697 - Pomiary Automatyka Robotyka

NAUKA
dr hab. inĪ. Ryszard Arendt, mgr inĪ. Andrzej KopczyĔski
Politechnika GdaĔska, Wydziaá Elektrotechniki i Automatyki
BADANIA SYMULACYJNE ROZRUCHU SILNIKA INDUKCYJNEGO
STERU STRUMIENIOWEGO STATKU
W artykule przedstawiono moĪliwoĞci zastosowania modeli matematycznych
elementów skáadowych steru strumieniowego statku oraz wykorzystania badaĔ
symulacyjnych przy doborze algorytmów sterowania. Przedstawione procedury
oraz modele matematyczne zostaną wáączone do systemu ekspertowego
wspomagającego projektowanie statków.
SIMULATION INVESTIGATION OF STARTING AN INDUCTION
MOTOR OF SHIP THRUSTERS
This paper deals with the problem of mathematical models applications of
component elements of ship thrusters and simulations at a choice of control
algorithms. The design procedures and mathematical models will be used in
expert system for aided design of ship power systems.
1. WPROWADZENIE
W dzisiejs zych rozwi ązaniach technicznych statków powszechnie stosuje si
Ċ stery
strumieniowe tunelowe um ieszczone poprzeczn ie do osi statku. S ą to aktywne urz ądzenia
sterująco-napĊdowe stosowane do precyzyjnego sterowania ruchem
statku, przy bardzo
maáych pr ĊdkoĞciach ruchu, w warunkach portowych oraz zak áóceniach ruchu wywo áanych
wiatrem i falowaniem . Stery stru mieniowe s ą wykorzystywane równie Ī do dynam icznej
stabilizacji poáoĪenia statku wiertniczego lub innego specjalistycznego [1, 2, 3, 7, 9].
Do wytwarzania si áy naporu stosuje si Ċ na stĊpujące p Ċdniki: Ğruby nastawne, Ğruby
o skoku staáym, dysze strum ieniowe, p Ċdniki cykloidalne, pom py od Ğrodkowe oraz inne.
Przyjmuje si Ċ ro związania tech niczne n apĊdu z silnikam i spalinowym i, silnik ami
elektrycznymi, m aszynami hydraulicznym i oraz turbinam i parowym i lub gazowym i.
NajwiĊkszą popularno Ğü zyska áy stery strum ieniowe tunelowe poprzeczne, w których do
napĊdu stosuje siĊ silnik indukcyjny, a pĊdnikiem jest Ğruba nastawna.
Elektrownia statku jest wydzielonym obiektem, w którym za áączenie pojedynczego
obciąĪenia, jakim jest silnik steru strumieniowego, powoduje znaczne zakáócenia. CzĊsto moc
silnika indukcyjnego jest porównywalna z m ocą zespoáu prądotwórczego, gdzie bezpoĞrednie
zaáączenie silnika spowoduje awaryjne wy áączenie zespo áu i m oĪliwoĞü wyst ąpienia tzw.
„blackout’u”. Zastosowanie, jako p Ċdnika, Ğruby nastawnej um oĪliwia rozru ch silnik a
indukcyjnego o niewielkim obci ąĪeniu (z zerowym skokiem Ğruby), nie m niej jednak pr ąd
rozruchowy silnika mo Īe przekracza ü sze Ğciokrotnie pr ąd znam ionowy, co spowoduje
„zapaĞü” sy stemu elektroenerg etycznego statk u, b ądĨ przekroczen ie wym agaĔ towarzystw
klasyfikacyjnych statku.
