ZAMENJAVA POGONA NA SREDNJI PROGI V VALJARNI

Aleš Rožman

ZAMENJAVA POGONA NA SREDNJI PROGI V

VALJARNI

Diplomsko delo

Maribor, november 2012

Diplomsko delo visokošolskega študijskega programa


VALJARNI

Študent: Aleš Rožman

Študijski program: Visokošolski študijski program elektrotehnika

Smer: Močnostna elektrotehnika

Mentor: red. prof. dr. Mladen Trlep

Maribor, november 2012

Rožman Aleš, Zamenjava pogona na srednji progi v valjarni

Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 I

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju red. prof. dr. Mladenu

Trlepu za pomoč in vodenje pri opravljanju

diplomskega dela.

Posebna zahvala gre tudi laborantu Mitji

Hriberniku, zaposlenim v podjetjih Metal Ravne,

ABB in Petrol Energetika, še posebej g. Janezu

Jehartu, g. Jožetu Apatu, g. Branku Plasniku in g.

Marku Jamerju za vse potrebne podatke za izdelavo

diplomske naloge.

Zahvala velja tudi staršem, ki so mi pomagali

omogočiti študij.


Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 II


VALJARNI

Ključne besede: valjarna, pogon, asinhronski motor, sinhronski motor, enosmerni motor

UDK: 621.313.333:621.771(043.2)

Povzetek

Diplomsko delo govori o zamenjavi glavnega pogona s pripadajočim napajanjem in

regulacijo na srednji progi v valjarni. Delovanje obstoječega pogona je podrobno opisano

z vsemi prednostmi, slabostmi ter željami, ki bi jih moral imeti novi pogon. Z upoštevanjem

želja uporabnika sem izbral, predstavil in opisal tri različne možne rešitve zamenjave

glavnega motorja, in sicer z asinhronskim, sinhronskim in enosmernim motorjem. Pri vseh

treh rešitvah bi podjetje veliko pridobilo pri učinkovitosti in zanesljivosti proizvodnje

linije, vendar je najbolj ekonomsko upravičena zamenjava motorja s sinhronskim

motorjem.


Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 III

REPLACEMENT OF THE ELECTRIC DRIVE OF

THE MIDDLE LINE IN THE ROLLING MILL

Key words: rolling mill, electric drive, induction motor, synchronous motor, DC motor

UDK: 621.313.333:621.771(043.2)

Abstract

This paper speaks about the replacement of the main electric drive together with

associated power and regulations on the middle track in the rolling mill. Operation of the

existing electric drive is described in detail with all the advantages, disadvantages and

desires which the new electric drive is expected to have. Considering the wishes of the

user, I chose, presented and described three possible solutions of replacing the main

motor, namely with the induction, synchronous and DC motor. Taking into account all

these solutions, company would gain much in efficiency and reliability of production line.

However, the most economically justifiable is the replacement of the main motor with the

synchronous one.


Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 IV

KAZALO VSEBINE

1 UVOD ............................................................................................................................ 1

2 KRATKA PREDSTAVITEV PODJETJA METAL RAVNE D.O.O. .......................... 3

2.1 Uvod ...................................................................................................................... 3

2.2 Splošno o podjetju Metal Ravne d.o.o. .................................................................. 3

2.3 Opis produktov v valjarskem programu ................................................................ 5

2.4 Proizvodni program valjarne ................................................................................. 6

3 PODROBEN OPIS OBSTOJEČEGA STANJA POGONA ......................................... 7

3.1 Uvod ...................................................................................................................... 7

3.2 Opis naprav in pogona ........................................................................................... 8

3.2.1 Napajanje ........................................................................................................... 8

3.2.2 Regulacija .......................................................................................................... 9

3.2.3 Glavni motor .................................................................................................... 10

3.3 Opis delovanja pogona ........................................................................................ 10

3.3.1 Postopek valjanja gledano tehnološko ............................................................. 11

3.3.2 Postopek valjanja gledano električno .............................................................. 12

3.4 Problemi obstoječega stanja pogona ................................................................... 12

3.4.1 Problemi napajanja .......................................................................................... 12

3.4.2 Problemi regulacije .......................................................................................... 13

3.4.3 Problemi glavnega motorja .............................................................................. 14

3.5 Ovrednotenje podatkov obstoječega glavnega pogona ....................................... 16

4 ZAMENJAVA POGONA Z ASINHRONSKIM MOTORJEM ................................. 20

4.1 Splošno o asinhronskem motorju ........................................................................ 20

4.2 Princip delovanja asinhronskega motorja ............................................................ 21

4.3 Prednosti asinhronskega motorja ......................................................................... 21

4.4 Slabosti asinhronskega motorja ........................................................................... 21

4.5 Izbira asinhronskega motorja za glavni pogon srednje proge ............................. 22

4.5.1 Podatki in pogoji za izbiro novega pogonskega motorja ................................. 22

4.5.2 Izračun in izbira asinhronskega motorja .......................................................... 23

4.5.3 Podatki novega asinhronskega motorja ........................................................... 25


Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 V

4.5.4 Primerjava izbranega novega asinhronskega motorja glede na obstoječega

enosmernega .................................................................................................... 25

5 ZAMENJAVA POGONA S SINHRONSKIM MOTORJEM .................................... 27

5.1 Splošno o sinhronskem motorju .......................................................................... 27

5.2 Princip delovanja sinhronskega motorja ............................................................. 28

5.3 Prednosti sinhronskega motorja .......................................................................... 28

5.4 Slabosti sinhronskega motorja ............................................................................. 29

5.4.1 Izbira sinhronskega motorja za glavni pogon srednje proge ........................... 29


5.4.3 Izračun in izbira sinhronskega motorja ........................................................... 29

5.4.4 Primerjava izbranega novega sinhronskega motorja glede na obstoječega

enosmernega .................................................................................................... 31

6 ZAMENJAVA POGONA Z ENOSMERNIM MOTORJEM ..................................... 32

6.1 Splošno o enosmernem motorju .......................................................................... 32

6.2 Princip delovanja enosmernega motorja ............................................................. 33

6.3 Prednosti enosmernega motorja........................................................................... 34

6.4 Slabosti enosmernega motorja ............................................................................. 34

6.5 Izbira enosmernega motorja za glavni pogon srednje proge ............................... 34


6.5.2 Izračun in izbira enosmernega motorja ........................................................... 35

6.5.3 Primerjava izbranega novega enosmernega motorja, glede na obstoječega

enosmernega .................................................................................................... 36

7 KRATKA ANALIZA VSEH REŠITEV ZAMENJAV MOTORJA ......................... 37

7.1 Analiza zamenjave pogona z asinhronskim motorjem ........................................ 37

7.2 Analiza zamenjave pogona s sinhronskim motorjem .......................................... 38

7.3 Analiza zamenjave z enosmernim motorjem....................................................... 38

7.4 Analiza zamenjave napajalnega kablovoda ......................................................... 39

7.5 Analiza zamenjave napajalnega transformatorja ................................................. 39

7.6 Analiza zamenjave regulacije .............................................................................. 39

8 SKLEP ......................................................................................................................... 40

9 LITERATURA IN VIRI .............................................................................................. 41

10 PRILOGE .................................................................................................................... 43


Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 VI

KAZALO SLIK

Slika 2.1: Logotipa podjetja Metal Ravne d.o.o. in Slovenske industrije jekla [7] ............... 3

Slika 2.2: Tehnološka shema proizvodnje v Metalu Ravne d.o.o. [9] ................................... 4

Slika 2.3: Končni izdelki valjarne [7] .................................................................................... 6

Slika 3.1: 20 kV zemeljski kabel [10] ................................................................................... 8

Slika 3.2: Usmerniška tiristorska regulacija motorjev na srednji progi [7] ........................... 9

Slika 3.3: Glavna motorja srednje proge z reduktorjem [7] ................................................ 10

Slika 3.4: Valjarsko ogrodje srednje proge med obratovanjem [7] ..................................... 11

Slika 3.5: Dotrajan kolektor glavnega enosmernega motorja [7] ........................................ 14

Slika 4.1: ABB-jev asinhronski motor visoke napetosti in moči 5 MW [11] ..................... 20

Slika 5.1: ABB-jev sinhronski motor in njegov rotor [12] in [13] ...................................... 27

Slika 6.1: ABB-jev enosmerni motor [14] .......................................................................... 32


Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 VII

UPORABLJENI SIMBOLI

N (%) – nazivni izkoristek

mP (W) – oddana mehanska moč na gredi motorja

elP (W) – nazivna električna moč motorja

NP (W) – nazivna oddana mehanska moč na gredi motorja

NU (V) – nazivna napetost

NI (A) – nazivni tok

1 2, U U (V) – napetost enosmernega motorja pri dovoljeni preobremenitvi

1 2, I I (A) – tok enosmernega motorja pri dovoljeni preobremenitvi

1 2, P P (W) – oddana mehanska moč na gredi enosmernega motorja pri dovoljeni

preobremenitvi

1 2, n n (min-1

) – število vrtljajev enosmernega motorja pri dovoljeni preobremenitvi

1 2, M M (Nm) – vrtilni moment enosmernega motorja pri dovoljeni preobremenitvi

N% (%) – nazivni izkoristek v procentih

NDCsk – nazivni izkoristek obeh enosmernih motorjev

NDCsk% (%) – nazivni izkoristek obeh enosmernih motorjev v procentih

DC% (%) – izračunani izkoristek enosmernega motorja v procentih

DC (%) – povprečni izkoristek enosmernega motorja

Nn (min-1

) – nazivno število vrtljajev motorja

NM (Nm) – nazivni vrtilni moment motorja,

maxM (Nm) – maksimalni vrtilni moment motorja

M (Nm) – vrtilni moment motorja

t (s) – čas

m (rad/s) – mehanska kotna (krožna) hitrost

N (rad/s) – nazivna mehanska kotna (krožna) hitrost

skM (Nm) – skupni vrtilni moment

skP (W) – skupna mehanska moč


Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 VIII

dW (Wh) – povprečna poraba delovne energije

dW (Wh) – skupna poraba delovne energije

jW (VArh) – povprečna poraba jalove energije

jW (VArh) – skupna poraba jalove energije

jhW (VArh) – povprečna poraba jalove energije preračunane na eno uro

sn (min-1

) – sinhronsko število vrtljajev

p – število polovih parov

Nf (Hz) – nazivna frekvenca

Ncos – nazivni faktor delavnosti

0I (A) – vzbujalni tok

zI (A) – zagonski tok

zM (Nm) – zagonski vrtilni moment

ASMW (Wh) – privarčevana delovna energija asinhronskega motorja

% (%) – razlika nazivnega izkoristka novega motorja in nazivnega izkoristka

obeh enosmernih motorjev v procentih

NS (VA) – nazivna navidezna moč

NQ (VAr) – nazivna jalova moč

% (%) – primerjava momentov obstoječega in novega motorja v procentih

maxU (V) – maksimalna priključena napetost

maxn (min-1

) – maksimalno število vrtljajev

maxI (A) – maksimalni tok

J (kgm2) – vztrajnostni moment

i (%) – izračunani izkoristek različnih obremenitev motorja pri valjanju


Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 IX

UPORABLJENE KRATICE

ABB – Asea Brown Boveri – ime podjetja

ELIN – Elektrische Industrie – ime podjetja

TP – transformatorska postaja

NKBA kabel – izoliran kabel s svinčenim plaščem in opletom s kovinskim trakom

DC – enosmerna napetost

ASM – asinhronski motor

D.O.O. – družba z omejeno odgovornostjo

DDV – davek na dodano vrednost

KT – konična tarifa

NT – nizka tarifa

VT – visoka tarifa


Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 1

1 UVOD

Podjetje Metal Ravne d.o.o. ima v bližnji prihodnosti namen v celoti obnoviti srednjo

valjarsko progo v Valjarni profilov. Ker je pogon srednje valjarske proge zelo kompleksen

in zajema številne pogonske sklope, je bila želja podjetja, da bi napravil diplomsko nalogo,

ki bi se ukvarjala z zamenjavo pogona na srednji progi v valjarni.

V diplomskem delu sem se osredotočil na zamenjavo glavnega pogonskega motorja, ki

poganja glavni pogon na srednji valjarski progi. Na trgu je nekaj podjetij, ki lahko v celoti

zagotovijo nove stroje in naprave in zamenjajo celoten pogon, vendar je sodelovati v tem

diplomskem delu skupaj s podjetjem Metal Ravne bilo pripravljeno le podjetje ABB.

