prop. el. a navelor.docx

79
PROPULSIA ELECTRICA A NAVELOR Folosirea motorului electric pentru actionarea elicei sau a altui sistem de propulsie reprezinta in momentul de fata una din metodele moderne de propulsive. Motorul electric de actionare este instalat in imediasta vecinatate a elicei fiind cuplat mecanic sau electric cu aceasta. Alimentarea cu energie electrica a motorului de propulsie se face prin cabluri de la centrala electrica a navei. In cazul utilizarii propulsiei electrice, centrala electrica a navei are o putere mai mare. Marea majoritate a puterii acesteia fiind utilizata pentru alimentarea motoarelor de prapulsie, dar si a unor alte mecanisme sau instalatii. Spre deosebire de sistemul de propulsie directa a navelor (cu motor diesel sau turbina cuplata direct cu elicea), in cazul propulsiei electrice intre motorul care furnizeaza energie mecanica (diesel sau turbina) si motorul electric de propulsie se interpune generatorul electric din centrala si cablurile de legatura. In acest fel, energia mecanica se transforma in energie electrica la bornele generatorului si apoi aceasta in energie mecanica la axul motorului electric de propulsie. Sistemul de propulsie electrica presupune deci o transformare succesiva a energiei, respectiv: mecanica — electrica — mecanica. Aceste transormari succesive duc in final la o micsorare a randamentului instalatiei fata de cazul propulsiei mecanice directe. Datele arata ca propulsia directa are un randament de 0,95 — 0,98, iar cea electrica de 0,92—0,94. Cu toate acestea, propulsia electrica prezinta o serie de avantaje, printre care cele mai importante sunt : — posibilitatea alimentarii motoarelor de propulsie de la mai multe generatoare electrice, ceea ce asigura o utilizare mai rationala a motoarelor primare; -se poate asigura un randament optim al instalatiei de prapulsie la viteze reduse ale navei, intrucat se poate utilizeaza un numar optim de generatoare pentru acest regim; —se pot utiliza motoare primare diesel semirapide sau rapide. Motoarele semirapide sau ra- pide au gabarite, greutati si cost mai mici ;

Upload: lupudaniel2005

Post on 11-Nov-2015

31 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

PROPULSIA ELECTRICA A NAVELOR

Folosirea motorului electric pentru actionarea elicei sau a altui sistem de propulsie reprezinta in momentul de fata una din metodele moderne de propulsive.Motorul electric de actionare este instalat in imediasta vecinatate a elicei fiind cuplat mecanic sau electric cu aceasta. Alimentarea cu energie electrica a motorului de propulsie se face prin cabluri de la centrala electrica a navei. In cazul utilizarii propulsiei electrice, centrala electrica a navei are o putere mai mare. Marea majoritate a puterii acesteia fiind utilizata pentru alimentarea motoarelor de prapulsie, dar si a unor alte mecanisme sau instalatii.Spre deosebire de sistemul de propulsie directa a navelor (cu motor diesel sau turbina cuplata direct cu elicea), in cazul propulsiei electrice intre motorul care furnizeaza energie mecanica (diesel sau turbina) si motorul electric de propulsie se interpune generatorul electric din centrala si cablurile de legatura. In acest fel, energia mecanica se transforma in energie electrica la bornele generatorului si apoi aceasta in energie mecanica la axul motorului electric de propulsie. Sistemul de propulsie electrica presupune deci o transformare succesiva a energiei, respectiv: mecanica electrica mecanica. Aceste transormari succesive duc in final la o micsorare a randamentului instalatiei fata de cazul propulsiei mecanice directe.Datele arata ca propulsia directa are un randament de 0,95 0,98, iar cea electrica de 0,920,94. Cu toate acestea, propulsia electrica prezinta o serie de avantaje, printre care cele mai importante sunt : posibilitatea alimentarii motoarelor de propulsie de la mai multe generatoare electrice, ceea ce asigura o utilizare mai rationala a motoarelor primare;-se poate asigura un randament optim al instalatiei de prapulsie la viteze reduse ale navei, intrucat se poate utilizeaza un numar optim de generatoare pentru acest regim;se pot utiliza motoare primare diesel semirapide sau rapide. Motoarele semirapide sau ra-pide au gabarite, greutati si cost mai mici ; la instalatiile electrice de propulsie se poate inversa cu usurinta sensul de rotate al elicei, prin scheme simple care inverseaza sensul de rotatie a motorului electric; instalatiile electrice de propulsie pot fi comandate din orice punct al navei, ceea ce le face mult mai manevrabile; centrala electrica ce alimenteaza motoarele de propulsie poate fi plasata in orice punct al navei, obtinindu-se astfel o buna repartizare a compartimentelor ; exista posibilitatea executarii unor reparatii la matoarele primare fara a scoate nava din exploatare ; experienta arata ca vibratiile in timpul marsului navei sunt mai reduse fata de propulsia directa; se pot utiliza mai multe motoare de propulsie care asigura o rezerva de putere la iesirea din functiune a unui motor; la unele tipuri de nave, generatoarele centralei electrice servesc si pentru alimentarea altor mecanisme de la bord ; astfel dispare necesitatea utilizarii unor grupuri electrogene auxiliare; la instalatiile electrice de propulsie se poate asigura un reglaj al vitezei mai bun si totodata o manevrabilitate mai sigura; se pot atenua socurile pe care le-ar putea suporta motorul diesel, datorita bandarii cirmei intr-un bord sau lovirii elicei de un corp solid.Propulsia electrica in comparatie cu propulsia directa prezinta si o serie de dezavantaje, respectiv : -costul mai ridicat al instalatiei;-utilaj mai complex;- randament mai scazut la sarcina nominala; -la unele tipuri de nave greutatea instalatiei este mai mare decat sistemul classic de propulsie.Propulsia electrica este utilizata pe nave inca din deceniul al treilea al secolului XX. Astazi aceast tip de propulsie este utilizata pe pasagere, cargouri, remorchere, spargatoare de gheata, macarale, nave atelier, dragi etc.Motoarele electrice de propulsie utilizate sunt atat de curent continuu cat si de curent alternativ. La navele care au o putere la axul elicei de pana la 3000 kW se utilizeaza de obicei motoare de curent continuu. Aceste motoare se alimenteaza dintr-o centrala electrica de curent continuu sau curent alternativ la care generatoarele sunt antrenate de motoare diesel. La navele cu puteri de peste 3000 kW se utilizeaza ca motoare de propulsive motoare de curent alternativ (sincrone sau asincrone) alimentate de la o centrala echipata cu generatoare sincrone antrenate de motoare diesel sau turbine cu abur.Tensiunile de alimentare ale motoarelor de propulsie sunt diverse. In curent continuu se utilizeaza tensiuni pana la 1,2 kV, iar in current alternativ pina la 11 kV.Frecventa curentului alternativ utilizat pentru propulsie este de asemenea diversa, totusi in jurul valorii de 50 Hz. Acest lucru este posibil deoarece centrala electrica de la bord este un sistem independent.