Konieczne staje si Ċ stosowanie takich m etod i algorytm ów sterowania pracy silnika
indukcyjnego, które zapewni ą bezpieczn ą pr acĊ elektrow ni statku w ka Īdych warunkach
i speánienie wy magaĔ towarzystw klasyfikacyjnych statków. Zastosowanie znalaz áy uk áady
„miĊkkiego startu” takie jak: rozruch z u
Īyciem prze áącznika gwiazda-trójk ąt, rozruch
transformatorowy, stosowanie siln ika pier Ğcieniowego ze zm ienną rezystancj ą w obwodzie
wirnika, czy te Ī zastosowanie przem ienników cz ĊstotliwoĞci (równie Ī sterowanie
wektorowe).
2/2011 Pomiary Automatyka Robotyka
697
NAUKA
W artykule przedstawiono wybrane zagadnienia doboru algorytm ów sterowania silnika
indukcyjnego z wykor zystaniem modeli m atematycznych elem entów sk áadowych steru
strumieniowego. Badania sym ulacyjne um oĪliwiáy dobór sekwencji czasowych sterownia
silnika indukcyjnego okre Ğlonym napi Ċciem, zapewniaj ącym zachowanie wym agaĔ
towarzystw klasyfikacyjnych.
2. STRUKTURY STERÓW STRUMIENIOWYCH
2. 1. Ster z rozruchem bezpoĞrednim
Przy rozruchu bezpo Ğrednim silnika indukcyjnego (rys. 1) wyst
Ċpują znaczn e pr ądy
rozruchowe. Moc elek trowni statku m usi kilku krotnie przekracza ü m oc za áączanego silnika
aby uniknąü wyáączenia awaryjnego. Znaczny skok prądu wprowadza duĪe zakáócenie w sieci
elektroenergetycznej statku. W skazane są badania sym ulacyjne wpáywu zaáączania silnika na
pracĊ generatorów synchronicznych.
L1
L2
L3
8
U<
I>I>I>
7
1
2
3
4
5
6
Rys. 1. Schemat zespoáu steru strumieniowego z rozruchem bezpoĞrednim
1 – silnik diesla, 2 – sprzĊgáo, 3 – generator synchroniczny, 4 – silnik indukcyjny, 5 – waá Ğrubowy,
6 – Ğruba o zmiennym skoku, 7 – szafa sterująca, 8 – sieü elektroenergetyczna statku
2.2. Ster z rozruchem gwiazda – trójkąt
Przy rozruchu silnika indukcyjnego gwiazda – trójk
ąt (rys.2) pr ąd rozruchowy zosta á
ograniczony w stosunku do rozruchu bezpo
Ğredniego. Mim o to pr ąd m oĪe przekracza ü
trzykrotnie wartoĞü znamionową. NaleĪy ten fakt uwzgl Ċdniü przy doborze m ocy elektrowni
statku. Równie Ī w tym przypadku wskazane s ą badan ia sym ulacyjne wp áywu za áączania
silnika na pracĊ generatorów synchronicznych.
2.3. Ster z rozruchem transformatorowym
Zastosowanie transformatora przy ro zruchu silnika indukcyjnego (rys. 3) um oĪliwia znaczne
ograniczenie pr ądu rozruchowego silnika indukcyjnego. Nale Īy dobra ü warto Ğci n apiĊcia
zasilania s ilnika i ich p rzeáączanie w czasie ro zruchu zapewniaj ące prac Ċ elek trowni statku
w zadanym przedziale prądów generatora synchronicznego. Prowadzone badania symulacyjne
umoĪliwiają dobór warto Ğci napi Ċü zas ilania s ilnika, czas ów pracy s ilnika przy danym
napiĊciu i sprawdzenie maksymalnych wartoĞci prądu rozruchowego.
