Aleš Rožman ZAMENJAVA POGONA NA SREDNJI PROGI V VALJARNI Diplomsko delo Maribor, november 2012

Aleš Rožman ZAMEJAVA POGOA A SREDJI PROGI V VALJARI Diplomsko delo Maribor, november 2012

Diplomsko delo visokošolskega študijskega programa ZAMEJAVA POGOA A SREDJI PROGI V VALJARI Študent: Študijski program: Smer: Mentor: Aleš Rožman Visokošolski študijski program elektrotehnika Močnostna elektrotehnika red. prof. dr. Mladen Trlep Maribor, november 2012

ZAHVALA Zahvaljujem se mentorju red. prof. dr. Mladenu Trlepu za pomoč in vodenje pri opravljanju diplomskega dela. Posebna zahvala gre tudi laborantu Mitji Hriberniku, zaposlenim v podjetjih Metal Ravne, ABB in Petrol Energetika, še posebej g. Janezu Jehartu, g. Jožetu Apatu, g. Branku Plasniku in g. Marku Jamerju za vse potrebne podatke za izdelavo diplomske naloge. Zahvala velja tudi staršem, ki so mi pomagali omogočiti študij. Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 I

ZAMEJAVA POGOA A SREDJI PROGI V VALJARI Ključne besede: valjarna, pogon, asinhronski motor, sinhronski motor, enosmerni motor UDK: 621.313.333:621.771(043.2) Povzetek Diplomsko delo govori o zamenjavi glavnega pogona s pripadajočim napajanjem in regulacijo na srednji progi v valjarni. Delovanje obstoječega pogona je podrobno opisano z vsemi prednostmi, slabostmi ter željami, ki bi jih moral imeti novi pogon. Z upoštevanjem želja uporabnika sem izbral, predstavil in opisal tri različne možne rešitve zamenjave glavnega motorja, in sicer z asinhronskim, sinhronskim in enosmernim motorjem. Pri vseh treh rešitvah bi podjetje veliko pridobilo pri učinkovitosti in zanesljivosti proizvodnje linije, vendar je najbolj ekonomsko upravičena zamenjava motorja s sinhronskim motorjem. Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 II

REPLACEMET OF THE ELECTRIC DRIVE OF THE MIDDLE LIE I THE ROLLIG MILL Key words: rolling mill, electric drive, induction motor, synchronous motor, DC motor UDK: 621.313.333:621.771(043.2) Abstract This paper speaks about the replacement of the main electric drive together with associated power and regulations on the middle track in the rolling mill. Operation of the existing electric drive is described in detail with all the advantages, disadvantages and desires which the new electric drive is expected to have. Considering the wishes of the user, I chose, presented and described three possible solutions of replacing the main motor, namely with the induction, synchronous and DC motor. Taking into account all these solutions, company would gain much in efficiency and reliability of production line. However, the most economically justifiable is the replacement of the main motor with the synchronous one. Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 III

KAZALO VSEBIE 1 UVOD... 1 2 KRATKA PREDSTAVITEV PODJETJA METAL RAVE D.O.O.... 3 2.1 Uvod... 3 2.2 Splošno o podjetju Metal Ravne d.o.o.... 3 2.3 Opis produktov v valjarskem programu... 5 2.4 Proizvodni program valjarne... 6 3 PODROBE OPIS OBSTOJEČEGA STAJA POGOA... 7 3.1 Uvod... 7 3.2 Opis naprav in pogona... 8 3.2.1 apajanje... 8 3.2.2 Regulacija... 9 3.2.3 Glavni motor... 10 3.3 Opis delovanja pogona... 10 3.3.1 Postopek valjanja gledano tehnološko... 11 3.3.2 Postopek valjanja gledano električno... 12 3.4 Problemi obstoječega stanja pogona... 12 3.4.1 Problemi napajanja... 12 3.4.2 Problemi regulacije... 13 3.4.3 Problemi glavnega motorja... 14 3.5 Ovrednotenje podatkov obstoječega glavnega pogona... 16 4 ZAMEJAVA POGOA Z ASIHROSKIM MOTORJEM... 20 4.1 Splošno o asinhronskem motorju... 20 4.2 Princip delovanja asinhronskega motorja... 21 4.3 Prednosti asinhronskega motorja... 21 4.4 Slabosti asinhronskega motorja... 21 4.5 Izbira asinhronskega motorja za glavni pogon srednje proge... 22 4.5.1 Podatki in pogoji za izbiro novega pogonskega motorja... 22 4.5.2 Izračun in izbira asinhronskega motorja... 23 4.5.3 Podatki novega asinhronskega motorja... 25 Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 IV

4.5.4 Primerjava izbranega novega asinhronskega motorja glede na obstoječega enosmernega... 25 5 ZAMEJAVA POGOA S SIHROSKIM MOTORJEM... 27 5.1 Splošno o sinhronskem motorju... 27 5.2 Princip delovanja sinhronskega motorja... 28 5.3 Prednosti sinhronskega motorja... 28 5.4 Slabosti sinhronskega motorja... 29 5.4.1 Izbira sinhronskega motorja za glavni pogon srednje proge... 29 5.4.2 Podatki in pogoji za izbiro novega pogonskega motorja... 29 5.4.3 Izračun in izbira sinhronskega motorja... 29 5.4.4 Primerjava izbranega novega sinhronskega motorja glede na obstoječega enosmernega... 31 6 ZAMEJAVA POGOA Z EOSMERIM MOTORJEM... 32 6.1 Splošno o enosmernem motorju... 32 6.2 Princip delovanja enosmernega motorja... 33 6.3 Prednosti enosmernega motorja... 34 6.4 Slabosti enosmernega motorja... 34 6.5 Izbira enosmernega motorja za glavni pogon srednje proge... 34 6.5.1 Podatki in pogoji za izbiro novega pogonskega motorja... 34 6.5.2 Izračun in izbira enosmernega motorja... 35 6.5.3 Primerjava izbranega novega enosmernega motorja, glede na obstoječega enosmernega... 36 7 KRATKA AALIZA VSEH REŠITEV ZAMEJAV MOTORJA... 37 7.1 Analiza zamenjave pogona z asinhronskim motorjem... 37 7.2 Analiza zamenjave pogona s sinhronskim motorjem... 38 7.3 Analiza zamenjave z enosmernim motorjem... 38 7.4 Analiza zamenjave napajalnega kablovoda... 39 7.5 Analiza zamenjave napajalnega transformatorja... 39 7.6 Analiza zamenjave regulacije... 39 8 SKLEP... 40 9 LITERATURA I VIRI... 41 10 PRILOGE... 43 Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 V

