Elektricna propulzija

5/24/2018 Elektricna propulzija

1/64

Pomorski fakultet - Split

ELEKTRINA PROPULZIJA

Maja Krum


2/64

Da bi brod plovio nekom odreenom brzinom, treba upotrijebitiodgovarajuu silu koja e svladati njegov otpor pri toj brzini.

Izvor energije koji proizvodi silu potrebnu za plovidbu moe biti izvanbroda (kad se brod tegli uetom ili se pokree silom vjetra i jedrima)ili moe biti u samom brodu, pri emu posebna naprava, tzv.

propulzor (najee brodski vijak, tj. propeler) pretvara snagupreuzetu od pogonskog stroja u poriv, silu kojom on svladava siluotpora broda.

UVOD


3/64

Projektiranje i izradba propelera vrlo je odgovoran posao. Projektantkoji rjeava brodski oblik istodobno odluuje kolika je efektivnasnaga porivnog stroja potrebna da brod plovi odreenom brzinom.Da se udovolji tim uvjetima, projektant mora odrediti najpovoljnijemjere i oblik propelera.

Najei je oblik propelera onaj koji ima krila s glavinom izlivenima ujednom komadu. To je tzv.propeler s fiksnim krilima.

Propeler s fiksnim krilima projektira se za odreene radne uvjete. Akose ti uvjeti promijene, propeler vie nije optimalan, mijenja mu sebrzina vrtnje, moment i optereenje, zbog ega se smanjuje stupanjnjegova djelovanja, a remeti se i optimalni rad pogonskog stroja. To

je osobito nepovoljno kad je pogonski stroj dizelski motor,to ima zaposljedicu poveani potroak goriva (preoptereenje ili

podoptereenje dizelskog motora), a moe izazvati i vei kvardizelskog motora.

UVOD


4/64

Drugi je oblik propeler s krilima koja su privrena naglavinu, a mogu se zakretati i mijenjati usponkontinuirano. To je tzv.propeler s prekretnim krilima.

Propeler s prekretnim krilima omoguuje da se za vrijemeplovidbe posebnim mehanizmom zakreu krila oko osiokomito na osovinu propelera. Zbog toga se mijenjauspon krila, a time i brzina vrtnje propelera, moment iporivna sila. Prekretanjem krila takav se propeler

prilagoava svakom optere

enju,

to omogu

ujeekonomini pogon i dui vijek trajanja pogonskog stroja.

UVOD


5/64

Vrtnja se propelera najee ostvaruje parnim ili motornim pogonom. Unekim okolnostima i zbog posebnih razloga upotrebljava seelektrina propulzija, tj.propeler se vrti elektromotorom.

Propelerski elektromotori mogu se smjestiti u brodskoj krmi pa nisu

potrebni dugaki osovinski vodovi. Izme

u propelerskogelektromotora i osovine propelera ugrauje se reduktor ako se,

zbog manjih dimenzija i nie cijene propelerskog elektromotora,time postie uteda na prostoru i na trokovima cijelog postrojenja.

Izvor elektrine energije kojima se napajaju elektromotori propeleramogu biti akumulatorska baterija, generator, kombinacijadizelskoga generatora i akumulatorske baterije ili gorive elije.

Prema tome, s obzirom na izvore elektrine energije razlikuju se:

potpuno elektrina propulzija,

kombinirana propulzija,

propulzija s elektrinim prijenosom.

UVOD


6/64

Potpuno elektrina propulzija slui se za pogon elektromotoraakumuliranom elektrinom energijom (npr. akumulatorska baterija),kombinirana propulzija koristi dva ili vie razliitih vrsta izvoraelektrine energije (npr. akumulatorska baterija i dizelski generator),apropulzija s elektrinim prijenosom koristi za pogon elektromotoraelektrinu energiju iz generatora, tj. izmeu glavnoga pogonskogstroja (npr. parna ili plinska turbina i dizelski motor) i propelerauvijek je prikljuen elektrini prijenosni lan.

Elektrini pogon propelera akumulatorskom baterijomogranien je kapacitetom baterije. Akumulatorske baterije imajuveliku masu za relativno malu energiju koju mogu dati, zahtijevajupunjenje i paljivo odravanje.

Za pogon elektrinih generatora slue turbine i dizelski motori.Turbinskipogon uobiajen je na velikim brodovima (najeeputnikim), i to uglavnom s trofaznim elektrinim sustavom, adizelskipogon na brodovima svih veliina i namjena.

UVOD


7/64

UVOD

mehaniki pogon- mehaniki pogon dizelskim motorom

izravno povezanim s propelerskom osovinom

potpuno elektrina propulzija- elektromotor napajan iz

akumulatorske baterije vrti propeler

propulzija s elektrinim prijenosom - mehanika se energija

dizelskog motora posredstvom elektrine kombinacije

generator-motor dovodi na osovinu propelera

Naelne sheme pogona brodskog propelera

Napajanje propelerskog elektromotora ostvaruje se veinom vlastitim turbinskimgeneratorom ili dizelskim generatorom. Na brodovima s vie propelera, pri manjojbrzini plovidbe, moe jedan turbinski generator napajati vie propelerskihelektromotora, pa se na taj nain postie vea ekonominost pogona.

Dizelsko generatorsko postrojenje ponekad ima vei broj manjih agregata koji seukljuuju prema potrebi, tj. lako se prilagouje svim promjenama optereenjapropelera, a kvar jednog dizelskog motora ne sprjeava normalnu plovidbu.


8/64

Elektriki pogon propelera kombinacijom dizelskoga generatora i akumulatorske baterijeima, kao i pogon akumulatorskom baterijom, izvor energije praktino konstantnognapona. Jednoje rjeenje da se propelerski elektromotor napaja iz akumulatorskebaterije, a dizelski generator pri konstantnoj brzini vrtnje slui za punjenjeakumulatorskih baterija. Drugoje rjeenje da dizelski motor radi na istoj osovini spropelerskim elektromotorom, pa pri malim brzinama dizelski motor pokree i

propeler i generator to puni akumulatorske baterije, a pri veim brzinama propelerskielektromotor napaja se i iz akumulatorske baterije. Manevriranje i promjena smjeravrtnje propelerske osovine izvodi se samo elektromotorom.

Kao izvorom elektrine energije za napajanje propelerskih elektromotora moe se koristitii gorivim elijama, koje neposredno pretvaraju kemijsku energiju u elektrinu. Iako ihje otkrio 1839. godine W. R. Grove, do danas nema njihove vee uporabe zaelektrinu propulziju. U literaturi se spominje da su strunjaci njemake tvrtkeSiemens prije etrdeset godina (1965.) eksperimentirali s gorivim elijama snage od0,5 kW koje su napajale istosmjerni motor od 0,37 kW to je vrtio propeler amca, anakon toga su se pokusno rabile i na podmornicama. Oekuje se da e se goriveelije upotrebljavati i na brodovima, u poetku za manje snage propulzije iako sedanas izvode pokusi s elijama snage vee od 100 kW.

UVOD


9/64

Promjene otpora broda, izazvane promjenom njegove brzine,djelovanjem valova i vjetra itd., utjeu na promjenu brzine vrtnjepropelera i na promjenu porivne snage.

Ureaj za propulziju mora se prilagoavati tim promjenama.

Kad se za pogon upotrebljavaju motori istosmjerne struje, to sepouzdano postie ve samom karakteristikom strojeva koji pripreoptereenju daju propeleru poveani moment, a pri rastereenjuimaju ogranienu brzinu vrtnje.

Vei trofazni pogoni imaju posebni regulacijski ureaj koji upreoptereenju poveava uzbudu generatora i propulzijskihelektromotora, i time osigurava stabilnost sustava.

