BRODSKA ELEKTROTEHNIKA I ELEKTRONIKA

1. BRODSKA ELEKTROTEHNIKA I ELEKTRONIKA ZABILJEŠKE S PREDAVANJA 13 Napomena: kompletno gradivo je u literaturi, ovo su samo bitne natuknice

2. SINKRONI I ASIKRONI STROJEVI S OBZIROM NA OKRETNO MAGNETSKO POLJE Promjena smjera okretnog polja postiže se promjenom redosljeda faza trofaznog sustava. Rad električnih strojeva temelji se na okretnom magnetskom polju. Dva su načina na koji se okretno magnetsko polje može upotrijebiti za pokretanje rotora. Prvi je da se rotor izvede kao magnet (permanentni rjeđe ili elektromagnet češće). Kod većih motora na rotor se dovodi istosmjerna struja preko kliznih koluta i namoti rotora postaju elektromagnet. Da bi okretno polje stalno vuklo magnet za sobom, tj. da bi se rotor okretao zajedno s rotacijskim poljem, treba mu dati onu brzinu koju ima polje. Drugim riječima, njegovu vrtnju treba sinkronizirati (iz grčkog, istovremen) s vrtnjom magnetskog toka. Odatle naziv sinkroni motor(općenitije stroj – motor ili generator). Ti motori ne polaze sami iz stanja mirovanja što pretstavlja glavnu manu. Prednost im je u tome što im se brzina vrtnje ne mjenja s opterećenjem, jer je čvrsto vezana za brzinu vrtnje okretnog polja. Drugi način je da se rotor izradi s namotom u obliku kaveza, npr. bakrenih štapova vodiča koji se umeću u utore željeznog rotora. Okretno magnetsko polje inducira u namotu kaveza struju. Kako magnetski tok djeluje silom na vodič kojim protječe struja, rotor se okreće, slijedeći pri tome vrtnju toka. Kako se rotor može pokrenuti iz položaja mirovanja, vrteći se sve brže i brže, no nikad ne može postići broj okretaja toka. U tom slučaju magnetske silnice ne bi sjekle vodiče rotora i u njima ne bi bilo inducirane struje, pa ni sile koja bi rotor pokretala. Broj okretaja rotora u takvih motora nije sinkron s magnetskim tokom i odatle im nazivasinkroni motori(strojevi).

3. TROFAZNI SINKRONI GENERATOR Trofazni sinkroni generator na statoru ima trofazni namot s p pari magnetskih polova raspoređenih simetrično u utorima na obodu rotora. Okretno magnetsko polje siječe vodiče namota i inducira napon e. Rotor se okreće, jer ga pokreće pogonski stroj. Magneti rotora su, u biti, elektromagneti i kod sinkronog generatora se uzbuđuju istosmjernom strujom. Pošto se rotor okreće za stator će nastalo polje izgledati kao promjenjivo te će se inducirati izmjenična sinusoidalna veličina. Struja na rotor dolazi preko koluta i četkica s izvora istosmjerne struje. Izvor može biti akumulator (rijetko zbog održavanja), generator istosmjerne struje (tzv. dinamo) ili se ispravlja struja s izlaznih stezaljki statora. Opterećenje alternatora se mijenja, pa se, zbog održavanja stalnog napona, mijenja struja uzbude. Tromost u tom procesu izaziva oscilacije napona. Sinkrona brzina vrtnje:

