Plik PDF - 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 dzisiejszych rozwiązaniach technicznych statków powszechnie stosuje siĊ stery
strumieniowe tunelowe umieszczone poprzecznie do osi statku. Są to aktywne urządzenia
sterująco-napĊdowe stosowane do precyzyjnego sterowania ruchem statku, przy bardzo
maáych prĊdkoĞciach ruchu, w warunkach portowych oraz zakáóceniach ruchu wywoáanych
wiatrem i falowaniem. Stery strumieniowe są wykorzystywane równieĪ do dynamicznej
stabilizacji poáoĪenia statku wiertniczego lub innego specjalistycznego [1, 2, 3, 7, 9].
Do wytwarzania siáy naporu stosuje siĊ nastĊpujące pĊdniki: Ğruby nastawne, Ğruby
o skoku staáym, dysze strumieniowe, pĊdniki cykloidalne, pompy odĞrodkowe oraz inne.
Przyjmuje siĊ rozwiązania techniczne napĊdu z silnikami spalinowymi, silnikami
elektrycznymi, maszynami hydraulicznymi oraz turbinami parowymi lub gazowymi.
NajwiĊkszą popularnoĞü zyskaáy stery strumieniowe tunelowe poprzeczne, w których do
napĊdu stosuje siĊ silnik indukcyjny, a pĊdnikiem jest Ğruba nastawna.
Elektrownia statku jest wydzielonym obiektem, w którym zaáączenie pojedynczego
obciąĪenia, jakim jest silnik steru strumieniowego, powoduje znaczne zakáócenia. CzĊsto moc
silnika indukcyjnego jest porównywalna z mocą zespoáu prądotwórczego, gdzie bezpoĞrednie
zaáączenie silnika spowoduje awaryjne wyáączenie zespoáu i moĪliwoĞü wystąpienia tzw.
„blackout’u”. Zastosowanie, jako pĊdnika, Ğruby nastawnej umoĪliwia rozruch silnika
indukcyjnego o niewielkim obciąĪeniu (z zerowym skokiem Ğruby), nie mniej jednak prąd
rozruchowy silnika moĪe przekraczaü szeĞciokrotnie prąd znamionowy, co spowoduje
„zapaĞü” systemu elektroenergetycznego statku, bądĨ przekroczenie wymagaĔ towarzystw
klasyfikacyjnych statku.
Konieczne staje siĊ stosowanie takich metod i algorytmów sterowania pracy silnika
indukcyjnego, które zapewnią bezpieczną pracĊ elektrowni statku w kaĪdych warunkach
i speánienie wymagaĔ towarzystw klasyfikacyjnych statków. Zastosowanie znalazáy ukáady
„miĊkkiego startu” takie jak: rozruch z uĪyciem przeáącznika gwiazda-trójkąt, rozruch
transformatorowy, stosowanie silnika pierĞcieniowego ze zmienną rezystancją w obwodzie
wirnika, czy teĪ zastosowanie przemienników czĊstotliwoĞci (równieĪ sterowanie
wektorowe).
2/2011 Pomiary Automatyka Robotyka
697
NAUKA
W artykule przedstawiono wybrane zagadnienia doboru algorytmów sterowania silnika
indukcyjnego z wykorzystaniem modeli matematycznych elementów skáadowych steru
strumieniowego. Badania symulacyjne umoĪliwiáy dobór sekwencji czasowych sterownia
silnika indukcyjnego okreĞlonym napiĊciem, zapewniającym zachowanie wymagaĔ
towarzystw klasyfikacyjnych.
2. STRUKTURY STERÓW STRUMIENIOWYCH
2. 1. Ster z rozruchem bezpoĞrednim
Przy rozruchu bezpoĞrednim silnika indukcyjnego (rys. 1) wystĊpują znaczne prądy
rozruchowe. Moc elektrowni statku musi kilkukrotnie przekraczaü moc zaáączanego silnika
aby uniknąü wyáączenia awaryjnego. Znaczny skok prądu wprowadza duĪe zakáócenie w sieci
elektroenergetycznej statku. Wskazane są badania symulacyjne wpáywu zaáączania silnika na
pracĊ generatorów synchronicznych.
