Wybrane przykłady maszyn roboczych

Transkrypt

1 Napęd elektryczny - charakterystyka maszyn rooczych Wybrane przykłady maszyn roboczych Dźwig osobowy Port Lotniczy w Brukseli

2 Maszyny robocze Rozmieszczenie podzespołów elektrycznych w samochodzie zasilanym z ogniwa paliwowego

3 Maszyny robocze - ruch (motion) zadanie napędu: pokonywanie oporów stawianych przez maszyny robocze dla realizacji ruchu wymaganego np. przez proces produkcyjny Rodzaje ruchów: ruch obrotowy (wirowy) ruch liniowy Rodzaje oporów: opory czynne opory bierne Zwykle opory czynne i bierne występują łącznie lecz dla uwypuklenia ich właściwości rozważania będą prowadzone rozdzielnie

4 Maszyny robocze - opory czynne opory czynne występują przy zmianie energii potencjalnej Ω r KIERUNEK RUCHU g v = const (prędkość ruchu) M P Przykład oporów czynnych ruch jednostajny wciągarki przemysłowej Opory ruchu liniowego przy podnoszeniu masy M p : Siła F = M p g Moment oporowy na wale wirującego silnika T = F r = M p g r Moc w ruchu liniowym P = F V = M p gv Moc w ruchu wirowym P = TΩ = M p gr Ω

5 Maszyny robocze - opory czynne znak opory czynne występują przy zmianie energii potencjalnej Ruch jednostajny wciągarki przemysłowej Ω r Podnoszenie masy M p -powiększanie energii potencjalnej - praca silnikowa zamiana energii dostarczanej przez silnik na energię potencjalną: Siła F = M p g KIERUNEK RUCHU ma zawsze znak zgodny z g Moment oporowy na wale wirującego silnika g v = const (prędkość ruchu) M P T = F r = M p g r kierunek momentu oporowego T jest zależny od kierunku działania siły F= M p g

6 Maszyny robocze - opory czynne - moc opory czynne występują przy zmianie energii potencjalnej środa Ω r Ruch jednostajny wciągarki przemysłowej Podnoszenie masy M p - powiększanie energii potencjalnej - praca silnikowa zamiana energii dostarczanej przez silnik na energię potencjalną: KIERUNEK RUCHU g M P v = const (prędkość ruchu) Umowa: moc dostarczana do maszyny roboczej dla powiększenia energii potencjalnej jest mocą dodatnią Podnoszenie - Moc w ruchu liniowym P = F V = M p g V > 0 Podnoszenie - Moc w ruchu wirowym P = TΩ = M p g r Ω > 0

7 Maszyny robocze - opory czynne opory czynne występują przy zmianie energii potencjalnej Ruch jednostajny wciągarki przemysłowej Ω r KIERUNEK RUCHU g M P v = const (prędkość ruchu) Opuszczanie masy Mp - zmniejszanie energii potencjalnej - praca hamowania zamiana energii potencjalnej, dostarczanej przez masę, na energię elektryczną: Umowa: moc odbierana od maszyny roboczej powodująca zmniejszenie energii potencjalnej jest mocą ujemną Opuszczanie - Moc w ruchu liniowym P = F V = M p g V < 0 Opuszczanie - Moc w ruchu wirowym P = TΩ = M p g r Ω < 0

8 Maszyny robocze - opory czynne CHARAKTERYSTYKA MECHANICZNA T = f (Ω ) Charakterystyka mechaniczna maszyny roboczej: to zależność siły (momentu) od prędkości Ruch jednostajny wciągarki przemysłowej Ω r KIERUNEK RUCHU Siła oporów F = M p g Moment oporowy: T = F r = M p g r W tym przypadku siła i moment nie zależą od prędkości i dla stałych wartości M p, g, r T Opuszczanie Podnoszenie g v = const (prędkość ruchu) M P Ω 1 Ω 2 Uproszczona (wyidealizowana) charakterystyka mechaniczna Ω

9 Maszyny robocze - opory czynne T Opuszczanie Podnoszenie Ω Ω 1 Ω 2 Uproszczona charakterystyka mechaniczna wciągarki (mechanizmu podnoszenia -uwzględnienie straty tarcia (hamowanie bierne )

