3.0 POGONSKI STROJEVI ZA BPS-e (dio 1. - EM pogoni) filePogonski strojevi za BPS-e_ nastavni...

Pogonski strojevi za BPS-e_ nastavni predložak_EM pogoni) 1

3.0 POGONSKI STROJEVI ZA BPS-e (dio 1. - EM pogoni)

Pogonski strojevi proizvode mehaničku energiju koja je potrebna za rad nekog brodskog

stroja ili uređaja. Zavisno o obliku energije koja se koristi za proizvodnju mehaničke energije,

pogonski strojevi se dijele na prvopokretače i pretvarače energije. Prvopokretači (lat. Primus

movens) su strojevi koji pretvaraju primarni oblik energije u mehaničku energiju, a pretvarači

energije pretvaraju neki od sekundarnih oblika energije u mehaničku energiju. Pogonski strojevi

(sustavi) za BPS-e su :

Prvopokretači :

parno- turbinski sustavi i parni sustavi sa stapnim parnim strojem,

plinske turbine,

motori s unutrašnjim izgaranjem.

Pretvarači energije :

hidraulički pogoni,

elektromotorni pogoni,

pneumatski pogoni .


3.1 Elektromotorni pogoni

Brodski elektromotorni pogon je sastavljen od električnih strojeva i uređaja koji koristeći i

trošeći električnu energiju proizvode mehaničku energiju. Elektromotorni pogon se sastoji od

elektromotora, sustava za napajanje i sustava za upravljanje i regulaciju (Slika 3.1). Zajedno s

ostalim skupinama brodskih električnih strojeva i uređaja čine elektroenergetski sustav broda

(Slika 3.2).

Slika 3.1 Sastav brodskog elektromotornog pogona

Slika 3.2 Sastav brodskog elektroenergetskog sustava

Karakteristike brodskih elektromotornih pogona su:

- jednostavan prijenos i pretvorba energije,

- trenutna raspoloživost pogona,

- velika pouzdanost i dugotrajnost,

- pogodnost održavanja,

- pogodnost oblika, mase i dimenzija,

- jednostavno upravljanje i regulacija,

- stabilna pogonska karakteristika,

- čisti rad, minimalno zagađenje okoline,

- opasnost od strujnog udara,

- opasnost izazivanja požara iskrenjem ili pregrijavanjem,

- osjetljivost na uvjete u kojima rade na brodu.


Elektromotori

Elektromotori su rotacijski električni strojevi koji koriste i troše električnu energiju da bi

proizveli mehaničku energiju. Prema vrsti struje koja se koristi za njihovo pokretanje dijele se na

istosmjerne i izmjenične elektromotore.

Osnovna podjela elektromotora prikazana je na Sl.

3.

Sl. 3.3 Podjela elektromotora

Istosmjerni elektromotori

Princip rada i veza između osnovnih radnih značajki (parametara) prikazana je na Sl. 3.4.

Slika 3.4 Prikaz principa rada istosmjernog elektromotora

Prema vrsti spoja između uzbudnog i armaturnog namota razlikujemo serijske, paralelne i

kompaudne istosmjerne elektromotore (Sl.3.5)


Slika 3.5 Vrste spajanja uzbudnog i armaturnog namota kod istosmjernih EM

Radni uvjeti

Uvjeti okoline i pogonski uvjeti na brodu razlikuju se od uvjeta na kopnu. Elektromotorni

pogoni izrađeni za rad na kopnu ne mogu (ili vrlo rijetko) koristiti za rad na brodu. Klimatske

prilike na brodu, a naročito na palubama, mijenjaju se ovisno o godišnjem dobu i geografskom

području plovidbe. Propisi zahtjevaju da brodski elektromotorni pogoni moraju zadovoljavajuće

raditi u temperaturnom području 248 K T 318 K (-25 0C t +450C). Morski zrak je vlažan i

sadrži soli. Relativna vlažnost zraka iznosi na palubi 70-95%, a u unutrašnjosti broda 40-70%.