L1
L2
L3
8
U<
I>I>I>
7
1
2
3
4
6
5
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 – trójkąt (rys.2) prąd rozruchowy zostaá
ograniczony w stosunku do rozruchu bezpoĞredniego. Mimo to prąd moĪe przekraczaü
trzykrotnie wartoĞü znamionową. NaleĪy ten fakt uwzglĊdniü przy doborze mocy elektrowni
statku. RównieĪ w tym przypadku wskazane są badania symulacyjne wpáywu zaáączania
silnika na pracĊ generatorów synchronicznych.
2.3. Ster z rozruchem transformatorowym
Zastosowanie transformatora przy rozruchu silnika indukcyjnego (rys. 3) umoĪliwia znaczne
ograniczenie prądu rozruchowego silnika indukcyjnego. NaleĪy dobraü wartoĞci napiĊcia
zasilania silnika i ich przeáączanie w czasie rozruchu zapewniające pracĊ elektrowni statku
w zadanym przedziale prądów generatora synchronicznego. Prowadzone badania symulacyjne
umoĪliwiają dobór wartoĞci napiĊü zasilania silnika, czasów pracy silnika 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 zaleĪnoĞciami (1–
14), uzyskanymi w wyniku przeksztaácenia równaĔ opisujących obwody silnika. StrukturĊ
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 – impedancja zespolona obwodów stojana, Z2 – impedancja zespolona obwodów
wirnika, s – poĞlizg wirnika, R1 – rezystancja stojana, X1 – reaktancja stojana, 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
I2
,
(8)
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 silnika, Z –
pulsacja prądu przemiennego.
Liniowy opis czĊĞci mechanicznej silnika indukcyjnego. WartoĞü przenoszonego
momentu obrotowego przez waá silnika okreĞla równanie:
m pnw
k se İ se İ ws ,
(11)
gdzie: mpnw – moment przenoszony na waá, kse – wspóáczynnik sprĊĪystoĞci skrĊtnej waáu
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
R2
jX 2
s
jX M ˜ Z 2
Z AB
jX M Z 2
Z2
Z1 Z AB
U - U1
Mn
§ Im(I1 ) ·
¸¸
arctg¨¨
© Re(I1 ) ¹
R 1 jX1
Z1
Zz
s
1 - rpm
ZZ
Z1
Z2
U
ZZ
U AB
In
I1
I1
I1 ˜ Z1
U1
U AB R 2 m E
˜
Z2
s
Ȧ se
m E m te m pnw
Tse
m te
İ ws
³
³
İ se
k se İ se İ ws m pnw
k te ˜ Ȧse
Rys. 5. Model matematyczny silnika indukcyjnego
Korzystając ze Ğrodowiska symulacyjnego MATLAB/Simulink zredagowano model
silnika indukcyjnego (rys. 5). PrzyjĊto wartoĞci parametrów: Tse=2, pn=3, kse=1·10^7,
kte=0,02, pozostaáe parametry dobrano przy wykorzystaniu algorytmu genetycznego (pkt 4).
3.2. Model matematyczny waáu Ğrubowego
Opracowano liniowy model matematyczny waáu Ğrubowego [4], jako element przekazujący
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 – moment przenoszony na ĞrubĊ, kws – wspóáczynnik 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 – staáa rozbiegu mas wirujących waáu Ğrubowego, mtw – moment tarcia waáu
Ğrubowego, mpnw – moment przenoszony przez waá Ğrubowy, ktw – wspóáczynnik
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 symulacyjnego MATLAB/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 matematyczny Ğruby o zmiennym skoku [4]. Model opisuje nieliniowy
odbiornik energii mechanicznej (rys. 8), w którym moment oporowy mQ pracującej Ğruby jest
funkcją: nastawionego skoku Ğruby, prĊdkoĞci kątowej waáu Ğrubowego i prĊdkoĞci liniowej
statku wzglĊdem wody.
m psr
İ sr
mQ
hp
Rys. 8 – Struktura modelu Ğruby o zmiennym skoku
W modelu Ğruby (rys. 9) dynamikĊ opisano modelem mas wirujących i oddziaáywaniem
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 - staáa rozbiegu mas wirujących waáu Ğrubowego, ZQ - prĊdkoĞü kątowa waáu
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 badaĔ symulacyjnych, przy zaáoĪeniu, Īe prĊdkoĞü kątowa waáu Ğrubowego
jest zawarta w przedziale 0,5Zzn<Z<Zzn dodatnich prĊdkoĞci statku, moment 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
m psr m Q
³
TQ
mQ
>
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 symulacyjnego MATLAB/Simulink zredagowano model
Ğruby o skoku nastawnym (rys. 11). PrzyjĊto wartoĞci parametrów: D=0.8, E=0.15, Vstatku=0,
TQ=0.09.