10 Ω r Maszyny robocze - opory czynne CHARAKTERYSTYKA MECHANICZNA Ruch jednostajny wciągarki przemysłowej - Moc Siła oporów F= M p g Moment oporowy: T = F r = M p g r Moc w ruchu liniowym: P = F V = M p g V Moc w ruchu wirowym: P = TΩ = M p gr Ω KIERUNEK RUCHU Opuszczanie T T,, P Podnoszenie g v = const (prędkość ruchu) M P Ω 1 P Ω 2 Uproszczona (wyidealizowana) charakterystyka mechaniczna Ω

11 Charakterystyki mechaniczne a układ zasilania wciągarki Opuszczanie T T,, P Podnoszenie Ω Ω 1 P Ω 2

12 Maszyny robocze - opory bierne opory bierne występują przy zmianie energii kinetycznej Wtorek M Opory ruchu V Kierunek ruchu chwilowo pomijamy tarcie i masę kół Energia kinetyczna: W k = 0.5 M V 2 Opory bierne ruchu masy M - zmiana prędkości F = M (dv/dt) Moc dla pokonania oporów ruchu sił inercyjnych P = F V = M V (dv/dt)

13 Maszyny robocze - opory bierne ruch liniowy opory bierne występują przy zmianie energii kinetycznej M Opory ruchu V Kierunek ruchu chwilowo pomijamy tarcie i masę kół Opory bierne ruchu masy M - zmiana masy F = (dm/dt) V Moc dla pokonania oporów ruchu sił inercyjnych P = F V = M (dm/dt) V Umowa: w wyniku powiększania masy wzrasta zapotrzebowanie na dostarczaną moc powiększa się energia kinetyczna masy - to jest to moc dodatnia gdy w wyniku zmniejszana masy zmniejsza się zapotrzebowanie na moc to zmniejsza się energia kinetyczna energię kinetyczną masy to jest to następuje ubytek mocy

14 Maszyny robocze - opory bierne Ω J r opory bierne występujące przy zmianie energii kinetycznej to siły inercyjne dla J = const, M p = const Opory bierne ruchu liniowego masy M p - F = M p (dv/dt) oraz ruchu wirowego masy o momencie bezwładności J KIERUNEK RUCHU g M P T = J (dω /dt) Moc dla pokonania biernych oporów ruchu P = M p V (dv/dt) + J Ω (dω/dt) Umowa: gdy dostarczana moc powiększa energię kinetyczną masy to jest to moc dodatnia praca silnikowa gdy moc zmniejsza energię kinetyczną masy to jest to moc ujemna praca generatorowa

15 Maszyny robocze - opory bierne charakterystyka dynamiczna Ω opory bierne występujące przy zmianie energii kinetycznej to siły inercyjne J r Opory bierne ruchu liniowego masy M p - F = M p (dv/dt) oraz ruchu wirowego masy o momencie bezwładności J KIERUNEK RUCHU M P g T = J (dω/dt) Zależność (siły) momentu oporu biernego inercyjnego od parametrów ruchu nazywa się dynamiczną charakterystyką mechaniczną

16 Maszyny robocze - redukcja oporów czynnych Ω M P2 J g r g M P1 Opory bierne ruchu liniowego masy M - F = (M p2 + M p1 ) dv/dt oraz ruchu wirowego masy o momencie bezwładności J T = J (dω/dt) Opory czynne i bierne - moc P = ( M p2 M p1 ) g V + ( M p2 + M p1 )V(dV/dt) + J Ω (dω/dt)

17 Dźwig osobowy, przemysłowy redukcja oporów Przykład: kabina M=1000kg Przeciwwaga 1200kg Potrzebna siła do podnoszenia ze stałą prędkością F = ( ) 9.81 = N Jeżeli ładunek kabiny wynosi 250 kg to F= ( ) 9.81 = 490 N Podnoszenie pustej kabiny bez przeciwwagi F = = 9810 N

18 Nowoczesny niewielki silnik jest umieszczony na dachu kabiny

19 Zaawansowane techniki dźwigów osobowych Zaawansowane techniki w zakresie: inteligentnego sterowania ruchem dźwigów osobowych czyli dowóz największej liczby pasażerów w najkrótszym czasie wymaganie dużej szybkości ruchu kabiny z uwzględnieniem intensywnego hamowania z kontrolą zrywu i krótkiego czasu poziomowania