KAZALO SLIK Slika 2.1: Logotipa podjetja Metal Ravne d.o.o. in Slovenske industrije jekla [7]... 3 Slika 2.2: Tehnološka shema proizvodnje v Metalu Ravne d.o.o. [9]... 4 Slika 2.3: Končni izdelki valjarne [7]... 6 Slika 3.1: 20 kv zemeljski kabel [10]... 8 Slika 3.2: Usmerniška tiristorska regulacija motorjev na srednji progi [7]... 9 Slika 3.3: Glavna motorja srednje proge z reduktorjem [7]... 10 Slika 3.4: Valjarsko ogrodje srednje proge med obratovanjem [7]... 11 Slika 3.5: Dotrajan kolektor glavnega enosmernega motorja [7]... 14 Slika 4.1: ABB-jev asinhronski motor visoke napetosti in moči 5 MW [11]... 20 Slika 5.1: ABB-jev sinhronski motor in njegov rotor [12] in [13]... 27 Slika 6.1: ABB-jev enosmerni motor [14]... 32 Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 VI

UPORABLJEI SIMBOLI (%) nazivni izkoristek P m (W) oddana mehanska moč na gredi motorja P el (W) nazivna električna moč motorja P (W) nazivna oddana mehanska moč na gredi motorja U (V) nazivna napetost I (A) nazivni tok U1, U 2 (V) napetost enosmernega motorja pri dovoljeni preobremenitvi I1, I 2 (A) tok enosmernega motorja pri dovoljeni preobremenitvi P1, P 2 (W) oddana mehanska moč na gredi enosmernega motorja pri dovoljeni n1, n 2 (min -1 ) preobremenitvi število vrtljajev enosmernega motorja pri dovoljeni preobremenitvi M1, M 2 (m) vrtilni moment enosmernega motorja pri dovoljeni preobremenitvi % (%) nazivni izkoristek v procentih DCsk nazivni izkoristek obeh enosmernih motorjev DCsk% (%) nazivni izkoristek obeh enosmernih motorjev v procentih DC% (%) izračunani izkoristek enosmernega motorja v procentih DC (%) povprečni izkoristek enosmernega motorja n (min -1 ) nazivno število vrtljajev motorja M (m) nazivni vrtilni moment motorja, M max (m) maksimalni vrtilni moment motorja M (m) vrtilni moment motorja t (s) čas m (rad/s) mehanska kotna (krožna) hitrost (rad/s) nazivna mehanska kotna (krožna) hitrost M sk (m) skupni vrtilni moment P sk (W) skupna mehanska moč Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 VII

W d (Wh) povprečna poraba delovne energije W d (Wh) skupna poraba delovne energije W j (VArh) povprečna poraba jalove energije W j (VArh) skupna poraba jalove energije W jh (VArh) povprečna poraba jalove energije preračunane na eno uro n s (min -1 ) sinhronsko število vrtljajev p število polovih parov f (Hz) nazivna frekvenca cos nazivni faktor delavnosti I 0 (A) vzbujalni tok I z (A) zagonski tok M z (m) zagonski vrtilni moment W ASM (Wh) privarčevana delovna energija asinhronskega motorja % (%) razlika nazivnega izkoristka novega motorja in nazivnega izkoristka obeh enosmernih motorjev v procentih S (VA) nazivna navidezna moč Q (VAr) nazivna jalova moč % (%) primerjava momentov obstoječega in novega motorja v procentih U max (V) maksimalna priključena napetost n max (min -1 ) maksimalno število vrtljajev I max (A) maksimalni tok J (kgm 2 ) vztrajnostni moment i (%) izračunani izkoristek različnih obremenitev motorja pri valjanju Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 VIII

UPORABLJEE KRATICE ABB Asea Brown Boveri ime podjetja ELI Elektrische Industrie ime podjetja TP transformatorska postaja KBA kabel izoliran kabel s svinčenim plaščem in opletom s kovinskim trakom DC enosmerna napetost ASM asinhronski motor D.O.O. družba z omejeno odgovornostjo DDV davek na dodano vrednost KT konična tarifa T nizka tarifa VT visoka tarifa Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 IX

