Έλεγχος και οδήγηση θαλάσσιων συστημάτων
Controlling and driving propulsion marine systems
Λέξεις-κλειδιά
Περιβαλλοντικό αποτύπωμα ; Ηλεκτροπρόωση πλοίων ; Ηλεκτρικές μηχανές ; Ηλεκτρονικά ισχύος ; Έλεγχος πρόωσης πλοίων ; Αντιστροφέας ; PWM ; CSI ; VSI ; Cycloconverters ; Κυκλομετατροπείς ; Αζιμούθιο ; Ναυτιλία ; Διανυσματικός έλεγχοςΠερίληψη
Γνωρίζοντας τις ραγδαίες κλιματολογικές εξελίξεις που πραγματοποιούνται σε αυτή την δεκαετία ζητείτε επιτακτικά από την κοινωνία προς τον κόσμο της τεχνολογίας και των ερευνών νέοι τρόποι μείωσης των ρύπων. Ο κόσμος της ναυτιλίας εδώ και χρόνια έχει κινηθεί προς αυτή την κατεύθυνση της μείωσης των ρύπων δηλαδή της μείωσης τους περιβαλλοντικού αποτυπώματος . Η τεχνολογία στον ναυτιλιακό τομέα ορίζει τις εξελίξεις και εφαρμόζει καινοτομίες μετατρέποντας παλαιότερα συστήματα επί του πλοίου εκσυγχρονίζοντας τα είτε εφαρμόζοντας νέες τεχνολογίες με στόχο την περιβαλλοντική προσέγγιση. Η ηλεκτροπρόωση των πλεύσιμων μέσων ,όπου αυτή εφαρμόζεται ,αποτελεί ένα τέτοιο κομμάτι του εκσυγχρονισμού του πλοίου καθώς καταναλώνονται οι μεγαλύτερες ποσότητες ενέργειας της τάξεως των MW ,παρόλα αυτά συγκρίνοντας τα με την ηλεκτρική ενέργεια που χρειάζεται για να παραχθεί για την αξονική πρόωση είναι αρκετά χαμηλότερη και με χαμηλότερες εκπομπές ρύπων. Με την παρούσα διατριβή παρουσιάζεται η έννοια της ηλεκτροπρόωσης μέσα από βιβλιογραφική έρευνα. Θα παρουσιαστούν οι κινητήριες μηχανές όπως αυτές εισάγονται στην ναυτιλία στην πάροδο των χρόνων με σκοπό τον μέγιστο βαθμό απόδοσης σε συνδυασμό με την μικρότερη κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας. Οι μηχανές διακρίνονται σε κινητήρες και γεννήτριες συνεχούς και εναλλασομένου ρεύματος. Παρουσιάζονται τα χαρακτηριστικά στοιχεία και προτερήματα που χρησιμοποιούνται προς όφελος της ηλεκτροπρόωσης. Τα ηλεκτρονικά ισχύος αποτελούν αναπόσπαστο κομμάτι της ηλεκτροπρόωσης καθώς είναι ο κύριος παράγοντας για την εξέλιξη της .Ξεκινώντας από τους ελεγχόμενους ανορθωτές πυριτίου (Silicon Controlled Rectifier-SCR) στην δεκαετία του ‘60 για την κίνηση των κινητήρων συνεχούς ρεύματος και αργότερα με την χρήση των διπολικών τρανζίστορ απομονωμένης πύλης (Insulated Gate Bi Polar Thyristor-IGBT) και τα ολοκληρωμένα θυρίστορ με μεταγωγή πύλης (Integrated Gate Commutating Thyristor-IGCT) είναι κάποια από τα πιο σημαντικά ημιαγωγά στοιχεία που βοήθησαν στην στελέχωση των ηλεκτρονικών μετατροπέων (Converters) στα πλοία κατηγορίας ολοκληρωμένων πλήρως ολοκληρωμένων ηλεκτρικής πρόωσης (Integrated Full Electric Propulsion-IFEP) ή πλήρης ηλεκτρικής πρόωσης ( Full Electric Propulsion-FEP) .Το καρβίδιο του πυριτίου SiC είναι το χημικό στοιχείο που έδωσε την ώθηση για την εξέλιξη των μεταγωγικών διακοπτών υψηλής ισχύος. Οι μετατροπείς χρησιμοποιούνται σύμφωνα με τις ανάγκες της πρόωσης λαμβάνοντας υπόψιν το επίπεδο των ελιγμών, της άμεσης απόκρισης , της ζητούμενης και αποδιδόμενης ροπής του προωθητικού κινητήρα ,της παραγόμενης ισχύος αλλά και των ηλεκτρικών παραμορφώσεων που αποδίδονται στον ζυγό του πλοίου, είναι κάποια από τα πολλά στοιχεία επιλογής . Συστοιχίες ηλεκτρονικών διατάξεων χρησιμοποιούνται ανάλογα με τις απαιτήσεις σε τάση και συχνότητα που απαιτείται για την οδήγηση των προωθητικών κινητήρων μέσω των συστημάτων οδήγησης (Driving Systems) . Τα συστήματα αυτά είτε μπορεί να είναι εναλλασσομένου ρεύματος είτε συνεχούς αλλά τα τελευταία χρόνια προωθούνται τα πρώτα. Ο λόγοι είναι αρκετοί αλλά οι πιο σημαντικοί είναι το χαμηλό κόστος , η αξιοπιστία και η υψηλή απόδοση . Οι πλέον επονομαζόμενοι ρυθμιστές στροφών μεταβλητής ταχύτητας (Variable Speed Drives ) μπορεί να ανορθωτές-αντιστροφείς , κυκλομετατροπείς ή μητροειδείς μετατροπείς . Ο έλεγχος των κινητήρων επιτυγχάνεται με τον έλεγχο του πηλίκου της τάσης ως προς την συχνότητα σε κάποιες των περιπτώσεων είτε με διανυσματικό έλεγχο με σκοπό τον έλεγχο της ροπής και της ταχύτητας του κινητήρα . Επίσης παρουσιάζεται και η εξέλιξη του διανυσματικού ελέγχου με απευθείας έλεγχο της ροπής . Συμπερασματικά αποδίδονται οι τεχνικές εκείνες που έχουν μεγάλο βαθμό απόδοσης στις συστοιχίες των ημιαγωγών στοιχείων αλλά και οι νέες εξελίξεις των κινητήρων μόνιμου μαγνήτη που χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με μεταβλητούς ρυθμιστές στροφών .