U 1m3 zraka nalazi se 2-5 mg soli. Zrak u strojarnici sadrži ulje (5-20 mg/ m3), metalne čestice i

čestice čađe. Vlažna sol se taloži na metalnim dijelovima, koji zbog elektrolitskog djelovanja jako

korodiraju. Prevlaka od vlažne soli, metalnih čestica i čađe izaziva na izolatorima, vodičima i

ostalim električki aktivnim dijelovima strojeva i uređaja pojavu “puzajućih struja” ili proboj

izolacije. Propisi zahtjevaju da brodski elektromotorni pogoni moraju pouzdano raditi i u uvjetima

posrtanja do 100 , trajnog pramčanog ili krmenog trima od 50, trajnog poprečnog nagibanja

broda do 150 i bočnog ljuljanja od 22,50 . Pored toga na brodu su prisutne vibracije različitih

frekvencija kao posljedica uzajamnog djelovanja pogonskog stroja, opreme, vijka i trupa broda.

Zavisno o tipu i namjeni broda postoje vjerojatnosti mehaničkih udaraca po elementima

elektromotornog pogona, dodira dijelova pod naponom, ulaska vode, upadanja različitih

mehaničkih tijela i prašine u elemente pogona. Često se elektromotorni pogon mora smjestiti u

prostor gdje su prisutne eksplozivne smjese, kao što su brodska skladišta za potrošne zapaljive

materijale ili teretni prostori za prijevoz zapaljivih i lako zapaljivih tereta. Pogonske karakteristike

brodskih pomoćnih strojeva su vrlo različite. Potrebno ih je detaljno poznavati da bi smo mogli

izvršiti pravilan izbor elektromotornog pogona. Za primjer, na Sl. 3.6 i Sl.3.7 prikazane su dvije

tipične pogonske karakteristike BPS-a.


Slika 3.6 Izgled tipične pogonske karakteristike centrifugalne pumpe

Sl. 3.7 Tipična pogonska karakteristika sidrenog vitla

Standardi i propisi za izradu i ugradnju brodskih elektromotornoh pogona

Radi povećanja sigurnosti broda, sigurnosti života i zaštite života i pomorskog okoliša,

različite međunarodne i nacionalne institucije (IMO, IACS, EFTA, ILO, Klasifikaciona društva i

dr.) donose međunarodne i nacionalne propise koji definiraju relevantne tehničke uvjete i ostale

zahtjeve koje moraju ispunjavati elektromotorni pogoni da bi se ugradili na brod. Tako je

Međunarodna pomorska organizacija IMO (International Maritime Organisation) donijela

Međunarodnu konvenciju o sigurnosti života na moru SOLAS 1974 (International Convention for

the Safety of Life at Sea 1974) , koja definira minimalne zahtjeve bitne za sigurnost ljudskih

života i materijalnih dobara na moru. Niz pravila iz te konvencije odnose se i na brodske

električne uređaje.


Pojedine tehničke karakteristike elektromotornih pogona : vrsta struje napajanja, veličina

napona, frekvencija, vrsta pogona, stupanj zaštite, vrsta hlađenja, oblik i dr. su standardizirane.

Klasifikaciona društva (Registri) propisuju standardne i dopuštene iznose napona zavisno o vrsti

sustava napajanja, namjeni i vrsti broda. Kod istosmjernog sustava napona standardni iznos

napona brodske mreže je 220V, a najviši dopušteni iznos napona je 500 V. Iznimno se može

dozvoliti iznos napona i do 1200V za napajanje motora istosmjerne struje za pogon propelera.

Kod izmjeničnih sustava napona danas prevladavaju trofazni sustavi kao osnovni (temeljni).

Jednofazni napon i svi ostali niži iznosi napona (sigurnosni napon, napon za slučaj nužde i dr.)

dobivaju se razdiobom ili transformacijom iz osnovnog sustava. Kod jednofaznih sustava

standardni napon iznosi 220V ili 250V ovisno o frekvenciji struje koja može biti 50 ili 60 Hz.