1 UVOD Podjetje Metal Ravne d.o.o. ima v bližnji prihodnosti namen v celoti obnoviti srednjo valjarsko progo v Valjarni profilov. Ker je pogon srednje valjarske proge zelo kompleksen in zajema številne pogonske sklope, je bila želja podjetja, da bi napravil diplomsko nalogo, ki bi se ukvarjala z zamenjavo pogona na srednji progi v valjarni. V diplomskem delu sem se osredotočil na zamenjavo glavnega pogonskega motorja, ki poganja glavni pogon na srednji valjarski progi. a trgu je nekaj podjetij, ki lahko v celoti zagotovijo nove stroje in naprave in zamenjajo celoten pogon, vendar je sodelovati v tem diplomskem delu skupaj s podjetjem Metal Ravne bilo pripravljeno le podjetje ABB. Skupaj smo veliko sodelovali in iskali najboljše rešitve za zamenjavo pogona, kjer smo našli tri različne rešitve zamenjave glavnega motorja, in sicer z asinhronskim, sinhronskim in enosmernim motorjem. Ker zamenjava motorja ne bi bila mogoča brez zamenjave napajalnega kablovoda, napajalnega transformatorja in pripadajoče regulacije, sem v diplomskem delu na kratko opisal tudi te energetske sklope. amen diplomskega dela je v prvem delu podrobno predstaviti in opisati obstoječi pogon z vsemi napakami in slabostmi, zaradi katerih je zmanjšana proizvodnja zmogljivost valjanja. V drugem delu diplomskega dela je namen predstaviti in opisati vse tri primerne motorje in izbrati najboljšo rešitev z upoštevanjem želja uporabnikov in odpraviti vse napake in slabosti, ki jih ima obstoječi pogon. Velik poudarek je tudi na učinkoviti rabi električne energije, ki je danes poglavitnega pomena, sploh pri tako velikem porabniku, kot je podjetje Metal Ravne. V zadnjem delu diplomskega dela sem analiziral vse uporabljene rešitve in jih na kratko povzel, ki bodo v podjetju Metal Ravne v pomoč pri izbiri novega motorja za pogon srednje valjarske proge. Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 1

Diplomska naloga je sestavljena iz več poglavij, kjer sem najprej na kratko predstavil podjetje Metal Ravne, ter posebej proizvodnji obrat Valjarna profilov, kjer se nahaja srednja valjarska proga, na kateri se bo v bližnji prihodnosti zamenjal glavni pogon, kar opisuje ta diplomska naloga. V tretjem poglavju sem natančno opisal delovanje obstoječega pogona na srednji progi, ki ga poganjata dva enaka paralelno obratujoča enosmerna motorja, ki sta regulirana s tiristorsko regulacijo, ki jo napaja šest fazni usmerniški transformator. Opisal sem tudi vse probleme, ki se pojavljajo v proizvodnji pri valjanju gredic in profilov, ter konkretne probleme z napajanjem, regulacijo in glavnim motorjem. V naslednjih poglavjih sem posamezno opisal asinhronski, sinhronski in enosmerni motor, njihov osnovni princip delovanja, prednosti in slabosti, ter izbral novi motor z upoštevanjem vseh pogojev in želja podjetja Metal Ravne. a koncu sem analiziral najboljše rešitve posameznih motorjev, zaradi katerih je zamenjava motorja najbolj racionalna in ekonomsko upravičena. Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 2

2 KRATKA PREDSTAVITEV PODJETJA METAL RAVE D.O.O. V tem poglavju bom na kratko opisal in predstavil podjetje Metal Ravne d.o.o., ter opisal njihove produkte, ki jih izdelujejo. 2.1 Uvod Podjetje Metal Ravne je največje podjetje na Koroškem, ki že vrsto let zelo dobro posluje, katerega ni prizadela niti gospodarska kriza, kajti fužinarstvo oziroma metalurgija na Koroškem imata kar 390 letno zgodovinsko tradicijo in vso potrebno znanje za konkurenčno in kakovostno izdelavo raznih jekel. Slika 2.1: Logotipa podjetja Metal Ravne d.o.o. in Slovenske industrije jekla [7] 2.2 Splošno o podjetju Metal Ravne d.o.o. Podjetje Metal Ravne spada v skupino SIJ - Slovenska industrija jekla, ki je članica skupine IMH - Industrial Metallurgical Holding, vertikalno povezanega mednarodnega grozda podjetij. Lastne jeklarna, kovačnica, valjarna, ter različne vrste toplotne in mehanske obdelave zagotavljajo več kot 200 kvalitet jekel različnih dimenzijskih oblik, od ogljičnih in legiranih konstrukcijskih, do orodnih ter specialnih jekel v obliki valjanih in kovanih proizvodov. Proizvodi so skladni s svetovnimi standardi in opremljeni z ustreznimi atesti. Radi se pohvalijo s skoraj 90 000 ton letne proizvodnje, kar jih v globalnem svetu uvršča med zelo majhne jeklarne. Svojo priložnost so zato poiskali v tako imenovani nišni proizvodnji, ki jo odlikujejo specifična znanja in izkušnje, večja fleksibilnost in visoka dodana vrednost, zato proizvodnja in prodaja neprestano rasteta. Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 3

Slika 2.2: Tehnološka shema proizvodnje v Metalu Ravne d.o.o. [9] Poleg razvoja specifičnih znanj, prihodnost gradijo tudi na posodobitvah tehnološke opreme. Strateške naložbe, kot so nova kovačnica težkih odkovkov, nova valjarna težkih profilov in novo ulivališče, pomenijo širitev ponudbe podjetja. enehne izboljšave omogočajo kakovostnejše izpolnjevanje potreb, želja in pričakovanj dobaviteljev, kupcev, zaposlenih, lastnikov in ne nazadnje okolja. S takšnim odnosom do partnerjev in okolja so med prvimi v Sloveniji pridobili certifikat kakovosti ISO 9001 in certifikat iz skupine ISO 14000. Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 4