4. DOBÓR PARAMETRÓW PRZEZ ALGORYTM GENETYCZNY
Modele matematyczne opisują rzeczywiste obiekty przy pomocy odpowiednich operatorów
matematycznych oraz parametrów. Odwzorowanie przez model dziaáania rzeczywistego
elementu wymaga odpowiednio dobranych parametrów. Nie dla wszystkich elementów (np.
silnika indukcyjnego), moĪna przy pomocy obliczeĔ matematycznych i na podstawie danych
katalogowych wyznaczyü parametry modeli. A zatem istnieje potrzeba ich estymacji.
Parametry modelu dobierane są tak, aby zapewniaáy optimum zdefiniowanego kryterium
bliskoĞci charakterystyk modelu wzglĊdem charakterystyk wzorca. W tym celu wykorzystano
opracowaną wczeĞniej metodĊ dobru parametrów modelu przy wykorzystaniu algorytmów
genetycznych 6. Dziaáanie modelu oceniano za pomocą 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, adekwatnoĞü liczona ze wzoru (22) wynosi 3,19, czas symulacji
210,9 s, liczba generacji 3000. Model silnika indukcyjnego z tymi parametrami odwzorowuje
pracĊ silnika zgodnie z kartą katalogową AMA 4000L6D VAMH S2 800 kW uzyskaną od
producenta – firmy ABB [3].
5. BADANIA SYMULACYJNE
Opracowane modele matematyczne zestawiono tworząc strukturĊ podsystemu steru
strumieniowego statku, záoĪoną z silnika indukcyjnego, waáu Ğrubowego oraz Ğruby o skoku
nastawnym. Badania symulacyjne wykonano w Ğrodowisku MATLAB/Simulink.
Zredagowany model symulacyjny przedstawia 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 badaĔ: w chwili 0s nastĊpuje zaáączenie zasilania U/Un=100 %, 5 s ustawienie skoku
Ğruby hp=0,5 (50 % obciąĪenia silnika), 10s ustawienie skoku Ğruby hp=1 (100 % obciąĪenia
silnika), 15 s ustawienie skoku Ğruby hp=0 (rys. 12).
1
6
a) hp
2
b) 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 symulacyjne wykazują znaczne przekroczenie prądu znamionowego silnika
indukcyjnego w chwili rozruchu – okoáo 5 razy (rys. 12b). Wskazane jest badanie wpáywu
zaáączania silnika na pracĊ caáej elektrowni statku.
5.2. Badanie rozruchu steru z zaáączaniem do sieci przeáącznikiem gwiazda - trójkąt
Plan badaĔ: w chwili 0 s zaáączenie zasilania U/Un=57 % (odpowiednik obciąĪenia dla
poáączenia w gwiazdĊ), 15 s – zaáączenie zasilania U/Un=100 % (praca w poáaĪeniu
w trójkąt), z uwagi na zastosowanie przeáącznika gwiazda – trójkąt zasymulowano przerwĊ
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 nastĊpuje prawie 3 krotne przekroczenie prądu znamionowego silnika
indukcyjnego. Czas trwania rozruchu wydáuĪyá siĊ blisko 3 krotnie w porównaniu do
rozruchu bezpoĞredniego silnika. Podczas przeáączania z gwiazdy na trójkąt wystĊpują
znaczne wartoĞci udarowe prądu i momentu. RównieĪ 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 badaĔ przyjĊto zaáoĪenia zgodne z zaleceniami towarzystw klasyfikacyjnych, Īe prąd
rozruchowy nie powinien przekroczyü o 50 % wartoĞci nominalnej generatora oraz czas tego
przeciąĪenia nie powinien przekraczaü 18 s. Aby dobraü napiĊcia autotransformatora
zasymulowano rozruch silnika z regulatorem PI staáoprądowym. Sterowanie rozruchem przy
wykorzystaniu regulatora staáoprądowego daje moĪliwoĞü regulacji maksymalnej wartoĞci
prądu rozruchowego. Jednak przy zbyt niskim napiĊciu zasilania moment jest tak maáy, Īe
ster strumieniowy rusza bardzo wolno. Czyli sama regulacja napiĊcia przy staáej wartoĞci
maksymalnej prądu jest niewystarczająca. NaleĪy dobraü prąd rozruchowy, aby doĞü 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 przeprowadzonych badaĔ 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 napiĊcia zasilania podawanego poprzez autotransformator powoduje
obniĪanie prądu rozruchowego (rys. 13a,b, 14a,b). StopieĔ obniĪenia napiĊcia moĪemy
dobraü dowolnie. W rzeczywistoĞci obniĪanie napiĊcia rozruchowego powoduje równieĪ
wydáuĪenie czasu rozruchu co jest dodatkowo spotĊgowane oporem (ok. 15 %) stawianym
przez ĞrubĊ, a przepisy towarzystw klasyfikacyjnych ograniczają czas takiego przeciąĪenia.