20 Jak długo mamy czekać na dostawę samochodu z automatycznego garażu? Wzrost prędkości ruchu dźwigu powiększa jego wydajność sterowanie ruchem dźwigu z wyszukiwaniem pojazdu - PLC

21 Układnica Szybki obrót zmniejsza czas oczekiwania

22 Czas przejazdu dźwigu zależy od rodzaju napędu i systemu sterowania Idealizowany ruch kabiny dźwigu osobowego v max v CZAS t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t 8 Łagodny start (ograniczenie zrywu da/dt, a = dv/dt) Szybki przejazd Łagodne zatrzymanie z bardzo dokładnym poziomowaniem kabiny

23 Wybór napędu i sterowania dźwigiem Co należy uwzględnić? Opuszczanie Charakterystyki mechaniczne dźwigu Nakłady finansowe T T,, P Podnoszenie Ω Ω 1 P Ω 2

24 Stosowane napędy dźwigów (we wspólczesnych przypadkach sterowanie PLC) Opuszczanie F F,, P Podnoszenie V 380/220V 50Hz Elementy wykonawcze silnoprądowe V 2 P V 1 Sterowanie (PLC) v v max t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t 8 CZAS

25 Stosowane napędy dźwigów (we wszystkich przypadkach sterowanie PLC) Opuszczanie F F,, P Podnoszenie V 380/220V 50Hz Elementy wykonawcze silnoprądowe V 2 P V 1 Sterowanie (PLC) Z silnikiem klatkowym załączanym bezpośrednio do sieci? Z silnikiem dwubiegowym? Dźwig osobowy czy towarowy? Z silnikiem klatkowym i falownikiem?

26 Stosowane napędy dźwigów (we wszystkich przypadkach sterowanie PLC) Napęd silnikiem klatkowym załączanym bezpośrednio do sieci? 50Hz 400/230V M Opuszczanie Podnoszenie T T n1 380/220V 50Hz Elementy wykonawcze silnoprądowe Sterowanie (PLC) Ω 2 T d Ω 1 Ω Opuszczanie F F,, P Podnoszenie T n2 dω/dt = (T n T d ) / J t P = T Ω Niskie prędkości niewielkie moce, (zryw) tanie dźwigi przemysłowe - hamowanie mechaniczne V 2 V P V 1 P = F V

27 Minigaraż piętrowy

28 Stosowane napędy dźwigów (we wszystkich przypadkach sterowanie PLC) Z silnikiem dwubiegowym v szybki bieg 380/220V 50Hz Elementy wykonawcze silnoprądowe wolny bieg Sterowanie (PLC) t 1 t 2 t 3 t 4 czas w czasie t1 t2 hamowanie generatorowe w czasie t3 t4 hamowanie mechaniczne Opuszczanie F F,, P Podnoszenie większość wysokich domów w Polsce jest wyposażona w dźwigi osobowe z napędem silnikiem dwubiegowym V 2 V P V 1

29 Stosowane napędy dźwigów Z silnikiem dwubiegowym v szybki bieg 380/220V 50Hz Elementy wykonawcze silnoprądowe wolny bieg Sterowanie (PLC) t 1 t 2 t 3 t 4 czas Opuszczanie Podnoszenie Tn1 T d przejazd z większą prędkością, hamowanie mechaniczne przy niskiej prędkości jak kontrolowane są stany przejściowe? Ω 2 Ω T n2 Ω 1

30 Specjalny tani silnik dwubiegowy Dodatkowe koło zamachowe regulator dynamiki Wielki moment bezwładności dla zmniejszenia przyspieszenia Długi rozruch z dużym prądem duże straty budowa silnika przystosowana do wielkich strat energii (tysiące domów w Polsce jest wyposażonych w dźwigi osobowe z takim silnikiem dwubiegowym!!! 5 krotnie większa masa)

31 Specjalny silnik dwubiegowy klatkowy oraz seryjny silnik indukcyjny tej samej mocy dźwigowy silnik dwubiegowy z kołem zamachowym silnik jednobiegowy standard

32 Zastosowanie standardowego silnika indukcyjnego i przekształtnika energoelektronicznego przynosi wielkie oszczędności stali i energii

