μηχανή.

ΤΥΠΙΚΟΊ

ΚΎΚΛΟΙ

ΛΕΙΤΟΥΡΓΊΑΣ

1. Κύκλος λειτουργίας συνεχόμενου φορτίου


Η ροπή του φορτίου είναι σταθερή για μεγάλο χρονικό διάστημα.


Επομένως η θερμοκρασία σταθεροποιείται στη τιμή μόνιμης κατάστασης Σχήμα 1.10(α).


Για την περίπτωση αυτή η επιλογή της ονομαστικής ισχύος του κινητήρα γίνεται έτσι ώστε η ισχύς
εξόδου να καλύπτει την ισχύ του συνεχόμενου φορτίου.


Στην κατηγορία αυτή ανήκουν κινητήρες για μύλους χαρτοβιομηχανίας και τροφοδοτικές αντλίες
λεβήτων.

2. Κύκλος λειτουργίας βραχέων διαστημάτων


Στην περίπτωση αυτή ο χρόνος λειτουργίας είναι πολύ μικρότερος από το χρόνο που χρειάζεται η
μηχανή για να φθάσει σε επικίνδυνες θερμοκρασίες, ενώ ανάμεσα στα χρονικά διαστήματα
λειτουργίας παρεμβάλλονται μεγάλα διαστήματα διακοπών.


Έτσι, ο κινητήρας ψύχεται πριν από την έναρξη κάθε κύκλου λειτουργίας του φορτίου Σχήμα
1.10(β).



Στην κατηγορία αυτή ανήκουν ανυψωτήρες και μικροί κινητήρες για οικιακές συσκευές.

3. Κύκλος λειτουργίας περιοδικά διακοπτόμενου φορτίου


Ο κύκλος αυτός αποτελείται από σειρά ίδιων στοιχειωδών κύκλων λειτουργίας.


Κάθε κύκλος περιλαμβάνει ένα χρονικό διάστημα με σταθερό φορτίο μετά από το οποίο
ακολουθεί χρονικό διάστημα με σταματημένη μηχανή Σχήμα 1.10(γ).


Τα ρεύματα εκκίνησης δεν επηρεάζουν σημαντικά την αύξηση της θερμοκρασίας της μηχανής.
Συναντιέται σε εργαλειομηχανές, αυτόματους ανελκυστήρες, κ.ά.


TYPICAL DUTY CYCLES

ΤΥΠΙΚΟΊ ΚΎΚΛΟΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ


α)
Continuous constant load

Κύκλος λειτουργίας συνεχόμενου
φορτίου

β)
Short
-
time constant load

Κύκλος λειτουργίας βραχέων
διαστημάτων

γ)
Intermittent Load torque

Κύκλος λειτουργίας περιοδικού
διακοπτόμενου φορτίου



Other duty cycles are obtained from a)
-
c).

Under no circumstances the temperature
become higher than the maximum
permitted by the Insulation Class


Άλλες
περιπτώσεις προκύπτουν από
συνδυασμούς των
α)
-
γ).

Ωστόσο, σε καμία περίπτωση η μέγιστη
θερμοκρασία θ δεν πρέπει να υπερβεί το
όριο θερμοκρασίας κάθε κατηγορίας
μόνωσης.