698 Pomiary Automatyka Robotyka 2/2011
NAUKA
Rys. 2. Schemat zespoáu steru strumieniowego rozruchem przez przeáącznik gwiazda-trójkąt
Rys.3. Schemat zespoáu steru strumieniowego rozruchem przez autotransformator
3. MODELE MATEMATYCZNE BADANYCH PODZESPOàÓW
3.1. Model matematyczny silnika indukcyjnego
PrzyjĊto typowy model matematyczny silnika indukcyjnego [4, 8], opisany zale ĪnoĞciami (1–
14), uzyskanym i w wyniku przekszta ácenia ró wnaĔ opisuj ących obwody silnika. Struktur Ċ
modelu przedstawiono na rys. 4.
mE
İ se
Ȧse
k se
m pnw
Ȧ
In
Mn
rpm
Rys. 4. Struktura modelu silnika indukcyjnego
Równania opisujące model silnika indukcyjnego:
Z1 R1 jX 1 ,
(1)
2/2011 Pomiary Automatyka Robotyka
699
NAUKA
R2
(2)
jX 2 ,
s
gdzie: Z1 – im pedancja zespolona obwodów stojana, Z2 – impedancja zespolona obwodów
wirnika, s – po Ğlizg wirnika, R1 – rezystan cja s tojana, X1 – reaktancja stojan a, R2 –
rezystancja obwodu klatki, X2 – reaktancja sprzĊĪenia wirnika i obwodu klatki.
ImpedancjĊ zespoloną zastĊpczą poáączenia równolegáego reaktancji XM i impedancji Z2
wyraĪa równanie:
Z2
jX M ˜ Z 2
,
jX M Z 2
Z AB
(3)
gdzie: XM – reaktancja rozproszenia.
ImpedancjĊ zespoloną zastĊpczą Zz wyraĪa równanie:
Z z Z1 Z AB ,
Zespoloną wartoĞü prądu silnika I1 wyraĪa równanie:
U
,
Zz
I1
(4)
(5)
gdzie: U – amplituda napiĊcia zasilania.
Prąd klatki wirnika I2 wyznaczamy z zaleĪnoĞci:
U1 I1 ˜ Z1 ,
(6)
U AB U U1 ,
(7)
U AB
,
(8)
I2
Z2
Moment obrotowy generowany przez silnik indukcyjny moĪemy wyraziü zaleĪnoĞcią:
R2 2
˜ I2 ,
s
gdzie: mE – moment obrotowy generowany przez silnik indukcyjny.
PoĞlizg wirnika s wyznaczamy ze wzoru:
mE
(9)
Ȧ
(10)
s 1 pn se ,
Ȧ
gdzie: pn – liczba par biegunów stojana silnika, Zse – prĊdkoĞü kątowa wirnika s ilnika, Z –
pulsacja prądu przemiennego.
Liniowy opis cz ĊĞci m echanicznej silnika indukcyjnego. W artoĞü przenoszonego
momentu obrotowego przez waá silnika okreĞla równanie:
m pnw
k se İ se İ ws ,
(11)
gdzie: mpnw – moment przenoszony na wa á, kse – wspó áczynnik spr ĊĪystoĞci sk rĊtnej wa áu
silnika, Hws – droga kątowa z waáu odbiornika, Hse – droga kątowa waáu wirnika.
DrogĊ kątową waáu silnika moĪna wyraziü nastĊpująco:
t
İ se
³ Ȧse(t)dt ,
0
gdzie: Zse – prĊdkoĞü kątowa wirnika silnika.
700 Pomiary Automatyka Robotyka 2/2011
(12)
NAUKA
DynamikĊ mas wirujących silnika indukcyjnego opisują zaleĪnoĞci:
dȦes
mE mte m pnw ,
(13)
dt
mte kte ˜ Ȧse ,
(14)
gdzie: Tse – staáa rozbiegu mas wirujących silnika indukcyjnego, mte – moment tarcia wirnika
silnika, kte – wspóáczynnik wzmocnienia momentu tarcia wirnika.
Na podstawie opisów matematycznych (1–14) opracowano model matematyczny (rys. 5).