33 Wpływ techniki napędu na budowę dźwigów i budynków Nie wymaga maszynowni Układ z sinikiem dwubiegowym wymaga maszynowni Maszynownia P W Kabina z napędem i sterowaniem

34 Napęd elektryczny - charakterystyka maszyn rooczych Specjalne pomieszczenie maszynownia dźwigu osobowego Dźwig osobowy Port Lotniczy w Brukseli

35 Maszyny robocze - opory bierne ruchu w układach rozpraszających Opory ruchu - tarcie V2 M V1 F Kierunek ruchu V 2 V Siły tarcia F = F o (V) sign(v) V 1 Siła dla pokonania tarcia spoczynkowego jest większa od siły tarcia w ruchu

36 Opory ruchu M Siła oporów pojazdu trakcyjnego Kierunek ruchu Siły oporów ruch poziomy po prostej (równanie przybliżone) F o F F ~F o + k 1 V + k 2 V 2 P = (Fo +k 1 V + k 2 V 2 ) V V Siła dla pokonania tarcia spoczynkowego jest większa od siły tarcia w ruchu z małą i średnią prędkością

37 Opory czynne - pokonywania wzniesień 512kW Opory ruchu M Kierunek ruchu α Wagon kolejowy F = M g sin(α), P = M g sin(α) V Dla M = kg, V= 20 m/s (72km/godz), α = 5 º P = = W = 512 kw Dodatkowo dla pokonania wzniesienia 5 0 (8.7%) potrzeba 512kW bardzo duże wniesienie dla kolei

38 Pokonywanie wzniesień przez samochód elektryczny Opory ruchu M Kierunek ruchu α Opory toczenia, Opory powietrza Opory przy wzroście prędkości Opory przy pokonywaniu wzniesień Przykład: α = 5º, V= 15m/s (54km/godz.), masa pojazdu 1200kg Moc potrzebna dla pokonania oporów dodatkowych - wzniesienie P = sin(5) = 15380W = 15.4kW Dodatkowy prąd baterii o napięciu 120V I = 15380/120 = 128 A Samochód hybrydowy? z ogniwem paliwowym?

39 Napędy pojazdów zasilane z nowoczesnych źródeł energii elektrycznej Ogniwa paliwowe ( fuel cell) jako czyste źródła energii elektrycznej zastosowanie do ekologicznych pojazdów z napędem elektrycznym wodór Bateria akumulatorów Bateria gromadzenie energii hamowania i chwilowe powiększanie mocy źródła ogniwo paliwowe przekształtnik energoelektro niczny lekki silnik elektryczny PMM woda Mikrokomputer DSP- Drive by wire

40 Maszyny wirujące pompy, wentylatory odśrodkowe Ponad 50% energii pobieranej przez napędy elektryczne jest zużywane przez napędy pomp, wentylatorów, dmuchaw, sprężarek (przez turbomechanizmy)

41 Maszyny wirujące pompy, wentylatory odśrodkowe Charakterystyka: Zależność ciśnienia H w funkcji wydajności Q dla stałej i zmiennej prędkości kątowej Ω (prędkości wirowania) H= f(q) H H = f(q), Ω = const (regulacja dławieniem) H H x Q H 1 H H x H = f(q), Ω = var (regulacja prędkości) Q Q REGULACJA PREDKOŚCI WIROWANIA PRZY OTWARTEJ ZASUWIE Q 1

42 Maszyny wirujące pompy, wentylatory odśrodkowe H H = f(q), Ω = const (regulacja dławieniem) H 1 H H x ΔH Q H = f(q), Ω = var (regulacja prędkości) Q Regulacja wydajności poprzez dławienie i poprzez zmianę prędkości kątowej Ω (prędkości wirowania) Q 2 Q 1 ΔH =?? strata czy zysk?