Zadatak je regulatora brzine vrtnje strojeva za pogon generatora daosiguraju gornju granicu brzine vrtnje i stroj prilagode potrebnojsnazi. Automatsko prilagoavanje momenta istosmjernihpropulzijskih motora potrebnom momentu na propeleru osigurava dase preveliki moment ne prenese na pogonski stroj.

UVOD


10/64

Za dimenzioniranje elektrinih propulzijskih strojeva mjerodavne su ekstremne toke u

procesu prekretanja stroja. Manevar prekretanja stroja, zbog zaustavljanja broda ili

zbog promjene vonje naprijed u vonju natrag, jako je vaan za sigurnost broda pri

pristajanju uz obalu ili za izbjegavanje nesrea na moru. Prilikom manevriranja broda,

kad se mijenja smjer vonje, najprije treba usporiti i zaustaviti brodsku masu u

kretanju, masu propelera i osovine, masu vode to je potiskuje propeler i masu rotora

propulzijskog stroja, a zatim ih u suprotnom smjeru ubrzati. Radni procesi pri tom

manevriranju detaljno su istraeni i razraene su metode za proraun momenata

propulzijskog sustava u pojedinim fazama procesa. Prekretanje stroja definirano jeizrazom gibanja broda:

UVOD

RTFdt

dvm

u -==

tvzu MMMM

dt

dJ --== w

m masa broda i dodatna masa mora, v brzina broda, t vrijeme, Fu sila ubrzanja (usporenja), T poriv

propelera, R otpor broda, J moment tromosti rotirajuih masa sustava i dodatne mase mora, kutna brzina,

Mz zakretni moment porivnog elektromotora, Mv moment propelera i Mt moment trenja osovinskog voda.


11/64

OPI PRINCIPI

Analizirajui dananje sustave elektrine propulzije broda, moe se generalno primijetiti da se onisastoje od sljedeih osnovnih cjelina:

propeler (propulzor) s fiksnim krilima s prekretnim krilima

propulzijski motor istosmjerni

izmjenini sinkroni asinkroni

pretvara frekvencije tiristorski kontrolirani d.c. pogon PWM synchroconverter cycloconverter

izmjenini sinkroni generator

srednjehodni dizel motor-primarni pokreta

Poto se zadnje dvije cjeline malo razlikuju za pojedine tipove propulzijskih sustava, odnosno, terazlike su ovisne o tipu proizvoaa, one nisu predmet razrade veje panja vie usmjerena naprve tri cjeline koje su detaljnije prikazane u daljnjem izlaganju. U propulzijski sustav, takoer,spadaju propulzijski transformatori, glavna sklopna ploa i sustav automatizacije i upravljanja tesu i oni u daljnjem izlaganju poblie prikazani.

UVOD


12/64

Mnogi parametri su od odluujueg znaaja pri izboru elektrine propulzije koja se primjenjuje za

pojedini tip broda. U ovisnosti o namjeni, potrebnoj propulzijskoj snazi i eljenim manevarskim

sposobnostima broda odabiru se pojedini elementi elektrinog propulzijskog sustava i u skladu s

time se obavlja dimenzioniranje cjelokupnog pogona zajedno sa svim prateim elementima.

UVOD


13/64

Podjela elektrinog prijenosa za propulziju moe biti razliita, tj. najee prema:

vrsti glavnog stroja,

znaajkama pogona,

vrsti struje.

Prema vrsti glavnog stroja elektrina se propulzija dijeli na:

dizelskoelektrinu, koja rabi dizelske motore brzine vrtnje od 700 do 1.500 r min-1, snage do priblino 6.000 kW, i to za istosmjerne, izmjenine i izmjenino-istosmjerne sustave;

turbinsko-elektrinu, koja rabi parne ili plinske turbine brzine vrtnje od 3.000 do6.000 r min-1 s pojedinanom snagom do 45 MW, i to za izmjenine i izmjenino-istosmjerne sustave.

Prema znaajkama pogona elektrini prijenos moe se podijeliti prema:

uestalosti pokretanja,

brzini pokretanja, zahtjevima opsega promjene brzine,

veliini promjene napona,

snazi itd.

ELEKTRINI PRIJENOSI


14/64

Prema vrsti struje elektrini se prijenos moe podijeliti na:

istosmjerno-istosmjerni, sastavljen od istosmjernog generatora iistosmjernog porivnog elektromotora s razliitim meusobno izvedenimspojevima,

izmjenino-istosmjerni, sastavljen od sinkronoga generatora koji preko

neupravljivih i upravljivih pretvaraa napaja istosmjerni porivnielektromotor,

izmjenino-izmjenini, sastavljen od sinkronoga generatora koji dajeelektrinu energiju sinkronom ili asinkronom porivnom elektromotoru.Najbolji se pogon dobiva onda ako se izmjenini motori ne napajajuizravno iz izmjeninoga generatora (brodske izmjenine mree), negopreko statikog pretvaraa frekvencije.

Fina regulacija brzine vrtnje propelera, a time i konstantan napon i frekvencijageneratora, u izmjenino-istosmjernom ili izmjenino-izmjeninomprijenosu, osigurava se s pomou reguliranih elektronikih pretvaraa,to takoer omoguuje da se iz brodske mree pouzdano napajaju svana nju prikljuena elektrina troila.

ELEKTRINI PRIJENOSI


15/64

- krila privrena na glavinu

- mogu se zakretati i mijenjati uspon kontinuirano.

- Za vrijeme plovidbe se posebnim mehanizmom

zakreu krila oko osi okomito na osovinu propelera.

Zbog toga se mijenja uspon krila, a time i brzina

vrtnje propelera, moment i porivna sila.

- Prekretanjem krila takav se propeler prilagoava

svakom optereenju, to omoguava ekonomian

pogon i dui vijek trajanja pogonskog stroja. Time se

dobivaju bolje radne karakteristike i olakano je

manevriranje brodom,

- Zbog odreenih nedostataka (vea nabavna cijena,tee odravanje, krai vijek trajanja, vea buka i

kavitacija,i dr.) moe se rei da u modernom

brodarstvu gubi utrku pred sustavima s promjenjivom

brzinom vrtnje u koje su ugraeni propeleri s

fiksnim krilima.

Propeler s prekretnim krilima

(eng. CPP = contollable-pitch propeler)


16/64

- Krila i glavina izliveni u jednom komadu.

- Jeftiniji su, laki za odravanje i dugotrajniji, mana im

je, ukoliko je propulzijski sustav mehaniki,

nefleksibilnost na promjenjive radne uvjete (''teko

more'', promjena brzine, izroni propelera, i dr.).

- Ovaj tip propelera ne zadovoljava u potpunosti naonim brodovima koji tijekom plovidbe znatnije

mijenjaju brzinu, a naroito na tegljaima kojima

brzina ovisi o otporu objekta kojeg tegle.

- Ovaj nedostatak nadilazi u elektrinoj propulziji broda

uporabom sustava s promjenjivom brzinom vrtnje

(eng. VSD = variable speed drives). Tiristorski

frekventni pretvarai kontroliraju brzinu i zakretnimoment elektrinog (najee sinkronog)

propulzijskog motora mijenjanjem napona i

frekvencije njegovog napajanja u ovisnosti o

optereenju.

Propeler s fiksnim krilima

(eng. FPP = fixed-pitch propeller)

-Povoljne manevarske

sposobnosti uz maksimalni

zakretni moment pri svim

brzinama vrtnje, a upravo

su to one karakteristike koje

su se takoer, ali s manjom

efikasnou dobivale kod

propulzijskih sustava s

prekretnim krilima.