Zavedajo se, kako pomembno je učinkovito in fleksibilno trženje. Zato razvijajo partnersko, kupcem prijazno prodajno mrežo. Postati želijo še bolj prepoznavni igralec na globalnem trgu, kamor danes izvozijo kar 80 odstotkov svojih izdelkov. Glavni trg so države Evropske unije, seveda pa njihove izdelke cenijo tudi zadovoljni kupci v ZDA, na Bližnjem in Daljnem vzhodu, ter drugod po svetu. Podjetje zaposlujejo okoli 1000 strokovno usposobljenih delavcev različnega strokovnega profila, od raznih pomočnikov z nižjo izobrazbo in vse do doktorjev znanosti. 2.3 Opis produktov v valjarskem programu V valjarskem programu sta združeni dve proizvodni enoti in sicer Valjarna profilov in Proizvodnja svetlih profilov. Valjarna profilov V Valjarni profilov lahko na srednji in lahki valjarski progi izdelujejo okrogle, kvadratne in ploščate profile različnih dimenzij. Poleg valjarskih prog imajo tudi peči za toplotno obdelavo in stroje za ravnanje, razrez, peskanje, lakiranje in kontrolo valjanih profilov. Proizvodnja svetlih profilov V Proizvodnji svetlih profilov lahko na različnih strojih izdelajo izdelke z vlečeno, luščeno ali brušeno površino. Tako lahko v valjarskem programu izdelajo zelo širok spekter izdelkov različnih površinskih izvedb in različnih stanj končne toplotne obdelave. V Valjarni gredic je ključni agregat novo težko valjarsko ogrodje, tam pa obratujejo tudi peči za toplotno obdelavo in stroji za brušenje ter kontrolo gredic. Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 5

2.4 Proizvodni program valjarne Okrogli profili dimenzij od 15 do 105 mm in dolžine do 6 m, ploščati profili dimenzij od 40 do 225 mm od 7 do 45 mm in dolžine do 6 m, kvadratni profili dimenzij od 25 do 75 mm in dolžine do 6 m in gredice z zaobljenimi robovi dimenzij od 14 do 110 mm in dolžine do 6 m. Slika 2.3: Končni izdelki valjarne [7] Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 6

3 PODROBE OPIS OBSTOJEČEGA STAJA POGOA To poglavje najprej zajema nekaj o zgodovini pogona na srednji progi v valjarni, opisuje glavne pripadajoče sklope, ki so potrebni za obratovanje ter kako obratuje celoten pogon, na koncu pa zajema probleme, ki se pojavljajo v proizvodnji med obratovanjem obstoječega pogona. 3.1 Uvod V Valjarni profilov že od leta 1962 obratuje obstoječi glavni pogon za valjanje gredic in profilov. Tako glavna motorja kot reduktor so še danes enaki, kot so bili ob takratni montaži srednje valjarske proge, spremenila se je le regulacija glavnega motorja. Skozi čas je elektronika zelo napredovala, zato so kar hitro prvotno živosrebrno regulacijo s transduktorji oziroma magnetni ojačevalniki, zamenjali diodni sklopi, ki so obratovali vse do leta 1996. Takrat se je podjetje odločilo zastarelo regulacijo zamenjati, s tiristorsko regulacijo, ki se je izkazala za veliko bolj zanesljivo in učinkovito regulacijo enosmernega motorja. Zaradi šest faznega tiristorskega usmernika, je bilo potrebno takrat prevezati napajalni usmerniški transformator iz dveh ločenih nizko napetostnih navitij v Dd0 stik. S tem se je podjetje izognilo dodatnim stroškom nakupa novega usmerniškega transformatorja zaradi prenove postrojenja pogona srednje proge. Od takrat, torej od leta 1996 in vse do danes, se tako na mehanskem kot na električnem delu pogona srednje proge v valjarni ni popolnoma nič spreminjalo, zato ima pogon kot celota zaradi dotrajanosti in zastarele tehnologije manjšo učinkovitost delovanja, predvsem pa manjši izkoristek, zato se bo v bližnji prihodnosti podjetje odločilo za zamenjavo celotnega pogona srednje proge v valjarni. Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 7

3.2 Opis naprav in pogona Podpoglavje opisuje tri glavne sklope, ki so največjega pomena pri zanesljivosti in učinkovitosti obratovanja pogona na srednji progi v valjarni. 3.2.1 apajanje Za napajanje podjetij z električno energijo srednje napetosti v Železarni Ravne skrbi podjetje Petrol Energetika. Iz centralne TP, kjer je transformacija napetosti iz 110 kv na 20 kv in 5 kv, se preko treh paralelnih 20 kv KBA zemeljskih kablov preseka 3 70 mm 2 in dolžine 460 m, napaja TP valjarna. V valjarni se ločita dva 20 kv sistema, in sicer prvi sistem za težko progo v valjarni in drugi sistem za srednjo in lahko progo, ter vse ostale naprave, ki so v valjarni. Glavni pogon srednje proge se napaja preko ELI-ovega šest faznega usmerniškega transformatorja moči 2686 kva in nazivne napetosti na sekundarni strani 540 V. Ostali in pomožni pogoni, ter vse ostale naprave na srednji progi se napajajo preko dveh transformatorjev moči 1000 kva in napetosti 400 V. Slika 3.1: 20 kv zemeljski kabel [10] Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 8

3.2.2 Regulacija Glavna motorja se napajata preko dveh paralelno obratujočih Simoreg-ovih tiristorskih usmernikov, ki regulirata in ščitita glavna enosmerna motorja. Regulacija omogoča spreminjanje hitrosti vrtenja motorja od 0 in vse do 1200 min -1, hkrati tudi ščiti motorja in sicer pred preobremenitvijo, prenapetostjo, previsoko temperaturo ležajev motorja in reduktorja, ter pred previsokimi vrtljaji. Slika 3.2: Usmerniška tiristorska regulacija motorjev na srednji progi [7] Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 9