Tse
Ȧ se
rpm
Ȧ
p n se
Ȧ
Ȧ
U
s
Z1
R2
jX 2
s
jX M ˜ Z 2
Z AB
jX M Z 2
Z1 Z AB
U - U1
ZZ
Z1
Z2
U
ZZ
U AB
Mn
§ Im(I1 ) ·
¸¸
arctg¨¨
© Re(I1 ) ¹
R 1 jX1
Z2
Zz
s
1 - rpm
In
I1
I1
I1 ˜ Z1
U1
U AB R 2 m E
˜
Z2
s
Ȧ se
m E m te m pnw
m te
İ ws
Tse
³
³
İ se
k se İ se İ ws m pnw
k te ˜ Ȧse
Rys. 5. Model matematyczny silnika indukcyjnego
Korzystając ze Ğrodowiska sym ulacyjnego M ATLAB/Simulink zredagowano model
silnika indukcyjnego (rys. 5). Przyj
Ċto w artoĞci param etrów: Tse= 2, p n= 3, k se=1·10^7,
kte=0,02, pozostaáe parametry dobrano przy wykorzystaniu algorytmu genetycznego (pkt 4).
3.2. Model matematyczny waáu Ğrubowego
Opracowano liniowy m odel m atematyczny wa áu Ğrubowego [4], jako elem ent przekazuj ący
energiĊ mechaniczną ze Ĩródáa energii do Ğruby (rys. 6).
İ ws
m pnw
İ sr
+_
MODEL
MAS WIRUJĄCYCH
WAàU
_
+
k ws
m pns
Rys. 6. Struktura modelu waáu Ğrubowego
WartoĞü przenoszonego momentu obrotowego przez waá Ğrubowy okreĞla równanie:
m pns
k ws İ ws İ sr ,
(15)
2/2011 Pomiary Automatyka Robotyka
701
NAUKA
gdzie: mpns – m oment przenoszony na ĞrubĊ, kws – wspó áczynnik sprĊĪystoĞci skrĊtnej waáu,
Hws – droga kątowa waáu Ğrubowego, Hsr – droga kątowa Ğruby.
DrogĊ kątową waáu Ğrubowego moĪna wyraziü nastĊpująco:
t
İ ws
³ Ȧw(t)dt ,
(16)
0
gdzie: Zw – prĊdkoĞü kątowa waáu Ğrubowego.
DynamikĊ mas wirujących waáu Ğrubowego opisują zaleĪnoĞci:
dȦw
(17)
m pnw mtw m pns ,
dt
mtw ktw ˜ Ȧw ,
(18)
gdzie: Tws – sta áa rozb iegu m as wiruj ących w aáu Ğrubowego, mtw – mom ent tarcia wa áu
Ğrubowego, mpnw – mom ent przenoszony przez wa á Ğrubowy, k tw – wspó áczynnik
wzmocnienia momentu tarcia waáu Ğrubowego.
Na podstawie równaĔ (15–18) opracowano model matematyczny waáu Ğrubowego (rys. 7).
Tws
İ ws
m pnw
m pns
m pnw m tw m pns
Tws
m tw
³
Ȧw
³
İ ws İ sr
m pns
İ ws
k tw ˜ Ȧ w
Rys. 7. Liniowy model matematyczny waáu Ğrubowego
Korzystając ze Ğrodowiska sym ulacyjnego M ATLAB/Simulink zredagowano model
waáu Ğrubowego (rys. 11). PrzyjĊto wartoĞci parametrów: kws=8*10^6, Tws=0,001, ktw =0,001.
3.3. Model matematyczny Ğruby nastawnej
PrzyjĊto model m atematyczny Ğruby o zm iennym skoku [4]. Mode l opisuje nieliniowy
odbiornik energii mechanicznej (rys. 8), w którym m oment oporowy mQ pracującej Ğruby jest
funkcją: nastawionego skoku Ğruby, prĊdkoĞci kątowej waáu Ğrubowego i pr ĊdkoĞci liniowej
statku wzglĊdem wody.
m psr
İ sr
mQ
hp
Rys. 8 – Struktura modelu Ğruby o zmiennym skoku
W m odelu Ğruby (rys. 9) dynam ikĊ opisano modelem mas wiruj ących i oddzia áywaniem
Ğrodowiska na ĞrubĊ. WejĞciami modelu są: mpnsr - moment przekazywany do Ğruby, hp - skok
Ğruby, Vstatku – prĊdkoĞü statku, a wyjĞciem: Hsr - droga kątowa waáu Ğruby.