17/64

Prednosti sistema s promjenjivom brzinom vrtnje koji

koriste propelere s fiksnim krilima u odnosu na

pogone s prekretnim krilima su :

Gubitci prekretnog propelera pri niim optereenjima

iznose, otprilike, 25% ukupne snage propulzijskog

sustava, dok gubitci synchro-pretvaraa dostiujedva 1%;

Struja tijekom ubrzanja pogona na nominalnu brzinu

je gotovo jednaka struji pri samoj nominalnoj brzini

(zbog ega ne dolazi do otrih naponskih skokova u

distribucijskoj mrei);

Tijekom djelominog optereenja propeleri s fiksnim

krilima uzrokuju manje buke i kavitacija nego oni sprekretnim krilima;

U uvjetima bez optereenja sustavi s promjenjivom

brzinom vrtnje zahtijevaju (ukljuujui i uzbudu)

manje od 5 % nominalne struje pogona, dok

asinkroni motori zahtijevaju od 20 % do 35 %.

Propeler s fiksnim krilima

(eng. FPP = fixed-pitch propeller)

Poznate tvrtke za proizvodnju

svih tipova propelera su : OttoPiening i Schottel iz

Njemake, John Crane-Lips

iz Velike Britanije, Brunvoll iz

Norveke, Hundested

propeller A/S iz Danske,i dr.


18/64

Neki pogoni kao to su elektrini vlakovi, podmornice

i platforme koriste d.c. propulzijske motore. Njihova

upotreba je bila mnogo rairenija u prolosti nego to

je to danas. Jo uvijek se koriste u pogonima gdje je

potreban veliki zakretni moment i / ili veoma precizna

kontrola brzine vrtnje. Armaturna struja i magnetski tok se mogu

odvojeno kontrolirati pa istosmjerni motor

omoguava vrlo povoljne karakteristike zakretnog

momenta i brzine za pogon.

Za regulaciju brzine vrtnje i zakretnog momenta te

prekretanje propulzora koriste specijalne a.c. d.c.

pretvarae . Glavni nedostatak istosmjernih motora jeto se potrebna komutacija armaturne struje vri

pomou mehanikog komutatora na rotirajuoj

osovini. Oni zahtijevaju odravanje kao i njihove

ugljene etkice, a glavni su razlog da je primijenjeni

napon armature ogranien na oko 750 V d.c.

PROPULZIJSKI MOTOR

Istosmjerni propulzijski motor


19/64

Asinkroni ( indukcijski ) motor

Koristi se za male i srednje snage propulzije (1-5 MW) najee u kombinaciji s PWM

pretvaraima frekvencije. U poetku primjene elektrine propulzije su se najvie

upotrebljavali zbog jednostavnosti konstrukcije i manje teine, ime se izbjegla

regulacija uzbude glavnih polova kako je to sluaj kod sinkronih motora.

Postupnim pojeftinjenjem elektrinih motora i upotrebom tiristorsko-tranzistorskihpretvaraa frekvencije dolaze do izraaja mnogobrojne prednosti sinkronih motora pa

asinkroni kavezni motori gube dominaciju u primjeni.

Trofazna struja napajanja statora proizvodi okretno magnetsko polje koje inducira

struju u kaveznom namotaju rotora. Meudjelovanjem statorskog magnetskog toka i

rotorske struje stvara se zakretni moment na pogonskoj osovini. Da bi se mogla

inducirati struja u rotoru njegova brzina okretanja treba biti neto manja nego brzina

okretnog magnetskog polja statora. Ta razlika se zove klizanje (s). Glavne mane su im manji zrani raspor izmeu rotora i statora te manji faktor snage

(cosj = 0.8) i korisnost h to zahtjeva veu nazivnu snagu generatora. Visokapotezna struja (7-8 puta vea od nominalne) prilikom pokretanja motora predstavlja

dodatni problem o emu treba voditi rauna pri projektiranju sistema (upotreba tzv.

soft startera).

PROPULZIJSKI MOTOR

Izmjenini (A.C.) propulzijski motor


20/64

Sinkroni motor

Ovaj tip elektrinog motora je stekao najiru primjenu

kao propulzijski motor u suvremenim sistemima

elektrine propulzije broda.

Rotor im se sastoji od para magnetskih polova s d.c.

uzbudom i rotira u sinhronizmu s okretnim

magnetskim poljem statora tako da nema klizanja kao

kod asinkronih motora. Vee dimenzije i cijena, u

odnosu na asinkrone, kao glavni nedostatci ovog

motora su prevladani brojnim prednostima koje prua

u radu. Sinkroni motori rade s faktorom snage cosj =1 i s veom korisnou h pa su im pogonskigeneratori i kabelska mrea laki nego kod

asinkronih.

U konstruktivnom pogledu prednost im je u veem

zranom rasporu izmeu rotora i statora pa su

prikladniji za montau na brodu. Na uzburkanom

moru dolazi do savijanja brodskog trupa, a time i do

savijanja temeljne ploe motora, to moe uzrokovati

dodirivanje rotora sa statorom i dovesti do njihovog

oteenja.

PROPULZIJSKI MOTOR



21/64

Sinkroni motor

Uzbudu sinkronih motora treba napajati iz najmanje dva poluvodika izvora, a u

sluaju kvara jednog od njih preostali mora u potpunosti osigurati snagu potrebnu za

uzbudu i pri poveanom optereenju do kojeg dolazi pri manevriranju. Strujni krugovi

uzbude su opremljeni ureajem za ponitenje magnetskog polja u sluaju izgaranja

namota uzbude. Jojedna velika prednost im je da se na brodovima s vie propelera moe postii

potpuna sinkronizacija u radu svih propelera to znatno smanjuje vibracije broda.

Prekretanje motora (vonja naprijed vonja krmom) se u naelu vri zamjenomdviju faza napajanja, uslijed ega nastaje promjena smjera vrtnje okretnog

magnetskog polja, a time i vrtnje rotora (danas se to iskljuivo obavlja pomou

tiristorskih pretvaraa). Zbog zamanih masa samog propelera rotor motora se ne

moe trenutno prekrenuti pa se odreeno kratko vrijeme okree u smjeru protivnonovom smjeru okretnog magnetskog polja. To je tzv. podruje motornog koenja. Da

bi manevar prekretanja bio to bre i efikasnije izveden, u polne nastavke rotora je

ugraen dodatni kavezni namotaj koji mu omoguuje da kod pokretanja i prekretanja

radi pri iskljuenoj uzbudi kao asinkroni motor, a time se postie i asinkrono koenje.

Takav motor djeluje u sinkronizmu kao sinkroni, a izvan sinkronizma kao asinkroni.

PROPULZIJSKI MOTOR



22/64

Permanentno uzbueni sinkroni motor

Ovaj tip sinkronog motora se od 1997.g. ugrauje uSSP azimutalne pogonske jedinice kojesainjavaju najmoderniji sustav elektrinepropulzije dananjice. U usporedbi s klasinimsinkronim motorom promjer ovog motora je za 40

% manji to znatno poboljava hidro-dinamikasvojstva propulzijskog pogona, a takoer mu je iteina za 15 % manja. Unutar motora magnetskitok se generira visoko-uinskim permanentnimmagnetima koji su smjeteni na rotoru i zamjenjujuuobiajene uzbudne namote i dodatne sklopovekao to su kolektorski prstenovi i ispravljai. Zbogtakve konstrukcije znatno su smanjeni volumen iteina, a poto se sam motor nalazi u ''gondoli''

van broda, kao glavni rashladni medij slui morepa dodatni rashladni sustavi nisu potrebni toznaajno smanjuje dimenzije i teinu propulzijskogpogona. Kontinuirana uzbuda uzrokuje da motordjeluje kao pod-uzbueni sinkroni stroj.

PROPULZIJSKI MOTOR



23/64

Permanentno uzbueni sinkroni motor

Sinkronog motora (na slici- PERMASYN propulzijskimotor za podmornice tvrtke Siemens) predstavljanajnovije tehnoloko dostignue u toj granibrodogradnje. Ima ekstremno nizak nivo buke,visoku uinkovitost te smanjen volumen i teinu.