Propulsia electrica in curent continuuUtilizarea motoarelor electrice de propulsie de curent continuu se face la navele care nu depasesc o putere de 3000 kW la axul elicei. Generatoarele de curent continuu ale centralei electrice care funizeaza energia necesara motoarelor de propulsie sunt antrenate de obicei de motoare diesel.Actionarea elicei cu motoare electrice de curent continuu se face in principiu prin sistemul grup generator motor.Motoarele de curent continuu sint de tipul cu excitatie independenta, iar generatoarele sunt de tipul cu excitatie mixta sau cu trei infasurari de excitatie.

1. Generatoare de curent continuu utilizate pentru alimentarea motoarelor de propulsie Energia electrica in curent continuu pentru alimentarea motoarelor de propulsie este furnizata de grupuri diesel-generatoare. Generatorul de curent continuu poate avea diverse tipuri de infasurari de excitatie in scopul obtinerii unei caracteristici externe convenabile : U = f(I).In fig.1. sunt indicate trei tipuri de caracteristiei externe, intalnite la generatoarele de propulsie (curbele a, b si c). Tot in aceasta figura se indica si caracteristicile P = f(I), adica puterea debitata la borne de generator in functie de curentul sau (curbele a, b' si a).

Fig. 1. Caracteristicile U = f(I) si P = f(I), pentru trei tipuri de excitatie a generatorului.

Curba a reprezinta o caracteristica externa rigida in domeniul de mers in gol si sarcina nominala (100% In). Aceasta caracteristica apartine unui generator cu excitatie mixta diferentiala la care infasurarea serie are o actiune slaba pana la sarcina nominala, practic tensiunea la borne ramine constanta odata cu cresterea intensitatii curentului debitat, iar puterea creste aproape liniar, corespunzator curbei a.Caracteristica externa b este a unui generator mixt diferential la care excitatia serie este puternica. Caderea de tensiune in domeniui (0 100%) este mai mare. Puterea creste dupa curba b'.Caracteristica exiterna c este a unui generator cu trei infasurari de excitatie. Acesta in afara infasurarilor de excitatie derivatie si serie montate diferential mai are si o infasurare independenta la care fluxul magnetic se adauga la cel al infasurarii derivatie (fig. 2). Aceste generatoare se construiesc de obicei fara infasurari de compensare a reactiei indusului.Generatoarele cu caracteristici de tipul b si c sint utilizate pentra alimentarea motoarelor de curent continuu care actioneaza elice ce pot fi supuse la suprasarcini (bandarea cirmei intr-un bord, lovirea de corpuri imersate etc.).

Fig. 4.2. Schema generatonului cu trei infasurari : 1 infasurare independenta ; 2 infasurare derivatie ; 3 infasurare serie.

