Διερεύνση μείωσης ενεργειακών απαιτήσεων ηλεκτρικών κινητήρων βοηθητικών μηχανημάτων πλοίου με χρήση διατάξεων ηλεκτρινικών ισχύος.

Abstract

Στο πλαίσιο της συνεχούς προσπάθειας μείωσης του λειτουργικού κόστους των πλοίων, αλλά και της εναρμόνισης με τους κανονισμούς του Διεθνή Ναυτιλιακού Οργανισμού (ΙΜΟ), εξετάζονται διάφοροι μηχανισμοί και διερευνώνται διάφορες μέθοδοι με σκοπό τη μείωση του ενεργειακού αποτυπώματος των πλοίων. Προκειμένου να διερευνηθεί η δυνατότητα μείωσης των ενεργειακών απαιτήσεων ενός επαγωγικού κινητήρα με περιέλιξη κλωβού στην κατάσταση μόνιμης λειτουργίας εξετάζεται η σκοπιμότητα χρήσης ηλεκτρονικών ισχύος. Εξαιτίας τούτου αναπτύχθηκε μία πειραματική διάταξη όπου, ένας μικρός, τριφασικός επαγωγικός κινητήρας ονομαστικής ισχύος 175 W, συνδέεται με ένα ηλεκτροδυναμόμετρο, που προσομοιώνει μια βοηθητική αντλία επάνω σε πλοίο. Αρχικά η τροφοδότηση του κινητήρα γίνεται απευθείας από την τριφασική πηγή τάσης, ενώ στο επόμενο στάδιο γίνεται μέσω του ηλεκτρονικού ισχύος που παρεμβάλλεται μεταξύ της πηγής τάσεως και του κινητήρα. Οι λειτουργικές παράμετροι της διάταξης καταγράφονται και μετά την επεξεργασία τους μελετάται η απόδοση του συστήματος μετατροπέα-ηλεκτροκινητήρα-ηλεκτροδυναμομέτρου. Μετρήσεις λήφθησαν για τις παρακάτω καταστάσεις: • Χωρίς λειτουργία του μετατροπέα ισχύος, • Με λειτουργία του μετατροπέα ισχύος με ρύθμιση τάσεως-συχνότητας με βάση το επίπεδο ζήτησης μηχανικού φορτίου, • Με λειτουργία του μετατροπέα ισχύος χωρίς ρύθμιση τάσεως-συχνότητας. Οι μετρήσεις λήφθησαν για διάφορα επίπεδα ισχύος μηχανικού φορτίου από 0% έως και 120% του «ονομαστικού μηχανικού φορτίου», το οποίο ορίζεται ως το μηχανικό φορτίο που αποδίδεται στο ηλεκτροδυναμόμετρο υπό τις ονομαστικές συνθήκες λειτουργίας τάσης και ρεύματος του επαγωγικού κινητήρα. Από την επεξεργασία των μετρήσεων προέκυψε ότι σε χαμηλά επίπεδα φόρτισης του ηλεκτροδυναμόμετρου (έως περίπου 60%) η χρήση μετατροπέα ισχύος με ρυθμιζόμενη τάση-συχνότητα με βάση το επίπεδο του μηχανικού φορτίου οδηγεί σε εξοικονόμηση ηλεκτρικής ενέργειας ως και 35%. .

Following a constant attempt to reduce the functional cost of ships while abiding by the regulations of the International Maritime Organization (IMO), a number of mechanisms are being examined and a number of methods are being studied which aim at reducing the ships carbon footprint. In order to explore the possibility of reducing the energy demands of squirrel induction motor in permanent operation, the use of power electronics is being considered. For the purpose of our study, we have developed an experimental arrangement where a small, three-phase squirrel induction motor of nominal power 175W is connected to an electrodynamometer, which simulates an auxiliary pump aboard a ship. Initially, the motor is powered directly from the three-phase voltage source, while at the next stage this is achieved by the electronic power which comes in between the voltage source and the motor. Once the functional parameters of this arrangement have been recorded and processed, the performance of the system converter-electromotor- electrodynamometer is being studied. We have measured and recorded the operational parameters of the following situations: • Without the power converter in operation • With the power converter in operation adjusting voltage and frequency according to the demand level of the mechanical load • With the power converter in operation without adjusting voltage and frequency The measurements obtained refer to various levels of the power mechanical load ranging from 0% to 120% of the “nominal mechanical load”, which is defined as the mechanical load attributed to the electrodynamometer under the nominal operational conditions of voltage and power of the induction motor. After processing the measurements, we have concluded that in low load levels of the electrodynamometer (up to about 60%), the use of a power converter adjusting voltage and frequency according to the level of the mechanical load reduces energy consumption up to 35%.