Skupaj smo veliko sodelovali in iskali najboljše rešitve za zamenjavo pogona, kjer smo

našli tri različne rešitve zamenjave glavnega motorja, in sicer z asinhronskim, sinhronskim

in enosmernim motorjem. Ker zamenjava motorja ne bi bila mogoča brez zamenjave

napajalnega kablovoda, napajalnega transformatorja in pripadajoče regulacije, sem v

diplomskem delu na kratko opisal tudi te energetske sklope.

Namen diplomskega dela je v prvem delu podrobno predstaviti in opisati obstoječi pogon z

vsemi napakami in slabostmi, zaradi katerih je zmanjšana proizvodnja zmogljivost

valjanja.

V drugem delu diplomskega dela je namen predstaviti in opisati vse tri primerne motorje in

izbrati najboljšo rešitev z upoštevanjem želja uporabnikov in odpraviti vse napake in

slabosti, ki jih ima obstoječi pogon. Velik poudarek je tudi na učinkoviti rabi električne

energije, ki je danes poglavitnega pomena, sploh pri tako velikem porabniku, kot je

podjetje Metal Ravne.

V zadnjem delu diplomskega dela sem analiziral vse uporabljene rešitve in jih na kratko

povzel, ki bodo v podjetju Metal Ravne v pomoč pri izbiri novega motorja za pogon

srednje valjarske proge.



Diplomska naloga je sestavljena iz več poglavij, kjer sem najprej na kratko predstavil

podjetje Metal Ravne, ter posebej proizvodnji obrat Valjarna profilov, kjer se nahaja

srednja valjarska proga, na kateri se bo v bližnji prihodnosti zamenjal glavni pogon, kar

opisuje ta diplomska naloga.

V tretjem poglavju sem natančno opisal delovanje obstoječega pogona na srednji progi, ki

ga poganjata dva enaka paralelno obratujoča enosmerna motorja, ki sta regulirana s

tiristorsko regulacijo, ki jo napaja šest fazni usmerniški transformator. Opisal sem tudi vse

probleme, ki se pojavljajo v proizvodnji pri valjanju gredic in profilov, ter konkretne

probleme z napajanjem, regulacijo in glavnim motorjem.

V naslednjih poglavjih sem posamezno opisal asinhronski, sinhronski in enosmerni motor,

njihov osnovni princip delovanja, prednosti in slabosti, ter izbral novi motor z

upoštevanjem vseh pogojev in želja podjetja Metal Ravne.

Na koncu sem analiziral najboljše rešitve posameznih motorjev, zaradi katerih je

zamenjava motorja najbolj racionalna in ekonomsko upravičena.



2 KRATKA PREDSTAVITEV PODJETJA METAL RAVNE

D.O.O.

V tem poglavju bom na kratko opisal in predstavil podjetje Metal Ravne d.o.o., ter opisal

njihove produkte, ki jih izdelujejo.

2.1 Uvod

Podjetje Metal Ravne je največje podjetje na Koroškem, ki že vrsto let zelo dobro posluje,

katerega ni prizadela niti gospodarska kriza, kajti fužinarstvo oziroma metalurgija na

Koroškem imata kar 390 letno zgodovinsko tradicijo in vso potrebno znanje za

konkurenčno in kakovostno izdelavo raznih jekel.

Slika 2.1: Logotipa podjetja Metal Ravne d.o.o. in Slovenske industrije jekla [7]

2.2 Splošno o podjetju Metal Ravne d.o.o.

Podjetje Metal Ravne spada v skupino SIJ - Slovenska industrija jekla, ki je članica

skupine IMH - Industrial Metallurgical Holding, vertikalno povezanega mednarodnega

grozda podjetij.

Lastne jeklarna, kovačnica, valjarna, ter različne vrste toplotne in mehanske obdelave

zagotavljajo več kot 200 kvalitet jekel različnih dimenzijskih oblik, od ogljičnih in

legiranih konstrukcijskih, do orodnih ter specialnih jekel v obliki valjanih in kovanih

proizvodov. Proizvodi so skladni s svetovnimi standardi in opremljeni z ustreznimi atesti.

Radi se pohvalijo s skoraj 90 000 ton letne proizvodnje, kar jih v globalnem svetu uvršča

med zelo majhne jeklarne. Svojo priložnost so zato poiskali v tako imenovani nišni

proizvodnji, ki jo odlikujejo specifična znanja in izkušnje, večja fleksibilnost in visoka

dodana vrednost, zato proizvodnja in prodaja neprestano rasteta.



Slika 2.2: Tehnološka shema proizvodnje v Metalu Ravne d.o.o. [9]

Poleg razvoja specifičnih znanj, prihodnost gradijo tudi na posodobitvah tehnološke

opreme. Strateške naložbe, kot so nova kovačnica težkih odkovkov, nova valjarna težkih

profilov in novo ulivališče, pomenijo širitev ponudbe podjetja. Nenehne izboljšave

omogočajo kakovostnejše izpolnjevanje potreb, želja in pričakovanj dobaviteljev, kupcev,

zaposlenih, lastnikov in ne nazadnje okolja. S takšnim odnosom do partnerjev in okolja so

med prvimi v Sloveniji pridobili certifikat kakovosti ISO 9001 in certifikat iz skupine ISO

14000.



Zavedajo se, kako pomembno je učinkovito in fleksibilno trženje. Zato razvijajo

partnersko, kupcem prijazno prodajno mrežo. Postati želijo še bolj prepoznavni igralec na

globalnem trgu, kamor danes izvozijo kar 80 odstotkov svojih izdelkov. Glavni trg so

države Evropske unije, seveda pa njihove izdelke cenijo tudi zadovoljni kupci v ZDA, na

Bližnjem in Daljnem vzhodu, ter drugod po svetu.

Podjetje zaposlujejo okoli 1000 strokovno usposobljenih delavcev različnega strokovnega

profila, od raznih pomočnikov z nižjo izobrazbo in vse do doktorjev znanosti.

2.3 Opis produktov v valjarskem programu

V valjarskem programu sta združeni dve proizvodni enoti in sicer Valjarna profilov in

Proizvodnja svetlih profilov.

Valjarna profilov

V Valjarni profilov lahko na srednji in lahki valjarski progi izdelujejo okrogle, kvadratne

in ploščate profile različnih dimenzij.

Poleg valjarskih prog imajo tudi peči za toplotno obdelavo in stroje za ravnanje, razrez,

peskanje, lakiranje in kontrolo valjanih profilov.

Proizvodnja svetlih profilov

V Proizvodnji svetlih profilov lahko na različnih strojih izdelajo izdelke z vlečeno, luščeno

ali brušeno površino.

Tako lahko v valjarskem programu izdelajo zelo širok spekter izdelkov različnih

površinskih izvedb in različnih stanj končne toplotne obdelave.

V Valjarni gredic je ključni agregat novo težko valjarsko ogrodje, tam pa obratujejo tudi

peči za toplotno obdelavo in stroji za brušenje ter kontrolo gredic.



2.4 Proizvodni program valjarne

Okrogli profili dimenzij od 15 do 105 mm in dolžine do 6 m,

ploščati profili dimenzij od 40 do 225 mm × od 7 do 45 mm in dolžine do 6 m,

kvadratni profili dimenzij od 25 do 75 mm in dolžine do 6 m in

gredice z zaobljenimi robovi dimenzij od 14 do 110 mm in dolžine do 6 m.

Slika 2.3: Končni izdelki valjarne [7]



3 PODROBEN OPIS OBSTOJEČEGA STANJA POGONA

To poglavje najprej zajema nekaj o zgodovini pogona na srednji progi v valjarni, opisuje

glavne pripadajoče sklope, ki so potrebni za obratovanje ter kako obratuje celoten pogon,

na koncu pa zajema probleme, ki se pojavljajo v proizvodnji med obratovanjem

obstoječega pogona.

3.1 Uvod

V Valjarni profilov že od leta 1962 obratuje obstoječi glavni pogon za valjanje gredic in

profilov. Tako glavna motorja kot reduktor so še danes enaki, kot so bili ob takratni

montaži srednje valjarske proge, spremenila se je le regulacija glavnega motorja.

Skozi čas je elektronika zelo napredovala, zato so kar hitro prvotno živosrebrno regulacijo

s transduktorji oziroma magnetni ojačevalniki, zamenjali diodni sklopi, ki so obratovali vse

do leta 1996. Takrat se je podjetje odločilo zastarelo regulacijo zamenjati, s tiristorsko

regulacijo, ki se je izkazala za veliko bolj zanesljivo in učinkovito regulacijo enosmernega

motorja.

Zaradi šest faznega tiristorskega usmernika, je bilo potrebno takrat prevezati napajalni

usmerniški transformator iz dveh ločenih nizko napetostnih navitij v Dd0 stik. S tem se je

podjetje izognilo dodatnim stroškom nakupa novega usmerniškega transformatorja zaradi

prenove postrojenja pogona srednje proge.

Od takrat, torej od leta 1996 in vse do danes, se tako na mehanskem kot na električnem

delu pogona srednje proge v valjarni ni popolnoma nič spreminjalo, zato ima pogon kot

celota zaradi dotrajanosti in zastarele tehnologije manjšo učinkovitost delovanja, predvsem

pa manjši izkoristek, zato se bo v bližnji prihodnosti podjetje odločilo za zamenjavo

celotnega pogona srednje proge v valjarni.



3.2 Opis naprav in pogona

Podpoglavje opisuje tri glavne sklope, ki so največjega pomena pri zanesljivosti in

učinkovitosti obratovanja pogona na srednji progi v valjarni.

3.2.1 Napajanje

Za napajanje podjetij z električno energijo srednje napetosti v Železarni Ravne skrbi

podjetje Petrol Energetika.

Iz centralne TP, kjer je transformacija napetosti iz 110 kV na 20 kV in 5 kV, se preko treh

paralelnih 20 kV NKBA zemeljskih kablov preseka 3×70 mm2 in dolžine 460 m, napaja

TP valjarna. V valjarni se ločita dva 20 kV sistema, in sicer prvi sistem za težko progo v

valjarni in drugi sistem za srednjo in lahko progo, ter vse ostale naprave, ki so v valjarni.

Glavni pogon srednje proge se napaja preko ELIN-ovega šest faznega usmerniškega

transformatorja moči 2686 kVA in nazivne napetosti na sekundarni strani 540 V.

Ostali in pomožni pogoni, ter vse ostale naprave na srednji progi se napajajo preko dveh

transformatorjev moči 1000 kVA in napetosti 400 V.

Slika 3.1: 20 kV zemeljski kabel [10]



3.2.2 Regulacija

Glavna motorja se napajata preko dveh paralelno obratujočih Simoreg-ovih tiristorskih

usmernikov, ki regulirata in ščitita glavna enosmerna motorja.

Regulacija omogoča spreminjanje hitrosti vrtenja motorja od 0 in vse do 1200 min-1

, hkrati

tudi ščiti motorja in sicer pred preobremenitvijo, prenapetostjo, previsoko temperaturo

ležajev motorja in reduktorja, ter pred previsokimi vrtljaji.

Slika 3.2: Usmerniška tiristorska regulacija motorjev na srednji progi [7]



3.2.3 Glavni motor

Glavni pogon srednje proge poganjata dva enaka ELIN-ova paralelno obratujoča serijska

enosmerna motorja, ki skupaj poganjata reduktor, preko katerega se prenaša vrtilni

moment na ogrodje valjev za valjanje gredic in profilov.

Motorja sta prisilno hlajena v zaprtem sistemu, v katerem so razni filtri in vodno-zračni

izmenjevalec, ki ohlaja zrak za hlajenje motorja.

Slika 3.3: Glavna motorja srednje proge z reduktorjem [7]

3.3 Opis delovanja pogona

Valjanje gredic in profilov je zelo kompleksno in vsebuje več različnih postopkov in faz

valjanja. Zaradi kompleksnosti procesa valjanja je srednja proga v valjarni, kjer se valjajo

gredice in profili zelo zapleten sistem, ki vsebuje poleg glavnega pogona še vrsto

pomožnih pogonov in ostalih naprav, ki so potrebne za nemoteno valjanje.



