ΣΥΣΤΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΩΝ ΙΣΧΥΟΣ ΓΙΑ ΤΗΝ Ο ΗΓΗΣΗ ΑΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΚΙΝΗΤΗΡΩΝ 315 KW ΜΕ ΚΟΙΝΟ ΑΞΟΝΑ.- ΜΕΛΕΤΗ KAI ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ

Transcript

1 ΣΥΣΤΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΩΝ ΙΣΧΥΟΣ ΓΙΑ ΤΗΝ Ο ΗΓΗΣΗ ΑΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΚΙΝΗΤΗΡΩΝ 315 KW ΜΕ ΚΟΙΝΟ ΑΞΟΝΑ.- ΜΕΛΕΤΗ KAI ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ Γεώργιος Α. Χριστόπουλος M.Sc MBA *, ρ.-μηχ. Αθανάσιος N. Σαφάκας** *ΠΑΡΑΛΟΣ Τεχνική Α.Ε. Ακτή Μιαούλη Πειραιάς Τηλ.: /Fax: **Εργαστήριο Ηλεκτροµηχανικής Μετατροπής Ενέργειας Τµήµα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ Tηλ: /Fax: Περίληψη Στην παρούσα εργασία αναδεικνύεται, πώς προβλήµατα λειτουργίας εξ αιτίας µηχανικών φθορών στο σύστηµα κίνησης περιστροφικού κλιβάνου, εξαλείφθηκαν µε την εφαρµογή σύγχρονων διατάξεων ηλεκτρονικών ισχύος. ιερευνήθηκαν οι παράµετροι φορτίου και ο τρόπος επιρροής τους στη λειτουργία κινητηρίου συστήµατος κλιβάνου, αποτελουµένου από δύο ασύγχρονους κινητήρες ισχύος 315kW οι οποίοι συνδέονται µηχανικά µε κοινό γρανάζι. Ο έλεγχος των κινητήρων πραγµατοποιείται από δύο ξεχωριστές µονάδες µετατροπέων αλλά µε κοινή ανόρθωση. Ο δυναµικός έλεγχος εξάλειψε τα προβλήµατα ταλαντώσεων και απόσβεσε τις απότοµες µεταβολές στρέψης, λόγω της µηχανικής φθοράς, του συστήµατος γραναζιών. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι σύγχρονες απαιτήσεις της βιοµηχανίας επιβάλλουν την αποτελεσµατική εφαρµογή τεχνικής και επιστηµονικής γνώσης για τη βελτίωση της απόδοσης µέσω της αύξησης των συντελεστών λειτουργίας, της µείωσης των στάσεων και της ελάττωσης των αναγκών συντήρησης. Τα προβλήµατα που ανακύπτουν στην παραγωγική διαδικασία λόγω µηχανικών φθορών είναι ιδιαιτέρως κρίσιµα, ιδίως για µονάδες συνεχούς λειτουργίας όπου σηµαντικό ρόλο διαδραµατίζει όχι µόνο η συνεχεία της λειτουργίας αλλά και η σταθερότητα των συνθηκών αυτής. Η απαιτούµενη ροπή µεταδίδεται στον κλίβανο µέσω ενός κινητήριου συστήµατος, αποτελούµενο από δύο ηλεκτροκινητήρες των οποίων η ταχύτητα υποδιπλασιάζεται ώστε να επιτευχθεί η επιθυµητή περιστροφική ταχύτητα κλιβάνου. Η ταχύτητα του κάθε κινητήρα υποβιβάζεται µέσω κατάλληλου µειωτήρα, ώστε να µεταδώσει κίνηση (µε κόµπλερ) σε δύο πινιόν, σε παράλληλους άξονες. Η ροπή από τα δύο πινιόν µεταδίδεται µέσω οδοντωτής στεφάνης, προσαρµοσµένης στην περιφέρεια του κλιβάνου, µειώνοντας περαιτέρω την ταχύτητα περιστροφής, όπως απεικονίζεται στο σχ.1. Σχήµα 1. Σχηµατική απεικόνιση της εφαρµοζόµενης διάταξης