Περίληψη
Knowing that climate changes rapidly this decade, communities are urgently requests from world of research and technology to invent new ways for reducing pollution. Maritime industry has been moving on that direction aiming to reduce environmental footprint. In the maritime sector technological advancements drive progress by either updating antiquated ship systems or introducing new technologies that prioritize environmental considerations. About electrification of propulsion systems , whenever is applied, is part of vessel’s modernization, as it consumes large amounts of power albeit significantly less compared to the energy required for axial propulsion, resulting to lower emissions. This thesis introduces the concept of electric propulsion through literature research. Are presented electrical machines as they have been introduced over the years aiming for maximum efficiency combined while minimizing electrical consumption. The electrical machines are divided into DC and AC motors and generators . Characteristics and advantages beneficial to electric propulsion are being introduced and explored. Power electronics play a crucial role in propulsion systems primary driver of their evolution. Starting with the Silicon Controlled Rectifier (SCR) in the 1960s to drive DC motors and later with the use of the Insulated Gate Bi Polar Thyristor (IGBT) and integrated switched thyristors gate (Integrated Gate Commuting Thyristor-IGCT) is one of the most important semiconductor elements that helped to staff the electronic converters (Converters) in the ships of the integrated full electric propulsion class (Integrated Full Electric Propulsion-IFEP) or full electric propulsion (Full Electric Propulsion-FEP).Silicon carbide SiC is the chemical element that gave the impetus for the development of high power switching switches. The converters are used according to the needs of the propulsion taking into account the level of manoeuvring, the immediate response, the requested and delivered torque of the propulsion motor, the power produced but also the electrical distortions attributed to the yoke of the ship, are some of the many elements of choice.
Arrays of electronic devices are used depending on the voltage and frequency requirements needed to drive the propulsion motors through the Driving Systems. These systems can either be AC or DC, but in recent years the former have been promoted. There are several reasons, but the most important ones are low cost, reliability and high performance. The so-called Variable Speed Drives can be a rectifier-inverters, cycloconverters or matrix converters. The control of the motors is achieved by controlling the quotient of the voltage in relation to the frequency in some cases or by vector control in order to control the torque and speed of the motor. The evolution of vector control with direct torque control is also presented. In conclusion, those techniques that have a high degree of efficiency in the arrays of semiconductor elements are attributed as well as the new developments of permanent magnet motors used in combination with variable speed regulators.
Αριθμός σελίδων
127Σχολή
Σχολή ΜηχανικώνΑκαδημαϊκό Τμήμα
Τμήμα Μηχανικών Βιομηχανικής Σχεδίασης και ΠαραγωγήςΤίτλος Προγράμματος Μεταπτυχιακών Σπουδών
Αυτοματισμός Παραγωγής και ΥπηρεσιώνΓλώσσα
Ελληνικά
Εκτός από όπου επισημαίνεται κάτι διαφορετικό, το τεκμήριο διανέμεται με την ακόλουθη άδεια:
Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 4.0 Διεθνές
Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 4.0 Διεθνές