3.3.1 Postopek valjanja gledano tehnološko

Primerno obdelano gredico najprej segrejejo v Allino peči, do določene temperature (do

1110 °C), ki je odvisna od materiala. Ko preteče določen čas segrevanja gredice, ki je

metalurško natančno določen, valjčnice zapeljejo gredico iz peči skozi odškajevanje, kjer z

vodo pod velikim tlakom izluščijo nastale škaje, ki nastanejo med segrevanjem na gredici

in katere bi lahko vplivale na netočno dimenzijo zvaljane gredice ali profila.

Nato gredica prispe po valjčnicah do valjarskega ogrodja, kjer se valji predhodno vrtijo z

določenim številom vrtljajev, kateri so v naprej natančno določeni glede na vrsto materiala.

Med valjanjem se zaradi preoblikovanja material dodatno segreje, zato mora biti hitrost

valjanja natančno določena, da se material ne pregreje niti ohladi skozi proceduro valjanja,

ki lahko traja tudi do 400 sekund.

Slika 3.4: Valjarsko ogrodje srednje proge med obratovanjem [7]

Ko valjar s pomočjo računalnika nastavi ustrezen razmik med valji, lahko valjar prične z

valjanjem, tako da gredico zapelje skozi valje, s tem je opravil tako imenovan en prevlek.

Pred naslednjim prevlekom valjar s pomočjo računalnika ponovno nastavi razmik med

valji, ki je tokrat manjši, za koliko je manjši, pa je zopet odvisno od materiala, ki se valja.

Ta postopek oziroma prevleki se vrstijo en za drugim v naprej določenem zaporedju, vse

do končne dimenzije gredice ali profila.



3.3.2 Postopek valjanja gledano električno

Če postopek valjanja opazujem iz glavnega motorja ugotovim, da se motor zažene pod

obremenitvijo reduktorja in valjev v valjarskem ogrodju. Zagon motorja je v celoti

avtomatiziran in se izvrši v času okoli pol minute, ko pogonski sklop doseže nazivne

vrtljaje. Nato valjar nastavi v naprej določeno število vrtljajev, ki so odvisni od

posameznega materiala, in ko pogonski sklop doseže nastavljeno število vrtljajev, se

valjanje lahko prične. Vrtljaje vrtenja motorja valjarji nastavljajo od 300 min-1

in vse do

1200 min-1

, vendar najpogosteje se v praksi uporabljajo vrtljaji v območju med 500 min-1

in 900 min-1

.

Obremenitev motorja se med valjanjem zelo spreminja in sicer je odvisna od kvalitete in

dimenzije valjanega materiala. Posamezna obremenitev motorja je največja v času

prevleka gredice ali profila, in v začetnih prevlekih dosega višje vrednosti kot pri kasnejših

prevlekih, vendar je zaradi vse daljše gredice čas trajanja obremenitve takrat daljši.

3.4 Problemi obstoječega stanja pogona

Podpoglavje opisuje realne probleme, ki se pojavljajo med obratovanjem pogona in

vplivajo na zmanjšano proizvodnjo kapaciteto gredic in profilov.

3.4.1 Problemi napajanja

Glavni pogon srednje proge se napaja preko usmerniškega transformatorja, kateri se napaja

preko 20 kV kablovoda iz centralne TP.

Srednje napetostni kablovod je zaradi svoje starosti izgubil izolacijsko prebojno trdnost.

Na njem se še ne pojavljajo napake pri obratovanju, vendar se podjetje zaveda, da bo v

bližnji prihodnosti potrebno preventivno zamenjati vse tri napajalne kablovode do TP v

valjarni. Največji problem kablovoda so priključne glave, ki so zelo dotrajane in na

nekaterih mestih tudi mehansko poškodovane.

Z zamenjavo napajalnih kablovodov, bi podjetje Metal Ravne pridobilo pri učinkovitosti in

zanesljivosti obratovanja proizvodnje linije na srednji progi v valjarni, saj bi se verjetnost,

da se pojavi okvara na napajalnem kablovodu zelo zmanjšala.



Usmerniški transformator srednje proge v valjarni obratuje praktično že od leta 1962. Leta

1996 se je zaradi prenove srednje proge transformator prevezal, vendar kakšnih večjih del

se na njemu takrat ni opravilo.

Podjetje Petrol Energetika, ki skrbi za vzdrževanje srednje in visoko napetostnih naprav,

torej tudi za usmerniški transformator na srednji progi v valjarni, vsako leto ob remontu

srednje proge izvrši vrsto meritev na transformatorjih. Lani je bilo ugotovljeno, da ima

usmerniški transformator izolacijsko prebojno trdnost med ovoji navitja na spodnji še

dovoljeni meji. Prav tako imajo velike probleme z tesnjenjem transformatorskega kotla,

zato na leto iztoči kar nekaj litrov transformatorskega olja.

Obe podjetji Metal Ravne in Petrol Energetika se zavedata, da je usmerniški transformator

ena izmed šibkejših točk napajanja srednje proge, zato ga imajo v planu zamenjati skupaj z

rekonstrukcijo srednje proge v valjarni. Z zamenjavo tega transformatorja bi podjetje

Metal Ravne pridobilo pri učinkovitosti in zanesljivosti obratovanja proizvodnje linije na

srednji progi v valjarni, saj imajo novi transformatorji praktično 100 % zanesljivost

obratovanja na daljši čas.

3.4.2 Problemi regulacije

Usmerniška tiristorska regulacija na srednji progi v valjarni obratuje neprestano od leta

1996. Z samo regulacijo podjetje Metal Ravne nima kakšnih bistvenih težav, saj obratuje

zelo zanesljivo. Največji problem te Simoreg-ove regulacije je zastarelost, saj če pride do

kakršnekoli okvare, za njo ni ne novih rezervnih in nadomestnih delov, niti serviserja, ki bi

servisiral in popravljal to regulacijo.

Zastarela regulacija, ki ni kaj dosti avtomatizirana, ima zelo dolg in zapleten postopek

zagona srednje proge, pri katerem kar hitro lahko gre kaj narobe, zato sta zmeraj ob vklopu

srednje proge prisotna vsaj dva ustrezno usposobljena upravljalca. Vse to podaljša čas

zagona srednje proge in s tem se zmanjša količina proizvodnje gredic in profilov.

Skozi leta obratovanja so se prvotne nastavitve dveh paralelno obratujočih regulacijskih

usmernikov spremenile, kar se opaža pri prav tako paralelno obratujočih enosmernih

motorjih, ki ne obratujeta več popolnoma paralelno, saj se kolektor na enem izmed

motorjev prekomerno iskri, kar se kaže na prekomerni obrabi ščetk in kolektorja. Podjetje

se zaveda te napake, vendar nimajo ustrezno izobraženega kadra, ki bi to napako regulacije

odpravil.



Pri valjanju novejših trdnejših materialov, kjer je potrebna natančna hitrost valjanja, je

problem pri hitrosti reguliranja vrtljajev motorja ob spremembi obremenitve motorja.

Zaradi prepočasnega valjanja gredic in profilov, material ne doseže pravilne strukture, zato

ga je potrebno v kasnejših metalurških procesih večkrat dodatno toplotno obdelati, kar

podaljša čas proizvodnje končnega izdelka in s tem tudi poviša stroške proizvodnje.

Z zamenjavo regulacije glavnega pogona na srednji progi v valjarni bi podjetje Metal

Ravne pridobilo pri takojšni kakovosti in količini zvaljanega materiala, kot pri izkoristku,

saj je usmerniška regulacija zastarela in ima slab izkoristek v primerjavi z novimi.

3.4.3 Problemi glavnega motorja

Glavni pogon srednje proge poganjata že od leta 1962 dva enaka 790 kW ELIN-ova

paralelno obratujoča serijska enosmerna motorja, ki skupaj poganjata reduktor, preko

katerega se prenaša vrtilni moment na ogrodje valjev za valjanje gredic in profilov.

V vseh letih obratovanja oba motorja obratujeta še danes v prvotnem stanju. Zaradi vse

večje proizvodnje valjanih gredic in profilov in vse trdnejših materialov, sta motorja iz leta

v leto bolj obremenjena, kar se kaže na prekomerni obrabi ščetk in tudi kolektorja. Zato se

je leta 2011 podjetje Metal Ravne odločilo, da bo zaradi dotrajanega kolektorja na obeh

motorjih potrebno obnoviti oziroma ostružiti kolektor, kar je na licu mesta tudi uspešno

opravilo podjetje Rade Končar. Obnovitev kolektorja je le zmanjšalo prekomerno iskrenje

in s tem pogojeno pregrevanje in obrabljanje kolektorja in ščetk, saj je za to deloma kriva

tudi prej omenjena regulacija.

Slika 3.5: Dotrajan kolektor glavnega enosmernega motorja [7]



Zelo velik strošek in problem je pri dveh tako velikih enosmernih motorjih redni pregled in

menjava ščetk, ki se izvršuje vsakodnevno. Vse to je dodaten strošek za podjetje in tudi

zmanjšana proizvodnja zmogljivost, saj je potrebno ob pregledu ščetk srednjo progo

popolnoma izklopiti.

Ob vročih dnevih in veliki proizvodnji zmogljivosti je velik problem hlajenje obeh

motorjev ter njunih ležajev. Ob takšnih izrednih pogojih se zmanjša proizvodnja

kapaciteta, kar vpliva na končno količino zvaljanega materiala.

Zaradi starosti glavnih motorjev je njun skupni izkoristek bistveno manjši, kot je bil pri

novih motorjih.

Slika 3.6: Ščetke za enosmerni motor na srednji progi [7]



3.5 Ovrednotenje podatkov obstoječega glavnega pogona

Izračun nazivnega izkoristka motorja iz kataloških podatkov

3

NNDC

N N

NDC% NDC

790 100,927

600 1420

100 92,7 %

P

U I

(3.1)

V enačbi (3.1) sem izračunal nazivni izkoristek obstoječega enega enosmernega motorja,

rezultat sem podal v procentih.

NDCsk NDC NDC

NDCsk% NDCsk

0,927 0,927 0,856

100 85,6 %

(3.2)

Ker pogon paralelno poganjata dva enaka enosmerna motorja, je skupni izkoristek obeh

motorjev produkt posameznega izkoristka motorja, kar je razvidno iz enačbe (3.2).

Rezultat sem podal tudi v procentih.

Izračun izkoristka motorja glede na meritve, ki jih je opravila Univerza v

Ljubljani, NTF, Oddelek za materiale in tehnologijo

DC1 DC2 DC3 DC4 DC5 DC6DC%

DC%

DC%

6

57,0 52,6 51,7 55,1 62,9 60,8

6

56,6 %

(3.3)

V enačbi (3.3) sem izračunal skupni izkoristek obeh enosmernih motorjev, glede na

rezultate meritev, ki jih lahko najdemo v prilogi A. Izračun skupnega izkoristka je seštevek

povprečnih izkoristkov motorja pri njegovem obratovanju, kjer valja različne materiale.

Povprečni izkoristek motorja sem izračunal iz posameznih izkoristkov motorja pri

različnih obremenitvah valjanja različnih materialov, ki sem jih izračunal glede na

prevleke gredic ali profilov skozi valjarsko ogrodje, kar je razvidno iz tabele izkoristkov

motorja pri različnih obremenitvah, ki se nahaja v prilogi A.

Zaradi veliko obratovalnih ur srednje proge in tako slabega izkoristka motorja bi podjetje

Metal Ravne z zamenjavo motorja zelo veliko privarčevalo pri električni energiji.



Glavni pogon srednje valjarske proge poganjata dva enaka enosmerna motorja s serijsko

vezavo vzbujalnih navitij.

Nazivni podatki enosmernega motorja

N

N

N

1

N

600 V

1420 A

790 kW

750 min

U

I

P

n

Možna dovoljena preobremenitev enosmernega motorja

Spodaj so podatki dveh ločenih primerov preobremenitve, ki jih obstoječi enosmerni motor

lahko kratkotrajno prenese brez posledic za motor.