43 Maszyny wirujące pompy, wentylatory odśrodkowe H H = f(q), Ω = const (regulacja dławieniem) H 1 η =0.4 H Q H x H = f(q), Ω = var η =0.7 (regulacja prędkości) Q Wielkie starty mocy i energii w pompach i wentylatorach o regulacji dławieniowej Q 2 Q 1 Regulacja wydajności poprzez dławienie to jest metoda poprzez pogarszanie sprawności)

44 80% 40% Charakterystyki pompy h =f(q) - względne

45 Maszyny wirujące pompy, wentylatory odśrodkowe OSZCZĘDNOŚCI MOCY T T max (regulacja dławieniem) ΔT ZMNIEJSZENIE MOMENU OBCIĄŻENIA H Q T 1 T = f(ω), T2 ΔT regulacja prędkości) Ω Regulacja wydajności poprzez dławienie i poprzez zmianę Ω 2 Ω 1 prędkości kątowej Ω (prędkości wirowania) T reg Ω = f 1 (Ω 2 ), Preg Ω = f 2 (Ω 3 )

46 Maszyny wirujące pompy, wentylatory odśrodkowe 50Hz H Q M var Regulacja wydajności przy otwartej zasuwie poprzez regulację prędkości przynosi wielkie oszczędności mocy i energii T reg Ω = f 1 (Ω 2 ), Preg Ω = f 2 (Ω 3 )

47 Maszyny wirujące pompy, wentylatory odśrodkowe H = f(q), Ω = const (regulacja dławieniem) H H x H Q H 1 H H x H = f(q), Ω = var (regulacja prędkości) Q Q Q 1 REGULACJA PREDKOŚCI WIROWANIA PRZY OTWARTEJ ZASUWIE

48 WYMAGANIA STAWIANE NAPĘDOWI 50Hz, dc var M 1. Zapewnienie zadanej prędkości maszyny roboczej ω = f(t), ω = f(droga), 1. Zapewnienie zadanego momentu napędowego T n = f(t) 2. Praca w określonym środowisku w zakresie żądanych temperatur 3. Negatywne oddziaływanie na sieć w granicach norm? 4. Kompatybilność elektromagnetyczna układ sterowania 5. Niskie (konkurencyjne) koszty wytworzenia i eksploatacji 6. Odporność na zakłócenia przychodzące z sieci i otoczenia

49 Stosowane napędy dźwigów Z silnikiem dwubiegowym v szybki bieg 380/220V 50Hz Elementy wykonawcze silnoprądowe wolny bieg Sterowanie (PLC) t 1 t 2 t 3 t 4 czas Opuszczanie Podnoszenie Tn1 T d przejazd z większą prędkością, hamowanie mechaniczne przy niskiej prędkości jak kontrolowane są stany przejściowe? Ω 2 Ω T n2 Ω 1

50 Zaawansowane techniki dźwigów osobowych Zaawansowane techniki w zakresie: inteligentnego sterowania ruchem dźwigów osobowych czyli dowóz największej liczby pasażerów w najkrótszym czasie wymaganie dużej szybkości ruchu kabiny z uwzględnieniem intensywnego hamowania z regulacją zrywu i krótkiego czasu poziomowania

51 Przykład dźwigu przemysłowego Jak długo mamy czekać na dostawę samochodu z automatycznego garażu? Wzrost prędkości ruchu dźwigu powiększa jego wydajność sterowanie ruchem dźwigu z wyszukiwaniem pojazdu - PLC

52 Układnica

53 Czas przejazdu dźwigu zależy od rodzaju napędu i systemu sterowania Idealizowany ruch kabiny dźwigu osobowego v max v CZAS t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t 8 Łagodny start (ograniczenie zrywu da/dt, a=dv/dt) Szybki przejazd Łagodne zatrzymanie z bardzo dokładnym poziomowaniem kabiny

54 Wybór napędu i sterowania dźwigiem Co należy uwzględnić? Opuszczanie Charakterystyki mechaniczne dźwigu Nakłady finansowe T T,, P Podnoszenie Ω Ω 1 P Ω 2

55 Stosowane napędy dźwigów (we wszystkich przypadkach sterowanie PLC) Opuszczanie F F,, P Podnoszenie V 380/220V 50Hz Elementy wykonawcze silnoprądowe V 2 P V 1 Sterowanie (PLC) v v max t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t 8 CZAS

56 Napęd hybrydowy zasilanie z wielu źródeł energii (rower ze źródłem w postaci ogniwa paliwowego wodorowego)

57 Stosowane napędy dźwigów (we wszystkich przypadkach sterowanie PLC) Opuszczanie F F,, P Podnoszenie V 380/220V 50Hz Elementy wykonawcze silnoprądowe V 2 P V 1 Sterowanie (PLC) Z silnikiem klatkowym załączanym bezpośrednio do sieci? Z silnikiem dwubiegowym? Dźwig osobowy czy towarowy? Z silnikiem klatkowym i falownikiem?