In acest caz, prin cresterea curentului absorbit de motor, deci si cel debitat de generator, tensiunea scade foarte mult ducind la iesirea din functiune a motorului si totodata se limiteaza curentul debitat de generator (max. 200% In sau 300 % In ). Totodata este protejat si motorul diesel la aparitia acestor suprasarcini. Cele afirmate sunt sustinute si de caracterul curbelor b' si c in comparat;ie cu curba a (fig. 1). Se vede ca la curbele b' si c maximul de putere scade fata de curba a.La generatorul cu trei infasurari, infasurarea de excitatie independenta (1 din fig.2) este adesea utilizata in procesul de inversare a sensului de rotate a elicei, prin schimbarea polaritatii tensiunii de la bornele generatorului si implicit si a motorului electric de propulsie.Cu cit este mai mare procentul solenatiei infasurarii derivatie (2 din fig. 2) fata de solenatia totala inductoare a generatorului, cu atit vor fi mai scurte procesele tranzitorii care apar in regimuri, precum schimbarea sensului prin schimbarea polaritatii infasurarii independente.In principiu, un generator se poate echipa cu mai multe infasurari de excitatie, asupra carora putem interveni (infasurari de comanda) pentru a obtine caracteristici externe convenabile. Practic masinile echipate cu mai multe infasurari de excitatie, sunt cu gabarite si greutati mari. Infasurarile de comanda se plaseaza pe un generator de excitatie care alimenteaza infasurarile de excitatie a generatoarelor principale. In acest sistem se poate obtine un caracter mai lin al comenzilor.

2. Motoare de propulsie de curent continuuMotoarele de propulsie de curent continuu sunt de obicei de tipul cu excitatie independenta, infasurarea de excitatie servind si ca infasurare de comanda.

Motoarele de propulsie in timpul functionarii sunt solicitate in regimuri dinamice ca : -pornire, -frinare, -inversarea sensului,-reglarea vitezei.Procesul da inversare a turatiei este precedat de toate celelalte regimuri dinamice (pornire, frinare).Pentru modificarea turatiei elicei, deci a vitezei navei, exista in cazul propulsiei in curent oontinuu, trei posibilitati, respectiv: modificarea campului inductor al generatoarelor sau a campului inductor al excitatoarelor acestora (comanda la cuplu constant); modificarea campului infasurarii de excitatie a motorului de propulsie (comanda la putere constanta) ; modificarea turatiei motoarelor primare diesel (aceasta metoda se utilizeaza la sarcini partiale pentru reducerea uzurii motoarelor diesel).Pentru a ilustra modul de reglare a turatiei elicei folosind primele doua metode, se considera schema de actionare din fig. 3, in care intreaga putere a motorului de propulsie este furnizata de patru generatoare de puteri egale. Fiecare generator da la turatia nominala 25% din tensiunea si puterea totala.

Fig. 3. Schema de propulsie cu patru generatoare legate in serie : generatoare legate in serie : MD motor diesel ; G generator de c.c. ; M motor de propulsie ; a intreruptor.

Impartirea puterii totale pe mai multe grupuri electrogene este indicata in vederea unei exploatari economice a navei la sarcini reduse deci si la viteze reduse (de exemplu la navigatia costiera indelungata). De asemenea, impartirea puterii pe mai multe grupuri electrogene influenteaza si natura motoarelor diesel. Nu trebuie exagerat cu impartirea puterii pe prea multe grupuri, datorita cresterii complexitatii instalatiei.Corespunzator schemei din fig. 3, in fig.4 se indica caracteristicile: -putere-turatie P = f(n),-tensiune-turatie U = f(n). La conectarea unui generator, viteza de rotatie a motorului elicei poate ajunge la 25% din cea nominala (punctul 1), dar elicea consuma doar aproximativ 5%, din puterea totala desi motoral diesel poate da 25% din puterea totala. Astfel instalatia de propulsie este slab solicitata. Pentru utilizarea completa a puterii generatorului se foloseste metoda a doua de reglare a turatiei, prin micsorarea cimpului magnetic a excitatei motorului de propulsive. In acest mod turatia poate fi marita pana se atinge punctul 2 (circa 60% din turatia nominala) unde grupul electrogen este solicitat integral (25% din puterea si tensi;unea nominala). Deci, utilizand metoda a doua de reglare a turatiei se poate atinge cu un singur grup circa 60% din turatia nominala.In mod analog se procedeaza cind se utilizeaza doua grupuri electrogene (punctele 3 si 4) si trei grupuri (punctele 5 si 6). La cuplarea tuturor celor patru grupuri nu mai este necesara micsorarea campului magnetic de excitatie a motorului.Din cele de mai sus rezulta ca. o instalatie de propulsie in curent continuu are avantajul ca actionand asupra generatoarelor si motoarelor electrice se poate asigura o incarcare completa a motoarelor diesel respunzator puterii cerute de elice.Modificarea tensiunii de alimentare a motorului de propulsie (metoda 1) se poate face in trepte, ca in exemplul de mai sus, sau lin actionand asupra excitatiei generatoarelor.Practic cele doua posibilitati de reglare a turatiei se pot obtine cu un dispozitiv unic de comanda, actionand succesiv asupra excitatiei generatoarelor si motoarelor (fig. 5).

Fig. 4. Caracteristicile U= f(n) - curba a si P = f(n) curba b.

Fig. 5. Dispozitiv de comanda :1,4 slabirea campului motorului ; 2,3 intarirea campului generatorului ; 5,8 puncte de tensiune minima la generator ; 6,7 puncte de curent nominal.

