Μέγιστη συχνότητα χρήσης

Το πρότυπο IEC 60 034-1 (DIN EN 60 034-1) “Rotating Electrical Machines, Part 1: Rating and Performance” καθορίζει μία σειρά από κατηγοριοποιήσεις για την μέτρηση της μέγιστης συχνότητας χρήσης (duty cycle) των ηλεκτρικών κινητήρων. Ακολουθούν κάποιες από αυτές που συνήθως απαντάμε στους μηχανισμούς μας:

Λειτουργία υπό σταθερό φορτίο για όσο χρόνο απαιτείται ώστε ο κινητήρας να έρθει σε θερμική ισορροπία.

Λειτουργία υπό σταθερό φορτίο για χρόνο μικρότερο απ΄ ότι απαιτείται ώστε ο κινητήρας να έρθει σε θερμική ισορροπία. Μετά από κάθε περίοδο λειτουργίας, ο κινητήρας απενεργοποιείται μέχρι τα τυλίγματά του να έρθουν σε θερμοκρασία περιβάλλοντος.

Επαναλαμβανόμενη ακολουθία από καθορισμένους κύκλους λειτουργίας και απενεργοποίησης του κινητήρα. Κάθε κύκλος περιλαμβάνει ένα χρονικό διάστημα λειτουργίας υπό σταθερό φορτίο ακολουθούμενο από ένα χρονικό διάστημα απενεργοποίησης του κινητήρα. Επίσης, σε κάθε κύκλο, ούτε το χρονικό διάστημα λειτουργίας, ούτε το χρονικό διάστημα απενεργοποίησης του κινητήρα είναι τόσο μεγάλα ώστε να επέλθει θερμική ισορροπία αυτού. Στην περίπτωση αυτή η ένταση του ρεύματος κατά την εκκίνηση είναι τέτοια ώστε να μην επιδρά σημαντικά στην αύξηση θερμοκρασίας του κινητήρα.

Στους μηχανισμούς που μας αφορούν, συνήθως η λειτουργία τους εμπίπτει στην κατηγορία S3. Επίσης, πρακτικά όλοι οι κύκλοι λειτουργίας / ανάπαυσης είναι πανομοιότυποι.

Όπως αναφέραμε, στην κατηγορία S3, η μέγιστη συχνότητα χρήσης ενός μηχανισμού εκφράζεται από τον δείκτη cdf που είναι ένα ποσοστό επί τοις εκατό (%) και ισούται με το λόγο του χρόνου λειτουργίας ως προς τον συνολικό χρόνο (δηλαδή με το χρόνο λειτουργίας συν το χρόνο ανάπαυσης του κινητήρα). Ισχύει δηλαδή:

Μέγιστη συχνότητα χρήσης = ( Χρόνος λειτουργίας ) / ( Συνολικός χρόνος )

Ανάλογα με την ποιότητα κατασκευής του μηχανισμού, είναι πιθανόν ότι για μικρά διαστήματα επιτρέπεται να υπερβούμε την εγγυημένη μέγιστη συχνότητα χρήσης χωρίς να δημιουργήσουμε σοβαρό πρόβλημα φθοράς ή και βλάβη στο μηχανισμό. Συνολικά όμως, πρέπει να φροντίσουμε να χρησιμοποιούμε τον μηχανισμό με βάση την προβλεπόμενη συχνότητα χρήσης εάν θέλουμε μακροχρόνια και αξιόπιστη λειτουργία.

Για να δώσουμε ένα πρακτικό παράδειγμα του τι σημαίνει η μέγιστη συχνότητα χρήσης, ας υποθέσουμε ότι έχουμε εγκαταστήσει ένα μηχανισμό συρόμενης θύρας και ότι αυτός, για το συγκεκριμένο θυρόφυλλο, επιτυγχάνει χρόνο ανοίγματος 5 sec και χρόνο κλεισίματος άλλα 5 sec. Αυτό σημαίνει ότι ένα ανοιγοκλείσιμο του θυρόφυλλου παίρνει 10 sec ( = 5 sec άνοιγμα + 5 sec κλείσιμο). Τι σημαίνει αυτό ανάλογα με τη μέγιστη συχνότητα χρήσης που δίνει ο κατασκευαστής? Παρακάτω, κάνουμε μία ανάλυση για την περίπτωση που η μέγιστη συχνότητα χρήσης είναι 25%, 50% ή 100%.

Είναι φανερό ότι όσο μεγαλύτερος αριθμός είναι η μέγιστη συχνότητα χρήσης, για δεδομένη ταχύτητα μηχανισμού, τόσο περισσότερες φορές επιτρέπεται να τον λειτουργούμε ανά μονάδα χρόνου.

