Έλεγχος και οδήγηση θαλάσσιων συστημάτων

Abstract

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 .