Reglarea turatiei la putere constanta (metoda 2), are o mare importanta la o serie de nave unde este nevoie de forta de tractiune mare la viteze mici si forte de tractiune mica la viteze mari (remorchere, spargatoare de gheata etc.). Acest aspect este aratat in fig. 6, in care se reprezinta caracteristica de elice putere-turatie pentru un remorcher in patru cazuri, respectiv : curba a, remorcher fara convoi ; curba b, remorcher la punct fix; curba c, remorcher cu convoi (in sarcina) ; curba d, remorcher cu prapulsie directa (mecanica). Dupa cum rezulta din fig. 6, la punct fix, puterea nominala se atinge la circa 90% din turatia nominala a elicei (punctul 2).

Fig. 6. Caracteristicile de elice.

Punctele 1, 2 si 3 din fig. 6 dau puterea maxima pe care ar putea sa o dea motoarele diesel cuplate direct cu elicea. La propulsia cu motoare de curent continuu se pot atinge punctele 1', 2', 3' prin micsorarea campului de excitatie al motoarelor de propulsie.La propulsia in curent continuu, cuplul motorului primar diesel este transformat in cuplul electromagnetic al motorului electric. Din acest motiv la propulsia electrica se vorbeste de transformarea cuplurilor. Aceasta transformare a cuplurilor are o importanta deosebita deoarece cuplul motorului electric de curent continuu are o variatie cu turatia convenabila propulsorului.3. Prescriptii ale societatilor de clasificare privind generatoarele si motoarele de propulsive in curent continuuTinind seama de importantia instalatiei de propulsie in ansamblul de functionare a navei, societatile de clasificare impun cerinte deosebite generatoarelor si motoarelor de propulsie. Dintre aceste cerinte retinem : supravegherea fabricatiei motoarelor si generatoarelor cu puteri mai mari de 100 kW ; masuri pentru impiedicarea aparitiei curentilor in lagare ;masuri impotriva formarii apei condensate, la masini cu tensiuni mai mari de 500 V, prin montarea unor echipamente de incalzire (Pentru evitarea aparitiei apei condensate este suficienta o incalzire a masiniior cu citeva grade peste temperatura mediului ambient) ; ventilarea in circuit inchis cu racirea aerului cald nu se utilizeaza decit la instalatiile cu volum mic de aer in sala masinilor, (La instalatiile de pu'teri mici aspirarea si refularea aerului se face din salamasiniior, iar la cele de puteri mari din atmosfera. In acest din urma caz se iau masuri speeiale pentru impiedicarea patrunderii apei de mare sau de ploaie in interior) ; cuplajul generatorului cu motorul diesel se face de obicei rigid, ,dar exista motoare diesel care permit numai cuplaj elastic ; motoarele de propulsie se cupleaza elastic cu sistemul de transmisie ; motoarele diesel pot fi montate pe amortizoare din metal, acest sistem reprezinta un avantaj al propulsiei electrice care duce la micsorarea oscilatiilor ; sistemul oscilant ,,motor diesel-generator" nu prezinta probleme de proiectare, deoarece motorul diesel functioneaza la o singura turatie sau cel mult doua turatii ; sistemul oscilant ,,motor arborele elice" se verifica la rezonanta (Frecventa impulsurilor elicei este data de relatia : f= N n, unde : f este frecventa impulsurilor ; N numarul palelor elicei ; n turatia elicei ); cele doua sisteme oscilante nu se influenteaza reciproc ; datele experimentale arata ca la o nava cu patru grupuri electrogene amplitudinea cuplului alternativ nu depaseste 0,4% din valoarea cuplului elicei ; oscilatiile amortizate ale motorului diesel pot lua valori periculoase daca frecventa palelor elicei corespunde cu frecventa corespunzatoare turatiei acestuia ; tablourile de comanda se executa din tabla de otel (Criteriile constructive sunt siguranta in exploatare si claritatea montajului. Pe tablourile de comanda se monteaza aparatele de intrerupere si comutare si aparatajul de masura si semnalizare ; se poate monta si aparatajul de reglare, cum ar fi reostatele de excitatie, caz in care pupitrele de navigatie sunt prevazute cu sisteme de telecomenzi ale acestor reostate) ; reostatele de excitatie, chiar daca sint prevazute cu telecomenzi, au in mod obligatoriu dispozitive manuale de actionare ; la instalatiile electrice de propulsie in curent continuu se monteaza cite un pupitru de navigatie pe punte si in sala masinilor (Pupitrul instalat la puntea de comanda contine numai echipamentul de comanda si control absolut necesar pentru navigate. Pupitrul de comanda din sala masinilor se poate combina cu tabloul principal de comanda si poate fi echipat cu mai multe aparate de control si masura, fiind deservit de personalul navei) ; in curent continuu, la puteri mari de propulsie, din cauza tensiunilor relativ reduse, rezulta sectiuni mari pentru cablurile principale care leaga generatoarele cu motoarele de propulsie (Aceste cabluri se monteaza in canale ventilate care pot fi inundate in caz de incendiu).