PERMASYN motor predstavlja propulzijski motorposljednje generacije klase 212 podmornicaNjemake i Talijanske vojske. Propulzijski konceptza AIP (eng.air independent propulsion) obuhvaaPERMASYN motor u kombinaciji s najmodernijomPEM tehnologijom gorivih elija kao primarnimpokretaem.

PROPULZIJSKI MOTOR



24/64

Za d.c. motor sa konstantnim naponom napajanja tose lako postie upotrebom otpornika uarmaturnom ili uzbudnom krugu za kontroluarmaturne struje ili magnetskog polja uzbude (ilioboje). Nedostatak je smanjena efikasnost zbogpada napon na tom regulacijskom otporniku. Zaa.c. asinkroni ili sinkroni motor sa konstantnim

naponom i frekvencijom napajanja, kontrola brzineregulacijskim otpornikom bi djelovala samo naveliinu radne struje, a brzina bi ostala ista sobzirom na nepromijenjenu frekvenciju napajanja.Zato se mora djelovati i na frekvenciju strujestatora (upotrebom pretvaraa frekvencije). Da sesprijei pregrijavanje (zbog premagnetiziranja)motora, mijenjajui frekvenciju proporcionalno semijenja i napon napajanja ( U / f = konst.).

PROPULZIJSKI MOTOR

Osnovna kontrola brzine vrtnje motora


25/64

Pretvarai

Dok se kod d.c. propulzijskih motora brzina vrtnje regulira samo promjenom

napona napajanja, kod a.c. motora se moraju mijenjati i napon i frekvencija.

Na taj nain se reguliraju brzina vrtnje i zakretni moment, a ureaji koji to

omoguuju zovu se pretvarai frekvencije. Po principu rada postoje dva glavna

tipa pretvaraa frekvencije :

Direktni izravno se iz valnog oblika ulaznog a.c. napona sintetiziraeljeni oblik izlaznog napona i frekvencije, uklapanjem/isklapanjem poluvodikih

ventila;

Indirektni ulazni a.c. napon se ispravlja u d.c. napon, sintetizira i obrauje

pa ponovno vraa u a.c. oblik.IZMJENJIV

A

d.c. a.c.

ISTOSMJERNI

MEUKRUG

ISPRAVLJA

a.c. d.c.

UPRAVLJAKI UREAJ


26/64

Pretvarai

Vrste pretvaraa s primjenom u brodskoj elektrinoj propulziji su :

Tiristorski kontrolirani d.c. pogon (a.c. d.c.) za d.c. motore;

PWM (pulse with modulation) (a.c. d.c. a.c.) za kavezne asinkrone motore;

Synchro pretvara (a.c. d.c. a.c.) za sinkrone motore;

Cyclo pretvara (a.c. a.c.) za klasine ili permanentno uzbuenesinkrone motore i asinkrone


27/64

Pretvarai

Tiristorski kontrolirani d.c. pogonRegulacija brzine vrtnje se moe ostvariti naponom i

poljem tj. promjenom iznosa napajanja i mijenjanjem

magnetskog polja promjenom uzbudne struje.

Dva tiristorska ispravljaa razliitih snaga se koriste

za odvojeno upravljanje armaturne i uzbudne struje

za stvaranje magnetskog toka (F). Neki sistemi imajukonstantnu struju uzbude, dakle, u uzbudnom krugu

je obini diodni most bez regulacije izlazne struje.

Prekretanje motora se postie promjenom smjera

armaturne ili uzbudne struje (ne obje zajedno).


28/64

Pretvarai

PWM pretvara frekvencijeOvaj tip pretvaraa se najee koristi u kombinaciji s asinkronim propulzijskim

motorima za manje snage pogona (0.5-8 MW). Kod njih imamo dvostruku konverziju

energije (a.c. d.c. a.c.) pa se sastoje od diodnog ispravljaa i tranzistorskogizmjenjivaa. Koristi se PWM izmjenjiva s modulacijom irine impulsa (eng. PWM =

pulse width modulation ) po kojem je ovaj pretvara i dobio naziv .


29/64

Pretvarai

PWM pretvara frekvencije

Istosmjerni napon se sjee u naponske impulse promjenjive irine ali konstantne

razine u kompjutorski kontroliranom izmjenjivau uz upotrebu IGBT (eng.

insulated gate bipolar transistor) tranzistora. Ovaj postupak se zove modulacija

irine impulsa ili PWM. Mijenjanjem irine i polariteta impulsa d.c. napona mogue

je generirati sinusoidalni a.c. izlazni napon na velikom frekvencijskom rasponu

(0.5 120 Hz) pa je nuna upotreba reduktora. Promjenom frekvencije mijenja se

i brzina propulzijskog motora. Za razliku od tiristora, tranzistori se mogu uklapati i

isklapati pri vrlo visokim frekvencijama (20 kHz kod PWM pretvaraa). Zato je

prednost PWM postupka pred drugim postupcima koji koriste relativno niske

sklopne frekvencije u lakem filtriranju neeljenih harmonika na izlazu. Naime,

frekvencija neeljenih harmonika je kod PWM postupka mnogo vea, odnosno,neeljeni harmonici su premjeteni na vie frekvencije. Tako je olakano filtriranje.


30/64

Pretvarai

PWM pretvara frekvencijePet paralelnih (800 kVA, 690V)

standardnih IGBT pretvaraa napajaju

asinkroni motor. Tronamotajni

transformator napaja dva 6-pulsna diodna

ispravljaa direktno, s 30faznog pomaka

izmeu dva sekundarna namotaja u spojutrokut i zvijezda. Tako se dobiva 12-pulsni

povrat u mreu i d.c. napajanje za PWM

izmjenjiva s vrlo malom valovitou.

Harmonika izoblienja koja ovaj pretvara

unosi u brodsku mreu u 12-pulsnom

nainu rada (rad u luci i emergency

situacije ) mogu se znatno smanjiti 24-pulsnim nainom rada za vrijeme

navigacije. Tada je THD (eng. Total

Harmonic Distortion) faktor manji od 5%

to je u skladu s onim to nalau

klasifikacijska drutva

PWM pretvaraki sistem koji se koristi za

kontrolu brzine vrtnje asinkronih

propulzijskih motora snage 3.1 MW na

trajektima ''blizancima'' Deutchland i

Schlesvig Holstein Njemake brodarske

tvrtke DFO


31/64

Cyclo pretvara frekvencije

(eng. Cycloconverter)

Glavna primjena cyclo pretvaraa je za izmjeninu pretvorbu u podruju

srednjih i veoma velikih snaga (0.5-20 MW) dok je za male snage preskup.

Poluvodike komponente koje imaju potrebnu naponsku i strujnu opteretivost u

ovom podruju veoma velikih razina snaga su tiristor i IGBT, a u novije vrijeme i

IGCT (eng. Integrated Gate Commutated Thyristor) koji je razvila i usavrila

tvrtka ABB i koji donosi dodatna poboljanja u radu propulzijskog pogona.

Za razliku od synchro pretvaraa koji mogu proizvesti izlaznu frekvenciju

dvostruko veu od ulazne (0 120 Hz), cyclo pretvarai su ogranieni na svegajednu treinu izlazne frekvencije u odnosu na ulaznu (0 20 Hz). Zbog toga su

cyclo pretvarai pogodni za napajanje pogona s malim brzinama (80-200 o/min)

gdje se izostavljaju reduktori.


32/64



Za svaku fazu posebno, postoje dva

paralelna pretvaraa s obrnuto usmjerenim

tiristorima; to su most A tzv. pozitivni

pretvara koji daje pozitivnu poluperiodu

struje i most B tzv. negativni pretvarakoji daje negativnu poluperiodu struje. Oba

pretvaraa se sastoje od po 6 tiristora, a

poto postoje 3 faze ukupan broj tiristora u

cyclo pretvarau je 36. Tako velik broj

tiristora se odraava i na cijenu pogona pa

predstavlja jedan od nedostataka cyclo

pretvaraa.