2 Η απαιτούµενη ροπή εκκίνησης, σε εφαρµογές περιστρεφόµενων κλιβάνων στις τσιµεντοβιοµηχανίες είναι σηµαντικά µεγαλύτερη από την ονοµαστική ροπή. Το φαινόµενο αυτό οφείλεται στην εναπόθεση του υλικού στο κάτω µέρος του κλιβάνου, το οποίο κατά την περιστροφή προσκολλάται στα τοιχώµατα και ανυψώνεται µέχρι ενός οριακού σηµείου απ όπου αποκολλάται επιστρέφοντας στο κάτω µέρος του κλιβάνου. Η διαδικασία αυτή προκαλεί αντίθετες δυνάµεις, κρίσιµες για την ισορροπία του συστήµατος. Το παραπάνω σε συνδυασµό µε την φθορά των γραναζιών δηµιουργεί ασυνέχεια στη µεταδιδόµενη περιστροφή, προκαλώντας απρόβλεπτα φαινόµενα επιστροφής κινητικής ενέργειας και µηχανικών κραδασµών, καθώς ο ένας ηλεκτροκινητήρας «τραβάει» τον άλλον. Το φαινόµενο αυτό οφείλεται στις διαφορετικές αποστάσεις µεταξύ των οδόντων, λόγω φθοράς. Υπό αυτές τις συνθήκες διαπιστώνεται η χρησιµότητα παραµέτρων όπως η ροπή εκκίνησης, οι συνθήκες φόρτισης, οι χειρισµοί εκκίνησης και στάσης καθώς και πιθανές αλλαγές των υλικών κατασκευής. Η µελέτη και η διερεύνηση που παρουσιάζονται στην εν λόγω εργασία επικεντρώθηκαν στα παρακάτω: - ιασφάλιση, µε απευθείας έλεγχο, της ισοκατανοµής της ροπής µεταξύ των ασύγχρονων ηλεκτροκινητήρων. - ιασφάλιση στιγµιαίας υψηλής ροπής κατά την εκκίνηση (περισσότερο από 200%). - ιασφάλιση των απαιτήσεων λειτουργίας προσαρµογή της ταχύτητας αναφοράς µε τις αλλαγές του φορτίου. - ιασφάλιση των απαιτήσεων λειτουργίας ταχύτατες µεταβολές των ενεργειακών απαιτήσεων συναρτήσει των αλλαγών φορτίου και των µηχανικών καταπονήσεων. A. ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΟΥ ΕΛΕΓΚΤΗ ΤΡΙΦΑΣΙΚΟΥ ΑΣΥΓΧΡΟΝΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ Ένα τυπικό σύστηµα οδήγησης εναλλασσόµενου ρεύµατος αποτελείται από την ηλεκτρική τροφοδοσία, το µετατροπέα συχνότητας, τον κινητήρα εναλλασσόµενου ρεύµατος και το φορτίο, όπως παρουσιάζεται στο σχ.2. Στο εσωτερικό του µετατροπέα συχνότητας υπάρχει ένας ανορθωτής, ένα σύστηµα κοινού D.C. κι ένας αντιστροφέας. Η µονάδα ανόρθωσης µετατρέπει αρχικά την εναλλασσόµενη τάση σε συνεχή, ενώ στην συνέχεια ένας αντιστροφέας δύο επιπέδων τάσεων, γέφυρας έξι παλµών, µετατρέπει την συνεχή τάση σε εναλλασσόµενη µεταβαλλόµενης συχνότητας, η οποία τροφοδοτεί τον κινητήρα. Η µετατροπή από συνεχή σε εναλλασσόµενη τάση επιτυγχάνεται µε τη µέθοδο διαµόρφωσης εύρους παλµών (PWM) κατά την οποία οι παράµετροι ελέγχου είναι η συχνότητα εξόδου και η τάση του αντιστροφέα. Πάραυτα η ποιότητα του αποτελέσµατος της άνω διαδικασίας συχνά καθορίζεται από την ροπή και την ταχύτητα του κινητήρα, µεταβολές των οποίων οδηγούν σε διαφοροποιήσεις στην τάση και τη συχνότητα της εξόδου του αντιστροφέα. 1) 2) 3) 4) M Σχήµα 2. Ένα τυπικό σύστηµα οδήγησης AC αποτελούµενο από 1) τον ανορθωτή, 2) το σύστηµα κοινού D.C., 3) τον αντιστροφέα και 4) την ηλεκτρική παροχή. B. ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΑΠΕΥΘΕΙΑΣ ΕΛΕΓΧΟΥ ΡΟΠΗΣ (D.T.C.) Ο απευθείας έλεγχος της ροπής είναι µία πρωτοποριακή µέθοδος ελέγχου κινητήρων A.C. της οποίας πρωταρχικός στόχος είναι ο απευθείας έλεγχος της ροπής στον άξονα του κινητήρα, αντί του ελέγχου της συχνότητας εξόδου του αντιστροφέα. Κατά την εφαρµογή της µεθόδου η ροπή του κινητήρα υπολογίζεται κάθε 25µs και η επιθυµητή ροπή στον άξονα επιτυγχάνεται µε δυναµικό έλεγχο των ηλεκτρονικών ισχύος. Στα συστήµατα οδήγησης διαµόρφωσης εύρους παλµών η συχνότητα και η τάση εξόδου αποτελούν τα πρωταρχικά σήµατα έλεγχου για τα ηλεκτρονικά ισχύος. Στη µέθοδο D.T.C. η ροπή και η µαγνητική ροή αναφοράς συγκρίνονται µε τις πραγµατικές τους τιµές σε ελεγκτές υστέρησης, η έξοδος των οποίων παρέχει τις απαραίτητες πληροφορίες για τον έλεγχο των ηλεκτρονικών ισχύος. Το τµήµα ισχύος πραγµατοποιεί τους απαραίτητους χειρισµούς όπως προκύπτουν από την λογική µονάδα, όπως παρουσιάζεται στο σχ.3. Ο υπολογισµός της πραγµατικής ροπής και της µαγνητικής ροής πραγµατοποιείται σε ένα µοντέλο κινητήρα που επεξεργάζεται µετρήσεις της D.C. τάσης και του ρεύµατος δύο φάσεων

3 DIRECT TORQUE and FLUX ASICS TORQUE_REF FLUX_REF HYSTERESIS CONTROL TORQ_BITS FLUX_BITS CONTROL_BITS OPTIMAL SWITCHING LOGIC S1,S2,S3 HYSTERESIS FLUX_ACT TORQUE_ACT SPEED_ACT FREQ_ACT MOTOR MODEL CALCULATE ACTUAL VALUES ESTIMATE MOTOR PARAMETERS DC-VOLTAGE S1,S2,S3 CURRENT M Σχήµα 3. O πυρήνας του DTC αποτελούµενος από συγκριτές ροπής και µαγνητικής ροής, το µοντέλο του κινητήρα, τη µονάδα διακοπτικής λογικής και τα µετρητικά της DC τάσης και του ρεύµατος δυο φάσεων. Λόγω της ιδιαζούσης σηµασίας της εφαρµογής προτιµήθηκε η επιλογή της D.T.C. τεχνολογίας στην οποία σε αντίθεση µε την P.W.M. δεν υπάρχει το ανεπιθύµητο φαινόµενο καθυστέρησης, το οποίο προκαλείται από τον διαµορφωτή P.W.M. Τέτοιες καθυστερήσεις στα συστήµατα ελέγχου αυξάνουν σηµαντικά την πιθανότητα εµφάνισης φαινοµένων αστάθειας, επηρεάζοντας αρνητικά την συνολική απόδοση του συστήµατος. 2. ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΚΟΙΝΟΥ ΑΞΟΝΑ Η µοντελοποίηση για την υλοποίηση της εφαρµογής ουσιαστικά βασίστηκε στις ακόλουθες δυο περιπτώσεις. A. ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ ΕΝΟΣ ΑΝΟΡΘΩΤΗ, ΜΕ ΥΟ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΣΥΝ Ε ΕΜΕΝΟΥΣ ΣΕ ΚΟΙΝΟ ΑΞΟΝΑ Η απλούστερη περίπτωση µίας τέτοιας διάταξης είναι οι κινητήρες να έχουν ακριβώς ίδια χαρακτηριστικά (ισχύ, καµπύλη U/f, ένταση ρεύµατος, ρυθµό πόλων). Ο κοινός άξονας καθορίζει την ταχύτητα όλων των κινητήρων, ενώ στην ιδανική περίπτωση το φορτίο είναι εξίσου κατανεµηµένο σε όλους τους κινητήρες. Η µέθοδος D.T.C. θεωρεί όλους τους κινητήρες σαν έναν, µε ονοµαστικά µεγέθη, το άθροισµα των επιµέρους ονοµαστικών τιµών του κάθε κινητήρα. Τα µεγέθη αυτά αποτελούν και τα δεδοµένα λειτουργίας του µετατροπέα. Ας θεωρήσουµε σαν παράδειγµα την περίπτωση δύο κινητήρων των 37KW και 75 KW µε κοινό άξονα. Σύµφωνα µε τα τεχνικά εγχειρίδια του κατασκευαστή, ο