4. Sisteme de propulsie in curent continuuExista o mare varietate de sisteme electrice de actionare a elicei in curent contiuu. Aceste sisteme pot fi clasificate in : sisteme de propulsie cu tensiune constanta; sisteme de propulsie cu grup generator-motor ; sisteme de propulsie cu curent constant ; sisteme auxiliare de propulsie ; sisteme de propulsie comandate cu elemente statice. 4.1. Sisteme de propulsie la tensiune constantaAceste sisteme de propulsie folosesc bateriile de acumulatoare pentru alimentarea motorului de actionare a elicei. Ele se folosesc pe navele mici. Costul instalatiei este relativ ridicat, dar este compensat de cheltuielile reduse de exploatare. Sistemul este avantajos atunci cand se pot incarca acumulatoarele de la mal.Acest sistem prezinta calitati deosebite in ceea ce priveste functionarea silentioasa, eliminarea vibratiilor si a poluarii prin gazele de evacuare.Motorul de propulsie poate fi cu excitatie derivatie sau serie. Viteza propulsorului se regleaza prin variatia curentului de excitatie a motorului.Puterea motorului de propulsie se alege astfel incat sa dezvolte puterea nominala la viteza maxima pe durata de exploatare ceruta a navei.Motorul cu excitatie serie are avantajul ca se adapteaza mai bine rezistentelor sporite la inaintarea navei (cuplul electromagnetic creste cu scaderea turatiei). Motorul serie prezinta insa pericolul de ambalare in cazul avariei elicei.Frinarea elicei se poate face prin frinarea dinamica a motorului de propulsie (frinarea rapida) sau prin frinarea in contracurent atunci cind aceasta este urmata de inversarea sensului.Comanda motorului de propulsie (pornire, reglarea turatiei, frinarea, inversarea sensului) se poate face din cabina de comanda cu ajutorul unui controler.La acest sistem de propulsie apare o dificultate in adaptarea vitezei motorului la viteza elicei. Motoarele de curent continuu cu puteri mici (315 kW) au turatii nominate cuprinse intre 15002000 rot/min. Turatia optima a elicei la aceste puteri este cuprinsa intre 300400 rot/min. dar functionarea motorului la aceste turatii se face la randament scazut, de aceea solutia cea mai buna este un reductor de turatie intre motor si elice. Sistemul cu reductor are un randament mai bun decit cel cu motor, functionind la turatie redusa.Schema electrica de principiu a propulsiei la tensiune constanta este reprezentata in fig. 7 a. Comanda schemei se face cu ajutorul unui controler a carui diagrama este reprezentata in fig. 7 b.Din diagrama contactelor controlerului rezulta modul de functionare a schemei. Exemplu : pe pozitia 2 ,,Inainte sunt inchise contactele 52 si 53 care sunteaza rezistenta r1 si astfel motorul este alimentat la tensiumea nominala ; de asemenea, sunt inchise contactele 56 si 59 care fixeaza o anumita polaritate a tensinii de alimentare, rotindu-se motorul in sensul ,,Inainte".

4.2. Sisteme de propulsie cu grup generator-motor

Instalatiile de propulsie electrica in curent continuu de puteri mari sunt concepute dupa sistemul grup generator-motor. Generatoarele de curent continuu sunt antrenate de obicei de motoare primare diesel care functioneaza la turatie constanta independent de turatia elicei. Asa, dupa cum se stie, in sistemul grup generator-motor se poate face un reglaj de turatie convenabil in limite largi la cuplu constant sau la putere constanta. Cel mai frecvent este utilizat reglajul la cuplu constant. Reglarea turatiei la cuplu constant se face prin variatia tensiunii generatoarelor, regland curentul de excitatie a acestora sau a excitatoarelor (in cazul instalatiilor cu masini de excitatie). Intr-adevar, daca sarcina la axul elicei este constanta si curentul absorbit de motor este constant. Cuplul electromagnetic al motorului este dat de expresia:

(1)

unde : I - este curentul absorbit de motor ; fluxul inductor al motorului, = K im (pentru circuit magnetic nesaturat) ; im curentul de excitatie al motorului ; kM si K constante ale masinii.Mentinind curentul de excitatie al motorului constant, rezulta ca cuplul acestuia se mentine constant.Prin reglarea curentului de excitatie al generatorului se modifica tensiunea la bornele sale si deci tensiunea aplicata motorului. Prin modificarea tensiunii motorului se modifica turatia acestuia la cuplu constant. Puterea motorului : P=2nM va creste odata cu cresterea turatiei. Modificarea turatiei motorului in acest caz se poate face de la zero la turatia nominala a motorului, asa cum rezulta din fig. 8, unde s-au trasat familiile de caracteristici mecanice ale motorului la diverse valori ale tensiunii de alimentare.

Fig. 7. Propulsia la tensiune constanta : a schema de principlu ; b diagram controlerulul ;M motor de de c.c. ; Ex. excitatia motorulul ; r1 rezistenta in circuitul indusulul ; r2 -rezistenta in circuitul de excitatie ; B baterie de acumulatoare ; R redresor pentru incarcarea acumulatoarelor ; C contactor ; c1, c2 contactele contactorului ; K1 comutator ; b1b9 contactele controlerulul.

Ecuatia turatiei se poate scrie:

(2)

unde : Ug -tensiunea la bornele generatorului ; eg t.e.m. a generatorului; rg, rm rezistenta indusului generatorului si respectiv motorului ;m fluxul de excitatie al motorului ; Kem, Kegconstante ce caracterizeaza generatorul si motorul.