3.2.3 Glavni motor Glavni pogon srednje proge poganjata dva enaka ELI-ova paralelno obratujoča serijska enosmerna motorja, ki skupaj poganjata reduktor, preko katerega se prenaša vrtilni moment na ogrodje valjev za valjanje gredic in profilov. Motorja sta prisilno hlajena v zaprtem sistemu, v katerem so razni filtri in vodno-zračni izmenjevalec, ki ohlaja zrak za hlajenje motorja. Slika 3.3: Glavna motorja srednje proge z reduktorjem [7] 3.3 Opis delovanja pogona Valjanje gredic in profilov je zelo kompleksno in vsebuje več različnih postopkov in faz valjanja. Zaradi kompleksnosti procesa valjanja je srednja proga v valjarni, kjer se valjajo gredice in profili zelo zapleten sistem, ki vsebuje poleg glavnega pogona še vrsto pomožnih pogonov in ostalih naprav, ki so potrebne za nemoteno valjanje. Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 10

3.3.1 Postopek valjanja gledano tehnološko Primerno obdelano gredico najprej segrejejo v Allino peči, do določene temperature (do 1110 C), ki je odvisna od materiala. Ko preteče določen čas segrevanja gredice, ki je metalurško natančno določen, valjčnice zapeljejo gredico iz peči skozi odškajevanje, kjer z vodo pod velikim tlakom izluščijo nastale škaje, ki nastanejo med segrevanjem na gredici in katere bi lahko vplivale na netočno dimenzijo zvaljane gredice ali profila. ato gredica prispe po valjčnicah do valjarskega ogrodja, kjer se valji predhodno vrtijo z določenim številom vrtljajev, kateri so v naprej natančno določeni glede na vrsto materiala. Med valjanjem se zaradi preoblikovanja material dodatno segreje, zato mora biti hitrost valjanja natančno določena, da se material ne pregreje niti ohladi skozi proceduro valjanja, ki lahko traja tudi do 400 sekund. Slika 3.4: Valjarsko ogrodje srednje proge med obratovanjem [7] Ko valjar s pomočjo računalnika nastavi ustrezen razmik med valji, lahko valjar prične z valjanjem, tako da gredico zapelje skozi valje, s tem je opravil tako imenovan en prevlek. Pred naslednjim prevlekom valjar s pomočjo računalnika ponovno nastavi razmik med valji, ki je tokrat manjši, za koliko je manjši, pa je zopet odvisno od materiala, ki se valja. Ta postopek oziroma prevleki se vrstijo en za drugim v naprej določenem zaporedju, vse do končne dimenzije gredice ali profila. Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 11

3.3.2 Postopek valjanja gledano električno Če postopek valjanja opazujem iz glavnega motorja ugotovim, da se motor zažene pod obremenitvijo reduktorja in valjev v valjarskem ogrodju. Zagon motorja je v celoti avtomatiziran in se izvrši v času okoli pol minute, ko pogonski sklop doseže nazivne vrtljaje. ato valjar nastavi v naprej določeno število vrtljajev, ki so odvisni od posameznega materiala, in ko pogonski sklop doseže nastavljeno število vrtljajev, se valjanje lahko prične. Vrtljaje vrtenja motorja valjarji nastavljajo od 300 min -1 in vse do 1200 min -1, vendar najpogosteje se v praksi uporabljajo vrtljaji v območju med 500 min -1 in 900 min -1. Obremenitev motorja se med valjanjem zelo spreminja in sicer je odvisna od kvalitete in dimenzije valjanega materiala. Posamezna obremenitev motorja je največja v času prevleka gredice ali profila, in v začetnih prevlekih dosega višje vrednosti kot pri kasnejših prevlekih, vendar je zaradi vse daljše gredice čas trajanja obremenitve takrat daljši. 3.4 Problemi obstoječega stanja pogona Podpoglavje opisuje realne probleme, ki se pojavljajo med obratovanjem pogona in vplivajo na zmanjšano proizvodnjo kapaciteto gredic in profilov. 3.4.1 Problemi napajanja Glavni pogon srednje proge se napaja preko usmerniškega transformatorja, kateri se napaja preko 20 kv kablovoda iz centralne TP. Srednje napetostni kablovod je zaradi svoje starosti izgubil izolacijsko prebojno trdnost. a njem se še ne pojavljajo napake pri obratovanju, vendar se podjetje zaveda, da bo v bližnji prihodnosti potrebno preventivno zamenjati vse tri napajalne kablovode do TP v valjarni. ajvečji problem kablovoda so priključne glave, ki so zelo dotrajane in na nekaterih mestih tudi mehansko poškodovane. Z zamenjavo napajalnih kablovodov, bi podjetje Metal Ravne pridobilo pri učinkovitosti in zanesljivosti obratovanja proizvodnje linije na srednji progi v valjarni, saj bi se verjetnost, da se pojavi okvara na napajalnem kablovodu zelo zmanjšala. Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 12