Brodska mreža sa trofaznim sustavom ima standardni linijski napon 380V i frekvenciju 50Hz

(Evropa) ili standardni linijski napon 440V i frekvenciju 60Hz ( Sj. Amerika). Za napajanje

elektromotornih pogona velikih snaga, a naročito kod visokonaponskih elektromotora za pogon

propelera (električna propulzija) koriste se viši naponi. Time se postiže smanjivanje struje

opterećenja i struje kratkog spoja, a to utječe na relativno smanjenje troškova izgradnje

elektromotornog pogona i sustava za razvod električne energije. Kod primjene viših napona

koriste se standardni iznosi napona do 500V ili do 1000V. Uobičajeni iznosi napona za

elektromotorne pogone su 600V ili 660V. Za više napone od ovih koristi se srednjenaponsko

postrojenje sa standardnim iznosima napona 3/3,3 kV , 6/6,6 kV , 10/11 kV kod nazivne

frekvencije 50 Hz ili 60 Hz. Najviši iznos napona na brodovima, koji dopuštaju klasifikaciona

društva, iznosi 11 kV.

Pogonska karakteristika elektromotornog pogona mora biti prilagođena vrsti pogona. Vrste

pogona su standardizirane karakteristike opterećenja pogonskog stroja, u stacionarnim i u

nestacionarnim uvjetima rada. Označavaju se standardnim oznakama S1 do S7 koje znače:

S1- trajni pogon,

S2- kratkotrajni pogon,

S3- intermitentni pogon,

S4- intermitentni pogon sa utjecajem polazne stuje,

S5- intermitentni pogon sa utjecajem polazne stuje i struje kočenja,

S6- neprekidni pogon sa intermitentnim opterećenjem,

S7- neprekidni pogon sa utjecajem struje ubrzavanja i struje kočenja.

Dijagrami pogonskih karakteristika S1, S2 i S3 prikazani su na slikama Sl.3.8; Sl.3.9; i Sl.3.10


Sl.3.8 Pogonska karakeristika elektromotornog pogona S1




.U svrhu zaštite od klimatskih, mikroklimatskih i mehaničkih utjecaja i zaštite ljudi od udara

električne struje, elektromotorni pogoni moraju imati odgovarajući stupanj mehaničke zaštite.

Stupnjevi mehaničke zaštite su stadardizirani i nose oznaku IP (IP - International Protection).

Potrebni stupanj mehaničke zaštite zavisi o smještaju elektromotornog pogona. Na primjer za

električnu opremu koja je smještena na otvorenoj palubi najniži stupanj mehaničke zaštite treba

iznositi IP56 (brojčana oznaka na prvom mjestu(5) označava stupanj zaštite ljudi od dodira

dijelova pod naponom i pokretnih dijelova unutar kućišta, a brojčana oznaka na drugom

mjestu(6) označava stupanj zaštite od ulaska vode u kućište). U brodskim zatvorenim ili

poluzatvorenim prostorima, u kojima može doći do stvaranja eksplozivne mješavine para,

plinova ili prašine sa zrakom, dopušteno je korištenje električne opreme

samo ako je izvedena sa odgovarajućim stupnjem protueksplozijske zaštite. Prostorije i prostori

koji su opasni zbog mogućnosti eksplozije ovise o tipu i namjeni broda, a precizno su definirani

u pravilima klasifikacionih društava (registara). Dijele se prema stupnju opasnosti od eksplozije

na tri zone :

zona opasnosti 0 - eksplozivna smjesa je trajna ili postoji duže vrijeme,

zona opasnosti 1 - eksplozivna smjesa se očekuje samo u normalnom radu tijekom

tehnološkog procesa,

zona opasnosti 2 - eksplozivna smjesa normalno nije prisutna, a ako se i pojavi traje

kratko vrijeme.

Oprema mora biti konstruirana, proizvedena i ispitana prema zahtjevima IEC (International

Electrotechnical Commision) i mora imati potvrdu o provedenom tipskom ispitivanju od

ovlaštene ustanove. Vrste i oznake protueksplozijske zaštite elektromotora su:

Exd – elektromotori s neprodornim oklopom,

Exe – elektromotori s povećanom sigurnošću,

Exp – elektromotori s kućištem pod tlakom.