κινητήρας των 37KW έχει ολίσθηση 25rpm και ο κινητήρας των 75 KW 20rpm σε σχέση µε την ταχύτητα αναφοράς των 1480rpm, ενώ η συνολική ισχύς ανέρχεται σε ( ) = 112 KW. Η συνολική ολίσθηση για τους δύο κινητήρες υπολογίζεται µε βάση την εξίσωση (3): ( 20 rpm * 75kW + 25rpm *37kW ) ( ) kw slip nom = = 21, 7rpm (3) Το πρώτο θέµα που προκύπτει είναι το µε ποια διαδικασία ο έλεγχος D.T.C. µπορεί να αντισταθµίσει τις διαφορετικές αποκλίσεις των δύο κινητήρων από την ταχύτητα αναφοράς. Η πραγµατική τιµή της ταχύτητας υπολογίζεται µε τη µέθοδο D.T.C. και συγκρίνεται µε την ταχύτητα αναφοράς, που στο συγκεκριµένο παράδειγµα είναι 1480rpm. Αφού η ονοµαστική ταχύτητα που δίνεται στο µετατροπέα είναι πλέον 1478,3rpm αντί για 1480rpm, η πραγµατική ταχύτητα επίσης θα διαφέρει από την ταχύτητα αναφοράς, εφόσον η ταχύτητα ολίσθησης είναι συνάρτηση του φορτίου T που υπολογίζεται σύµφωνα µε την εξίσωση (4): ω = ω 1 slip( T )) (4) m s( e T e Εκτιµούµενη ροπή ω m Γωνιακή ταχύτητα κινητήρα - 3 -

4 Στην πραγµατικότητα ο κινητήρας θα περιστρέφεται ελαφρώς ταχύτερα µε συγκεκριµένο φορτίο, αφού η υπολογισµένη ολίσθηση είναι υψηλότερη από την ολίσθηση του κινητήρα των 75KW. Σε κάθε περίπτωση οι κινητήρες θα περιστρέφονται µε δεδοµένη συχνότητα στάτη ω, ενώ το φορτίο θα κατανέµεται στους δύο κινητήρες ανάλογα µε την ταχύτητα ολίσθησής τους. Αυτό σηµαίνει ότι ο κινητήρας των 75KW θα αναλαµβάνει πάντα µεγαλύτερο φορτίο από το ονοµαστικό, αφού έχει ταχύτητα ολίσθησης µικρότερη της αντίστοιχης του κινητήρα των 37KW. Συµπεραίνουµε λοιπόν, ότι είναι δυνατόν να λειτουργήσουν διαφορετικού µεγέθους κινητήρες συνδεδεµένοι σε κοινό άξονα, αλλά οι διαφορετικές ταχύτητες ολίσθησης θα καθορίσουν τελικά την κατανοµή του φορτίου σε αυτούς, συνεπώς δεν δύναται η εφαρµογή της µεθόδου αυτής στην περίπτωση του κινητήριου συστήµατος του κλιβάνου. B. ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ ΚΟΙΝΟΥ DC ΚΑΙ ΞΕΧΩΡΙΣΤΟΥ ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΑ ΓΙΑ ΚΑΘΕ ΚΙΝΗΤΗΡΑ Στην περίπτωση χρήσης κοινού κλάδου DC για τους δύο µετατροπείς, ο δίαυλος τροφοδοτείται είτε από µία µονάδα διόδων, είτε από µία µονάδα IGBTs. Και σε αυτή την περίπτωση, οι κινητήρες συνδέονται µηχανικά µε κοινό άξονα. Αφού ο έλεγχος του κάθε κινητήρα γίνεται χωριστά, το πρόβληµα της κατανοµής του φορτίου λόγω διαφορετικών χαρακτηριστικών, µπορεί να αποφευχθεί. Ο κάθε µετατροπέας έχει ξεχωριστό ελεγκτή DTC που αναλαµβάνει την επίτευξη της επιθυµητής ροπής/ταχύτητας. Τα ζητήµατα που παραµένουν είναι η εξασφάλιση της γρήγορης επικοινωνίας µεταξύ των συστηµάτων οδήγησης και η επιλογή της κατάλληλης µεθόδου ελέγχου για το σύστηµα γενικότερα. Το σύστηµα κοινού DC επιτρέπει στην ενέργεια να ρέει από τη µηχανή που συµπεριφέρεται σαν γεννήτρια στη µηχανή που συµπεριφέρεται σαν κινητήρας. Η διάταξη