1

1

1

1

1

max1

N

1

600 V

1700 A

940 kW

750 min

1,19

2 uri

U

I

P

n

M

M

t

2

2

2

1

2

max 2

N

2

600 V

1770 A

980 kW

750 min

1, 24

1 uro

U

I

P

n

M

M

t

Izračun nazivnega vrtilnega momenta enosmernega motorja

N NN

N N

33

N

2π

790 10 6010,06 10 Nm 10,06 kNm

2π 750

P PM

n

M

(3.4)



Izračun vrtilnega momenta ob dovoljeni preobremenitvi enosmernega motorja

3

31max1

1

940 10 6011,97 10 Nm 11,97 kNm

2π 2π 750

PM

n

(3.5)

3

32max2

2

980 10 6012,48 10 Nm 12,48 kNm

2π 2π 750

PM

n

(3.6)

V enačbi (3.5) in (3.6) sta izračunana maksimalna momenta, ki jih motorja lahko razvijeta.

Izračun skupnega vrtilnega momenta obeh enosmernih motorjev

3 3

sk N

sk

2 2 10,06 10 20,12 10 Nm

20,12 kNm

M M

M

(3.7)

Izračun skupne moči obeh enosmernih motorjev

3

sk N

sk

2 2 790 10

1580 kW

P P

P

(3.8)

Izračun povprečne mesečne porabe delovne električne energije usmerniškega

transformatorja na srednji progi v valjarni.

Za izračun povprečne mesečne porabe delovne energije sem skupno porabo po letih popisa

delil s številom mesecev popisa števca električne energije.

d1 d2 d3 d4 d5 d6d

6

d

6

d

d

59

(625,39 1391 1188,25 686,7 1017,68 444,17) 10

59

5353,19 10

59

90,732 MWh

W W W W W WW

W

W

W

(3.9)

Vrednosti porabe delovne električne energije sem dobil od podjetja Petrol Energetika.

Podatke sem obdelal in združil skupaj po letih beleženja, kar je razvidno iz tabele porabe

delovne električne energije usmerniškega transformatorja na srednji progi, ki se nahaja v

prilogi B.



Izračun povprečne mesečne porabe jalove električne energije usmerniškega

transformatorja na srednji progi v valjarni.

Za izračun povprečne mesečne porabe jalove energije sem skupno porabo po letih popisa

delil s številom mesecev popisa števca električne energije.

j1 j2 j3 j4 j5 j6j

6

j

6

j

j

59

(696,84 1546,9 1329,78 791,1 1136,25 490,81) 10

59

5991,68 10

59

101,554 MVArh

W W W W W WW

W

W

W

(3.10)

Izračun povprečne porabe jalove energije preračunane na eno uro, za kasnejše

vrednotenje kompenzacije jalove energije.

6

jjh

jh

101,554 10 mesec h 30 24

141,047 kVArh

WW

W

(3.11)

Vrednosti porabe jalove električne energije sem dobil od podjetja Petrol Energetika.

Podatke sem obdelal in združil skupaj po letih beleženja, kar je razvidno iz tabele porabe

jalove električne energije usmerniškega transformatorja srednje proge, ki se nahaja v

prilogi C.



4 ZAMENJAVA POGONA Z ASINHRONSKIM MOTORJEM

V tem poglavju bom sprva na kratko predstavil asinhronski motor in njegove značilnosti,

nato pa s pomočjo pridobljenih podatkov in izračunov izbral ustrezen asinhronski motor za

glavni pogon na srednji progi v valjarni.

4.1 Splošno o asinhronskem motorju

Asinhronski motorji so številčno najbolj razširjeni tako v industriji, kot tudi v

gospodinjstvu, saj so njegovi razponi moči zelo veliki in sicer od nekaj vatov pa vse do

nekaj megavatov.

Poznamo enofazne asinhronske motorje, ki se uporabljajo predvsem za manjše moči,

trifazne asinhronske motorje, ki so najpogosteje uporabljeni, ter posebne večfazne

asinhronske motorje, ki se uporabljajo zgolj za specifične razmere in pogone.

Najpogosteje uporabljen trifazni asinhronski motor poznamo v dveh različnih

konstrukcijskih izvedbah in sicer z navitim rotorjem, kjer imamo preko drsnih obročev

dostop do rotorja, in asinhronske motorje z rotorjem s kratkostično kletko, kateri so

najpogosteje uporabljeni zaradi svojih številnih prednosti in robustnosti.

Slika 4.1: ABB-jev asinhronski motor visoke napetosti in moči 5 MW [11]



4.2 Princip delovanja asinhronskega motorja

Pri opisu delovanja asinhronskega motorja in tudi pri vseh nadaljnjih podpoglavjih se bom

osredotočil na asinhronski motor s kratkostično kletko.

Ko priključimo statorsko navitje tri faznega asinhronskega motorja na trifazno napetost,

bodo skozi statorsko navitje stekli izmenični fazno premaknjeni tokovi, ki bodo v stroju

povzročili vrtilno magnetno polje. Hitrost vrtilnega magnetnega polja je odvisna od

frekvence priključene napetosti in od števila magnetnih polov v statorskem navitju.

Zaradi vrtilnega magnetnega polja se v rotorju inducira napetost, ki požene sorazmerno

velike tokove skozi rotorske palice, zato deluje nanje sila, oziroma na rotor vrtilni moment.

Na rotor deluje vrtilni moment v smeri vrtenja magnetnega polja, ki vrti rotor. Moment

motorja je sorazmeren z magnetnim pretokom in rotorskim tokom.

4.3 Prednosti asinhronskega motorja

Asinhronski motor ima številne prednosti v primerjavi s sinhronskimi in enosmernimi

motorji.

Stroški vzdrževanja so minimalni, kar dolgoročno poceni motor,

stroški izdelave motorja gledano na moč so manjši kot pri sinhronskem motorju,

zaradi robustnosti in dolge življenjske dobe imajo zelo široko področje uporabe,

zaradi nizke stopnje vzdrževanja lahko neprekinjeno obratujejo zelo dolgo časa,

kratkotrajno dopuščajo velike preobremenitve brez kakšnih posledic za motor,

konstrukcijsko lahko dosežemo visoke vrtilne momente in strmo momentno

karakteristiko, zaradi katere se vrtljaji motorja relativno malo spremenijo ob

spremembi obremenitve okoli delovne točke,

lahko ga napajamo s frekvenčnim pretvornikom in s tem odpravimo njegovo

slabost pri spreminjanju vrtljajev.

4.4 Slabosti asinhronskega motorja

Ob delovanju skupaj s frekvenčnim pretvornikom asinhronski motor praktično nima slabih

lastnosti, edina, ki je ekonomskega vidika je zelo velik magnetilni tok večpolnih

asinhronskih motorjev, kar se izraža z veliko porabo jalove energije.



4.5 Izbira asinhronskega motorja za glavni pogon srednje proge

V tem podpoglavju bom s pomočjo pridobljenih podatkov iz obstoječega glavnega pogona

srednje proge v valjarni poskušal izbrati najbolj primerno in optimalno rešitev zamenjave

pogona z asinhronskim motorjem.

4.5.1 Podatki in pogoji za izbiro novega pogonskega motorja

Ob izbiri novega motorja moram upoštevati naslednje podatke in pogoje, ki sem jih

pridobil iz obstoječega starega pogona, ter od zaposlenih v Valjarni profilov, ki

vsakodnevno uporabljajo ta pogon.

Odpraviti je potrebno vse slabe lastnosti in probleme obstoječega pogona z dvema

paralelno obratujočima serijskima enosmernima motorjema, ki sem jih navedel v

prejšnjem poglavju.

Zaradi novejših in trdnejših materialov, ter zaradi povečanja proizvodnje valjanja

gredic in profilov moram izbrati motor, ki bo zmogljivejši od obstoječega in bo

kljub polni zmogljivosti proizvodnje linije zagotovil nemoteno obratovanje v

proizvodnji.

Za podjetje Metal Ravne je zelo pomembno, da vsako leto kljub večanju

proizvodnih zmogljivosti, zmanjšajo porabo električne energije, zato moram

izbrati motor, ki bo imel konkurenčen izkoristek ob različnih obratovalnih stanjih,

ki se pojavljajo ob valjanju gredic in profilov.

Na vse zadnje je ključnega pomena avtomatizirati in modernizirati pogon srednje

valjarske proge, kar bi v celoti dosegli le ob celotni zamenjavi transformatorja,

regulacije in motorja, ter s tem pridobili največ pri zanesljivosti in učinkovitosti

obratovanja, ter pri izboljšanju celotnega izkoristka pogona.



4.5.2 Izračun in izbira asinhronskega motorja

Iz nazivnih podatkov obstoječega enosmernega motorja bom izračunal in izbral nove

primerljive podatke za izbiro asinhronskega motorja.

Nazivni podatki obstoječega enosmernega motorja

N

N

N

1

N

N

600 V

1420 A

790 kW

750 min

10,06 kNm

U

I

P

n

M

Ker paralelno obratujeta dva enaka enosmerna motorja, upoštevam, da se moč in moment

obeh seštejeta, potem iz tega dobim, da je skupna moč obeh motorjev sk 1580 kWP (3.8),

in skupen moment sk 20,12 kNmM (3.7).

Za naročilo tako velikega motorja sem pri dobaviteljih iz vsega sveta zelo omejen, saj je

potrebno zamenjavo motorja gledati širše, da se bo zamenjal napajalni 20 kV kablovod,

transformator, regulacija in motor. Podjetja, ki bi na trgu ponujala vse te stroje in naprave

sta le dva in sicer ABB in Siemens.

Ko sem se informativno zanimal pri obeh podjetjih za možnost ponudbe in tehničnih

podatkov potrebnih naprav in strojev, ki bi mi pomagali pri izdelavi diplomske naloge, sem

naletel na presenetljiv problem, saj mi podjetje Siemens ni hotelo posredovati nobenega

kataloga potrebne opreme, s katerim bi si lahko pomagal pri izdelavi diplomske naloge in

podatke primerjal pri različnih ponudnikih, zato sem izbral podjetje ABB, ki je bilo

pripravljeno sodelovati in sem od njih dobil vse potrebne podatke o motorjih.

Sedaj paralelno obratujeta dva enaka enosmerna motorja, ki skupaj poganjata reduktor. Pri

zamenjavi motorja, bi bilo potrebno zamenjati tudi reduktor, saj je ta zaradi svoje starosti

dotrajan.

Pri izbiri asinhronskega pogonskega motorja sem predpostavil, da bo novi reduktor takšen,

kot je na težki progi v Valjarni gredic, kjer ga poganja en motor, ter da ima reduktor enako

prestavno razmerje, kot obstoječi, ki je 1 : 9,314.



Za takšno izbiro sem se odločil zaradi manj zapletenega pogona, manjših problemov pri

regulaciji in usklajevanju paralelno obratujočih dveh motorjev, ter zaradi večjega

izkoristka enega večjega motorja, kot dveh manjših.

Izbira vrtljajev

Za izbiro novega motorja za srednjo progo valjarne sem najprej izračunal koliko polni

mora biti motor. Pri tem sem upošteval nazivne vrtljaje obstoječega motorja, ki so

1

N 750 minn , katerim se moram pri izbiri novega motorja najbolj približati.

Izračun števila polovih parov novega motorja, pri katerem sem izbral sinhronsko hitrost

vrtljajev 1

s 750 minn :

N

s

60 60 504

750

fp

n

(4.1)

2 8p (4.2)

Iz enačbe (4.2) je razvidno da bom za nov motor izbral 8 polni asinhronski motor.

Izbira napajalne napetosti

Iz ABB-jevega kataloga o asinhronskih motorjih, sem razbral, da izdelujejo motorje nizke

napetosti do 1000 kW, motorje večjih moči pa izdelujejo za srednjo napetost, ki je

standardizirana na 3, 6 in 10 kV. Ker je cena motorja pogojena z napajalno napetostnim

nivojem in z višjo napetostjo cena drastično narašča, sem se odločil, da izberem

asinhronski motor z nazivno napetostjo 3000 V. Ta napetostni nivo je tudi enak

napetostnemu nivoju prenovljene težke proge v Valjarni gredic, ki se nahaja v neposredni

bližini Valjarne profilov, kjer se nahaja srednja valjarska proga. Zaradi tega je

priporočljivo izbrati napetostni nivo, ki se že uporablja zaradi raznih rezervnih in

nadomestnih delov.