Od svih brodskih električnih uređaja zahtjeva se da zadovoljavajuće rade u čitavom području

temperatura okoline koje mogu biti imeđu –250 C do +450 C. Ako elektromotori rade u strojarnici

broda tada temperatura okoline može dosegnuti i 600 C. Zbog gubitaka koji se javljaju kod

pretvaranja električne energije u mehanički rad stvara se određena količina topline koja dovodi

do povećanja temperature na pojedinim dijelovima električnog stroja ili uređaja. Kod visokih

temperatura okoline, može doći do nedozvoljenog porasta temperature tih dijelova. Razlika

između trenutačne temperature električnog stroja i temperature okoline naziva se

nadtemperatura. Dopuštena nadtemperatura određena je klasom izolacije. Prema preporuci IEC

dopuštena nadtemperatura električnog stroja Td određena klasom izolacije, treba se smanjiti

za toliko stupnjeva za koliko je temperatura okoline T0 viša od 400 C:

Td, = Td + 40 - T0 ,


gdje je Td, umanjena vrijednost dopuštene nadtemperature, kada temperatura okoline prelazi

vrijednost od 400 C. Vrste hlađenja elektromotora također su standardizirane, a označavaju se

sa standardnom oznakom IC (International Cooling) i sa dvije znamenke. Npr. oznaka IC41

označava da elektromotor ima vlastito hlađenje zrakom iz okoline po vanjskoj površini. Oblici

elektromotora su također standardizirani. Standardna oznaka nosi predznak IM (International

Mounting) . Na pr. :

IM B3 – elektromotor sa nogama za pričvršćenje

IM B5 – elektromotor sa prirubnicom

Osnovni kriteriji za izbor elektromotornog pogona BPS-a

Elektromotorni pogoni su najzastupljenija vrsta pogona kod velike većine suvremenih vrsta

brodova. Primjenjuju se za :

pogon većine standardnih brodskih pomoćnih strojeva u gotovo svim brodskim sustavima

(pumpe, kompresori, ventilatori, sidrena, pritezna i teretna vitla, kormilarski strojevi …)

pogon specijalnih brodskih pomoćnih strojeva (vodonepropusna i protupožarna vrata,

mrežna vitla ribarskih brodova, dizalice za ratnu opremu kod ratnih brodova, specijalne

dizalice za kontejnere, bagerske pumpe…)

pogon propulzora ( glavni brodski vijak, propulzori za aktivno upravljanje smjerom plovidbe,

propulzori za manevar…)

Već se iz prikaza primjene može zaključiti da elektromotorni pogoni moraju zadovoljavati čitav

niz različitih zahtjeva u svim režimima plovidbe, odnosno rada broda (plovidba, manevar, rad u

luci). Najznačajniji su slijedeći zahtjevi :

raspoloživa snaga pogona za različite režime rada,

raspoloživo područje brzine vrtnje i mogućnost regulacije i upravljanja,

vanjska karakteristika

vrsta pogona

stupanj automatiziranosti,

oblik i gabariti,

vrsta napajanja,

uvjeti okoline,

mogućnosti pogona za slučaj nužnosti,

pouzdanost, raspoloživost i pogodnost održavanja.

Naravno da sa jednim izborom elektromotornog pogona nije moguće istovremeno ispuniti sve

zahtjeve na najbolji način. Izbor je uvijek rezultat određenih kompromisa na koje se treba

odlučiti tek nakon višekriterijske analize mogućih rješenja. Međutim, bez obzira koje od mogućih

rješenja prihvatili, svako rješenje mora osiguravati da elektromotorni pogon ima stabilnu radnu

karakteristiku i da je prilagođen vrsti pogona (S1 –S7).

Prema značajkama radne karakteristike BPS-i mogu se podjeliti na :

BPS-e s konstantnim momentom, Mt = konstanta, Mt f(n) ,


BPS-e s promjenjivim momentom, kod kojih se moment mijenja linearno Mt n, Mt = f(n),

ili s kvadratom broja okretaja, M

).