4. Asinkroni izmjenični motor • Na brodovima je većina trošila asinkroni trofazni motor, jer su najjednostavniji i pogonski najsigurniji. Zovu se i indukcijskim, jer se energija iz statora prenosi elektormagnetskog indukcijom. Postoji nekoliko izvedbi asinkronog motora. Jedan od njih je s kaveznim (kratkospojnim) rotorom, a drugi s kolutnim (faznim) rotorom. Stator je sličan statoru sinkronog generatora. Motorima s kolutnim rotorom fazni namot i rotora i statora imaju jednak broj polova. Krajevi namota spojeni su u zvijezdu, dok su počeci izvedeni na tri koluta koji su na osovini. Po kolutima klize četkice koje vode struju na trofazni otpornik. Njegova uloga je postupno povećanje struje rotora, a time i statora. Nakon završenog upućivanja otporniku otpor pada na nulu. • Kada se stator asinkronog motora priključi na napon mreže, namotima poteče struja koja stvara okretno magnetsko polje. Ono uzrokuje indukciju napona na rotoru. Kada bi motor bio zakočen, događala bi se transformacija te bi motor funkcionirao kao transformator, pa se često ovi motori nazivaju i indukcijskim motorima. Svi su štapovi međusobno spojeni, pa inducirani napon uzrokuje protok struje. Po pravilu lijeve ruke, Biot-Savartova mehanička sila pokušava zakrenuti rotor u smjeru vrtnje okretnog magnetskog polja. I okretno polje želi zakrenuti rotor. Da bi okretno polje induciralo napone u vodičima rotora, mora biti neka relativna brzina između okretnog polja i rotora. U sinkronom stroju su ove brzine jednake, ali u asinkronom bi pri sinkronoj brzini motor bio nesposoban za pretvorbu energije. Svojstvo asinkronog stroja da mu brzina mora biti različita od sinkrone dalo je ima ovoj vrsti strojeva. • Zaostajanje rotora za okretanjem magnetskog polja statora zove se klizanje:

5. ASINKRONI MOTOR Momentna karakteristika trofaznog asinkronog motora pokazuje ovisnost momenta o n i s. U mirovanju je s=1, n=0 te je pokretni moment potreban za pokretanje rotora. U pogonskoj točki motor prelazi iz područja zaleta i doseže maksimum na 70-90% sinkrone brzine. Kod većih brzina moment se naglo smanjuje, a kad rotor postigne zadanu brzinu nastupa stacionarno stanje rada motora. Pri svakom pokretanju statorski namot povuče iz mreže struju KS, što uzrokuje pad napona mreže. Cilj postupaka pokretanja motora je smanjiti struju pokretanja.

6. NAČELO RADA ISTOSMJERNOG STROJA • Mehanički je izvor • Istosmjerni stroj je, u biti, izmjenični s četkicama koje ispravljaju struju i istosmjernu.

7. ISTOSMJERNI STROJEVI Istosmjerni stroj se izvodi s uzbudom na statoru i armaturom na rotoru. Uzbuda je smještena na istaknutim polovima i u zračnom rasporu ispod polova stvara polje indukcije B. U tom polju se vrti armatura, pa se u njezinim vodičima induciraju naponi. Svaki vodič prolazi naizmjenice ispred N- i S- pola te se smjer napona induciranog u vodiču mijenja. Unatoč tome, na četkicama koje kližu po kolektoru (kao po vodičima armature), pojavljuje se uvijek napon istog smjera. Kolektor koji se vrti s četkicama koje miruju zapravo je mehanički ispravljač struje. Kolektor radi obostrano pa i mehanički pretvara istosmjernu u izmjeničnu struju. Kada se na četkice priključi trošilo, struja poteče i napaja trošilo. To je generatorski način rada.Uzbudnim dijelom stroja naziva se onaj dio koji nosi uzbudni namot ili permanentne magnete, bez obzira da li miruje ili se vrti. Armaturni dio nosi namot u kojem se inducira napon. I armatura može biti i na rotoru i na statoru. Istosmjerni motor ima istu strukturu kao i generator. Ako se umjesto trošila na četkice stroja priključi vanjski izvor istosmjernog napona i ako je napon tog izvora malo veći od napona induciranog u stroju, poteći će iz vanjskog izvora u istosmjerni stroj struja obrnutog smjera od njegova inducirana napona. Promjenom smjera struje promijenio se smjer sila na vodiče, smjer momenta i smjer protoka energije: istosmjerni stroj sada troši energiju mreže te radi kao motor.

8. ISTOSMJERNI STROJ VRSTE UZBUDE: Nezavisna i vlastita. Vlastita (samouzbuda): • serijska, • paralelna, • složena (kompaundna).

9. Pogon jednog propelera s dva propulzijska motora napajana iz dva generatora u križnom spoju

10. Turboelektrični pogon s jednim propelerom

11. Zaštite čeličnog trupa broda je anoda od cinka. Zaštitu metala od galvanske korozije moguće je postići i vanjskim narinutim naponom suprotnog polariteta i jednakog ili većeg iznosa od ukupne elektromotorne sile galvanske ćelije.