Izbira moči in momenta

Podjetje ABB proizvaja motorje standardiziranih nazivnih moči in momentov. Za izbiro

novega motorja je zame pomemben podatek moment motorja, ki pa mora biti večji od

sedanjega skupnega momenta za približno 30 %, zaradi povečanja proizvodnje ter novih in

trdnejših materialov.

Moment, ki ga razvijeta obstoječa enosmerna motorja je 20,12 kNm (3.7). Novi

asinhronski motor izbran iz ABB-jevega kataloga asinhronskih motorjev večjih moči,

razvije moment 26,689 kNm.

4.5.3 Podatki novega asinhronskega motorja

Iz dosedanjih izračunanih in izbranih podatkov sem izbral ABB-jev asinhronski motor z

naslednjimi podatki:

N

N

N

1

N

N

N

N

0

N

3000 V

473 A

2000 kW

743 min

cos 0,84

96,3 %

25,698 kNm

135 A

50 Hz

U

I

P

n

M

I

f

z

N

z

N

max

N

75 %

75 %

4,6

0,6

1,8

cos 0,83

96,6 %

I

I

M

M

M

M

4.5.4 Primerjava izbranega novega asinhronskega motorja glede na

obstoječega enosmernega

Novi motor se napaja z napetostjo 3000 V, zaradi katere je napajalni tok motorja

veliko manjši in je zaradi tega potreben manjši presek napajalnih kablov.

2 MW asinhronski motor razvije za 28 % (4.7) večji vrtilni moment, od

obstoječega enosmernega pogona, ki bi moral zadostovati potrebam večje

proizvodnje in trdnejših materialov.



Omahni moment asinhronskega motorja je kar za 80 % večji od njegovega

nazivnega momenta.

Njegov izkoristek je 96,3 %, kar je za 10,7 % več (4.4) od nazivnega izkoristka

obeh enosmernih motorjev. Pri takšnem izkoristku bi povprečno mesečno porabo

delovne električne energije zmanjšali za 9,71 MWh (4.3).

Slabost asinhronskega motorja je v veliki porabi jalove električne energije, ki ob

nazivni obremenitvi znaša 1291,87 kVAr (4.6), kar je za podjetje zelo velik

strošek, zato bi bilo potrebno kompenzirati to jalovo energijo.

Izračun privarčevane delovne energije na mesec v primerjavi z obstoječim

pogonom

6dASM %

10,790,732 10 9,71 MWh

100W W (4.3)

% % NDCsk% 96,3 85,6 10,7 % (4.4)

Izračun jalove energije pri nazivni obremenitvi motorja

3

NN

N

2000 102380,95 kVA

cos 0,84

PS

(4.5)

2 22 2 3 3 9

N N N

N

2380,95 10 2000 10 1668,934 10

1291,87 kVAr

Q S P

Q

(4.6)

Primerjava vrtilnega momenta med izbranim asinhronskim in obstoječim

enosmernim motorjem v procentih

3

N% 3

sk

25,698 101 100 1 27,7 %

20,12 10

M

M

(4.7)



5 ZAMENJAVA POGONA S SINHRONSKIM MOTORJEM

V tem poglavju bom sprva na kratko predstavil sinhronski motor in njegove značilnosti,

nato pa s pomočjo pridobljenih podatkov in izračunov izbral ustrezen sinhronski motor za


5.1 Splošno o sinhronskem motorju

Vsak sinhronski motor lahko obratuje tudi kot generator, zato v splošnem srečujemo izraz

sinhronski stroj. Sinhronski motorji se lahko uporabljajo za zelo male moči, le nekaj

milivatov, in vse do srednjih moči, medtem ko se sinhronski generatorji uporabljajo

predvsem za velike moči, tudi do dva gigavata. Sinhronski stroji so številčno manj

zastopani od asinhronskih, vendar se z njimi proizvede večina električne energije.

Poznamo dve različni konstrukcijski izvedbi sinhronskih strojev, in sicer stroj z izraženimi

poli na rotorju, imenovan tudi hidro rotor, ki se uporablja predvsem kot večpolni generator

v hidroelektrarnah. Druga izvedba rotorja je z neizraženimi poli ali cilindričnim rotorjem,

imenovan tudi turbo rotor, ki se uporablja predvsem kot dva ali štiri polni generator v

termo in jedrskih elektrarnah.

Ker ima sinhronski motor vzbujalno navitje na rotorju, ki mu pravimo tudi primarno

navitje, se rotor zmeraj vrti s sinhronskimi vrtljaji, ki so konstantni ne glede na

obremenitev, kar je primerno za natančne pogone, ker lahko lažje nadziramo položaj

rotorja.

Slika 5.1: ABB-jev sinhronski motor in njegov rotor [12] in [13]



5.2 Princip delovanja sinhronskega motorja

Pri sinhronskem motorju je rotorsko vzbujalno navitje napajano z enosmernim tokom,

preko dveh drsnih obročev, ki vzbudi v rotorju enosmerno magnetno polje. Statorsko

navitje je ekvivalentno kot pri asinhronskih motorjih. Ko na priključne sponke statorskega

navitja sinhronskega motorja priključimo tri fazno napetost, se sinhronski motor ne bo

samostojno zagnal. Vrtilno polje se vrti s sinhronskimi vrtljaji, zato rotor zaradi svoje mase

ne more pospešiti na sinhronsko hitrost. Problem zagona rešimo s frekvenčnim

pretvornikom, ki frekvenco počasi dviguje od nič navzgor, s tem se hitrost vrtilnega polja v

statorju veča tako počasi, da ji lahko sledi rotor.

Pri obremenitvi motorja nastane med inducirano in priključeno napetostjo kolesni kot,

zaradi katerega nastane padec napetosti na sinhronski reaktanci motorja, ki požene skozi

statorsko navitje, statorski tok, ki zaostaja za 90° za inducirano napetostjo, ki je skoraj v

fazi s priključeno napetostjo.

Sinhronski motor ima vse skozi konstantne vrtljaje ob spreminjanju obremenitve,

spreminja se le kolesni kot, ki je sorazmeren z obremenitvijo motorja, vendar ko doseže

kolesni kot 90° pride do padca iz sinhronizma, kar povzroči zaustavitev rotorja, pri čemer

lahko pride do mehanskih poškodb motorja. Maksimalni ali kritični moment sinhronskega

motorja je približno dva krat večji od nazivnega momenta motorja.

5.3 Prednosti sinhronskega motorja

Sinhronski motor ima konstantne vrtljaje ne glede na obremenitev,

ker imamo preko drsnih obročev dostop do rotorskega vzbujalnega navitja, lahko

sinhronski motor lažje in bolj natančno vodimo od asinhronskih.

Največja prednost sinhronskega motorja je ta, da lahko s povečanjem rotorskega

vzbujalnega toka spreminjamo jalovo moč motorja. Tako lahko motor obratuje

navzven s faktorju delavnosti, ki je enak 1, kar dosežemo s spremembo

vzbujalnega toka rotorja.

Motor lahko s povečanjem vzbujalnega toka rotorja prevzbudimo, zaradi česar bo

statorski tok motorja za omrežje kapacitiven in tako lahko kompenziramo jalovo

energijo omrežja.

Motor lahko z zmanjšanjem vzbujalnega toka rotorja podvzbudimo, pri čemer

motor porablja jalovo energijo iz omrežja.



5.4 Slabosti sinhronskega motorja

Njegova uporaba brez frekvenčnega pretvornika praktično ni mogoča,

cena sinhronskega motorja je v primerjavi z asinhronskim in enosmernim

motorjem bistveno večja.

5.4.1 Izbira sinhronskega motorja za glavni pogon srednje proge


srednje proge v valjarni poskušal izbrati najbolj primerljivo in optimalno rešitev zamenjave

pogona s sinhronskim motorjem.


Podatki in pogoji za izbiro novega pogonskega sinhronskega stroja so enaki, kot pri izbiri

asinhronskega motorja, ki sem jih navedel v prejšnjem poglavju pri izbiri asinhronskega

motorja za glavni pogon srednje proge.

5.4.3 Izračun in izbira sinhronskega motorja

Izračun in izbira sinhronskega motorja je bolj zapletena in kompleksna, kot je bila izbira

asinhronskega motorja, kajti podjetje ABB za sinhronske motorje nima kataloških

podatkov, ker vsak stroj posamezno izdelajo za točno določeno aplikacijo in režim

obratovanja.

Zaradi tega bom v nadaljevanju izbral sinhronski motor s podatki, ki sem jih pridobil od

podjetja ABB za že obstoječi vendar primeren motor za naše potrebe.

Za izbiro vseh ostalih parametrov za izbiro sinhronskega motorja bom izhajal iz

izračunanih parametrov pri izbiri asinhronskega motorja.

Izbira vrtljajev

Nazivna vrednost vrtljajev sinhronskega motorja je enaka kot obstoječega pogona, torej

1

N 750 minn , zato bi izbral 8 polni sinhronski motor.




Za izbiro napajalne napetosti sinhronskega motorja, bi tudi v tem primeru izbral srednje

napetostni nivo in sicer 3000 V, tako kot pri izbiri asinhronskega motorja.


Minimalni potreben vrtilni moment, ki ga mora zagotavljati sinhronski motor je 20,12

kNm (3.7). Zaradi večanja proizvodnje in kvalitetnejših in trdnejših materialov ima

podjetje željo, da bi novi motor razvil za približno 30 % večji vrtilni moment od

obstoječega, zato sem se odločil za izbiro sinhronskega motorja, ki razvije vsaj 25 kNm.

Izračun moči sinhronskega motorja

m mm N

m N

2π2π

P PM P M n

n

(5.1)

3 3

m

m

75025 10 2π 1963,5 10 W

60

1963,5 kW

P

P

(5.2)

Izračunana moč sinhronskega motorja je približno 2 MW (5.2), ker lahko sinhronski motor

obratuje s faktorjem delavnosti, ki je enak 1, lahko rečemo, da je njegova moč 2 MVA.

Ker bi se ta motor uporabljal tudi za kompenzacijo jalove energije, bi izbral temu primerno

močnejši motor. Povprečna poraba jalove energije na uro v valjarni znaša 141 kVAr

(3.11), zato bi izbral sinhronski motor z močjo 2,2 MVA.

Izračun nazivnega momenta motorja pri izbrani moči sinhronskega motorja 2,2

MW

6

3N NN

m N

N

2,2 10 6028,011 10 Nm

2π 2π 750

28,011 kNm

P PM

n

M

(5.3)



5.4.4 Primerjava izbranega novega sinhronskega motorja glede na


Novi motor se napaja z napetostjo 3000 V, zaradi katere je napajalni tok motorja

manjši in je zaradi tega potreben manjši presek napajalnih kablov.

2,2 MW sinhronski motor razvije za 39 % (5.4) večji vrtilni moment, od

obstoječega enosmernega pogona, ki bi moral zadostovati potrebam večje

proizvodnje in trdnejših materialov.

Zaradi zelo dobrega izkoristka novega sinhronskega motorja, bi veliko

privarčevali pri električni energiji, saj pogon neprestano obratuje praktično 24 ur

na dan.

Sinhronski motor lahko obratuje s faktorju delavnosti 1, pri čemer ne porablja

jalove energije tako kot asinhronski motor.

Velika prednost sinhronskega motorja je kompenzacija jalove energije, pri čemer

bi lahko bistveno zmanjšali strošek porabljene jalove energije v valjarni.

Primerjava vrtilnega momenta med izbranim asinhronskim in obstoječim

enosmernim motorjem v procentih

3

N% 3

sk

28,011 101 100 1 39,2 %

20,12 10

M

M

(5.4)



6 ZAMENJAVA POGONA Z ENOSMERNIM MOTORJEM

V tem poglavju bom sprva na kratko predstavil enosmerni motor in njegove značilnosti,

nato pa s pomočjo pridobljenih podatkov in izračunov izbral ustrezen enosmerni motor za


6.1 Splošno o enosmernem motorju

Enosmerni komutatorski stroj je bil prvi elektromagnetni stroj, ki je pretvarjal mehansko

energijo v električno. Prvi enosmerni motor se je napajal preko galvanskega člena in je bil

izumljen že davnega leta 1838. Skozi čas so se enosmerni motorji konstrukcijsko le malo

spreminjali, zato se od prejšnjega stoletja in vse do danes njihova oblika praktično ni

spremenila.