13).

t n2 , Mt = f(n2

Kada je Mt = konstanta, snaga stroja Pt raste linearno s kutnom brzinom, Pt . U toj grupi

strojeva se nalaze vitla , dizalice, kompresori, klipne pumpe i dr.(Sl. 3.11). Kada je Mt

snaga stroja Pt raste s kvadratom kutne brzine, Pt 2. U toj grupi se nalazi npr. kormilarski

stroj (Sl.3.12). Kada je Mt 2 snaga stroja Pt raste s trećom potencijom kutne brzine, Pt 3.

U toj grupi se nalaze centrifugalne pumpe, vijčane pumpe, centrifugalni ventilatori i dr.(Sl.3.

Sl.3.11 Radna karakteristika BPS sa konstantnim momentom

Sl.12 Radna karakteristika BPS sa karakteristikom MT ~ ω

Sl.13 Radna karakteristika BPS sa karakteristikom MT ~ ω2


Prema radnim karakteristikama pogonjenih strojeva odabiru se karakteristike elektromotornih

pogona, odnosno pogonskih elektromotora. Elektromotor treba imati odgovarajuću vanjsku

karakteristiku koja će omogućiti stabilan rad sustava i pogonske karakteristike koje odgovaraju

vrsti pogona (S1-S7).

Vanjska karakteristika elektromotora ovisi o vrsti elektromotora. Općenito, elektromotorni pogon

treba imati sljedeće karakteristike :

u čitavom opsegu brzina do radne točke mora biti moment elektromotora MEM veći od

momenta tereta MT , MEM MT

radna točka mora biti stabilna,

vrijeme zaleta elektromotora tz mora biti što kraće, da ne bi došlo do pregrijavanja

elektromotora.

Na Sl.3.14 prikazan je dijagram rada asinhronog trofaznog EM i BPS-a koji ilustrira

zadovoljavanje navedenih kriterija za pravilan izbor elektromotornog pogona. .

Sl. 3.14 Dijagram zajedničkog rada brodskog pomoćnog stroja i eletromotora

Veličina momenta elektromotora, u trenutku pokretanja iz stanja mirovanja, definira se kao

potezni moment MP . Potezni moment mora biti veći od momenta tereta u stanju mirovanja, da

bi elektromotor mogao krenuti.

Serijski istosmjerni motori su pogodni za pogone gdje je potreban veliki potezni moment

(Sl.3.15). Pored toga iz karakteristike M=f(I) i n=f(I), (Sl.3.16) vidi se da je ova vrsta

elektromotornog pogona vrlo pogodna za pogone s promjenjivom brzinom vrtnje. Npr. u

području rada s relativno malim strujama ( I < ) ako se od motora zahtjeva veličina momenta

vrtnje koja je četiri puta veća od neke trenutne veličine, tada će toj vrijednosti momenta

odgovarati dvostruko veća veličina struje opterećenja, odnosno dvostruko manja brzina vrtnje.

Dakle, serijski istosmjerni motor odgovara na povećano mehaničko opterećenje smanjenjem

brzine vrtnje, a opterećenje savladava s relativno malom strujom.


Sl.3.15 Pogonska (radna) karakteristika serijskog istosmjernog EM

Sl.3.16 Pogonska i električna karakteristika serijskog istosmjernog EM

Prema izgledu karakteristike istosmjernog paralelnog motora (Sl.3.16, Sl.3.17)), može se

zaključiti da se jakost armaturne struje povećava s povećanjem momenta EM, a regulacijska

karakteristika broja okretaja je „tvrda“, tj. relativno se malo mijenja broj okretaja s promjenom

armaturne struje.


Sl.3.16 Pogonska (radna) karakteristika paralelnog istosmjernog EM

Sl.3.17 Regulacijska karakteristika paralelnog istosmjernog EM

Pogodnost regulacije brzine vrtnje elektromotornog pogona veoma je važna pogonska

karakteristika, posebno za pogon brodskih strojeva, kod kojih se zavisno o režimu plovidbe

broda mijenjaju i uvjeti rada strojeva i uređaja.