12. BRODSKI MAGNETIZAM Zemlja se može zamisliti kao magnetski dipol čija je os pomaknuta od osi rotacije. Promatraju li se magnetske silnice u odnosu na površinu Zemlje vidi se da će na nekoj proizvoljnoj poziciji silnice upadati u ravninu koja tangira Zemljinu kuglu u toj točki pod nekim kutom . Vektor rezultantnog iznosa magnetske indukcije ili polja može se rastaviti na vodoravnu i okomitu komponentu. Jakost vodoravne komponente magnetskog polja Zemlje u području Jadrana

13. BRODSKI MAGNETIZAM • Okomita komponenta je pod pravim kutom u odnosu na ravnu površinu mora, a vodoravna ima otklon u odnosu na meridijan za kut deklinacije . Na magnetskoj karti svijeta označene su linije istog iznosa magnetske indukcije. Nazivaju se ekviinducijskim ili izoindukcijskim linijama. Oko ekviinducijskih linija, uz određenu toleranciju, postoje pojasevi iste vodoravne komponente (ekvihore) i okomite (ekviverte). Ti su pojasevi prikazani na degausizacijskim kartama (DG-1 za vodoravnu i DG-2 za okomitu komponentu). Karte DG-1 i DG-2 se ne poklapaju zbog toga što Zemlja nije idealni dipol. Kod Splita je intenzitet okomite komponente magnetskog polja Zemlje 38 T], a vodoravne 23 T]. Jadran se može smatrati jednom magnetskom zonom s tolerancijom ± 2 T] po okomitoj komponenti i ± 1,5 T] po vodoravnoj. • Ako se u homogenom nagnetskom polju nađe feromagnetski materijal, homogenost će se poremetiti. Kako je brod izgrađen od takvog materijala, to će vrijediti i za brod. Unutar feromagnetskog materijala se pod utjecajem magnetskog polja orijentiraju magnetski momenti te se ovakav magnetizam naziva induciranim, a na brodu inducirani brodski magnetizam.

14. BRODSKI MAGNETIZAM

15. BRODSKI MAGNETIZAM Feromagnetski materijal od kojeg je napravljen brod može postati permanentni magnet ako se u polju izloži trešnji, udarcima ili utjecaju temperature. Takav magnetizam se zove permanentni brodski magnetizam. Ta se pojava događa pri gradnji i remontu broda, radu brodskih strojeva, sudaru ili nasukavanju i sl. Ukupni brodski magnetizam: a) osni dipoli broda, b) nazivi osnih dipola (M – okomiti, A – poprečni, L - uzdužni) Dijagram ukupnog brodskog magnetizma s i bez permanentnog magnetizma Ovisnost brodskog magnetizma o kursu broda

16. BRODSKI MAGNETIZAM • S obzirom na razmatranje o magnetizmu, može se pretpostaviti da neće biti svejedno pod kojim kursom se kreće brod. Kada je brod na magnetskom kursu 0, postoji samo uzdužna komponenta induciranog brodskog magnetizma, a vektor indukcije usmjeren je prema pravcu. Promjenom kursa pojavljuje se i poprečna komponenta induciranog brodskog magnetizma koja s povećanjem kursa raste, dok se istovremeno uzdužna komponenta smanjuje. Intenzitet induciranog brodskog magnetizma mijenja se po sinusoidi. Komponente magnetske indukcije također se mijenjaju ako brod posrće ili se ljulja. • Kako uzdužna i poprečna komponenta brodskog magnetizma ovise o magnetskom kursu, komponente će biti: • L =  · SL · Hh · cosKmA =  · SA · Hh · sinKm Postranje Ljuljanje

17. BRODSKI MAGNETIZAM • Brodski magnetizam može se iskoristiti za aktivaciju podvodnih mina u vojnim primjenama. Svi brodovi izrađeni od feromagnetskog materijala moraju korigirati kurs zbog djelovanja brodskog magnetizma. Stoga se brodski magnetizam nadzire, a povremeno i kompenzira, tj. poništava u posebnim stanicama za kompenzaciju.

