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

Transcrição

1 Pogonski strojevi za BPS-e_ nastavni predložak_em pogoni) 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.

2 Pogonski strojevi za BPS-e_ nastavni predložak_em pogoni) 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.

3 Pogonski strojevi za BPS-e_ nastavni predložak_em pogoni) 3 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 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)

4 Pogonski strojevi za BPS-e_ nastavni predložak_em pogoni) 4 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 0 C t C). Morski zrak je vlažan i sadrži soli. Relativna vlažnost zraka iznosi na palubi 70-95%, a u unutrašnjosti broda 40-70%. U 1m 3 zraka nalazi se 2-5 mg soli. Zrak u strojarnici sadrži ulje (5-20 mg/ m 3 ), 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 10 0, trajnog pramčanog ili krmenog trima od 5 0, trajnog poprečnog nagibanja broda do 15 0 i bočnog ljuljanja od 22,5 0. 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.

5 Pogonski strojevi za BPS-e_ nastavni predložak_em pogoni) 5 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.

6 Pogonski strojevi za BPS-e_ nastavni predložak_em pogoni) 6 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

7 Pogonski strojevi za BPS-e_ nastavni predložak_em pogoni) 7 Sl.3.8 Pogonska karakeristika elektromotornog pogona S1 Sl.3.9 Pogonska karakeristika elektromotornog pogona S2

8 Pogonski strojevi za BPS-e_ nastavni predložak_em pogoni) 8 Sl.3.10 Pogonska karakeristika elektromotornog pogona S3.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 25 0 C do C. Ako elektromotori rade u strojarnici broda tada temperatura okoline može dosegnuti i 60 0 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 T d određena klasom izolacije, treba se smanjiti za toliko stupnjeva za koliko je temperatura okoline T 0 viša od 40 0 C: T, d = T d T 0,

9 Pogonski strojevi za BPS-e_ nastavni predložak_em pogoni) 9, gdje je T d umanjena vrijednost dopuštene nadtemperature, kada temperatura okoline prelazi vrijednost od 40 0 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, M t = konstanta, M t f(n),

10 Pogonski strojevi za BPS-e_ nastavni predložak_em pogoni) 10 BPS-e s promjenjivim momentom, kod kojih se moment mijenja linearno M t n, M t = f(n), ili s kvadratom broja okretaja, M t n 2, M t = f(n 2 ). Kada je M t = konstanta, snaga stroja P t raste linearno s kutnom brzinom, P t. U toj grupi strojeva se nalaze vitla, dizalice, kompresori, klipne pumpe i dr.(sl. 3.11). Kada je M t snaga stroja P t raste s kvadratom kutne brzine, P t 2. U toj grupi se nalazi npr. kormilarski stroj (Sl.3.12). Kada je M t 2 snaga stroja P t raste s trećom potencijom kutne brzine, P t 3. U toj grupi se nalaze centrifugalne pumpe, vijčane pumpe, centrifugalni ventilatori i dr.(sl.3. 13). Sl.3.11 Radna karakteristika BPS sa konstantnim momentom Sl.12 Radna karakteristika BPS sa karakteristikom M T ~ ω Sl.13 Radna karakteristika BPS sa karakteristikom M T ~ ω 2

11 Pogonski strojevi za BPS-e_ nastavni predložak_em pogoni) 11 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 M EM veći od momenta tereta M T, M EM M T radna točka mora biti stabilna, vrijeme zaleta elektromotora t z 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 Dijagram zajedničkog rada brodskog pomoćnog stroja i eletromotora Veličina momenta elektromotora, u trenutku pokretanja iz stanja mirovanja, definira se kao potezni moment M P. 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.

12 Pogonski strojevi za BPS-e_ nastavni predložak_em pogoni) 12 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.

13 Pogonski strojevi za BPS-e_ nastavni predložak_em pogoni) 13 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 : n E A K 1 I A R A gdje su: E A napon između stezaljki armaturnog namotaja, I A jakost struje kroz armaturni namotaj, R A omski otpor armaturnog namotaja, K 1 karakteristika motora, - jakost magnetskog toka. Promjena broja okretaja moguća je : a) promjenom veličine napona E A, b) promjenom veličine otpora u krugu armaturnog namota, c) promjenom veličine magnetskog toka.

14 Pogonski strojevi za BPS-e_ nastavni predložak_em pogoni) 14 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 P gub. = I 2 A R, 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: 60 f n ns 1 p 1 s s gdje su: n broj okretaja elektromotora, n S 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: ns n s n S Kod kaveznih asinhronih elektromotora veličina skliza s najčešće iznosi od 4 6% n S. 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.

15 Pogonski strojevi za BPS-e_ nastavni predložak_em pogoni) 15 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)

16 Pogonski strojevi za BPS-e_ nastavni predložak_em pogoni) 16 Sl.3.19 Princip rada kontrolera Kod istosmjernih serijskih motora potezni moment je najveći kod pokretanja, ali je zbog velikih poteznih struja ( I P = I N ), za snage P N 1 kw potrebno regulirati veličinu struje upuštanja pomoću uređaja koji se zovu upuštači.

17 Pogonski strojevi za BPS-e_ nastavni predložak_em pogoni) 17 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 P n 2 kw smiju se priključiti direktno na mrežu, dok se za snage P n 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 M EM i krivulja momenta tereta M T 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 n A. U području broja okretaja od n=0 do n=n A, M EM M T, odnosno M EM - M T = M = M Z, gdje je M Z moment zaleta elektromotora. Posljedica djelovanja momenta zaleta M Z je d M Z J dt ubrzavanje elektromotora i pogonjenog stroja. Vrijeme, koje je potrebno da se postigne broj okretaja n A, koji odgovara radnoj točki A, zove se vrijeme zaleta t z. Vrijeme zaleta možemo izračunati pomoću izraza : 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=n A, M Z konstanta, može se pisati : odnosno : d dt t Z konst. J M Z

18 Pogonski strojevi za BPS-e_ nastavni predložak_em pogoni) 18 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 I N što dovodi do velikog toplinskog opterećenja namotaja elektromotora i uređaja za napajanje strujom. Sa povećanjem veličine M Z smanjuje se vrijeme zaleta t z, 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 n A na vrijednost n B, razlika momenata M EM - M T = M 0, ubrzava stroj do trenutka kada se ponovno uspostavlja ravnoteža u točki A. Ako se u tijeku rada poveća broj okretaja stroja od n A na vrijednost n C, razlika momenata M EM - M T = 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 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=n nom. 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 n nom. 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.

19 Pogonski strojevi za BPS-e_ nastavni predložak_em pogoni) 19 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, M P n, pogodna din. i stat. pogonska karakteristika n kolutni, asinhroni EM Ward-Leonardova pogonska grupa izmjenični, sinhroni i asinhroni EM pogonski motor za BPS je istosmjerni EM regulacija brzine vrtnje pomoću pretvarača frekvencije i mikroproc. upravlj. sklopova OSNOVNI KRITERIJ VRSTA ELEKTROMOTORNOG POGONA NAPOMENA P n, n Ward-Leonardova pogonska grupa pogonski motor za BPS je istosmjerni EM istosmjerni EM napajanje iz trofazne mreže preko elektroničkog ispravljača Veličina snage P= W jednofazni asinhroni kavezni EM P 100 kw trofazni asinhroni kavezni EM P 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