Broj okretaja n kod istosmjernih elektromotora definiran je izrazom :

1K

RIEn AAA

gdje su:

EA – napon između stezaljki armaturnog namotaja,

IA – jakost struje kroz armaturni namotaj,

RA – omski otpor armaturnog namotaja,

K1 – karakteristika motora,

- jakost magnetskog toka.

Promjena broja okretaja moguća je :

a) promjenom veličine napona EA,

b) promjenom veličine otpora u krugu armaturnog namota,

c) promjenom veličine magnetskog toka .


Zato kažemo da je regulacija brzine vrtnje istosmjernih elektromotora moguća ili regulacijom

veličine napona (a i b) ili regulacijom veličine magnetskog polja (c).

Regulacija veličine napona, uključivanjem regulacionog promjenjivog otpornika u armaturni krug

elektromotora, omogućava samo smanjivanje broja okretaja u odnosu na nazivni broj okretaja.

Vrlo je neekonomična, jer se na regulacionom otporniku jedan dio električne energije pretvara u

nekorisnu toplinsku energiju. Gubitak snage zbog dodatnog otpora iznosi Pgub.= IA2R, a to

uvećava ukupne gubitke. Zato je korisnost elektromotora EL kod primjene ove vrste regulacije

niska. Bolja se korisnost postiže kombinacijom regulacije veličine napona i veličine magnetskog

polja.

Općenito se može reći da je broj okretaja sinhronih i asinhronih elektromotora konstantan i

neovisan o veličini opterećenja u radnom području elektromotornog pogona. Sinhroni

elektromotori imaju “tvrdu” karakteristiku jer se, za bilo koju vrijednost jakosti struje I unutar

radnog područja, elektromotor vrti sa sinhronim brojem okretaja.

Broj okretaja asinhronog elektromotora definiran je izrazom:

sp

fsnn S

1

601

gdje su:

n – broj okretaja elektromotora,

nS – sinhroni broj okretaja (brzina vrtnje rotacionog magnetskog toka),

s - skliz,

f - frekvencija struje napajanja,

p - broj parova polova

Asinhroni elektromotori imaju “mekšu” karakteristiku, jer se kod nominalne veličine opterećenja

elektromotor vrti brzinom koja je manja od sinhrone brzine. Veličina brzine vrtnje određena je

veličinom skliza s koji je definiran izrazom:

S

S

n

nns

Kod kaveznih asinhronih elektromotora veličina skliza s najčešće iznosi od 46% nS .

Općenito, regulacija broja okretaja asinhronih elektromotora moguća je :

a) promjenom frekvencije,

b) promjenom broja parova polova,

c) promjenom napona,

d) uključivanjem dodatnog otpora,

e) kaskadnim spojem elektromotora.

Za postupak regulacije brzine promjenom frekvencije potreban je uređaj koji se zove

pretvarač frekvencije. Regulacija je kontinuirana i u relativno širokom području radnih brzina.

Ako se istovremeno regulira i veličina napona tako da se izbjegne pogoršavanje radne

karakteristike elektromotora, tada je ova vrsta regulacije veoma prikladna za elektromotorne

pogone brodskih strojeva koji zahtjevaju kontinuiranu promjenu broja okretaja.


Regulacija brzine promjenom broja parova polova primjenjuje se kod kaveznih asinhronih

elektromotora. Regulacija je gruba i stupnjevita.

Promjenom veličine primarnog napona mijenja se momentna karakeristika motora. Moment

se mijenja sa kvadratom promjene napona. Regulacija brzine svodi se na uspostavljanje

ravnoteže između vanjskog momenta tereta i momenta motora. Regulacija je kontinuirana,

ali su gubici snage relativno veliki.

Uključivanjem otpora u strujni krug rotora mijenja se momentna karakteristika motora i

klizanje, a time i položaj radne točke. Regulacija je kontinuirana, ali su veliki gubici snage na

otpornicima.