Usmerniški transformator srednje proge v valjarni obratuje praktično že od leta 1962. Leta 1996 se je zaradi prenove srednje proge transformator prevezal, vendar kakšnih večjih del se na njemu takrat ni opravilo. Podjetje Petrol Energetika, ki skrbi za vzdrževanje srednje in visoko napetostnih naprav, torej tudi za usmerniški transformator na srednji progi v valjarni, vsako leto ob remontu srednje proge izvrši vrsto meritev na transformatorjih. Lani je bilo ugotovljeno, da ima usmerniški transformator izolacijsko prebojno trdnost med ovoji navitja na spodnji še dovoljeni meji. Prav tako imajo velike probleme z tesnjenjem transformatorskega kotla, zato na leto iztoči kar nekaj litrov transformatorskega olja. Obe podjetji Metal Ravne in Petrol Energetika se zavedata, da je usmerniški transformator ena izmed šibkejših točk napajanja srednje proge, zato ga imajo v planu zamenjati skupaj z rekonstrukcijo srednje proge v valjarni. Z zamenjavo tega transformatorja bi podjetje Metal Ravne pridobilo pri učinkovitosti in zanesljivosti obratovanja proizvodnje linije na srednji progi v valjarni, saj imajo novi transformatorji praktično 100 % zanesljivost obratovanja na daljši čas. 3.4.2 Problemi regulacije Usmerniška tiristorska regulacija na srednji progi v valjarni obratuje neprestano od leta 1996. Z samo regulacijo podjetje Metal Ravne nima kakšnih bistvenih težav, saj obratuje zelo zanesljivo. ajvečji problem te Simoreg-ove regulacije je zastarelost, saj če pride do kakršnekoli okvare, za njo ni ne novih rezervnih in nadomestnih delov, niti serviserja, ki bi servisiral in popravljal to regulacijo. Zastarela regulacija, ki ni kaj dosti avtomatizirana, ima zelo dolg in zapleten postopek zagona srednje proge, pri katerem kar hitro lahko gre kaj narobe, zato sta zmeraj ob vklopu srednje proge prisotna vsaj dva ustrezno usposobljena upravljalca. Vse to podaljša čas zagona srednje proge in s tem se zmanjša količina proizvodnje gredic in profilov. Skozi leta obratovanja so se prvotne nastavitve dveh paralelno obratujočih regulacijskih usmernikov spremenile, kar se opaža pri prav tako paralelno obratujočih enosmernih motorjih, ki ne obratujeta več popolnoma paralelno, saj se kolektor na enem izmed motorjev prekomerno iskri, kar se kaže na prekomerni obrabi ščetk in kolektorja. Podjetje se zaveda te napake, vendar nimajo ustrezno izobraženega kadra, ki bi to napako regulacije odpravil. Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 13

Pri valjanju novejših trdnejših materialov, kjer je potrebna natančna hitrost valjanja, je problem pri hitrosti reguliranja vrtljajev motorja ob spremembi obremenitve motorja. Zaradi prepočasnega valjanja gredic in profilov, material ne doseže pravilne strukture, zato ga je potrebno v kasnejših metalurških procesih večkrat dodatno toplotno obdelati, kar podaljša čas proizvodnje končnega izdelka in s tem tudi poviša stroške proizvodnje. Z zamenjavo regulacije glavnega pogona na srednji progi v valjarni bi podjetje Metal Ravne pridobilo pri takojšni kakovosti in količini zvaljanega materiala, kot pri izkoristku, saj je usmerniška regulacija zastarela in ima slab izkoristek v primerjavi z novimi. 3.4.3 Problemi glavnega motorja Glavni pogon srednje proge poganjata že od leta 1962 dva enaka 790 kw ELI-ova paralelno obratujoča serijska enosmerna motorja, ki skupaj poganjata reduktor, preko katerega se prenaša vrtilni moment na ogrodje valjev za valjanje gredic in profilov. V vseh letih obratovanja oba motorja obratujeta še danes v prvotnem stanju. Zaradi vse večje proizvodnje valjanih gredic in profilov in vse trdnejših materialov, sta motorja iz leta v leto bolj obremenjena, kar se kaže na prekomerni obrabi ščetk in tudi kolektorja. Zato se je leta 2011 podjetje Metal Ravne odločilo, da bo zaradi dotrajanega kolektorja na obeh motorjih potrebno obnoviti oziroma ostružiti kolektor, kar je na licu mesta tudi uspešno opravilo podjetje Rade Končar. Obnovitev kolektorja je le zmanjšalo prekomerno iskrenje in s tem pogojeno pregrevanje in obrabljanje kolektorja in ščetk, saj je za to deloma kriva tudi prej omenjena regulacija. Slika 3.5: Dotrajan kolektor glavnega enosmernega motorja [7] Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 14

Zelo velik strošek in problem je pri dveh tako velikih enosmernih motorjih redni pregled in menjava ščetk, ki se izvršuje vsakodnevno. Vse to je dodaten strošek za podjetje in tudi zmanjšana proizvodnja zmogljivost, saj je potrebno ob pregledu ščetk srednjo progo popolnoma izklopiti. Ob vročih dnevih in veliki proizvodnji zmogljivosti je velik problem hlajenje obeh motorjev ter njunih ležajev. Ob takšnih izrednih pogojih se zmanjša proizvodnja kapaciteta, kar vpliva na končno količino zvaljanega materiala. Zaradi starosti glavnih motorjev je njun skupni izkoristek bistveno manjši, kot je bil pri novih motorjih. Slika 3.6: Ščetke za enosmerni motor na srednji progi [7] Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 15