18. BRODSKO UZEMLJENJE • Zaštitno uzemljenje na brodovima izvodi se prema pravilima klasifikacijskog registra brodova koji izdaje klasu za određeni brod. • Svi metalni djelovi brodskih električnih uređaja i djelovi električne opreme moraju biti uzemljeni. Uzemljenje prenosive opreme treba izvesti uzemljenjem kontaktom u utičnici i žilom za uzemljenje u prenosivom kabelu. Presjek žile za uzemljenje mora udovoljavati propisanim zahtjevima. Utičnice za napone od 100 [V] i iznad moraju imati treći kontakt za uzemljenje. Kontakti utičnice određene za priključak žile uzemljenja savitljivog kabela izotermičkog kontejnera treba biti uzemljena preko žile za uzemljenje napojnog kabela na mjestu gdje se nalazi razdjelnik napajanja utičnice za priključak kontejnera. Napajanje električne opreme izotermičkih kontejnera iz brodske mreže mora biti izravnim redosljedom faza (L1-L2-L3 ili R-S-T). Sekundarni namotaji svih transformatora moraju biti uzemljeni. Metalni oplati za zaštitu od elektromagnetske interferencije, kao i metalni omotači kabela za zaštitu od mehaničkog oštećenja, moraju biti uzemljeni. Viseća vrata panela na kojima su ugrađene sklopke i instrumenti moraju biti uzemljena s pločom preko posebno fleksibilnog uzemljenja. Na kompozitnim brodovima u svrhu uzemljenja mogu se koristiti metalne pramčane pregrade ili drugi djelovi metalnih konstrukcija koji su u svim uvjetima plovidbe uronjeni. • Vodiči za uzemljenje spaja se na trup broda posebnim vijcima. Vijak za uzemljenje izrađuje se od mesinga ili slitine otporne na koroziju. Promjer vijka ne smije biti manji od 6 [mm]. Mjesto na trupu broda gdje se spaja uzemljenje mora biti očišćeno i korozivno i galvanski zaštićeno.

19. BRODSKO UZEMLJENJE • Ugradbena električna oprema uzemljuje se s pomoću vanjskog vodiča za uzemljenje ili posebnom žilom za uzemljenje u napojnom kabelu. Posebno uzemljenje nije potrebno, ako je samim načinom ugradnje osiguran pouzdan vodljivi spoj kućišta s metalnim trupom broda u svim uvjetima korištenja. Pouzdan je samo zavaren spoj. Presjek bakrenog vodiča ne smije biti manje od vrijednosti navedenih u tablicama pojedinog klasifikacijskog registra. • Aluminijsko nadgrađe pričvršćeno na čelični trup broda, ali izolirano od njega, mora biti uzemljeno svakih deset metara, a najmanje dva posebna voda za uzemljenje presjeka ne manjeg od 16 [mm2]. • Svi brodovi moraju imati zaštitu od udara groma, jer taj udar može izazvati požar ili eksploziju. Gromobranski uređaj se sastoji od hvatača groma, odvodnog voda i uzemljenja. Metalni jarboli ne trebaju poseban gromobranski uređaj, ako postoji njihov pouzdan vodljivi spoj s metalnim trupom broda ili s uzemljenjem. Treba predvidjeti mogućnost priključka odvoda na kopneno uzemljenje. • Za tankove tereta, procesne sustave te cjevovode zapaljivih proizvoda, koji su u stanju stvoriti zapaljive plinove i smjese, koji nisu trajno spojeni na trup broda zahtjeva se vodič za uzemljenje za odvod statičkog elektriciteta, ako je električni otpor između navedene opreme i trupa broda veći od 1 [M]. • Također je potrebno uzemljiti Wiking/Johnsonove spojke na cjevovodima na otvorenoj palubi, a ono mora biti izvedeno svakih 30 [m] duljine cjevovoda. Za cjevovod balasta potrebno je na prirubnici zavariti podmetače za uzemljenje, a za cjevovode tereta i uzemljenje preko rolina na usisu tlaka. Za cjevovode pranja i pare i iza grijača izvodi se uzemljenje preko rolina. • Zaštita od smetnji radio stanice može se postići montiranjem kabela u električno neprekidnu metalnu cijev ili upotrebom kabela s metalnim opletom. • Drveni brodovi imaju metalnu ploču koja se nalazi na vanjskoj uronjenoj oplati na koju se uzemljuju njihova električna trošila.