Kod kaskadnog spoja direktno su povezana vratila dvaju ili više električnih strojeva. Struja

koja se inducira u rotoru jednoga elektromotora odvodi se na drugi elektromotor, gdje se

pretvara u koristan mehanički rad. Kod ove vrste regulacije izbjegava se toplinski gubitak

koji se javlja kod otporničke regulacije. Regulacija je stupnjevita.

Karakteristika asinkronih elektromotora je relativno mala veličina poteznog momenta (Sl.3.18) .

Sl.3.18 Radna karakteristika asinkronog elektromotora

Da bi se povećao potezni moment, kod asinhronih elektromotora se često koristi upućivanje

pomoću “kontrolera”, uređaja pomoću kojega se regulira veličina struje u strujnom krugu rotora.

Time se ujedno smanjuje veličina potezne struje (Sl. 3.19)


Sl.3.19 Princip rada „kontrolera“

Kod istosmjernih serijskih motora potezni moment je najveći kod pokretanja , ali je zbog velikih

poteznih struja ( IP = 1033 IN), za snage PN 1 kW potrebno regulirati veličinu struje upuštanja

pomoću uređaja koji se zovu “upuštači”.


Sl.3.20 Princip rada „upuštača“

Dakle i kod istosmjernih i kod izmjeničnih elektromotora potrebno je u fazi upuštanja u rad,

regulirati veličinu potezne struje. Kavezni asinhroni elektromotori snaga Pn 2 kW smiju se

priključiti direktno na mrežu , dok se za snage Pn 2 kW mora primjeniti jedan od načina

pokretanja :

pokretanje pomoću transformatora

pokretanje pomoću statorskih pokretača

pokretanje pomoću sklopke zvijezda – trokut

pokretanje pomoću centrifugalnih remenica ili spojki

Kod stabilnog rada elektromotornog pogona krivulja momenta (vanjska karakteristika) kaveznog

asinkronog motora MEM i krivulja momenta tereta MT sijeku se u točki A koja se zove radna

točka (Sl. 3.14). U točki A broj okretaja elektromotora i pogonjenog stroja (tereta) je jednak i

iznosi nA. U području broja okretaja od n=0 do n=nA , MEM MT , odnosno MEM - MT = M = MZ

, gdje je MZ moment zaleta elektromotora. Posljedica djelovanja momenta zaleta MZ je

ubrzavanje elektromotora i pogonjenog stroja. Vrijeme, koje je potrebno da se postigne broj

okretaja nA, koji odgovara radnoj točki A , zove se vrijeme zaleta tz . Vrijeme zaleta možemo

izračunati pomoću izraza :

dt

dJMZ

gdje su :

J - ukupni moment inercije svih rotirajućih masa reduciranih na os pogonskog vratila,

- kutna brzina pogonskog vratila elektromotora.

Ako je u području od n=0 do n=nA , MZ konstanta , može se pisati :

.konstdt

d

odnosno :

Z

Z M

Jt


Vrijeme zaleta je veoma važno, naročito kod kaveznih asinhronih motora. Naime, sve do

trenutka dok se ne uspostavi ravnoteža u radnoj točki A elektromotor radi s velikim sklizom i

povlači iz električne mreže struju koja je 5-7 puta veća od nazivne struje IN što dovodi do velikog

toplinskog opterećenja namotaja elektromotora i uređaja za napajanje strujom . Sa povećanjem

veličine MZ smanjuje se vrijeme zaleta tz , a sa time i opasnost od oštećenja odnosno kvara

elektromotora. Na Sl.(3.14) principijelno je prikazana radna karakteristika elektromotora sa

"stabilnom karakteristikom". Ako se u tijeku rada smanji broj okretaja stroja od nA na vrijednost

nB , razlika momenata MEM - MT =M 0 , ubrzava stroj do trenutka kada se ponovno

uspostavlja ravnoteža u točki A. Ako se u tijeku rada poveća broj okretaja stroja od nA na

vrijednost nC , razlika momenata MEM - MT =M 0 , usporava stroj do trenutka kada se

ponovno uspostavlja ravnoteža u točki A. Dakle i u jednom i u drugom slučaju pogonska grupa

osigurava stabilnost pogona.