58 Stosowane napędy dźwigów (we wszystkich przypadkach sterowanie PLC) Napęd silnikiem klatkowym załączanym bezpośrednio do sieci? 50Hz 400/230V M Opuszczanie Podnoszenie T T n1 380/220V 50Hz Elementy wykonawcze silnoprądowe Sterowanie (PLC) Ω 2 T d Ω 1 Ω Opuszczanie F F,, P Podnoszenie T n2 dω/dt = (T n T d ) / J t P = T Ω Niskie prędkości niewielkie moce, (zryw) dźwigi przemysłowe - hamowanie mechaniczne V 2 V P V 1 P = F V

59 Minigaraż piętrowy

60 Stosowane napędy dźwigów (we wszystkich przypadkach sterowanie PLC) Z silnikiem dwubiegowym v szybki bieg 380/220V 50Hz Elementy wykonawcze silnoprądowe wolny bieg Sterowanie (PLC) t 1 t 2 t 3 t 4 czas w czasie t1 t2 hamowanie generatorowe w czasie t3 t4 hamowanie mechaniczne Opuszczanie F F,, P Podnoszenie większość wysokich domów w Polsce jest wyposażona w dźwigi osobowe z napędem silnikiem dwubiegowym V 2 V P V 1

61 Stosowane napędy dźwigów Z silnikiem dwubiegowym v szybki bieg 380/220V 50Hz Elementy wykonawcze silnoprądowe wolny bieg Sterowanie (PLC) t 1 t 2 t 3 t 4 czas Opuszczanie Podnoszenie Tn1 T d przejazd z większą prędkością, hamowanie mechaniczne przy niskiej prędkości jak kontrolowane są stany przejściowe? Ω 2 Ω T n2 Ω 1

62 Stosowane napędy dźwigów v Z silnikiem dwubiegowym stan przejściowy szybki bieg 380/220V 50Hz Elementy wykonawcze silnoprądowe wolny bieg Sterowanie (PLC) t 1 t 2 t 3 t 4 czas Stany przejściowe są kontrolowane poprzez kształtowanie charakterystyki mechanicznej silnika oraz poprzez zastosowanie koła zamachowego (magazynu energii J) Opuszczanie Podnoszenie Tn1 T d Ω dω/dt = (T n T d ) / J t Rozruch na biegu szybkim, hamowanie generatorowe na wolnym hamowanie mechaniczne na wolnym Ω 2 T n2 Ω 1

63 Specjalny silnik dwubiegowy Dodatkowe koło zamachowe dω/dt = (Tn Td) / Jt

64 Specjalny tani silnik dwubiegowy Dodatkowe koło zamachowe regulator dynamiki Wielki moment bezwładności dla zmniejszenia przyspieszenia Długi rozruch z dużym prądem duże straty budowa silnika przystosowana do wielkich strat energii (tysiące domów w Polsce jest wyposażonych w dźwigi osobowe z takim silnikiem dwubiegowym!!! 5 krotnie większa masa)

65 Specjalny silnik dwubiegowy klatkowy oraz seryjny silnik indukcyjny tej samej mocy dźwigowy silnik dwubiegowy z kołem zamachowym silnik jednobiegowy standard

66 Zastosowanie standardowego silnika indukcyjnego i przekształtnika energoelektronicznego przynosi wielkie oszczędności stali i energii

67 Maszyny robocze - opory bierne ruchu w układach rozpraszających Opory ruchu - tarcie V2 M V1 F Kierunek ruchu V 2 V Siły tarcia F = F o (V) sign(v) V 1 Siła dla pokonania tarcia spoczynkowego jest większa od siły tarcia w ruchu

68 Opory ruchu M Siła oporów pojazdu trakcyjnego Kierunek ruchu Siły oporów ruch poziomy po prostej (równanie przybliżone) F o F F ~F o + k 1 V + k 2 V 2 P = (Fo +k 1 V + k 2 V 2 ) V V Siła dla pokonania tarcia spoczynkowego jest większa od siły tarcia w ruchu z małą i średnią prędkością