Ruch Ğruby wraz z waáem opisuje równanie:
dȦQ
m psr mQ ,
(19)
dt
gdzie: TQ - sta áa rozb iegu m as wi rujących wa áu Ğrubowego, ZQ - pr ĊdkoĞü kątowa wa áu
Ğrubowego, mQ - moment oporowy Ğruby.
TQ
702 Pomiary Automatyka Robotyka 2/2011
NAUKA
DrogĊ kątową waáu Ğruby moĪna wyraziü nastĊpująco:
t
İ sr
³ ȦQ(t)dt .
(20)
0
Do celów bada Ĕ sym ulacyjnych, przy za áoĪeniu, Īe pr ĊdkoĞü kątowa wa áu Ğrubowego
jest zawarta w przedziale 0,5 Zzn<Z<Zzn dodatnich prĊdkoĞci statku, mom ent oporowy Ğruby
o skoku nastawnym opisuje zaleĪnoĞü:
>
@
2 2
2
( 1 ȕ) ĮȦQ
h p ( 1 Į)v 2 h p ȕȦQ
,
mQ
(21)
gdzie:D, E - wspóáczynniki staáe.
Na podstawie równaĔ (19–21) opracowano model matematyczny Ğruby (rys. 9).
m pns
mQ
m psr m Q
³
TQ
>
ȦQ
³
@
İ sr
hp
2 2
2
(1 ȕ) ĮȦQ
h p (1 Į)v 2 h p ȕȦQ
Rys. 9. Nieliniowy model matematyczny Ğruby o zmiennym skoku
Korzystając ze Ğrodowiska sym ulacyjnego M ATLAB/Simulink zredagowano model
Ğruby o skoku nastawnym (rys. 11). Przyj Ċto wartoĞci parametrów: D=0.8, E=0.15, Vstatku=0,
TQ=0.09.
4. DOBÓR PARAMETRÓW PRZEZ ALGORYTM GENETYCZNY
Modele m atematyczne opisuj ą rzeczywiste obiekty przy pom ocy odpowiednich operatorów
matematycznych oraz param etrów. Odwzorowanie przez model dzia áania rzeczy wistego
elementu wymaga odpowiednio dobranych param etrów. Nie dla wszystkich elem entów (np.
silnika indukcyjnego), mo Īna przy pom ocy obliczeĔ matematycznych i na podstawie danych
katalogowych wyznaczy ü param etry m odeli. A zatem istnieje potrzeba ich estym
acji.
Parametry modelu dobierane s ą tak, aby zapewnia áy optimum zdefiniowanego kryterium
bliskoĞci charakterystyk modelu wzglĊdem charakterystyk wzorca. W tym celu wykorzystano
opracowaną wcze Ğniej m etodĊ dobru param etrów m odelu przy wykorzystaniu algorytm ów
genetycznych 6. Dzia áanie m odelu oceniano za pom
ocą kryterium zdefiniowanego
wyraĪeniem (22).
¦ ª« m pnw m pnw(WZ) 2 I n I n(WZ)2 º»
¬
¼
(22)
Parametry dobrane przez algorytm genetyczny to: R1=0,1198, X1=0,0090, R2=0,0099,
X2= 0,0759, XM= 1,4195, adekwatno Ğü liczona ze wzoru (2 2) wynosi 3 ,19, czas sy mulacji
210,9 s, liczba generacji 3000. Model silnika indukcyjnego z tymi parametrami odwzorowuje
pracĊ silnika zgodnie z kart ą katalogow ą AMA 4000L6D VAMH S2 800 kW uzyskan ą od
producenta – firmy ABB [3].