αυτή είναι ιδιαίτερα χρήσιµη σε εφαρµογές όπου κάποιοι µετατροπείς επανατροφοδοτούν ενέργεια, έστω και για πολύ µικρό χρονικό διάστηµα, όπως στην περίπτωση ενός κλιβάνου, κατά την περιστροφή του οποίου µάζες υλικών ανυψώνονται στα τοιχώµατα και επανέρχονται στο κάτω τµήµα. Στην περίπτωση χρήσης ενός συστήµατος οδήγησης χωρίς κοινό DC, την επιστρεφόµενη ενέργεια θα πρέπει να αναλάβει µία διάταξη πέδησης (brake chopper) ή σύστηµα οδήγησης τεσσάρων τεταρτηµορίων για επιστροφή ενέργειας προς το δίκτυο, λύση όµως οικονοµικά ασύµφορη. Στους µετατροπείς DTC η επικοινωνία επιτυγχάνεται µε ταχύτατη οπτική ψηφιακή ζεύξη, επιτρέποντας έτσι στα συστήµατα οδήγησης να µεταφέρουν εντολές, ταχύτητα/ροπή αναφοράς καθώς και τις πραγµατικές τους τιµές µέσα σε χρόνο λίγων ms. Μία µέθοδος κατανοµής φορτίου είναι και η µέθοδος master-follower, κατά την οποία ένα σύστηµα οδήγησης ελέγχεται από την ταχύτητα και είναι υπεύθυνο για την ταχύτητα του συστήµατος υπό µεταβαλλόµενο φορτίο, ενώ παράλληλα υπάρχουν και δευτερεύοντα συστήµατα οδήγησης ελεγχόµενα από την ροπή. Το σύστηµα οδήγησης ταχύτητας ονοµάζεται master και οδηγεί τα υπόλοιπα, τα οποία ονοµάζονται followers. Όλα τα followers συστήµατα οδήγησης χρησιµοποιούν ως ροπή αναφοράς την ίδια µε εκείνη του master. Σε αυτές τις διατάξεις τύπου masterfollower, ο master ορίζει την ταχύτητα της συγκεκριµένης διεργασίας καθώς και την ροπή αναφοράς. Η τελευταία µπορεί να κλιµακώνεται διαφορετικά σε κάθε σύστηµα οδήγησης έτσι ώστε να επιτυγχάνεται η σωστή κατανοµή του φορτιού. Η µέθοδος DTC ανταποκρίνεται πολύ καλά στις απαιτήσεις µιας ταχύτατης διάταξης, όπως η master - follower. Η άµεση απόκριση της ροπής, που παρέχει η µέθοδος D.T.C., σε συνδυασµό µε την ταχύτατη επικοινωνία µεταξύ master και followers εγγυάται σταθερό έλεγχο, ελαχιστοποιώντας τις καθυστερήσεις που οδηγούν σε αστάθεια. 3. ΟΜΗ ΤΗΣ ΜΕΘΟ ΟΥ MASTER FOLLOWERS ΣΤΗΝ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΟΥ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΙΚΟΥ ΚΛΙΒΑΝΟΥ Το φαινόµενο φθοράς των οδόντων των γραναζιών,, όπως απεικονίζεται στο σχ.1, παρουσιάζει ιδιαίτερη σηµασία και δύναται να εξαλειφθεί µε τη διάταξη master followers, όπως παρουσιάζεται στο σχ.4. Υπάρχουν διάφοροι τρόποι για την υλοποίηση µιας τέτοιας ηλεκτρικής διάταξης. ύο εξ αυτών παρουσιάζονται στο σχήµα. Με τον πρώτο τρόπο, δίνεται η ίδια ταχύτητα αναφοράς και στα δύο συστήµατα οδήγησης, ενώ στο follower σύστηµα η έξοδος ταχύτητας ελέγχου επανατροφοδοτείται αρνητικά στον υπολογισµό του σφάλµατος ταχύτητας. Το γεγονός αυτό καθιστά τον ελεγκτή ταχύτητας του follower ασθενέστερο σε σύγκριση µε τον αντίστοιχο του master, µε συνέπεια να µην ανταγωνίζεται το ένα σύστηµα το άλλο. Κατά τον δεύτερο τρόπο η πραγµατική ροπή του master δίνεται σαν ροπή αναφοράς στον follower, γεγονός που εγγυάται κλιµακωτή κατανοµή φορτίου ανάλογα µε το µέγεθος του κινητήρα