Όταν όμως θέλουμε να συγκρίνουμε διαφορετικούς μηχανισμούς, πέρα από την μέγιστη συχνότητα χρήσης, πρέπει να λάβουμε υπ' όψιν και την ταχύτητά τους. Εάν ο μηχανισμός του παραδείγματός μας ήταν πιο αργός ή πιο γρήγορος από 10 sec για κάθε ανοιγοκλείσιμο, προφανώς τα νούμερα του παραπάνω πίνακα θα άλλαζαν αναφορικά με τους χρόνους. Ένα ακόμη παράδειγμα θα βοηθήσει να καταλάβετε τι σημαίνει αυτό. Ας υποθέσουμε ότι έχουμε δύο μπάρες ελέγχου κυκλοφορίας με διαφορετικούς χρόνους ανοίγματος και κλεισίματος. Η πρώτη είναι η “γρήγορη” και έχει χρόνο ανοίγματος 2 sec και κλεισίματος 3 sec - δηλαδή 5 sec χρόνο για ένα ανοιγοκλείσιμο. Η δεύτερη είναι η “αργή” και έχει χρόνο ανοίγματος 3 sec και κλεισίματος 4 sec - δηλαδή 7 sec χρόνο για ένα ανοιγοκλείσιμο. Ο ακόλουθος πίνακας μας δίνει τις συγκριτικές τιμές για διάφορες μέγιστες συχνότητες χρήσης. Οι υπολογισμοί γίνονται όπως παραπάνω.

Παρατηρήστε ότι, για παράδειγμα, μία “γρήγορη” μπάρα που έχει μέγιστη συχνότητα χρήσης 60% μας προσφέρει περισσότερα ανοιγοκλεισίματα ανά ώρα απ' ότι μία “αργή” μπάρα που έχει μέγιστη συχνότητα χρήσης 80% αλλά σαφώς λιγότερα από μία “αργή” μπάρα που έχει μέγιστη συχνότητα χρήσης 100%. Πάντα λοιπόν πρέπει να λαμβάνουμε υπ' όψιν τόσο την μέγιστη επιτρεπτή συχνότητα χρήσης όσο και την ταχύτητα λειτουργίας του κάθε μηχανισμού.

Όπως η κατηγορία S3 αλλά η ένταση του ρεύματος κατά την εκκίνηση είναι τέτοια ώστε να επιδρά σημαντικά στην αύξηση θερμοκρασίας του κινητήρα.

Όπως η κατηγορία S4 αλλά περιλαμβάνεται και διάστημα ηλεκτρικής πέδησης.

Επαναλαμβανόμενη ακολουθία από καθορισμένους κύκλους λειτουργίας υπό και χωρίς φορτίο. Κάθε κύκλος περιλαμβάνει ένα χρονικό διάστημα λειτουργίας υπό σταθερό φορτίο ακολουθούμενο από ένα χρονικό διάστημα λειτουργίας χωρίς φορτίο. Δεν γίνεται διακοπή στην λειτουργία του κινητήρα. Επίσης, σε κάθε κύκλο, ούτε το χρονικό διάστημα λειτουργίας, ούτε το χρονικό διάστημα απενεργοποίησης του κινητήρα είναι τόσο μεγάλα ώστε να επέλθει θερμική ισορροπία αυτού. Στην περίπτωση αυτή η ένταση του ρεύματος κατά την εκκίνηση είναι τέτοια ώστε να μην επιδρά σημαντικά στην αύξηση θερμοκρασίας του κινητήρα.

Επαναλαμβανόμενη ακολουθία από καθορισμένους κύκλους εκκίνησης, λειτουργίας υπό σταθερό φορτίο και ηλεκτρικής πέδησης. Κάθε κύκλος περιλαμβάνει ένα χρονικό εκκίνησης, ένα χρονικό διάστημα λειτουργίας υπό σταθερό φορτίο και ένα χρονικό διάστημα ηλεκτρικής πέδησης. Δεν γίνεται διακοπή στην λειτουργία του κινητήρα ούτε έχουμε λειτουργία χωρίς φορτίο. Επίσης, σε κάθε κύκλο, ούτε το χρονικό διάστημα λειτουργίας, ούτε το χρονικό διάστημα απενεργοποίησης του κινητήρα είναι τόσο μεγάλα ώστε να επέλθει θερμική ισορροπία αυτού. Στην περίπτωση αυτή η ένταση του ρεύματος κατά την εκκίνηση είναι τέτοια ώστε να επιδρά σημαντικά στην αύξηση θερμοκρασίας του κινητήρα.