Din relatia (2) rezulta ca modificand curentul de excitatie al generatorului ig pentru o masina nesaturata se modifica turatia motorului ce actioneaza elicea.

Fig. 8. Caracteristicile mecanice ale motorului de c.c. cu excitatie independenta, la variatia tensiunii de alimentare.

In cazurile cele mai frecvente intreaga putere necesara propulsiei se imparte pe mai multe generatoare legate in serie sau derivatie. Avantajul divizarii puterii pe mai multe generatoare a fost aratat anterior. De obicei se prefera schema serie ca in fig. 9, unde intreaga putere s-a impartit pe patru generatoare de propulsie. Generatoarele se pot conecta sau deconecta individual chiar sub sarcina, operatie realizata cu comutatoarelor-selectoare a, prin care se alimenteaza cele doua motoare M.Utilizarea a doua motoare de propulsie duce la marirea fiabilitatii dar si la o utilizare mai rationiala a puterii de prapulsie.Montajul serie al generatoarelor (fig. 10 a) are doua avantaje ; reglajul vitezei motoarelor diesel nu trebuie sa se faca cu mare precizie (cum este cazul la legarea in paralel) ; la iesirea din functiune a unui generator nu se suprasolicita generatoarele ramase in functiune.Montajul derivatie al generatoarelor (fig.10b) are insa avantajul ca iesirea din functiune a unui generator nu micsoreaza tensiunea de alimentare a motoarelor, deci acestea isi mentin turatia, dar se suprasolicita generatoarele, care ramin in exploatare. Montajul derivatie ofera si avantajul unor sectiuni mai mici ale cablurilor ce leaga generatoarele cu reteaua (aceat aspect este important mad ales la sistemele electrice de propulsie cu puteri instalate mari)In fig.9, se poate observa ca pe langa generatoarele de propulsie, motoarele diesel antreneaza si patru generatoare auxiliare care alimenteaza retteaua bordului, iar unul dintre ele si reteaua de excilatie. Generatoarele auxiliare functioneaza in paralel cu reteaua bordului, fapt care impune ca turatia motoarelor diesel sa nu aiba variatii mari la disipatia sarcinii sau la manevre.

Fig. 9. Schema de propulsie cu generatoare montate in serie :G - generator de propulsie ; M - motor de propulsie ; g - generator auxiliar ;e1 - excitatia motoarelor ; e2 - excitatia independenta a generatoarelor ;e2' -excitatia serie a generatoarelor ; MD -motor diesel ; r1- reostat de excitatie a motorului ;r2 - reostat de excitatie a generatoruiui ; i -retea de excitatie h - reteaua bordului ;R - transmisie ; a -comutator selector.Dupa cum s-a aratat mai inainte, generatoarele de propulsie pot avea o caracteristica externa moale in asa f el incit sa se limiteze efectul suprasarcinilor care pot aparea la elice. O schema care realizeaza aceasta functie este reprezentata in fig. 11. Aceasta confine un generator de excitatie ce are o infasurare de excitatie independenta strabatuta de curentul de sarcina al motorului elicei.In schema din fig.11 comanda se face cu reostate conectaite in infasurarea de excitatie a generatorului de excitatie, deci la putere mica,. ceea ce face posibila amplasarea reostatelor pe puntea de comanda.

Fig.10. Repartitia tensiunilor si curentilor la legarea in serie si derivatie a generatoarelor :a - schema serie ; b - schema derivatie.

Fig.11. Schema de propulsie cu excitatia excitatoarei in functie de sarcina :m1 - motorul elicei ; M2 - motorul excitatoarei ; G - generatoare de propulsie ;. g - generatoare auxillare ;Ge - generator de excitatie (excitatoare) ; eg - excitatia generatoarelor de propulsie ; em - excitatia motoarelor elicei ; e1 - excitatie derivatie ; e2 - excitatia independenta in functie de sarcina ; e3 - excitatie independenta pentru schimbarea sensului ; rl, r2 - reostate ; i - inversor ; f - retea de excitatie ; h - retea de bord ; MD - motor diesel.

4.3. Instalatii de propulsie la curent constant;

Instalatiile de propulsie la curent constant se realizeaza dupa sistemul grup generator-motor functionand la putere constanta. Acest sistem de propulsie este mai rar utilizat. Acesta are caracteristic raglarea turatiei elicei prin reglarea curentului de excitatie a motorului de propulsie, deci modificand cuplul acestuia ( ). Daca curentul absorbit de motor ramane constant (sarcina la axul elicei constanta) prin actiunea asupra fluxului inductor al motorului m in sensul micsorarii sale, cuplul scade, turatia creste, iar produsul: 2nMn = P ramine constant. Toate aceste considerente sunt valabile cu conditia ca motorul sa fie nesaturat.In fig. 12 se reprezinta familia de caracteristici mecanice ale motorului elicei pentru diverse valori ale fluxului inductor. Din aceasta caracteristica se vede ca la modificarea fluxului inductor, pentru un cuplu constant, se modifica turatia. Reglajul turatiei prin modificarea fluxului inductor rezulta si din expresia turatiei motorului :

Scheme de propulsie la curent constant se intilnesc pe dragi. In fig.13 se prezinta o schema de propulsie la curent constant utilizata pe o draga. Schema se compune din trei motoare legate in serie, dintre care doua pentru elici, iar al treilea pentru pompa de dragare. Motoarele sint alimentate de la un singur generator a carui tensiune se modifica in functie de curent in asa fel incit curentul care strabate indusul motoarelor sa ramana constant.