5. BADANIA SYMULACYJNE
Opracowane m odele m atematyczne zestawiono tworz ąc struk turĊ podsystemu steru
strumieniowego statku, z áoĪoną z silnika indukcyjnego, wa áu Ğrubowego oraz Ğruby o skoku
nastawnym. Badania sym ulacyjne wykonano w
Ğrodowisku MATLAB/Sim ulink.
Zredagowany m odel sym ulacyjny przed stawia rys. 11. Obliczenia wykonano
z wykorzystaniem procedury numerycznej ode15s. W wyniku badaĔ symulacyjnych uzyskano
2/2011 Pomiary Automatyka Robotyka
703
NAUKA
charakterystyki przedstawione na rys. 12–15.
ĝruba z ustawionym skokiem hp= 0 stawia
opory, które uwzglĊdniono w modelu Ğruby i przyjĊto jako 15 % obciąĪenia nominalnego.
Rys. 11. Model matematyczny badanej struktury zredagowany w MATLAB/Simulink
5.1. Badanie rozruchu steru strumieniowego z zaáączaniem bezpoĞrednim
Plan bada Ĕ: w chwili 0 s nast Ċpuje za áączenie zasilania U/Un= 100 %, 5 s ustawienie skoku
Ğruby hp=0,5 (50 % obci ąĪenia silnika), 10s ustawienie skoku Ğruby hp=1 (100 % obci ąĪenia
silnika), 15 s ustawienie skoku Ğruby hp=0 (rys. 12).
1
a) hp
6
b)
2
prąd
1.5
4
0.5
1
2
0
c) moment
0
10
20
0
0.5
0
10
20
0
0
10
20
Rys. 12. Symulowane przebiegi skoku Ğruby, prądu obciąĪenia, momentu elektromagnetycznego.
OĞ rzĊdnych wyraĪona w wartoĞciach wzglĊdnych, oĞ odciĊtych w sekundach
Badania sy mulacyjne wykazuj ą znaczne przekroczen ie p rądu znam ionowego silnika
indukcyjnego w chwili rozruchu – oko áo 5 razy (rys. 12b). W skazane jest badanie wp áywu
zaáączania silnika na pracĊ caáej elektrowni statku.
5.2. Badanie rozruchu steru z zaáączaniem do sieci przeáącznikiem gwiazda - trójkąt
Plan bada Ĕ: w chwili 0 s za áączenie zasilania U/Un= 57 % (odpowiednik obci ąĪenia dla
poáączenia w gwiazd Ċ), 15 s – z aáączenie zasilania U/Un= 100 % (praca w po
áaĪeniu
w trójkąt), z uwagi na zastosowanie prze áącznika gwiazda – trójk ąt zasym ulowano przerw Ċ
w zasilaniu 0,2 s w czasie przeáączania (rys. 13).
1
3
a) napiĊcie
1.5
b) prąd
c) moment
2
1
1
0.5
0.5
0
0
10
20
0
0
10
20
0
0
10
Rys. 13. Symulowane przebiegi napiĊcia, prądu obciąĪenia, momentu elektromagnetycznego.
OĞ rzĊdnych wyraĪona w wartoĞciach wzglĊdnych, oĞ odciĊtych w sekundach
704 Pomiary Automatyka Robotyka 2/2011
20
NAUKA
W chwili rozruchu na stĊpuje praw ie 3 krotne przekroczenie pr ądu znam ionowego silnika
indukcyjnego. Czas trwania rozruchu wyd áuĪyá si Ċ blisko 3 krotnie w porównaniu do
rozruchu bezpo Ğredniego silnika. Podczas p rzeáączania z gwiazdy na trójk ąt wyst Ċpują
znaczne warto Ğci udarowe pr ądu i m omentu. Równie Ī w tym przypadku wskazane jest
badanie wpáywu rozruchu silnika na pracĊ caáej elektrowni statku.