Včasih so se enosmerni motorji zaradi enostavnega principa delovanja in krmiljenja

množično uporabljali, vendar jih danes skoraj ne srečamo več, saj jih ob uporabi

frekvenčnega pretvornika enakovredno zamenjujejo asinhronski in sinhronski motorji.

Danes srečamo enosmerne motorje še predvsem v starejših električnih lokomotivah in

raznih robotskih rokah.

Slika 6.1: ABB-jev enosmerni motor [14]



Poznamo več vrst izvedb enosmernih motorjev glede na vzbujanje, ki se med seboj

razlikujejo predvsem pri obremenilnih karakteristikah:

Tuje vzbujen motor, ki ima zelo trdo obremenilno karakteristiko, tak motor je

lahko vzbujen preko trajnih magnetov ali vzbujalnega navitja,

vzporedno vzbujen motor ima mehkejšo karakteristiko, kot tuje vzbujen motor,

zaporedno oziroma serijsko vzbujen motor, ki razvije ob zagonu zelo velik

moment, pri neobremenjenem motorju pa lahko motor celo pobegne,

motor s sestavljenim navitjem, ki je zaporedno in vzporedno vzbujen, pri čemer

lahko s kombinacijo obeh vzbujanj dosežemo različne obremenilne karakteristike.

6.2 Princip delovanja enosmernega motorja

Če gre za tuje vzbujen enosmerni motor, je potrebno najprej vzbujalno navitje priključiti

na enosmerno napetost, da se v motorju ustvari enosmerno mirujoče magnetno polje. Če

gre za ostale tipe motorja, se magnetno polje v motorju ustvari, ko skozi rotorsko navitje

steče tok.

Ko na rotorske sponke priključimo enosmerno napetost, po rotorskih navitjih steče

enosmerni tok in ker se ta navitja nahajajo v mirujočem magnetnem polju, na njih deluje

sila, ki zavrti rotor.

Rotorsko navitje se napaja preko ščetk, ki drsijo po drsnem kolektorju, tako ščetke

razdelijo rotorsko navitje na dve vzporedni meji. Zaradi tega je smer rotorskega toka

nasprotna pod severnim in južnim magnetnim polom, zato deluje sila na vodnike pod

severnim polom nasproti, kot sila na vodnike pod južnim polom. Obe sili se podpirata, zato

s polmerom rotorja povzročita vrtilni moment, ki vrti rotor.



6.3 Prednosti enosmernega motorja

Enosmerni motor je imel včasih številne prednosti, vendar se ob uporabi frekvenčnega

pretvornika njegove prednosti danes enačijo z asinhronskimi in sinhronskimi motorji.

Prednosti so:

Visoke hitrosti vrtenja in enostavno spreminjanje vrtljajev,

različne obremenilne karakteristike motorjev, ki pokrivajo zelo široko področje

uporabe,

enostaven princip delovanja, kar omogoča enostavno krmiljenje motorja.

6.4 Slabosti enosmernega motorja

Enosmerni motor ima kar nekaj bistvenih slabosti, zaradi katerih se zmeraj manj uporablja

na trgu.

Slabosti so:

Iskrenje na ščetkah, zato se ne more uporabljati v eksplozijsko nevarnih prostorih,

visoka cena stroškov obratovanja in vzdrževanja, zaradi nenehnega pregledovanja

in menjave ščetk, ki se ob velikih obremenitvah zelo obrabljajo,

6.5 Izbira enosmernega motorja za glavni pogon srednje proge


srednje proge v valjarni poskušal izbrati najbolj primerljivo in optimalno rešitev zamenjave

pogona z enosmernim motorjem.


Podatki in pogoji za izbiro novega pogonskega enosmernega motorja so enaki, kot pri

izbiri asinhronskega motorja, ki sem jih navedel v pred prejšnjem poglavju pri izbiri

asinhronskega motorja za glavni pogon srednje proge.



6.5.2 Izračun in izbira enosmernega motorja

Tudi pri izbiri enosmernega motorja sem se povezal s podjetjem ABB, ki so mi poslali

kataloške podatke enosmernih motorjev, vendar sem ugotovil, da ne izdelujejo tako velikih

enosmernih motorjev, ki bi ga potrebovalo podjetje Metal Ravne za zamenjavo pogona na

srednji progi v valjarni. Skupaj smo se odločili, da ta problem rešimo z rešitvijo paralelno

obratujočih dveh enakih enosmernih motorjev, torej bi v tem primeru zamenjali pogon z

enako rešitvijo kot se uporablja sedaj. Sprva se je podjetju Metal Ravne zdela ta rešitev

nesmiselna, saj takšno vrsto pogona že imajo, vendar bi z takšno zamenjavo veliko

pridobili pri večji zanesljivosti in učinkovitosti proizvodnje, ter bi zaradi nove opreme

izboljšali izkoristek pogona.

Izbira vrtljajev

Pri izbiri vrtljajev novega motorja sem se moral najbolj približati vrtljajem obstoječega

pogona in pri tem upoštevati vse ostale zahteve za izbiro novega pogona, zato sem iz

ABB-jevega kataloga enosmernih motorjev izbral motor, ki ima nazivno število vrtljajev

1743 min .


Pri izbiri napajalne napetosti pri tem enosmernem motorju nisem mogel nič vplivati, saj

imajo standardne vrednosti napetosti za določene vrtljaje in moči motorjev. Pri tem

motorju je nazivna napetost 620 V.


Ker podjetje ABB ne izdeluje enosmernih motorjev za momente 20 kNm, bom izbral dva

enaka enosmerna motorja, ki bosta skupaj zagotovila vrtilni moment za približno 30 %

večji od obstoječega pogona. Ker izbrani posamezni novi enosmerni motor razvije 12,516

kNm momenta, bosta skupaj zagotovila 25,032 kNm (6.1) momenta, kar bi moralo

zadoščati novim potrebam proizvodnje v valjarni.



Iz dosedanjih izračunanih in izbranih podatkov sem izbral ABB-jev enosmerni motor z

naslednjimi podatki:

N

N

N

1

N

N

N

620 V

1681 A

974 kW

743 min

92,6 %

12,516 kNm

U

I

P

n

M

max

-1

max

max

N

max

N

2

744 V

1887 min

200 %

195 %

63,0 kgm

U

n

I

I

M

M

J

6.5.3 Primerjava izbranega novega enosmernega motorja, glede na


Moment, ki ga bosta skupaj razvila nova enosmerna motorja bo za približno 25 %

večji od obstoječih motorjev, maksimalni moment pa kar za 95 % večji od

nazivnega, kar bi moralo zadoščati za nove proizvodnje potrebe v valjarni.

Izkoristek novega motorja je bistveno boljši od obstoječega, vendar je zaradi dveh

motorjev slabši, kot če bi uporabili samo en motor.

Izračun skupnega vrtilnega momenta obeh novih izbranih enosmernih motorjev

3 3

sk N

sk

2 2 12,516 10 25,032 10 Nm

25,032 kNm

M M

M

(6.1)

Primerjava vrtilnega momenta med izbranim in obstoječim enosmernim motorjem

v procentih

3

N% 3

sk

25,032 101 100 1 24,4 %

20,12 10

M

M

(6.2)



7 KRATKA ANALIZA VSEH REŠITEV ZAMENJAV

MOTORJA

V tem poglavju bom na kratko poudaril bistvene prednosti in slabosti posameznih

motorjev v primerjavi z obstoječim enosmernim motorjem, ter ugotovitve, zakaj je

potrebno ob zamenjavi motorja zamenjati tudi napajalni kablovod, transformator in

regulacijo motorja.

7.1 Analiza zamenjave pogona z asinhronskim motorjem

Zamenjava glavnega pogona na srednji progi v valjarni z asinhronskim motorjem bi

prinesla številne prednosti, kot tudi nekaj slabosti.

Največja prednost v primerjavi z obstoječim enosmernim pogonom bi bili manjši stroški

obratovanja in vzdrževanja asinhronskega motorja, ki bi zagotovil nemoteno proizvodnjo

ne glede na zunanje temperaturne vplive in različne kvalitete materialov valjanja. Zaradi

boljšega izkoristka motorja bi podjetje nekaj privarčevalo tudi pri porabi električne

energije.

Največja in tudi edina slabost asinhronskega motorja tako velike moči je zelo velika

poraba jalove energije, ki bi za podjetje predstavljala zajeten strošek pri porabi jalove

električne energije. Delna rešitev bi bila lastna kompenzacija jalove energije s

kondenzatorskimi baterijami, s katerimi bi lahko le deloma kompenzirali nastalo jalovo

energijo, saj motor obratuje s spremenljivim režimom obratovanja, zato se njegova

obremenitev in posledična poraba tako delovne kot jalove energije nenehno spreminja.

Podjetje ABB mi je posredovalo informativno ceno asinhronskega motorja, ki sem ga

izbral za zamenjavo pogona na srednji progi v valjarni in znaša 180.000 EUR brez DDV-

ja. Potrebno se je zavedati, da asinhronski motor ne more obratovati brez frekvenčnega

pretvornika, ki pa je le malenkost cenejši od samega motorja.



7.2 Analiza zamenjave pogona s sinhronskim motorjem

Zamenjava glavnega pogona na srednji progi v valjarni s sinhronskim motorjem bi prinesla

ogromno prednosti, brez slabosti.

Sinhronski motor ima vse številne prednosti, kot asinhronski motor. Njegova največja

prednost je, da lahko obratuje s faktorju delavnosti, ki je praktično enak 1, torej ne porablja

jalove energije, ki bi za podjetje predstavljala dodaten strošek. Zaradi nenehnega

obratovanja bi sinhronski motor lahko uporabili za kompenzacijo jalove energije, ki

nastane predvsem ob obratovanju številnih asinhronskih motorjev v celotni valjarni. S tem

bi si podjetje Metal Ravne omogočilo lastno kompenzacijo jalove energije, ogromno bi

privarčevali, saj povprečna mesečna poraba jalove energije na srednji progi v valjarni

sedaj znaša približno 100 MVArh.

Z uporabo sinhronskega motorja bi podjetje veliko pridobilo pri zanesljivosti in

učinkovitosti proizvodnje in pri izboljšanju izkoristka motorja. Podjetje bi zelo veliko

privarčevalo pri porabi delovne električne energije in pri zmanjšanju porabe jalove

električne energije, zato bi bila zamenjava pogona s sinhronskim motorjem zelo učinkovita

tudi iz ekonomskega vidika.

Podjetje ABB mi je posredovalo informativno ceno sinhronskega motorja, ki sem ga izbral

za zamenjavo pogona na srednji progi v valjarni in znaša približno 400.000 EUR. Ta cena

je zgolj informativnega značaja, ker podjetje ABB izdela vsak večji sinhronski motor

posebej za posameznega naročnika in se zelo razlikuje od režima obratovanja motorja in

dodatkov na motorju. Potrebno se je zavedati, da tudi sinhronski motor ne more obratovati

brez frekvenčnega pretvornika, ki pa je le malenkost cenejši od samega motorja.

7.3 Analiza zamenjave z enosmernim motorjem

Zamenjava glavnega pogona na srednji progi v valjarni z enosmernim motorjem ne bi

prinesla toliko prednosti kot zamenjava z asinhronskim ali sinhronskim motorjem.

Zaradi specifičnosti pogona podjetje ABB ne more zagotoviti enosmernega motorja tako

velike moči, ki bi bila potrebna za pogon srednje proge, zato bi v tem primeru morala

paralelno obratovati dva enaka enosmerna motorja, torej bi bil pogon zelo podoben

obstoječemu. Zaradi dveh motorjev se posledično zmanjša skupni izkoristek obeh

motorjev, kar je glede ekonomskega vidika zelo slabo.



Tudi pri novem enosmernem motorju je potrebno nenehno pregledovati in menjavati

ščetke, kar je za podjetje velik strošek, predvsem pa je velik izpad proizvodnje ob

zaustavitvi pogona.

Vse prednosti, ki jih imajo enosmerni motorji, glede krmiljenja in regulacije, ter

zagotavljanja določenih obremenilnih karakteristik, se ob uporabi frekvenčnega

pretvornika pri asinhronskem in sinhronskem motorju praktično izničijo.