Fig. 12. Caracteristica n = f(M) la diverse valoriale fluxului 'de excitable.

Fig. 13. Schema de propulsie la curent constant utilizata la dragi : M motor de propulsie ; MD motor diesel ; b retea de bord ; eelice ; d pompa ; G generator de propulsie ; r regulator de current ; h retea de excitatie ; i invertor; e infasurare de excitatie a motoarelor ; g generator pentru reteaua bordului ; a intreruptor ; rm reostat de excitatie a motorului : ej excitatia generatorului.

Propulsia in current alternativ 1.1.Noiuni generaleModelul navei pentru care se proiecteaz instalaia de propulsie electric este o nav de tip LPG (Liquefiedpetroleum gas[footnoteRef:2]). Pentru propulsia navei se va alege propulsoare de tip Azipod[footnoteRef:3], datorit acestui tip de propulsor nava poate naviga n condiii de gheaa,datorit posibiliti de a naintnd cu pupa, unde elicea va avea i rolul de a sparge gheaa. Corpul navei este proiectat cu dublu fund. [2: Gaz petrolier lichefiat] [3: Numele de marc nregistrat de compania ABB pentru propulsoarele de tip pod.]

Centrala electric, postul de transformare i panourile de comanda i controlsunt poziionata la pupa, oferind astfel un spaiu mai mare pentru tancurile de depozitare a gazului petrolier lichefiat, i o lungime mai scurta de conductoare pentru alimentarea propulsoarelor. 1.2. Dimensiunile principale a corpului de nav Lungimea maxim LMAX = 240,11 Lungime navei la linia de plutire LCWL = 231,3 m Lime B =35,06 m Adncime D = 18,03m Pescaj T = 13,61 m Deadweight Dw = 67000dwt. 1.3. Instalaiile naveiNava are n dotare instalaii de bord care asigur securitatea navigaiei, integritatea mrfii transportate, condiii necesare pentru locuit i pentru desfurarea activitii echipajului.Instalaiile existente pe nav sunt: Instalaii electrice Instalaii de navigaie Comunicri si semnalizare Instalaii mecanice Radiocomunicaie Instalaia de rcire tancuri Instalaia de aer condiionat Instalaia de cambuz

Instalaiile de stins incendiu din dotarea navei sunt: Instalaia de stins incendiu cu CO2[footnoteRef:4] [4: Dioxid de carbon]

Instalaia de stins incendiu cu spum Instalaia de stins incendiu cu ap de mare Extinctoare portabile de tip standard i cu capacitai mai mari

Echipamente de salvare O barc de salvare cu cdere liber aflat la pupa cu o capacitate de 24 locuri 4 plute de salvare cu o capacitate de 12 persoane aflate la pupa i o pluta de salvare cu o capacitate de 8 persoane aflat la prova

Capitolul IIDescrierea sistemului de propulsie electricSistemul de propulsie electrica este alctuit dintr-o centrala electric, panouri de control, transformatoare, convertoare de frecven i motorul de propulsie2.1. TransformatorulScopul principal al transformatorului n sistemul electric este de a obine diferite nivele de tensiune dar este folosit i la schimbarea fazelor. n cazul propulsiei electrice se folosesc dou tipuri de transformatoare cele cu baie de ulei i cele uscate. Cele dou mari companii productoare ABB i Rolls Royce a propulsoarelor electrice folosesc transformatoare uscate. 2.1.1. Tipologii de transformatoare folosite pentru alimentarea redresoarelorDistorsiunile armonice sunt efecte nedorite ntr-un sistem electric, acestea pot fi reduse prin mrirea numrului de pulsuri pe convertizoarele de frecven. Dup cum se observ, o modalitate de a crete numrul de pulsuri este de a mri numrul de nfurri secundare ale transformatorului ca in cazul transformatoarelor din figura 2.1 punctele b i c.

a) b) c) d)Fig. 2.1a transformator cu 6 pulsuri; b transformator cu 12 pulsuri;c transformator cu 18 pulsuri; d transformator cu 24 de pulsuri Structura de baz a unui transformator monofazat este alctuit din dou bobine nfurate pe un miez feromagnetic. Acest lucru nsemnnd ca cele doua bobine sunt izolate galvanic, dar conectate magnetic. nfurrile dintr-un transformator sunt n mod normal conectate n stea sau triunghi. 2.1.2. Conexiune stea sau triunghintr-o conexiune stea terminaiile impedanelor sunt conectate ntre ele iar n cazul conexiuni triunghi impedanele sunt conectate ntre faze. Cnd se utilizeaz o conexiune de stea, jonciunea poate fi conectat la nul cea ce in cazul conexiuni triunghi nu este posibil.