5.3. Badanie rozruchu steru strumieniowego z zaáączaniem poprzez autotransformator
Do bada Ĕ przyj Ċto za áoĪenia zgodn e z zalecen iami towarzystw klasyfikacyjnych, Īe pr ąd
rozruchowy nie powinien przek roczyü o 50 % warto Ğci nominalnej generatora oraz czas tego
przeciąĪenia nie powin ien przekracza ü 18 s. Aby dobra
ü napi Ċcia autotransf ormatora
zasymulowano rozruch silnik a z reg ulatorem PI sta áoprądowym. Sterowanie rozruchem przy
wykorzystaniu regulatora sta áoprądowego daje mo ĪliwoĞü regulacji maksym alnej warto Ğci
prądu rozruchowego. Jednak przy zbyt niskim napi Ċciu zas ilania m oment jest tak m aáy, Īe
ster strum ieniowy rusza bardzo wolno. Czyli sam a regulacja napi Ċcia przy sta áej warto Ğci
maksymalnej prądu jest niewystarczaj ąca. NaleĪy dobraü prąd rozruchowy, aby do Ğü szybko
pokonaü opory silnika, waáu oraz Ğruby. NapiĊcie regulowane jest przez regulator PI, tak, aby
czas przeciąĪenia nie przekraczaá 18 s, a prąd rozruchowy byá moĪliwie niski (rys. 14).
1
3
a) napiĊcie
3
b) prąd
0.8
2
2
0.6
1
1
0.4
0
10
20
0
0
10
20
0
c) moment
0
10
20
Rys. 14. Symulowane przebiegi napiĊcia, prądu obciąĪenia, momentu elektromagnetycznego.
OĞ rzĊdnych wyraĪona w wartoĞciach wzglĊdnych, oĞ odciĊtych w sekundach
Z przeprow adzonych bada Ĕ symulacyjnych (rys. 14) zaobserwowano, Īe przy U/Un =
50 % prąd rozruchowy przekracza 2,4 razy prąd nominalny, a czas rozruchu wynosi ok. 17 s.
ObniĪanie napi Ċcia zasilan ia pod awanego poprzez au totransformator powoduje
obniĪanie p rądu rozruchowego (rys. 13a,b, 14a,b). Stopie
Ĕ obni Īenia napi Ċcia mo Īemy
dobraü dowolnie. W rzeczywisto Ğci obni Īanie napi Ċcia rozruchowego powoduje równie Ī
wydáuĪenie czasu rozru chu co jest dodatkowo spot Ċgowane oporem (ok. 15 %) stawianym
przez ĞrubĊ, a przep isy towarzystw klasyfikacy jnych ograniczaj ą czas takiego przeci ąĪenia.
Mając to n a wzgl Ċdzie przyj Ċto plan bada Ĕ: w chwili 0s nast Ċpuje za áączenie zasilania
U/Un= 50 %, 25 s – za áączenie zasilania U/Un= 100 %. W trakcie prze áączania symulowano
przerwĊ w zasilaniu 0,2 s.
1
3
a) napiĊcie
1.5
b) prąd
2
1
1
0.5
c) moment
0.5
0
0
10
20
30
0
0
10
20
30
0
0
10
20
30
Rys. 15. Symulowane przebiegi napiĊcia, prądu obciąĪenia, momentu elektromagnetycznego.