5 Ας υποθέσουµε τώρα πως το γρανάζι του master προσπαθεί να περιστρέψει τον κλίβανο, όµως λόγω φθοράς το γρανάζι του follower στην πραγµατικότητα ωθείται σε αντίθετη κατεύθυνση. Ο ελεγκτής ταχύτητας του master απαιτεί θετική ροπή ή οποία µεταφέρεται σαν ροπή αναφοράς στον follower, του οποίου η ταχύτητα αυξάνεται, καθώς παραµένει χωρίς φορτίο. Στα πλαίσια της ταχύτατης επικοινωνίας master και follower, ο τελευταίος αποκτά το φορτίο που του αντιστοιχεί. Σχήµα 4. Βασική διάταξη µεθόδου Master - Followers. 4. ΕΚΚΙΝΗΣΗ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΗΣ ΤΟΥ ΚΛΙΒΑΝΟΥ Στις εφαρµογές περιστροφικών κλιβάνων είναι απαραίτητη η υψηλή ροπή εκκίνησης ( % της ονοµαστικής ροπής), έτσι ώστε να υπερνικήσει τις δυνάµεις αδράνειας, την τριβή και να επιτευχθεί η περιστροφή του κλιβάνου µε το υλικό να βρίσκεται προσκολληµένο στη µία του πλευρά. Ένα σύστηµα σαν αυτό που περιγράφτηκε παραπάνω, χρησιµοποιήθηκε σε ελληνική τσιµεντοβιοµηχανία για την αντικατάσταση ενός παλαιού DC συστήµατος, που λειτουργούσε 30 χρόνια. Οι εργασίες πραγµατοποιήθηκαν κατά την διάρκεια προγραµµατισµένης διακοπής λειτουργίας του εργοστασίου. Κατά την αντικατάσταση διατηρήθηκε ο υφιστάµενος µηχανολογικός εξοπλισµός, ενώ οι ηλεκτροκινητήρες αντικαταστάθηκαν µε νέους AC 315KW, 750 rpm, µε κατάλληλες µηχανολογικές επεµβάσεις έδρασης και αξονικής σύνδεσης, όπως παρουσιάζεται στο σχ.5. Επιπροσθέτως, τοποθετήθηκαν νέες γραµµές ηλεκτρικής τροφοδοσίας και αντίστοιχο διακοπτικό υλικό για την ενσωµάτωση των µονάδων ηλεκτρονικών ισχύος στα ηλεκτρικά πεδία της εγκατάστασης. Στην προσπάθεια προσαρµογής των νέων AC 315KW κινητήρων στους υφιστάµενους µειωτήρες τοποθετήθηκαν νέοι σύνδεσµοι (κόµπλερ), καθώς και παροχικά καλώδια και διακοπτικό υλικό προστασίας. Η πρώτη δοκιµή πραγµατοποιήθηκε µε τους άξονες των κινητήρων ασύνδετους, ώστε να επιτευχθεί η εκκίνηση του συστήµατος, ο έλεγχος περιστροφής των κινητήρων και να οριστούν οι παράµετροι προστασίας. Η παραπάνω διαδικασία είναι απαραίτητη ώστε να - 5 -

6 καταγραφούν τα στοιχεία των κινητήρων που θα αργότερα θα επιτρέψουν τους ακριβείς υπολογισµούς για τα συστήµατα οδήγησης. Η επόµενη δοκιµή πραγµατοποιήθηκε µε άδειο κλίβανο, έτσι ώστε να καταγραφούν όλα τα απαραίτητα σήµατα ελέγχου, για την παραγωγική διαδικασία. Η τελική διερεύνηση υλοποιήθηκε µε πλήρες φορτίο και τις συνήθεις συνθήκες λειτουργίας του κλιβάνου. Στα σχήµατα 6, 7 και 8 παρουσιάζονται οι παράµετροι λειτουργίας του συστήµατος κατά την εκκίνηση και τη λειτουργία αυτού. Σχήµα 5. Το κινητήριο σύστηµα του κλιβάνου αποτελούµενο από δυο τριφασικούς ασύγχρονους κινητήρες 315 KW έκαστος, προσαρµοσµένους σε κοινή οδόντωση TORQUE [% of Nominal] TORQUE [% of Nominal] Σχήµα 6. Καταµερισµός ροπής κατά τη λειτουργία. Παρατηρείται η οµαλή και ίση κατανοµή ροπής στους δυο κινητήρες. Πίνακας 1. Τα πραγµατικά σήµατα του συστήµατος οδήγησης υπό συνθήκες λειτουργίας. SPEED rpm FREQUENCY 50.67Hz CURRENT 329.1A TORQUE (of Nominal) 43.1% POWER (of Nominal) 42.92% DC BUS VOLTAGE V 525.1V OUTPUT VOLTAGE V MAINS VOLTAGE 384.9V - 6 -