a) b)Figura. 2.2. a) conexiune triunghi; b) conexiune stea.n mod general n primarul transformatorului se realizeaz conexiunea triunghi iar n secundar conexiunea stea. 2.2. Convertoarele de frecvenScopul principal al convertoarelor de frecven este acela de a controla viteza si cuplul motorului prin schimbarea frecventei. Datorit dezvoltri semiconductoarelor este posibil proiectarea de diferite tipuri de convertoare. Un efect nedorit a convertoarelor este crearea de distorsiuni armonice.Semiconductorii se pot clasifica n trei categorii n funcie de posibilitatea de control la deschiderea i nchiderea lor. n prima categorie se afl diodele care deschiderea i nchiderea lor se face prin comutaie natural. A doua categorie sunt tiristoarele care sunt semi-comandate adic pentru deschiderea lor trebuie sa primeasc un semnal i rmn deschise pan cnd curentul nu scade sub valoarea curentului de meninere sau pn cnd este polarizat invers. Iar cea de a treia categorie sunt dispozitivele semiconductoare complet comandate.

Motorul este controlat de tensiunea de ieire din convertizor, prin urmare, controlul convertorului este o parte vital n sistemul de acionare. Scopul convertorului este de a produce o sinusoid cu amplitudine i frecven variabil.La tipul de propulsie pod se folosesc n general trei tipuri de convertoare prezentate n figura 2.3. Cicloconvertoarele i invertorul comutat de sarcin (Load Commutated Inverter LCI) sunt cele mai des utilizate.Invertoarele de tensiune (VoltageSourceInverter VSI) este al treilea tip de convertoare care se folosete la comanda propulsiei electrice si se deosebete de celelalte prin faptul c folosete tranzistoare de putere care sunt complet comandate. Datorita acestei posibiliti de control al comutaiei de nchidere i deschidere a transistorului se poate realiza o modulaie n durat. Cele mai utilizate comutatoare de putere n domeniul propulsiei electrice sunt IGCT (Integrated Gate CommutatedThyristor) i IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).

Figura 2.3 Scheme de convertoare utilizate n propulsia electric cu:a) Invertor comutat de sarcin (Load Commutated Inverter LCI);b) Cicloconvertor; c) Invertor de tensiune (Voltage Source Inverter VSI)VSI i LCI au o construcie asemntoare, au n construcie un redresor cu diode care alimenteaz cu curent continuu un invertor care controleaz frecvena. Cicloconvertoarele spre deosebire de celelalte modific frecvena ntr-un singur pas. 2.2.1. CicloconvertoareCicloconvertoarele realizeaz conversia energiei de c.a. cu parametrii constani, n mod direct, tot n energie de c.a., ai crei parametri pot fi modificai prin comand. Funcionarea cicloconvertoarelor se bazeaz pe principiul redresoarelor bidirecionale, obinute prin conectarea n antiparalel a dou redresoare identice (figura 2.4).

Figura 2.4. Schema de principiu a unui cicloconvertor monofazatDiferena fa de redresoarele bidirecionale const n comanda celor dou redresoare, deoarece tensiunea u0 pe sarcin trebuie s fie alternativ. Prin comanda ce urmrete ca valorile medii ale tensiunilor redresate de cele dou redresoare s fie ct mai apropiate de o sinusoid.Dac i sunt unghiurile de comand ale tiristoarelor redresorului A respectiv B, se constat c cicloconvertoarele pot avea cureni de circulaie, dac: + = sau pot funciona fr curent de circulaie.Pentru a identifica modul de comand necesar, se presupune c tensiunea de referin din circuitul de comand este cosinusoidal, de forma:ur = UdA - UdBSe poate demonstra c impulsurile de comand trebuie generate n circuitul de comand la coincidena valorilor tensiunilor de referin i de comand (figura 2.4), respectiv pentru t = .innd seama de expresia tensiunii de referin ur, rezult c:uc = Umaxcosde unde:cos = uc / Umax

Figura 2.5. Explicativ privind comanda cicloconvertoarelor

Figura 2.6. Regimurile de funcionare ale cicloconvertoarelorR regimul de redresor; P regimul de convertor pasiv;A regimul de activ; I regimul de invertor.Cicloconvertoarele pot fi folosite la motoarele sincrone ct i la motoarele asincrone.

Figura 2.7. Schema unui cicloconvertor trifazat cu 6 pulsuriAvantajul principal al cicloconvertoarelor este datorat faptului c pot produce cupluri mari la viteze sczute cu o pulsaie de torsiune mic. Un alt avantaj l prezint faptul c tensiunea de alimentare a motorului conine distorsiuni armonice sczute fa de Convertoarele LCI.Un dezavantaj ar fi faptul c frecvena de ieire nu are valori ridicate, aproximativ 25 Hz ce reprezint jumtate din frecvena de ieire a convertoarelor VSI i LCI. 2.2.2. Invertoare de tensiune(VoltageSourceInverter VSI)Sunt diferite tipologii de comand a VSI. n mod normal la controlul invertoarelor se folosete modulaia n durat. Principiul modulaiei sinusoidale pure, caracterizate printr-un semnal de referin triunghiular i un semnal de comand sinusoidal, cost n comanda elementelor semiconductoare de comutaie T+ i T- de pe aceiai faz pe intervalele n care uc>ur , respectivuc