Podjetje ABB mi je posredovalo informativno ceno enosmernega motorja, ki sem ga izbral

za zamenjavo pogona na srednji progi v valjarni in znaša 80.000 EUR brez DDV-ja. Ker bi

za pogon potrebovali dva enaka enosmerna motorja, ki bi obratovala paralelno je strošek

nabave enosmernega motorja 160.000 EUR brez DDV-ja.

Potrebno se je zavedati, da enosmerni motor ne more obratovati brez regulatorja, ki pa je le

malenkost cenejši od samega motorja.

7.4 Analiza zamenjave napajalnega kablovoda

Zaradi zamenjave celotnega pogona na srednji progi v valjarni bi bilo potrebno zaradi

dotrajanosti izolacije in povečanja proizvodnih zmogljivosti zamenjati tudi 20 kV

napajalni kablovod, ki napaja srednjo progo valjarne iz centralne TP v Železarni Ravne.

7.5 Analiza zamenjave napajalnega transformatorja

Ob zamenjavi motorja na srednji progi v valjarni bi bilo potrebno zamenjati napajalni

transformator, saj sedanji usmerniški transformator ne bi mogel zagotoviti potrebnega

napetostnega nivoja za obratovanje novega motorja, poleg tega ima usmerniški

transformator zaradi starosti kritično prebojno trdnost izolacije med ovoji navitja, in tudi

tesnjenje kotla je velik problem.

7.6 Analiza zamenjave regulacije

Obstoječa tiristorska Simoreg-ova regulacija enosmernih motorjev na srednji progi v

valjarni je že zelo zastarela in ne omogoča natančne regulacije vrtljajev, ki so zelo

pomembni ob valjanju specialnih jekel.

Ob zamenjavi motorja na srednji progi bi se v celoti morala zamenjati tudi regulacija, ki bi

bila popolnoma avtomatizirana in bi veliko prinesla pri učinkovitosti proizvodnje.



8 SKLEP

Pri pisanju diplomske naloge sem naletel na veliko vprašanj in problemov, ki sem jih

uspešno rešil s pomočjo podjetja Metal Ravne in podjetja ABB. Pri izbiri novih motorjev

za glavni pogon srednje proge sem upošteval vse zahteve in želje uporabnikov in podjetja

Metal Ravne.

Najboljša, najprimernejša, najbolj racionalna in najbolj ekonomsko upravičena rešitev bi

bila izbira sinhronskega motorja. Ta izbira ima številne prednosti v primerjavi z

asinhronskim ali enosmernim motorjem.

Težava pri asinhronskem motorju je velika poraba jalove energije, ki bi za podjetje

predstavljala dodaten strošek pri porabi električne energije.

Težava enosmernega motorja je manjši skupni izkoristek motorjev zaradi dveh potrebnih

paralelno obratujočih motorjev, ter visoki obratovalni stroški in izpad proizvodnje zaradi

nenehne menjave in pregledovanja ščetk.

Kot sem omenil, bi najprimernejša rešitev za zamenjavo glavnega motorja bila izbira

sinhronskega motorja ob katerem bi bilo potrebno zamenjati tudi dotrajan srednje

napetostni napajalni kablovod iz centralne TP v Železarni Ravne do TP valjarna, dotrajan

usmerniški transformator z novim močnejšim napajalnim transformatorjem ustreznega

napetostnega nivoja in vso pripadajočo regulacijo za nov sinhronski motor, ki bi

omogočala tudi regulirati motor z možnostjo kompenzacije jalove energije.

Gledano iz mehanskega vidika bi bilo potrebno zamenjati tudi reduktor, ki bi bil

konstrukcijsko narejen tako, da ga bi poganjal samo en motor. Moral bi imeti predstavno

razmerje 1 : 9,314, da bi se izračunani podatki in izbira motorja skladali s potrebam

proizvodnje.

Sinhronski motor bi s primerjavo z obstoječim enosmernim motorjem imel boljši

izkoristek, poleg tega bi z njim lahko dodatno kompenzirali jalovo energijo v valjarni,

obenem bi imela nova regulacija in napajalni transformator tudi boljši izkoristek glede na

obstoječega, in ker proizvodnja obratuje praktično vseskozi, bi s tem podjetje Metal Ravne

ogromno privarčevalo pri porabi električne energije, za kar bi bila ta zamenjava zelo

racionalna. Poleg tega zagotavlja novi sinhronski motor vse lastnosti obstoječega pogona s

številnimi prednostmi in izboljšavami, ki bi omogočile nemoteno, zanesljivo in učinkovito

proizvodnjo v valjarni.



9 LITERATURA IN VIRI

[1] I. Zagradišnik, B. Slemnik, Električni rotacijski stroji, Fakulteta za elektrotehniko,

računalništvo in informatiko Univerze v Mariboru, Maribor 2009

[2] I. Zagradišnik, Električni in elektromehanski pretvorniki, Fakulteta za

elektrotehniko, računalništvo in informatiko Univerze v Mariboru, Maribor 2008

[3] P. Jereb, Osnove električnih strojev, Fakulteta za elektrotehniko Univerze v

Ljubljani, Ljubljana 1977

[4] R. Turk, P. Fajfar, V. Ameršek, V. Nardin, A. Buhvald, F. Grešovnik, F. Hartman,

V. Ramšak, Š. Skitek, Vpliv preoblikovalnih trdnosti valjancev na preobremenitve

valjalnega stroja, Oddelek za materiale in tehnologijo, Naravoslovno tehnična

fakulteta Univerze v Ljubljani, Ljubljana 1995

[5] Uradna internetna stran podjetja Metal Ravne d.o.o., dostopna na:

http://www.metalravne.com [junij 2012]

[6] Uradna internetna stran podjetja ABB, dostopna na: http://www.abb.si/ [junij 2012]

[7] Fotografije iz arhiva Metal Ravne d.o.o.

[8] http://www.sij.si/images/logotipi/SIJ_Skupina.jpg [oktober 2012]

[9] http://www.metalravne.com/images/stories/metal/tehnoloska_shema_slo.jpg

[oktober 2012]

[10] http://www.umo.de/images/header/kabel1.jpg [oktober 2012]

[11] http://www04.abb.com/global/seitp/seitp202.nsf/c71c66c1f02e6575c125711f00466

0e6/e4a65a7f060ecd9ec1256fdd004d9de3/$FILE/HM05-08A.jpg [oktober 2012]

[12] http://www.emworks.com/media/images/testimonials/large/35f4a8d465e6e1edc05f

3d8ab658c551_2.jpg [oktober 2012]

http://www.metalravne.com/

http://www.abb.si/

http://www.sij.si/images/logotipi/SIJ_Skupina.jpg

http://www.metalravne.com/images/stories/metal/tehnoloska_shema_slo.jpg

http://www.umo.de/images/header/kabel1.jpg

http://www04.abb.com/global/seitp/seitp202.nsf/c71c66c1f02e6575c125711f004660e6/e4a65a7f060ecd9ec1256fdd004d9de3/$FILE/HM05-08A.jpg

http://www04.abb.com/global/seitp/seitp202.nsf/c71c66c1f02e6575c125711f004660e6/e4a65a7f060ecd9ec1256fdd004d9de3/$FILE/HM05-08A.jpg

http://www.emworks.com/media/images/testimonials/large/35f4a8d465e6e1edc05f3d8ab658c551_2.jpg

http://www.emworks.com/media/images/testimonials/large/35f4a8d465e6e1edc05f3d8ab658c551_2.jpg



[13] http://www05.abb.com/global/scot/scot234.nsf/veritydisplay/822ae96e598fd891c12

5796f0032e75d/$file/Brochure_Synchronous_motors_9AKK105576_EN_122011_

FINAL_LR.pdf [oktober 2012]

[14] http://www.binkelman.com/media/1416/ABB%20DC%20Motor.jpg [oktober 2012]

[15] Uradna internetna stran podjetja Petrol Energetika d.o.o. Ravne na Koroškem,

dostopna na: http://www.petrol-energetika.si/index.php?sv_path=6566

[oktober 2012]

http://www05.abb.com/global/scot/scot234.nsf/veritydisplay/822ae96e598fd891c125796f0032e75d/$file/Brochure_Synchronous_motors_9AKK105576_EN_122011_FINAL_LR.pdf



http://www.binkelman.com/media/1416/ABB%20DC%20Motor.jpg

http://www.petrol-energetika.si/index.php?sv_path=6566



10 PRILOGE

Priloga A: Tabela izkoristkov motorja pri različnih obremenitvah [4].

Material: CK60

Material: OCR12VM

Prevlek el kWP m kWP i % Prevlek el kWP m kWP i %

1 197 111 56,3 1 674 423 62,8

2 696 426 61,2 2 753 296 39,3

3 866 638 73,7 3 639 183 28,6

4 831 564 67,9 4 788 319 40,5

5 773 439 56,8 5 331 164 49,5

6 754 399 52,9 6 1564 1340 85,7

7 641 339 52,9 7 805 289 35,9

8 486 237 48,8 8 959 645 67,3

9 410 196 47,8 9 743 322 43,3

10 621 319 51,4 10 976 715 73,3

DC1 % 57,0 DC2 % 52,6

Material: OH237

Material: NICROFERR6020HMo


1 1487 692 46,5 1 150 92 61,3

2 1456 1269 87,2 2 864 682 78,9

3 923 430 46,6 3 1605 852 53,1

4 1600 1222 76,4 4 1591 584 36,7

5 824 240 29,1 5 699 319 45,6

6 1261 680 53,9 6 850 612 72,0

7 605 133 22,0 7 816 383 46,9

8 1487 692 46,5 8 1569 722 46,0

DC3 % 51,7 DC4 % 55,1

Material: PK3

Material: EC80


1 633 575 90,8 1 236 176 74,6

2 1034 710 68,7 2 870 730 83,9

3 975 679 69,6 3 962 726 75,5

4 936 617 65,9 4 928 608 65,5

5 807 483 59,9 5 855 494 57,8

6 768 420 54,7 6 816 455 55,8

7 652 364 55,8 7 702 378 53,8

8 556 218 39,2 8 529 321 60,7

9 176 112 63,6 9 217 89 41,0

10 272 223 82,0 10 297 220 74,1

11 176 90 51,1 11 237 110 46,4

12 612 342 55,9 12 660 337 51,1

13 401 242 60,3 13 429 217 50,6

DC5 % 62,9 DC6 % 60,8



Priloga B:

Tabela porabe delovne električne energije usmerniškega transformatorja srednje proge za

leto 2006 in 2007.

Leto 2006

Mesec KT [kWh] VT [kWh] NT [kWh] Skupaj [kWh]

1. 0 0 0 0

2. 0 0 0 0

3. 0 0 0 0

4. 0 0 0 0

5. 0 0 0 0

6. 0 0 0 0

7. 14.493,00 39.041,00 62.444,00 115.978,00

8. 8.343,00 24.181,00 24.307,00 56.831,00

9. 13.550,00 35.645,00 58.995,00 108.190,00

10. 19.623,00 35.725,00 69.565,00 124.913,00

11. 22.528,00 35.396,00 64.472,00 122.396,00

12. 15.667,00 27.683,00 53.736,00 97.086,00

Skupaj 94.204,00 197.671,00 333.519,00 625.394,00

Leto 2007


1. 21.327,00 38.318,00 64.105,00 123.750,00

2. 21.015,00 33.691,00 58.574,00 113.280,00

3. 22.198,00 39.320,00 62.955,00 124.473,00

4. 12.713,00 32.155,00 63.772,00 108.640,00

5. 13.212,00 37.792,00 62.236,00 113.240,00

6. 13.239,00 40.663,00 68.782,00 122.684,00

7. 9.388,00 29.464,00 35.990,00 74.842,00

8. 14.389,00 47.269,00 70.039,00 131.697,00

9. 14.019,00 34.459,00 70.567,00 119.045,00

10. 19.981,00 40.679,00 65.720,00 126.380,00

11. 19.811,00 37.389,00 60.500,00 117.700,00

12. 21.723,00 32.170,00 61.372,00 115.265,00

Skupaj 203.015,00 443.369,00 744.612,00 1.390.996,00




leto 2008 in 2009.