OĞ rzĊdnych wyraĪona w wartoĞciach wzglĊdnych, oĞ odciĊtych w sekundach
2/2011 Pomiary Automatyka Robotyka
705
NAUKA
W chwili rozruchu nas tĊpuje prawie 2,4 krotne przekroczenie pr ądu znam ionowego
silnika indukcyjnego (rys. 15b). C zas trwania rozruchu wyd áuĪyá si Ċ blisko 4 krotnie
w porównaniu do rozruchu bezpo Ğredniego silnika. Podczas prze áączania miĊdzy odczepami
autotransformatora wyst Ċpują znaczne warto Ğci udarowe pr ądu i m omentu. Równie Ī w t ym
przypadku wskazane jest badanie wpáywu rozruchu silnika na pracĊ caáej elektrowni statku.
6. WNIOSKI
Prowadzenie bada Ĕ symulacyjnych u áatwia o bserwacjĊ procesów zachodz ących podczas
rozruchu i obci ąĪania podsystemu steru strum ieniowego statku. Mo Īna okreĞliü maksymalne
wartoĞci pr ądów silnika i zbada ü wp áyw rozruchu silnika na prac Ċ elek trowni statk u. Przy
rozruchu transformatorowym istnieje m oĪliwoĞü doboru warto Ğci napiĊü zasilających i chwil
przeáączania napiĊcia zasilania przy zapewnieniu granicznych wartoĞci prądu silnika.
Przeprowadzone badania wykazuj ą, Īe zm niejszanie pr ądu rozruchowego silnika
indukcyjnego prowadzi do wyd áuĪenia czasu rozruchu. Przy rozruchu prądem znamionowym
czas rozruchu znacznie siĊ wydáuĪa i osiąga wartoĞü XXs, co jest wartoĞcią zbyt duĪą. NaleĪy
znaleĨü komprom is pom iĊdzy czasem rozruchu, a warto Ğcią pr ądu rozruchowego. Na
podstawie badaĔ symulacyjnych moĪna równieĪ wnioskowaü, jaka m oc elektrowni powinna
byü do dysp ozycji w ch wili rozruchu silnika steru strum ieniowego, jeĪeli chcemy zachowaü
przepisy towarzystwa klasyfikacyjnego dotyczące systemu elektroenergetycznego statku.
Prezentowane prace dotyczą jedynie wycinka zagadnieĔ podejmowanych przez autorów
związanych z kom puterowo wspoma ganym projektowaniem uk áadów autom atyki systemów
energetycznych statku [4, 5, 6].
BIBLIOGRAFIA
1. ABB Zam ech: Ster strum ieniowy z rozruchem autotransfor matorowym TYP375TVULSTEIN, dokumentacja OS-2980-814V.1, 1995.
2. ABB Za mech: Ste r strum ieniowy z rozru chem gwiazda-trójk ąt, dokum entacja F 250Z2,
1992.
3. ABB Zamech: Silnik indukcyjny AMA 400L6D, dokumentacja 4902HD200, 2000.
4. Arendt R.: Hierarchiczne m
odele hybrydowe system u energetycznego statku o
definiowanej strukturze. Wydawnictwo Politechniki GdaĔskiej, GdaĔsk 2006.
5. Arendt R., Kopczy Ĕski A.: Zastosowanie m odeli m atematycznych przy projektowaniu
podsystemów energetycznych statków. Automation, Warszawa 2008.
6. Arendt R., Kopczy Ĕski A., W ojtczak M.: The choice of param eters of induction motor
model using a genetic algorithm. MMAR, MiĊdzyzdroje, 2004.
7. Galbas J. Krajczy Ĕski Z., Lisowski J.: Okr
Ċtowe stery strumieniowe. Gda
Ĕsk:
Wydawnictwo Morskie, 1986.
8. Zajczyk R. : Modele m atematyczne systemu elektroenergetycznego do badania
elektromechanicznych stanów nieustalonych i procesów
regulacyjnych, Wydawnictwo
Politechniki GdaĔskiej, GdaĔsk, 2003.
9. M. S. Chislett, Editor: Marine simulation and ship manoeuvrability, Rotterdam, 1996.
706 Pomiary Automatyka Robotyka 2/2011