3.5 Ovrednotenje podatkov obstoječega glavnega pogona Izračun nazivnega izkoristka motorja iz kataloških podatkov 3 DC UI 6001420 DC% P DC 79010 100 92,7 % 0,927 (3.1) V enačbi (3.1) sem izračunal nazivni izkoristek obstoječega enega enosmernega motorja, rezultat sem podal v procentih. 0,927 0,927 0,856 DCsk DC DC DCsk% 100 85,6 % DCsk (3.2) Ker pogon paralelno poganjata dva enaka enosmerna motorja, je skupni izkoristek obeh motorjev produkt posameznega izkoristka motorja, kar je razvidno iz enačbe (3.2). Rezultat sem podal tudi v procentih. Izračun izkoristka motorja glede na meritve, ki jih je opravila Univerza v Ljubljani, TF, Oddelek za materiale in tehnologijo DC% DC% DC% DC1 DC2 DC3 DC4 DC5 DC6 6 57,0 52,6 51,7 55,1 62,9 60,8 6 56,6 % (3.3) V enačbi (3.3) sem izračunal skupni izkoristek obeh enosmernih motorjev, glede na rezultate meritev, ki jih lahko najdemo v prilogi A. Izračun skupnega izkoristka je seštevek povprečnih izkoristkov motorja pri njegovem obratovanju, kjer valja različne materiale. Povprečni izkoristek motorja sem izračunal iz posameznih izkoristkov motorja pri različnih obremenitvah valjanja različnih materialov, ki sem jih izračunal glede na prevleke gredic ali profilov skozi valjarsko ogrodje, kar je razvidno iz tabele izkoristkov motorja pri različnih obremenitvah, ki se nahaja v prilogi A. Zaradi veliko obratovalnih ur srednje proge in tako slabega izkoristka motorja bi podjetje Metal Ravne z zamenjavo motorja zelo veliko privarčevalo pri električni energiji. Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 16

Glavni pogon srednje valjarske proge poganjata dva enaka enosmerna motorja s serijsko vezavo vzbujalnih navitij. azivni podatki enosmernega motorja U I P n 600 V 1420 A 790 kw 750 min 1 Možna dovoljena preobremenitev enosmernega motorja Spodaj so podatki dveh ločenih primerov preobremenitve, ki jih obstoječi enosmerni motor lahko kratkotrajno prenese brez posledic za motor. U I 1 1 1 1 1 600 V 1700 A P 940 kw n 750 min M M max1 t 2 uri 1,19 1 U I 2 2 2 2 2 600 V 1770 A P 980 kw n M M t 750 min max 2 1 uro 1, 24 1 Izračun nazivnega vrtilnega momenta enosmernega motorja M M P P 2πn 3 79010 60 10,06 10 3 m 10,06 km 2π 750 (3.4) Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 17

Izračun vrtilnega momenta ob dovoljeni preobremenitvi enosmernega motorja M P 3 1 94010 60 3 max1 11,97 10 m 11,97 km 2πn1 2π750 (3.5) M P 3 2 98010 60 3 max2 12,48 10 m 12,48 km 2πn2 2π750 (3.6) V enačbi (3.5) in (3.6) sta izračunana maksimalna momenta, ki jih motorja lahko razvijeta. Izračun skupnega vrtilnega momenta obeh enosmernih motorjev M M sk sk 3 3 2M 2 10,06 10 20,12 10 m 20,12 km (3.7) Izračun skupne moči obeh enosmernih motorjev P P sk sk 2P 279010 1580 kw 3 (3.8) Izračun povprečne mesečne porabe delovne električne energije usmerniškega transformatorja na srednji progi v valjarni. Za izračun povprečne mesečne porabe delovne energije sem skupno porabo po letih popisa delil s številom mesecev popisa števca električne energije. W W W W d d d d Wd1 Wd2 Wd3 Wd4 Wd5 Wd6 59 (625,39 13911188, 25 686,7 1017,68 444,17) 10 59 6 5353,1910 59 90,732 MWh 6 (3.9) Vrednosti porabe delovne električne energije sem dobil od podjetja Petrol Energetika. Podatke sem obdelal in združil skupaj po letih beleženja, kar je razvidno iz tabele porabe delovne električne energije usmerniškega transformatorja na srednji progi, ki se nahaja v prilogi B. Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 18

Izračun povprečne mesečne porabe jalove električne energije usmerniškega transformatorja na srednji progi v valjarni. Za izračun povprečne mesečne porabe jalove energije sem skupno porabo po letih popisa delil s številom mesecev popisa števca električne energije. W W W W j j j j Wj1 Wj2 Wj3 Wj4 Wj5 Wj6 59 (696,84 1546,9 1329,78 791,11136, 25 490,81) 10 59 6 5991,6810 59 101,554 MVArh 6 (3.10) Izračun povprečne porabe jalove energije preračunane na eno uro, za kasnejše vrednotenje kompenzacije jalove energije. W W jh jh W j 101,55410 mesec h 3024 141,047 kvarh 6 (3.11) Vrednosti porabe jalove električne energije sem dobil od podjetja Petrol Energetika. Podatke sem obdelal in združil skupaj po letih beleženja, kar je razvidno iz tabele porabe jalove električne energije usmerniškega transformatorja srednje proge, ki se nahaja v prilogi C. Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 19

4 ZAMEJAVA POGOA Z ASIHROSKIM MOTORJEM V tem poglavju bom sprva na kratko predstavil asinhronski motor in njegove značilnosti, nato pa s pomočjo pridobljenih podatkov in izračunov izbral ustrezen asinhronski motor za glavni pogon na srednji progi v valjarni. 4.1 Splošno o asinhronskem motorju Asinhronski motorji so številčno najbolj razširjeni tako v industriji, kot tudi v gospodinjstvu, saj so njegovi razponi moči zelo veliki in sicer od nekaj vatov pa vse do nekaj megavatov. Poznamo enofazne asinhronske motorje, ki se uporabljajo predvsem za manjše moči, trifazne asinhronske motorje, ki so najpogosteje uporabljeni, ter posebne večfazne asinhronske motorje, ki se uporabljajo zgolj za specifične razmere in pogone. ajpogosteje uporabljen trifazni asinhronski motor poznamo v dveh različnih konstrukcijskih izvedbah in sicer z navitim rotorjem, kjer imamo preko drsnih obročev dostop do rotorja, in asinhronske motorje z rotorjem s kratkostično kletko, kateri so najpogosteje uporabljeni zaradi svojih številnih prednosti in robustnosti. Slika 4.1: ABB-jev asinhronski motor visoke napetosti in moči 5 MW [11] Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 20