Izlazni naponski valni oblik dosta

nazubljen (tzv.brujanje) to se jo vie

pogorava kako izlazna frekvencija raste.

To je glavni razlog ogranienja najvee

korisne izlazne frekvencije.


33/64



Cyclo pretvara se moe napajati direktno preko visoko-naponske sabirnice, ali je ee

preko transformatora za snienje napona. Tako se smanjuje napon motora i njegov

potrebni izolacijski nivo, a osigurava dodatna linijska impedancija za smanjenje

eventualnih struja kratkog spoja i naponskih harmonikih izoblienja na glavnoj sabirnici

napajanja.

Kod iznimno velikih cyclo pretvarakih sustava (npr. krstareih putnikih brodova) koji u

brodsku mreu unose puno harmonikih izoblienja uobiajeno je da se umjesto

transformatora koristi par motor-generatorskih jedinica. Na ovaj nain se osigurava ''isto''

napajanje bez prisustva harmonikih izoblienja.


34/64

Synchro pretvarafrekvencije

(eng. Synchroconverter)

Ovaj tip pretvaraa se koristi za velike a.c. sinkrone motorne pogone tzv. synchro

pogone (eng. synchrodrive) i nudi brojne prednosti kod primjene u brodskoj elektrinoj

propulziji. Zahvaljujui svojoj konstrukciji na izlazu moe dati frekvenciju i duplo veu od

ulazne tj. mrene frekvencije (0 120 Hz). Sastoji se od kontroliranog ispravljakog i

izmjenjivakog dijela, a oba se oslanjaju na prirodno uklapanje (linijska komutacija) tiristorapomou 3 faznog a.c. napona. Izmeu njih je reaktorska zavojnica za strujno glaenje

koja tvori d.c. vezu (eng. d.c. link). Postoji operativna slinost izmeu synchro pogona i

d.c. motornog pogona, tako da ispravljaki dio djeluje kao d.c. napajanje, a kombinacija

izmjenjiva/sinkroni motor kao d.c. motor. Uklapajui izmjenjiva djeluje kao statiki

komutator. U nekoj literaturi ovi pretvarai se mogu nai i pod nazivom LCI (eng. load-

commutated inverter).

Principijelna shema synchro pretvaraa u

kombinaciji sa sinkronim propulzijskim

motorom


35/64



Pojednostavljeno objanjenje rada synchro

pretvaraa bi bilo da strujni izvor (kontrolirani

ispravljaki dio) osigurava eljeni zakretni

moment motora, a izmjenjivaki dio

eljenubrzinu. Kolika e biti frekvencija motora (a time i

brzina) ovisi o brzini uklapanja izmjenjivakih

tiristora.

Za normalan rad sinkronog motora je potrebno

osigurati uzbudno polje rotora, a to je ostvareno

posebnim tiristorski kontroliranim ispravljakim

krugom. Izuzetak su, danas jako popularni,

permanentno uzbueni sinkroni motori koji ne

zahtijevaju poseban uzbudni sklop, jer za

uzbudu koriste specijalne permanentne

magnete.


36/64



U brodskoj elektrinoj propulziji synchro-pretvaraki pogoni nude niz prednosti

u odnosu na cyclo-pretvarake pogone:

Jednostavnija struktura elektronikih komponenti za napajanje, kontrolu i

nadzor; synchro-pretvaraki pogoni zahtijevaju svega treinu poluvodikih

elemenata, propulzijskih transformatora i rastavljaa, to utjee na cijenupogona, a sistem je robusniji i jednostavniji za kontrolu i nadzor;

Nisu potrebni dodatni brzi mehaniki prekidai strujnog kruga za kratko-spojnu

zatitu;

Unose manje harmoni

kih izobli

enja u brodsku mre

u, zna

i i manji THD(eng. Total harmonic distortion) faktor mree to je u skladu sa specifikacijama

klasifikacijskih drutava.


37/64

PRIMJENA VISOKOG NAPONA NA BRODOVIMA S DIZEL

ELEKTRINOM PROPULZIJOM

Najvei problem visokonaponskih sustava je veliki rizik od smrtonosnih

strujnih udara, zato se na takvim brodovima koriste posebne mjerepredostronosti i zatite, a osoblje zadueno za odravanje HV opreme mora

biti posebno osposobljeno i upoznato sa svim sigurnosnim postupcima u

radu.


38/64



Primjer brodskog visoko-naponskog

sustava elektrine propulzije. HV

generatori tvore centralnu jedinicu snage

za sve brodske potroae elektrine

energije. Na velikim putnikim brodovima s

elektrinom propulzijom svaki generator

moe imati vrijednosti 10 MW ili vi

e iproizvoditi 6.6 kV, 60 Hz 3-faznog a.c.

napona.

Glavni potroai su dva sinkrona 3 kV a.c.

propulzijska elektrina motora, svaki sa

zahtjevom od 12 MW i vie u uvjetima

punog optereenja. Motori imaju po dva

odvojena 6 MW statorska namota i svaki

taj polunamot se napaja s HV rasklopne

ploe preko 6.6/3.0 kV propulzijskog

transformatora i statikog 6-pulsnog

synchro pretvaraa. 24-polni motori daju

brzinu okretaja osovine 0-145 o/min

kontroliranu od pretvaraa s izlaznim

frekvencijskim rasponom 0-29 Hz.


39/64



Upotrebom dva pretvaraa po motoru koji napajaju dva odvojena statorska namota

pomaknuta za 30 postie se 12-pulsni zakretni moment na propelerskoj osovini ime se

smanjuju vibracije. Neto sloenijom izvedbom napajanja transformatora i pretvaraa

moe se dobiti i jopovoljniji 24-pulsni zakretni moment na osovini.

S visokonaponske sabirnice se jo napaja: nekoliko velikih asinkronih motora (pogonski

thrusteri i kompresori klimatizacije), bezkontaktna uzbuda za sinkrone motore sa snienim

naponom 6.6/0.44 kV preko statikih transformatora, tiristorski kontroler, a.c. a.c.

rotacijski transformator (unutar motora) i par na osovini smjetenih dioda za zavrno

ispravljanje u d.c. napon. Postoji i tree (standby) statiko uzbudno napajanje i kontroler,

ali nisu prikazani na slici zbog jednostavnosti.

Najvea razlika izmeu nisko i visoko naponskih sustava je u glavnoj sklopnoj ploi. Za

visoko naponske sustave prekidai mogu biti : zrani, uljni, plinski (Sf 6) ili vakuumski.

Konstrukcija namota za generatore, transformatore i motore je slina kao i kod nisko

naponskih sustava osim to se koriste neto bolji izolacijski materijali. Upotrebastandardnih megger test instrumenata, koji induciraju 500 V za mjerenje kvalitete izolacije,

kod HV opreme nema smisla, jer je za provjeru izolacije 6,6 kV- ureaja nuan 5 000V IR

tester (eng. IR = insulated resistor).


40/64

FUNKCIONIRANJE PROPULZIJSKOG SUSTAVA

Kompjutorska jedinica prima ulaznu komandu (postavka brzine) i mnogo povratnih signala

(napon, struja, snaga, frekvencija,i dr), pri emu je najvanija regulacijska veliina brzina

osovine koja tvori zatvorenu kontrolnu petlju. Osnovni parametri kontrole su veliina

statorske struje motora (za podeavanje zakretnog momenta) i frekvencija motora (za

podeavanje brzine osovine).

Sinkronizacija rada propelera je jedna od vanijih prednosti ovakvih pogona, a vri se preko

kontrolnog sustava na komandnom mostu odabirom osovinskog sinkro-faznog naina rada(eng. shaft synchro-phasing mode) kada se oba motora dovode u ujednaen rad s razlikom u

brzini okretaja manjom od 5%. Na taj nain se znatno smanjuju vibracije propulzijskih

osovina, a time i broda.