Mając to na wzglĊdzie przyjĊto plan badaĔ: w chwili 0s nastĊpuje zaáączenie zasilania
U/Un=50 %, 25 s – zaáączenie zasilania U/Un=100 %. W trakcie przeáączania 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 nastĊpuje prawie 2,4 krotne przekroczenie prądu znamionowego
silnika indukcyjnego (rys. 15b). Czas trwania rozruchu wydáuĪyá siĊ blisko 4 krotnie
w porównaniu do rozruchu bezpoĞredniego silnika. Podczas przeáączania miĊdzy odczepami
autotransformatora wystĊpują znaczne wartoĞci udarowe prądu i momentu. RównieĪ w tym
przypadku wskazane jest badanie wpáywu rozruchu silnika na pracĊ caáej elektrowni statku.
6. WNIOSKI
Prowadzenie badaĔ symulacyjnych uáatwia obserwacjĊ procesów zachodzących podczas
rozruchu i obciąĪania podsystemu steru strumieniowego statku. MoĪna okreĞliü maksymalne
wartoĞci prądów silnika i zbadaü wpáyw rozruchu silnika na pracĊ elektrowni statku. Przy
rozruchu transformatorowym istnieje moĪliwoĞü doboru wartoĞci napiĊü zasilających i chwil
przeáączania napiĊcia zasilania przy zapewnieniu granicznych wartoĞci prądu silnika.
Przeprowadzone badania wykazują, Īe zmniejszanie prądu rozruchowego silnika
indukcyjnego prowadzi do wydáuĪenia czasu rozruchu. Przy rozruchu prądem znamionowym
czas rozruchu znacznie siĊ wydáuĪa i osiąga wartoĞü XXs, co jest wartoĞcią zbyt duĪą. NaleĪy
znaleĨü kompromis pomiĊdzy czasem rozruchu, a wartoĞcią prądu rozruchowego. Na
podstawie badaĔ symulacyjnych moĪna równieĪ wnioskowaü, jaka moc elektrowni powinna
byü do dyspozycji w chwili rozruchu silnika steru strumieniowego, jeĪeli chcemy zachowaü
przepisy towarzystwa klasyfikacyjnego dotyczące systemu elektroenergetycznego statku.
Prezentowane prace dotyczą jedynie wycinka zagadnieĔ podejmowanych przez autorów
związanych z komputerowo wspomaganym projektowaniem ukáadów automatyki systemów
energetycznych statku [4, 5, 6].
BIBLIOGRAFIA
1. ABB Zamech: Ster strumieniowy z rozruchem autotransformatorowym TYP375TVULSTEIN, dokumentacja OS-2980-814V.1, 1995.
2. ABB Zamech: Ster strumieniowy z rozruchem gwiazda-trójkąt, dokumentacja F250Z2,
1992.
3. ABB Zamech: Silnik indukcyjny AMA 400L6D, dokumentacja 4902HD200, 2000.
4. Arendt R.: Hierarchiczne modele hybrydowe systemu energetycznego statku o
definiowanej strukturze. Wydawnictwo Politechniki GdaĔskiej, GdaĔsk 2006.
5. Arendt R., KopczyĔski A.: Zastosowanie modeli matematycznych przy projektowaniu
podsystemów energetycznych statków. Automation, Warszawa 2008.
6. Arendt R., KopczyĔski A., Wojtczak M.: The choice of parameters of induction motor
model using a genetic algorithm. MMAR, MiĊdzyzdroje, 2004.
7. Galbas J. KrajczyĔski Z., Lisowski J.: OkrĊtowe stery strumieniowe. GdaĔsk:
Wydawnictwo Morskie, 1986.
8. Zajczyk R.: Modele matematyczne 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