Ward-Leonardova pogonska grupa (Sl.3.21)

Elektromotorni pogon koji u sebi objedinjava dobre karakteristike izmjeničnih asinhronih

elektromotora i istosmjernih elektromotora , a istovremeno osigurava mogućnost kontinuirane ,

ekonomične i pouzdane regulacije broja okretaja poznat je pod nazivom Ward-Leonardov

elektromotorni pogon. Osnovni sastav pogona prikazan je na Sl. 3.21. Trofazni asinhroni

elektromotor napaja se izmjeničnom strujom iz trofazne brodske mreže i pokreće istosmjerni

generator. Uzbudni namotaj generatora napaja se istosmjernom strujom iz istosmjernog izvora

(mreže) preko regulacionog otpornika R. Promjenom veličine uzbudne struje, mijenja se veličina

induciranog napona generatora, a time i veličina napona na stezaljkama pogonskog

istosmjernog elektromotora. Tako se ostvaruje mogućnost regulacije brzine vrtnje promjenom

napona . Na taj način regulira se brzina vrtnje od n=0 do n=nnom. Uzbudni namotaj istosmjernog

elektromotora napaja se iz istosmjernog izvora preko regulacionog otpornika R. Promjenom

veličine uzbudne struje, mijenja se veličina magnetskog toka , a posljedica toga je promjena

brzine vrtnje. Tako se ostvaruje mogućnost regulacije brzine vrtnje i promjenom magnetskog

toka. Na taj način regulira se brzina vrtnje n nnom. Ward-Leonardov spoj je vrlo pogodan za

pogon brodskih pomoćnih strojeva jer omogućava pretvaranje trofaznih izmjeničnih

elektromotornih pogona s lošom karakteristikom regulacije brzine vrtnje u istosmjerne

elektromotorne pogone sa dobrim pogonskim karakteristikama.


Sl.3.21 Principijelna shema Ward-Leonardove pogonske grupe

Izbor vrste elektromotornog pogona prema osnovnim kriterijima

OSNOVNI KRITERIJ VRSTA ELEKTROMOTORNOG POGONA NAPOMENA

n = konstantno kavezni, asinhroni EM

2-4 stupnja brzine kavezni, asinhroni EM polnopreklopivi EM

n, P, MP kolutni, asinhroni EM n , pogodna din. i

stat. pogonska karakteristika

Ward-Leonardova pogonska grupa pogonski motor za BPS je

istosmjerni EM

n izmjenični, sinhroni i asinhroni EM regulacija brzine vrtnje pomoćupretvarača frekvencije i mikroproc. upravlj. sklopova

OSNOVNI KRITERIJ VRSTA ELEKTROMOTORNOG POGONA NAPOMENA

Ward-Leonardova pogonska grupa pogonski motor za BPS je istosmjerni EM Pn, n

istosmjerni EM napajanje iz trofazne mreže preko elektroničkog ispravljača

Veličina snage P=100–300 W jednofazni asinhroni kavezni EM

P 100 kW trofazni asinhroni kavezni EM

P 200-300 kW, n trofazni asinhroni EM kontinuirana promjena brzine vrtnje pomoću pretvarača frekvencije

P 800 kW, n trofazni asinhroni kavezni EM polnopreklopivi EM

P 1-1,5 MW kavezni asinhroni EM napajanje EM-a iz posebnog sinhronog generatora

P 500 Kw, n-stupnjevito

kolutni asinhroni EM EM su u kaskadnom spoju

3.0 POGONSKI STROJEVI ZA BPS-e (dio 1. - EM pogoni) filePogonski strojevi za BPS-e_ nastavni...

Documents

Transcript of 3.0 POGONSKI STROJEVI ZA BPS-e (dio 1. - EM pogoni) filePogonski strojevi za BPS-e_ nastavni...