Postoje dva naina rada sustava u ovisnosti o brzini:

Pulsni nain rada za brzine manje od 10%;

Sinkroni nain rada za brzine vee od 10%.


41/64


Pri brzinama manjim od 10%, motor ne generira dovoljnu povratnu elektromotornu silu

potrebnu za automatsko isklapanje tiristora (linijska komutacija). Kao to znamo tiristor se

isklapa kada mu radna struja postane jednaka nuli, a to u ovom sluaju nije mogue kod

tiristora kontroliranog izmjenjivakog dijela. Ovaj problem se rjeava pulsnim nainom rada

(eng. pulse mode) gdje se struja trenutno dovodi u nulu tiristorima iz kontroliranog

ispravljakog dijela to omoguuje isklapanje izmjenjivakih tiristora. Kada brzina porasteiznad 10% elektromotorna sila motora postane dovoljno velika da omogui normalno

isklapanje izmjenjivakih tiristora pa se moe prei u sinkroni nain rada (eng.

synchronous mode). Tada svi tiristori isklapaju na uobiajeni nain uz pomo izmjeninih

napona iz mree (ispravljaki dio-mreni most) i iz motora (izmjenjivaki dio-motorni most).

Prekretanje motora / propulzijske osovine se obavlja zamjenom faze struje napajanja

pomou izmjenjivakih tiristora. Tako se mijenja smjer okretnog magnetskog polja statora,

a time i smjer vrtnje rotora tj. propulzijske osovine. Da bi se izbjegli snani strujni udari usustavu, potrebno je prije prekretanja postupno usporiti propulzijsku osovinu sve do

mirujueg stanja. Prilikom prekretanja dolazi do motornog koenja, a u tom stanju mreni

(eng. network bridge) i strojni most (eng. machine bridge) zamjenjuju svoje uloge


42/64


Sistem upravljanja snage (eng. PMS = power management system) omoguuje

kontrolu i nadzor :

Automatsko ogranienje snage propulzijskim motorima;

Auto-start, sinkronizaciju i raspodjelu optereenja standby generatora;

Ogranienje snage za glavne generatore;

Kontrola povrata snage u mreu od strane propulzijskih motora tijekommotornog koenja i prekretanja;

Nadzor dizel motora i vremena rada generatora i propulzijskih motora.

Kontrolne upravljake stanice brodske elektrine propulzije smjetene su na komandnom

mostu, u upravljakoj sobi strojarnice (eng. ECR = engine control room) i lokalno (u

prostoriji HV sklopne ploe). Za vrijeme navigacije komande za brzinu okretaja propulzijske

osovine se postavljaju s komandnog mosta i ponavljaju u ECR-u, dok je u luci cijela

kontrola premjetena u ECR. Lokalna kontrola se uglavnom koristi za testiranja i postupke

odravanja, ali takoer i u sluaju nude. Odabir jednog od mjesta upravljanje se vri

pomou sklopke na propulzijskom pultu u ECR-u strojarnice.


43/64


Na svim kontrolnim stanicama postoji i emergencytelegraf uputnik za zadavanje

postavki brzine u sluaju nude. Propulzijski regulator i boni regulatori thrustera

se mogu kombinirati u glavnijoy-stickupravlja ime se dobije cjelokupna kontrola

za precizno manevriranje u luci.


44/64

AZIMUT

Tvrtka ABB u suradnji s finskim brodogradilitem Kvaerner Masa Yards razvila je

azimutalni pogonski sustav za elektrinu propulziju pod dananjim nazivom AZIPOD (eng.

Azimuthing Podded Drive). Ideja za takav pogon je nastala jo1980.g., a prvi put je ugraen

1990.g. na Finski servisni brod Seili. Prvi komercijalni brod s ugraenim Azipod pogonom

bio je proizvod-tanker Uikku 1993.g , a prvi putniki brod Elation 1998.g . Danas

postoje 4 tipa azimutalnih sustava od kojih je AZIPOD najpoznatiji (opirnije u 4. poglavlju)..


45/64

AZIMUT

Za razliku od klasinih propulzijskih sustava gdje se elektrini propulzijski motor nalazi

unutar broda, ovdje je on smjeten u posebno konstruiranoj gondoli izvan brodskog trupa.

itava gondola se moe zakretati za puni krug (360) ime je nestala potreba za klasinimkormilarskim sustavom, a vie nije potrebno ni prekretanje propulzijskog motora koji se sada

moe okretati stalno u istom smjeru. Time su znatno poboljane manevarske sposobnosti

pa vie nije neophodna ni upotreba pramanih thrustera (smanjenje zakretnog radijusa za40%).

Kao propulzijski motor se koriste sinkroni i asinkroni elektrini motor, a u najsuvremenijim

SSP azimutalnim pogonima permanentno uzbueni sinkroni motor znatno manje teine i

dimenzija u odnosu na standardni sinkroni pa su tako dodatno poboljana hidro-dinamika

svojstva broda. Motor je preko vrlo kratke osovine povezan s propelerom (s fiksnim krilima)

to znatno smanjuje vibracije brodskog trupa, a poto su motor i gondola duboko uronjeni u

more kao glavni rashladni medij motoru slui okolno more to dodatno sniava cijenusustava.

Prikladan je za snage do 25 MW propulzijskog motora i za brzine vrtnje 0-200 o/min.


46/64

AZIMUT

Prednosti azimutalnog propulzijskog sustava su :

Mehaniki je jednostavniji od ostalih tipova

propulzijskih sustava, jer se izostavljaju dugake

osovine, leajevi, kormilarski zupanici, kormila,

reduktori, a nema ni sloenih propelera s prekretnim

krilima; Znatno poboljanje dinamiko-hidraulikih i

manevarskih sposobnosti;

Smanjena potronja energije, manji trokovi

odravanja i manje zagaenje okolia;

Propulzijske karakteristike pri vonji naprijed ili

nazad su gotovo iste, pogodan za tlane i vlane

operacije, male i velike brzine neovisno o

vremenskim uvjetima plovidbe;


47/64

AZIMUT

Znatno smanjenje buke i vibracija brodskog trupa;

Omoguena je uteda prostora za ostale potrebe

brodskog postrojenja;

Mogunost ugradnje svega 2 tjedna prije

porinua broda to znatno olakava ugradnju i

smanjuje trokove proizvodnog procesa broda.

Meutim postoje i odreeni nedostaci ovogsustava :

Vea poetna financijska ulaganja;

Potrebna je promijenjena konstrukcija brodskog

trupa zbog karakteristinog poloaja pogonske

gondole van broda. O tome treba voditi rauna prije

konstruiranja broda;

U sluaju veeg kvara na propulzijskom motorununo je vaenje broda na kopno zbog popravka

to znatno poskupljuje postupak servisiranja.


48/64

Perspektive uporabe elektrine propulzije

Danas se sve vie uvodi elektrina propulzija u brodskim novogradnjama.

Pritom znaajnu ulogu ima ne samo dizel-elektrini ve i turbinsko-elektrini

pogon, ne samo na putnikim brodovima (trajektima) ve i na razliitim

tipovima trgovakih i specijalnih brodova.

Dosadanja su istraivanja pokazala da je sve manje razloga koji

prijee uporabu dizel-elektrine propulzije na brodu. Dva bitna nedostatka:manja korisnost i vea poetna financijska ulaganja u usporedbi sa

standardnom mehanikom propulzijom, nisu vie odluujua. Prvo, smanjenje

korisnosti, koja se odnosi samo na mehaniku snagu potrebnu za pokretanje

brodskog propelera, ve danas je mogue ponititi boljom iskoristivou

elektrine energije za propulziju, a drugo, ugradnjom sve vie serijski

proizvedene elektrine opreme visoke kvalitete izradbe bitno smanjuje i

poetna financijska ulaganja.