69 Opory czynne - pokonywania wzniesień 512kW Opory ruchu M Kierunek ruchu α Wagon kolejowy F = M g sin(α), P = M g sin(α) V Dla M = kg, V= 20 m/s (72km/godz), α = 5 º P = = W = 512 kw Dodatkowo dla pokonania wzniesienia 5 0 (8.7%) potrzeba 512kW bardzo duże wzniesienie dla kolei

70 Pokonywanie wzniesień przez samochód elektryczny Opory ruchu M Kierunek ruchu α Opory toczenia, Opory powietrza Opory przy wzroście prędkości Opory przy pokonywaniu wzniesień Przykład: α = 5º, V= 15m/s (54km/godz.), masa pojazdu 1200kg Moc potrzebna dla pokonania oporów dodatkowych - wzniesienie P = sin(5) = 15380W = 15.4kW Dodatkowy prąd baterii o napięciu 120V I = 15380/120 = 128 A Samochód hybrydowy? z ogniwem paliwowym?

71 Napędy pojazdów zasilane z nowoczesnych źródeł energii elektrycznej Ogniwa paliwowe ( fuel cell) jako czyste źródła energii elektrycznej zastosowanie do ekologicznych pojazdów z napędem elektrycznym wodór Bateria akumulatorów Bateria gromadzenie energii hamowania i chwilowe powiększanie mocy źródła ogniwo paliwowe przekształtnik energoelektro niczny lekki silnik elektryczny PMM woda Mikrokomputer DSP- Drive by wire

72 Maszyny wirujące pompy, wentylatory odśrodkowe Ponad 50% energii pobieranej przez napędy elektryczne jest zużywane przez napędy pomp, wentylatorów, dmuchaw, sprężarek (przez turbomechanizmy)

73 Maszyny wirujące pompy, wentylatory odśrodkowe Charakterystyka: Zależność ciśnienia H w funkcji wydajności Q dla stałej i zmiennej prędkości kątowej Ω (prędkości wirowania) H= f(q) H H = f(q), Ω = const (regulacja dławieniem) H H x Q H 1 H H x H = f(q), Ω = var (regulacja prędkości) Q Q REGULACJA PREDKOŚCI WIROWANIA PRZY OTWARTEJ ZASUWIE Q 1

74 Maszyny wirujące pompy, wentylatory odśrodkowe H H = f(q), Ω = const (regulacja dławieniem) H 1 H H x ΔH Q H = f(q), Ω = var (regulacja prędkości) Q Regulacja wydajności poprzez dławienie i poprzez zmianę prędkości kątowej Ω (prędkości wirowania) Q 2 Q 1 ΔH =?? strata czy zysk?

75 Maszyny wirujące pompy, wentylatory odśrodkowe H H = f(q), Ω = const (regulacja dławieniem) H 1 η =0.4 H Q H x H = f(q), Ω = var η =0.7 (regulacja prędkości) Q Wielkie starty mocy i energii w pompach i wentylatorach o regulacji dławieniowej Q 2 Q 1 Regulacja wydajności poprzez dławienie to jest metoda poprzez pogarszanie sprawności)

76 80% 40% Charakterystyki pompy h =f(q) - względne

77 Maszyny wirujące pompy, wentylatory odśrodkowe OSZCZĘDNOŚCI MOCY T T max (regulacja dławieniem) ΔT ZMNIEJSZENIE MOMENU OBCIĄŻENIA H Q T 1 T = f(ω), T2 ΔT regulacja prędkości) Ω Regulacja wydajności poprzez dławienie i poprzez zmianę Ω 2 Ω 1 prędkości kątowej Ω (prędkości wirowania) T reg Ω = f 1 (Ω 2 ), Preg Ω = f 2 (Ω 3 )

78 Maszyny wirujące pompy, wentylatory odśrodkowe 50Hz H Q M var Regulacja wydajności przy otwartej zasuwie poprzez regulację prędkości przynosi wielkie oszczędności mocy i energii T reg Ω = f 1 (Ω 2 ), Preg Ω = f 2 (Ω 3 )

79 Uproszczony schemat połączenia sieci biurowej i przemysłowej (informatyka przemysłowa)