Leto 2008


1. 20.488,00 35.024,00 64.395,00 119.907,00

2. 19.731,00 33.835,00 66.606,00 120.172,00

3. 19.114,00 33.842,00 66.799,00 119.755,00

4. 15.903,00 39.214,00 62.963,00 118.080,00

5. 13.254,00 39.880,00 60.877,00 114.011,00

6. 10.453,00 35.209,00 55.336,00 100.998,00

7. 4.479,00 11.194,00 16.505,00 32.178,00

8. 7.299,00 25.121,00 33.578,00 65.998,00

9. 15.017,00 37.812,00 49.712,00 102.541,00

10. 19.694,00 34.451,00 62.604,00 116.749,00

11. 15.499,00 28.872,00 52.683,00 97.054,00

12. 14.045,00 24.499,00 42.261,00 80.805,00

Skupaj 174.976,00 378.953,00 634.319,00 1.188.248,00

Leto 2009


1. 11.740,00 21.766,00 21.738,00 55.244,00

2. 20.333,00 33.741,00 26.969,00 81.043,00

3. 16.036,00 24.681,00 23.430,00 64.147,00

4. 8.818,00 19.663,00 21.020,00 49.501,00

5. 9.166,00 23.555,00 21.368,00 54.089,00

6. 7.969,00 25.570,00 24.902,00 58.441,00

7. 6.885,00 25.062,00 20.750,00 52.697,00

8. 4.443,00 11.042,00 9.986,00 25.471,00

9. 9.920,00 29.773,00 27.017,00 66.710,00

10. 13.798,00 24.131,00 25.406,00 63.335,00

11. 12.307,00 23.293,00 23.307,00 58.907,00

12. 11.634,00 22.285,00 23.199,00 57.118,00

Skupaj 133.049,00 284.562,00 269.092,00 686.703,00




leto 2010 in 2011.

Leto 2010


1. 14.090,00 27.931,00 28.013,00 70.034,00

2. 16.767,00 29.123,00 28.444,00 74.334,00

3. 22.571,00 37.425,00 33.420,00 93.416,00

4. 13.377,00 32.155,00 28.132,00 73.664,00

5. 13.310,00 33.324,00 29.611,00 76.245,00

6. 12.299,00 34.208,00 39.181,00 85.688,00

7. 13.669,00 40.736,00 38.711,00 93.116,00

8. 6.981,00 22.742,00 19.119,00 48.842,00

9. 16.745,00 43.690,00 46.179,00 106.614,00

10. 21.339,00 37.911,00 47.185,00 106.435,00

11. 27.011,00 38.491,00 39.220,00 104.722,00

12. 17.559,00 30.839,00 36.170,00 84.568,00

Skupaj 195.718,00 408.575,00 413.385,00 1.017.678,00

Leto 2011


1. 20.343,00 33.563,00 38.283,00 92.189,00

2. 18.193,00 35.190,00 49.472,00 102.855,00

3. 23.547,00 37.389,00 39.274,00 100.210,00

4. 11.317,00 38.205,00 44.121,00 93.643,00

5. 10.917,00 23.602,00 20.758,00 55.277,00

6. 0 0 0 0

7. 0 0 0 0

8. 0 0 0 0

9. 0 0 0 0

10. 0 0 0 0

11. 0 0 0 0

12. 0 0 0 0

Skupaj 84.317,00 167.949,00 191.908,00 444.174,00



Priloga C:

Tabela porabe jalove električne energije usmerniškega transformatorja srednje proge za

leto 2006 in 2007.

Leto 2006

Mesec KT [kVArh] VT [kVArh] NT [kVArh] Skupaj

[kVArh]

1. 0 0 0 0

2. 0 0 0 0

3. 0 0 0 0

4. 0 0 0 0

5. 0 0 0 0

6. 0 0 0 0

7. 16.135,00 45.160,00 72.525,00 133.820,00

8. 9.084,00 26.930,00 26.694,00 62.708,00

9. 14.705,00 39.829,00 62.452,00 116.986,00

10. 22.137,00 39.126,00 75.395,00 136.658,00

11. 25.026,00 39.017,00 71.569,00 135.612,00

12. 17.949,00 30.409,00 62.699,00 111.057,00

Skupaj 105.036,00 220.471,00 371.334,00 696.841,00

Leto 2007


[kVArh]

1. 23.910,00 41.619,00 69.322,00 134.851,00

2. 23.031,00 36.666,00 67.344,00 127.041,00

3. 24.667,00 43.164,00 71.555,00 139.386,00

4. 14.698,00 37.384,00 70.329,00 122.411,00

5. 15.050,00 42.641,00 68.109,00 125.800,00

6. 14.702,00 45.282,00 75.811,00 135.795,00

7. 10.679,00 32.792,00 41.355,00 84.826,00

8. 15.859,00 50.804,00 75.353,00 142.016,00

9. 15.709,00 39.986,00 77.417,00 133.112,00

10. 22.785,00 44.654,00 73.297,00 140.736,00

11. 22.648,00 40.676,00 67.566,00 130.890,00

12. 25.725,00 35.401,00 68.912,00 130.038,00

Skupaj 229.463,00 491.069,00 826.370,00 1.546.902,00




leto 2008 in 2009.

Leto 2008


[kVArh]

1. 23.432,00 39.641,00 73.340,00 136.413,00

2. 22.317,00 37.039,00 74.936,00 134.292,00

3. 21.325,00 36.471,00 74.753,00 132.549,00

4. 17.099,00 43.242,00 67.538,00 127.879,00

5. 14.255,00 42.413,00 66.043,00 122.711,00

6. 11.883,00 39.531,00 64.611,00 116.025,00

7. 4.808,00 12.323,00 18.970,00 36.101,00

8. 8.377,00 28.166,00 39.306,00 75.849,00

9. 16.211,00 42.717,00 57.811,00 116.739,00

10. 22.542,00 38.263,00 68.355,00 129.160,00

11. 18.068,00 32.033,00 59.302,00 109.403,00

12. 15.724,00 27.267,00 49.669,00 92.660,00

Skupaj 196.041,00 419.106,00 714.634,00 1.329.781,00

Leto 2009


[kVArh]

1. 12.949,00 22.942,00 28.302,00 64.193,00

2. 23.213,00 38.318,00 32.932,00 94.463,00

3. 17.032,00 28.094,00 27.736,00 72.862,00

4. 9.143,00 22.922,00 26.871,00 58.936,00

5. 9.664,00 25.898,00 24.451,00 60.013,00

6. 8.927,00 28.199,00 28.000,00 65.126,00

7. 8.178,00 28.435,00 23.947,00 60.560,00

8. 4.730,00 12.633,00 12.268,00 29.631,00

9. 11.671,00 34.468,00 32.454,00 78.593,00

10. 16.290,00 27.225,00 30.514,00 74.029,00

11. 14.644,00 26.110,00 26.084,00 66.838,00

12. 13.372,00 25.057,00 27.422,00 65.851,00

Skupaj 149.813,00 320.301,00 320.981,00 791.095,00




leto 2010 in 2011.

Leto 2010


[kVArh]

1. 16.603,00 30.702,00 32.547,00 79.852,00

2. 18.655,00 31.500,00 32.633,00 82.788,00

3. 24.731,00 40.741,00 36.056,00 101.528,00

4. 14.685,00 35.816,00 32.080,00 82.581,00

5. 14.185,00 37.581,00 33.063,00 84.829,00

6. 13.559,00 37.932,00 43.705,00 95.196,00

7. 15.619,00 46.576,00 45.860,00 108.055,00

8. 8.365,00 25.963,00 21.586,00 55.914,00

9. 18.146,00 47.999,00 51.176,00 117.321,00

10. 25.049,00 41.910,00 51.525,00 118.484,00

11. 29.275,00 42.214,00 44.987,00 116.476,00

12. 19.935,00 33.883,00 39.407,00 93.225,00

Skupaj 218.807,00 452.817,00 464.625,00 1.136.249,00

Leto 2011


[kVArh]

1. 22.904,00 36.839,00 43.262,00 103.005,00

2. 21.148,00 38.839,00 52.647,00 112.634,00

3. 25.955,00 41.733,00 45.648,00 113.336,00

4. 12.791,00 41.964,00 49.047,00 103.802,00

5. 10.844,00 24.326,00 22.858,00 58.028,00

6. 0 0 0 0

7. 0 0 0 0

8. 0 0 0 0

9. 0 0 0 0

10. 0 0 0 0

11. 0 0 0 0

12. 0 0 0 0

Skupaj 93.642,00 183.701,00 213.462,00 490.805,00



Priloga D:

Tabela 3000 V, 8 polnih asinhronskih motorjev iz ABB-jevega kataloga [6].



Priloga E:

Tabela enosmernih motorjev iz ABB-jevega kataloga [6].



PODATKI ŠTUDENTA

Ime in priimek: Aleš Rožman

Naslov: Brdinje 35 A, 2394 Kotlje

Kraj in datum rojstva: Ljubljana, 05.07.1989

e – pošta: [email protected]

Šolanje:

OSNOVNA ŠOLA (1996 – 2004): Osnovna šola Koroški jeklarji, Ravne na

Koroškem

SREDNJA ŠOLA (2004 – 2008): Šolski center Velenje, Poklicna, tehnična

elektro in računalniška šola, smer energetika

FAKULTETA (2008 – 2012): Univerza v Mariboru, Fakulteta za elektrotehniko,

računalništvo in informatiko, visokošolski izobraževalni program, smer

močnostna elektrotehnika



I Z J A V A O A V T O R S T V U

Spodaj podpisani

Aleš Rožman

z vpisno številko

E1011739

sem avtor diplomskega dela z naslovom:

ZAMENJAVA POGONA NA SREDNJI PROGI V VALJARNI

S svojim podpisom zagotavljam, da:

sem diplomsko delo izdelal samostojno pod mentorstvom

red. prof. dr. Mladen Trlep

so elektronska oblika diplomskega dela, naslov (slov., angl.), povzetek (slov.,

angl.) ter ključne besede (slov., angl.) identični s tiskano obliko diplomskega dela.

soglašam z javno objavo elektronske oblike diplomskega dela v DKUM.

V Mariboru, dne 22.11.2012

Podpis avtorja:



IZJAVA O USTREZNOSTI DIPLOMSKEGA DELA

Spodaj podpisani Mladen Trlep izjavljam, da je

(ime in priimek mentorja)

študent Aleš Rožman izdelal diplomsko

(ime in priimek študenta)

delo z naslovom:

ZAMENJAVA POGONA NA SREDNJI PROGI V VALJARNI (naslov diplomskega dela)

v skladu z odobreno temo diplomskega dela, Navodili za pisanje diplomskih del na

dodiplomskih študijskih programih UM FERI in mojimi navodili.

Kraj in datum: Maribor, 22.11.2012

Podpis mentorja:



IZJAVA O ISTOVETNOSTI TISKANE IN ELEKTRONSKE VERZIJE

ZAKLJUČNEGA DELA IN OBJAVI OSEBNIH PODATKOV DIPLOMANTOV

Ime in priimek avtorja:

Aleš Rožman

Vpisna številka:

E1011739

Študijski program:

Močnostna elektrotehnika VS

Naslov zaključnega dela:

Zamenjava pogona na srednji progi v valjarni

red. prof. dr. Mladen Trlep

Mentor:

Podpisani Aleš Rožman izjavljam, da sem za potrebe arhiviranja oddal elektronsko verzijo

zaključnega dela v Digitalno knjižnico Univerze v Mariboru. Zaključno delo sem izdelal

sam ob pomoči mentorja. V skladu s 1. odstavkom 21. člena Zakona o avtorskih in

sorodnih pravicah dovoljujem, da se zgoraj navedeno zaključno delo objavi na portalu

Digitalne knjižnice Univerze v Mariboru.

Tiskana verzija zaključnega dela je istovetna z elektronsko verzijo elektronski verziji, ki

sem jo oddal za objavo v Digitalno knjižnico Univerze v Mariboru.

Podpisani izjavljam, da dovoljujem objavo osebnih podatkov, vezanih na zaključek študija

(ime, priimek, leto in kraj rojstva, datum zaključka študija, naslov zaključnega dela), na

spletnih straneh in v publikacijah UM.

Kraj in datum: Brdinje, 22.11.2012 Podpis avtorja:

Documents

ZAMENJAVA POGONA NA SREDNJI PROGI V VALJARNI