49/64


Osnovna prednost dizel-elektrinog pogona je u tomu to se njime postie

optimalna operativna fleksibilnost u brodskom elektromotornom pogonu.

Uporabom veeg broja identinih strojeva osigurava se potrebna energija

velikom broju ugraenih elektrinih troila na brodu. Jednako tako, dizel-

elektrina propulzija doputa da se dizelski strojevi mogu postaviti u brod

tono gdje su najdjelotvorniji, tj. nisu ogranieni duinom propelerske osovinejer se napajanje, upravljanje i regulacija brzine vrtnje propelerskog motora

ostvaruju elektrinim prijenosom. Zbog toga se na suvremenim brodovima

dizelski sinkroni generatori mogu ugraivati i u brodsku strojarnicu na

jednome, a propelerski motori na drugome mjestu.

Dizel-elektrini pogoni imaju prednost u odnosu prema klasinim dizel-

mehanikim pogonima jer je mogue kontinuirano mijenjati brzinu vrtnje

propelera u cijelom opsegu regulacije brzine od 0 do 100%. Istraivanja su

pokazala da s obzirom na sigurnost i zalihost, tj. manevriranje i rad s jednim

dizelskim strojem, propeler s promjenljivim krilima (prekretni propeler) ima

bolja svojstva, dok je s obzirom na cijenu godinjeg odravanja jeftiniji

propeler s fiksnim krilima (fiksni propeler).


50/64


Prednosti elektrine propulzije su:

smjetaj glavnih strojeva i generatora ne ovisi o poloaju osovinskog voda, tj.

dade se po volji odabrati i prilagoditi tipu broda,

jedna propelerska osovina moe se pokretati energijom vie agregata,

postie se bolje iskoritenje prostora strojarnice jer elektrini strojevi imaju

manje dimenzije od glavnoga pogonskog stroja, elektrina energija koju proizvode generatori za propulziju, moe se koristiti i

za napajanje drugih brodskih elektrinih troila,

mogu se odabrati najpovoljnije brzine vrtnje propelera i pogonskog stroja jer

izmeu njih nema mehanikog spoja,

brzina vrtnje propelera regulira se u irem podruju rada,

prekretanje propelera obavlja se bez promjene smjera vrtnje glavnih

pogonskih strojeva,

udarci i vibracije s propelera ne prenose se na glavni pogonski stroj,

bolje su manevarske sposobnosti broda jer se daljinskim upravljanjem lako i

brzo mijenja reim rada postrojenja,

mogu se iskljuiti pojedini agregati kad je pri manjim brzinama broda dostatno

manja snaga.


51/64


Nedostaci elektrine propulzije su:

via cijena u usporedbi s drugim propulzijama,

nia korisnost zbog dvostruke pretvorbe energije (elektrina propulzija: h =

0,86 0,92, mehanika propulzija: h= 0,95 0,98),

ve

i broj visokoobrazovne posade potrebne za rukovanje i nadzor postrojenja.

Poredbeni prikaz ulaganja u opremu za dizelsko-elektrinu (tamna ploha) i

standardnu mehaniku propulziju


52/64


Zbog vanosti i ve danas velike zastupljenosti glavnih elektrinih pogona s

izmjeninim motorima napajanima preko pretvaraa frekvencije, oekuje se da

e u budunosti na brodovima za elektrinu propulziju prevladavati pogoni s

izmjeninim (sinkronim i asinkronim) motorima.

Pretpostavlja se da e se u budunosti izvor za elektrinu propulziju broda biti i

gorive elije, koje su se do danas ugraivale u svemirske brodove, a neki supokusi provedeni i na podmornicama.

Osnovna je prednost uporabe gorivih elija visoki stupanj korisnosti i vrlo mali

negativni utjecaj na okoli. Stupanj je korisnosti znatno vii nego u svih do

danas koritenih toplinskih procesa za proizvodnju elektrine energije (vie od

70%), dok se pri izgaranju ne stvaraju nikakvi tetni sastojci.

Do danas je razvijeno vie gorivih

elija s obzirom na vrstu goriva, elektrode,elektrolit i oksidante. Uglavnom rade na niskim temperaturama, a napon je

jedne elije malen, tako da se vie njih spaja serijski.


53/64


Goriva elija radi vrlo jednostavno. Ako se na elektrode eliji dovodi npr. vodik

(H2) kao gorivo i kisik (O2) kao oksidant, tada e doi do njihova spajanja i

oslobaanja elektriciteta. Slino kao u galvanskih elemenata, izmeu elektroda

(anode i katode) stvorit e se napon, a kada se na te elektrode spoji neko

troilo, kroz njega e potei istosmjerna struja. Rezultat reakcije jo je ista

voda (H2O) i otpadna toplina. Kada se toj eliji doda regenerator i separator te

dovodi energija za elektrolizu na vodik i kisik, dobiva se zatvoreni proces. Da

di se mogao pokrenuti elektromotor propelera, potreban je samo izmjenjiva

za pretvorbu istosmjerne struje priblino konstantna napona. Takvi su

pretvarai danas jednostavni, jeftini i rade sa stupnjem korisnosti veim od

99%.


54/64


Velika pozornost daje se primjeni strojeva sa supravodljivim namotima u

elektrinoj propulziji. U takvim strojevima rabi se pojava da se hlaenjem

namota na vrlo nisku temperaturu postigne supravodljivost, tj. stanje u kojemu

elektrini otpor namota ima zanemarivo malu vrijednost. Zbog toga se znatno

smanji prostor za smjetaj namota, a vrlo velike vrijednosti jakosti uzbudne

struje bez otpora uzbuuju jaka magnetska polja. U usporedbi s klasinim

strojevima, takvi strojevi imaju mnogo manju masu i volumen, manje gubitke,

bolju korisnost, vee granine snage i veu pogonsku fleksibilnost. Oekuje se

da e zbog navedenih prednosti, ali i zbog otkria novih materijala i

usavravanja tehnike niskih temperatura, elektrina propulzija sa

supravodljivim elektrinim strojevima nai svoju namjenu i na brodu.


55/64

PRIMJENA ELEKTRINE PROPULZIJE NA BRODOVIMA

PUTNIKI KRSTAREI BRODOVI

(eng. Cruise liners)

Elektrina propulzija je svoju veliku primjenu nala upravo na velikim putnikim

krstareim brodovima, gdje njena upotreba osigurava sve one povoljne

karakteristike neophodne za to komforniju plovidbu uz odlina manevarska

svojstva. Moe se rei da se upravo u ovoj grani brodarstva oekuju velikeperspektive u njenoj daljnjoj primjeni.


56/64


RO-RO BRODOVI I TRAJEKTI

Razlog upotrebe elektrine propulzije na ovakvim tipovima brodova su dobre

manevarske sposobnosti koje su neophodne zbog estih uplovljavanja i isplovljavanja s

obzirom da uglavnom prometuju na kraim relacijama. Dosta je esta vonja krmom pa

poto je mnogo jednostavnije prekrenuti elektrini propulzijski motor nego glomazni

dizel stroj, oite su prednosti koje donosi elektrina propulzija ovakvom tipu brodova.

Poto se uglavnom radi o propulzijskim sustavima manjih snaga i jedni i drugi uglavnom

koriste pogone s asinkronim propulzijskim motorima napajanim preko PWM pretvaraa

frekvencije, dok se vei RO-RO brodovi mogu nai i u synchrodrive izvedbi sa sinkronim

motorom i synchro pretvaraima frekvencije..