7 MOTOR (A) LOAD MOTOR (B) LOAD Σχήµα 7. Καταµερισµός του φορτίου στους δυο κινητήρες. Σχήµα 8. Συνθήκες εκκίνησης. Το ρεύµα εκκίνησης µεγιστοποιείται φτάνοντας την τιµή των 366Α για να υπερνικήσει την αδράνεια, και στην συνέχεια µειώνεται στα 299Α, όπου ο κλίβανος βρίσκεται εν κινήσει (µόνιµη κατάσταση). 5. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ Ένα αποτελεσµατικό κινητήριο σύστηµα κλιβάνου σχεδιάστηκε και εγκαταστάθηκε µε σκοπό την βελτίωση της µετάδοσης περιστροφής, η οποία επηρεάζεται αρνητικά από τη µηχανική φθορά και τις δυνάµεις φόρτισης. Απαιτήθηκε διεξοδική διερεύνηση, καθώς ένα τέτοιο σύστηµα επιβάλλει υψηλού βαθµού αξιοπιστία και προσαρµοστικότητα σε οποιαδήποτε βιοµηχανική εφαρµογή. Τα φαινόµενα φθοράς των γραναζιών εξαλείφθηκαν µε διατάξεις τύπου master followers και οι όποιες ενεργειακές ταλαντώσεις απορροφήθηκαν από τον κοινό DC κλάδο. Τα πραγµατικά αποτελέσµατα της εφαρµογής επιβεβαίωσαν, από την πρώτη µέρα, τα πειραµατικά δεδοµένα και εξασφάλισαν στο σύστηµα άριστη µηχανική συµπεριφορά. Αυτό επιτεύχθηκε κυρίως από την κατανοµή του φορτίου και της ροπής µεταξύ των δύο κινητήρων, µε την βοήθεια της µεθόδου απευθείας ελέγχου ροπής (D.T.C.) και την χρήση κοινού DC κλάδου για την απορρόφηση των ενεργειακών ταλαντώσεων. Τα προβλήµατα που παρουσίαζε η προηγούµενη εγκατάσταση εξαλείφθηκαν, ενώ αναµένεται ελαχιστοποίηση των χρόνων επισκευής και συντήρησης του µηχανολογικού εξοπλισµού. Τα παραπάνω συνάγουν στην βελτιστοποίηση της λειτουργίας του κλιβάνου, στην ενεργειακή εξοικονόµηση καθώς και στη µείωση των απαιτήσεων µηχανολογικής συντήρησης

8 6. ΑΝΑΦΟΡΕΣ [1] F. Blaschke, Das Prinzip der Feld-orientierung, die Grundlage für die Transvector-Regelung von Drehfeldmaschinen. Siemens-Z. 45 (1971) p [2] M. Depenbrock, Direckte Selbst-regelung (DSR) für hochdynamische Drehfeldantriebe mit stromricterspeisung. EtzArchiv BD 7 (1985) H.7 p [3] P. Pohjalainen, P. Tiitinen and J. Lalu, The Next Generation Motor Control Method Direct Torque Control, DTC, EPE [4] E.D. Mitronikas, A.N. Safacas and E.C. Tatakis, A new resistance tuning method for Stator-Flux-Oriented Vector- Controlled Induction Motor Drive, IEEE transactions on INDUSTRIAL ELECTRONICS, vol. 48, Number 6, pp [5] G.A. Christopoulos, A.N. Safacas, V. Manninen, Common Shaft with multiple AC motors-case from the cement industry, EPE [6] G.A. Christopoulos, A.N. Safacas,, Girth Gear/Common Shaft AC Drive for Cement Rotary Kiln, IEEE ISIE, June 2005, Dubrovnik, Croatia