57/64


BRODOVI ZA SPECIJALNE NAMJENE

U ovu skupinu brodova spadaju svi ostali tipovi

brodova kao to su polagai cijevi,

vienamjenski brodovi, brodovi za buenje

(eng. drill ships), FPSO tankeri (eng.

floating production and storage), ledolomci,

vienamjenski brodovi,I dr. Svi oni

zahtijevaju iznimno dobre manevarskekarakteristike s estim prekretanjima to im

upotreba elektrine

propulzije i omoguava.Platforme, brodovi buai (drill ship),

shuttle tankeri i FPSO tankeri

(floating production and storage) -

principijelne shemeZa platforme su karakteristina kratka

pozicioniranja, a za ove brodove esti

manevri na kratkim relacijama s

mnogobrojnim prekretanjima. Tim

karakteristikama najbolje udovoljava

elektrina propulzija koja je i tu nala svoju

primjenu.


58/64


BRODOVI ZA SPECIJALNE NAMJENE


59/64

Prednosti i mane elektrine propulzije

a) Prednosti elektrine propulzije

Mogu se odabrati razliite optimalne brzine vrtnje propelera u cijelom opsegu

regulacije brzine od 0 do 100%.

Prekretanjem propelera bez promjene smjera vrtnje primarnih strojeva na

turbinskim brodovima otpada potreba za turbinom za kretanje krmom.

Primjenom brzohodnih nereverzibilnih primarnih strojeva pojednostavnjuje sekonstrukcija toplinskih strojeva i produuje se period rada do glavnog popravka,

postiu se utede u masama i gabaritima te prema tome bolje je iskoritenje

strojarnice (sl. 28.).

Prostor strojarnice je bitan, jer je svaki kubni metar strojarnice oduzet od korisnog

prostora broda. Optimalnim smjetanjem glavnih strojeva mogue je ili smanjiti

ukupnu duinu broda i s tim u svezi i trokove elika, ili poveati duinu tankova

tereta odnosno kapacitet broda.Dizel strojevi se mogu postaviti na brodu tono gdje su najdjelotvorniji tj. nisu

ogranieni duinom propelerske osovine jer se napajanje, upravljanje i regulacija

brzine propelerskog motora ostvaruje elektrinim prijenosom. Zbog toga se, na

suvremenim brodovima, dizelski sinkroni generatori i propelerski motori smjetaju u

prostorije koje najbolje odgovaraju za odreeni tip broda. Rezultat je znatna uteda

prostora u usporedbi s dizel-motorima male brzine ili turbinama.


60/64


Poboljavaju se hidro-dinamike i manevarske sposobnosti broda to seposebno odnosi, na ve spomenute najmodernije azimutalne propulzijske

sustave. Moderna elektronika dovela je upravljanje i regulaciju do vrlo velikih

mogunosti. U jednom modernom elektrinom postrojenju danas su sve veliine

pod kontrolom tj. reguliraju se, ograniavaju i nadziru. Na taj nain se postrojenja

mogu voditi prema optimalnim kriterijima i iz njih se moe dobiti vie nego prije.


61/64


Omoguena je upotreba propelera s fiksnim krilima bez gubitka na

propulzijskim karakteristikama broda, jer elektrini propulzijski motori koji se

pokreu preko statikih pretvaraa frekvencije osiguravaju brodskom vijku

konstantno maksimalni zakretni moment, ak i kod vrlo niskih brzina i u oba

smjera vrtnje. Ovo je ujedno i najvee pojednostavljenje osnovnog dijela

pogonskog sustava,ime je pove

ana pouzdanost sustava i sigurnost broda.

Generatori propulzijskog sustava mogu se upotrijebiti i za napajanje drugih

brodskih elektrinih ureaja.

Smanjena buka i vibracije. Ova karakteristika je od presudnog znaaja kod

putnikih brodova gdje komfor putnika predstavlja vrlo bitan zahtjev. Motori i

elektrini sustavi koji su izvedeni da omogue rad pri razliitim brzinama vrlo su

tihi. Srednjehodni dizel-generatori mehaniki su neovisni o osovinskom vodu te

se mogu ugraditi na mehanike podloke. Ovaj sustav ugradnje lak je zakonstrukciju budui se motori okreu pri konstantnoj brzini. Za razliku od

uobiajenih izvedbi, ne postoje direktne mehanike veze izmeu trupa i stroja

(motora) koje su glavni izvor vibracija.


62/64

Izmjenino-izmjenini elektrini prijenos

Potekoe koje nastaju radi promjenljive frekvencije danas su rijeene s pomoustatikih pretvaraa frekvencije. S njima se moe upravljati sinkroni i asinkroni

propelerski elektromotor, tj. osiguran je izmjenino-izmjenini elektrini prijenos:

sinkroni generator statiki pretvara frekvencije izmjenini pogonski elektromotor.

Tako je mogue u novim brodovima izmjenini osovinski generator iskoristiti i

kao propelerski elektromotor. Za vrijeme plovidbe osovinski generator proizvodi

elektrinu energiju, a preko stati

kog pretvara

a frekvencije odr

ava konstantnufrekvenciju napona brodske mree neovisno o promjeni brzine vrtnje glavnoga

propulzijskog dizelskog motora. Ako zataji taj glavni propulzijski motor, ali i za

potrebe malih manevara u luci, osovinski generator moe raditi kao propulzijski

motor ako mu je statiki pretvara frekvencije reverzibilan. Energiju za pogon

daju dizelski generatori brodske mree.

Zakljuuje se da je uporaba energetske elektronike na brodu omoguila

izmjenini elektrini prijenos pri elektromotornom pogonu propelera. Zato se istatiki pretvara frekvencije danas koristi u dvije osnovne izvedbe:

s istosmjernim meukrugom koristi se za napajanje kaveznih motora za

pogon pramanih propelera i

izravno- koristi se za napajanje sinkronih motora, i daje izlaznu frekvenciju

uvijek manju (npr. 20 25 Hz) od frekvencije napona brodske mree.


63/64


Naelna shema spoja tri trofazna propulzijska sinkrona motora upravljana statikimpretvaraima frekvencije koja je karakteristina za trgovaki brod, prikazana je na slici.

Rjeenja s propelerskim sinkronim motorima napajanima preko statikog pretvaraa

frekvencije daju izvrsne karakteristike, u prvom redu pri niim brzinama vrtnje. Takvi pogoni

ne zahtijevaju skupi nadzor i esta odravanja kao istosmjerni pogoni, i mnogo su manji i

laki.

est turbinskih generatora prikljueno je na sabirnice glavne sklopne ploe, a est sinkronih

motora, napajanih preko est tiristorskih pretvaraa, spojeno je tako da pri prekidu jednepolovice sabirnica mogu nastaviti pokretati tri brodska propelera, ali s polovicom snage.

Napon brodske mree od 440 V moe se osigurati i s pomou dva motor-generatora.


64/64


Zahtjevi za novim rjeenjima glavnih

elektrinih pogona i brodskih elektrinih

postrojenja putnikih brodova za kruna

putovanja rezultirali su njihovim

kvalitetnijim izvedbama. Brodska mreasastoji od sklopnog postrojenja 6,6, kV

s uzdunim rastavljanjem i integriranom

niskonaponskom razdiobom. Osnovi

izvor elektrine energije osigurava est

dizelskih generatora srednje brzine,

elastino ovjeenih i zvuno izoliranih,

pa su vibracije i buka manje. Glavnielektrini pogon ne treba reduktor, a

poradi ekonominosti pogona ukupna

potrebna snaga smanjena je za 10 do

20% u odnosu prema mehanikom

pogonu.

1-est dizelskih generator2 - rasklopno postrojenje za 6,6 kV, 60 Hz

3 - motori kompresora za klima-ureaj4 - motori za pramana i krmena kormila

5 - glavni pogon s dva sinkrona motora upravljana izravnim

pretvaraem frekvencije

6 - niskonaponsko razdjelno postrojenje

7 - motor-generator za povezivanje postrojenja 6,6 kV i 440 V

Documents

Elektricna propulzija