4.2 Princip delovanja asinhronskega motorja Pri opisu delovanja asinhronskega motorja in tudi pri vseh nadaljnjih podpoglavjih se bom osredotočil na asinhronski motor s kratkostično kletko. Ko priključimo statorsko navitje tri faznega asinhronskega motorja na trifazno napetost, bodo skozi statorsko navitje stekli izmenični fazno premaknjeni tokovi, ki bodo v stroju povzročili vrtilno magnetno polje. Hitrost vrtilnega magnetnega polja je odvisna od frekvence priključene napetosti in od števila magnetnih polov v statorskem navitju. Zaradi vrtilnega magnetnega polja se v rotorju inducira napetost, ki požene sorazmerno velike tokove skozi rotorske palice, zato deluje nanje sila, oziroma na rotor vrtilni moment. a rotor deluje vrtilni moment v smeri vrtenja magnetnega polja, ki vrti rotor. Moment motorja je sorazmeren z magnetnim pretokom in rotorskim tokom. 4.3 Prednosti asinhronskega motorja Asinhronski motor ima številne prednosti v primerjavi s sinhronskimi in enosmernimi motorji. Stroški vzdrževanja so minimalni, kar dolgoročno poceni motor, stroški izdelave motorja gledano na moč so manjši kot pri sinhronskem motorju, zaradi robustnosti in dolge življenjske dobe imajo zelo široko področje uporabe, zaradi nizke stopnje vzdrževanja lahko neprekinjeno obratujejo zelo dolgo časa, kratkotrajno dopuščajo velike preobremenitve brez kakšnih posledic za motor, konstrukcijsko lahko dosežemo visoke vrtilne momente in strmo momentno karakteristiko, zaradi katere se vrtljaji motorja relativno malo spremenijo ob spremembi obremenitve okoli delovne točke, lahko ga napajamo s frekvenčnim pretvornikom in s tem odpravimo njegovo slabost pri spreminjanju vrtljajev. 4.4 Slabosti asinhronskega motorja Ob delovanju skupaj s frekvenčnim pretvornikom asinhronski motor praktično nima slabih lastnosti, edina, ki je ekonomskega vidika je zelo velik magnetilni tok večpolnih asinhronskih motorjev, kar se izraža z veliko porabo jalove energije. Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 21

4.5 Izbira asinhronskega motorja za glavni pogon srednje proge V tem podpoglavju bom s pomočjo pridobljenih podatkov iz obstoječega glavnega pogona srednje proge v valjarni poskušal izbrati najbolj primerno in optimalno rešitev zamenjave pogona z asinhronskim motorjem. 4.5.1 Podatki in pogoji za izbiro novega pogonskega motorja Ob izbiri novega motorja moram upoštevati naslednje podatke in pogoje, ki sem jih pridobil iz obstoječega starega pogona, ter od zaposlenih v Valjarni profilov, ki vsakodnevno uporabljajo ta pogon. Odpraviti je potrebno vse slabe lastnosti in probleme obstoječega pogona z dvema paralelno obratujočima serijskima enosmernima motorjema, ki sem jih navedel v prejšnjem poglavju. Zaradi novejših in trdnejših materialov, ter zaradi povečanja proizvodnje valjanja gredic in profilov moram izbrati motor, ki bo zmogljivejši od obstoječega in bo kljub polni zmogljivosti proizvodnje linije zagotovil nemoteno obratovanje v proizvodnji. Za podjetje Metal Ravne je zelo pomembno, da vsako leto kljub večanju proizvodnih zmogljivosti, zmanjšajo porabo električne energije, zato moram izbrati motor, ki bo imel konkurenčen izkoristek ob različnih obratovalnih stanjih, ki se pojavljajo ob valjanju gredic in profilov. a vse zadnje je ključnega pomena avtomatizirati in modernizirati pogon srednje valjarske proge, kar bi v celoti dosegli le ob celotni zamenjavi transformatorja, regulacije in motorja, ter s tem pridobili največ pri zanesljivosti in učinkovitosti obratovanja, ter pri izboljšanju celotnega izkoristka pogona. Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 22

4.5.2 Izračun in izbira asinhronskega motorja Iz nazivnih podatkov obstoječega enosmernega motorja bom izračunal in izbral nove primerljive podatke za izbiro asinhronskega motorja. azivni podatki obstoječega enosmernega motorja U I P n M 600 V 1420 A 790 kw 750 min 1 10,06 km Ker paralelno obratujeta dva enaka enosmerna motorja, upoštevam, da se moč in moment obeh seštejeta, potem iz tega dobim, da je skupna moč obeh motorjev Psk 1580 kw (3.8), in skupen moment Msk 20,12 km (3.7). Za naročilo tako velikega motorja sem pri dobaviteljih iz vsega sveta zelo omejen, saj je potrebno zamenjavo motorja gledati širše, da se bo zamenjal napajalni 20 kv kablovod, transformator, regulacija in motor. Podjetja, ki bi na trgu ponujala vse te stroje in naprave sta le dva in sicer ABB in Siemens. Ko sem se informativno zanimal pri obeh podjetjih za možnost ponudbe in tehničnih podatkov potrebnih naprav in strojev, ki bi mi pomagali pri izdelavi diplomske naloge, sem naletel na presenetljiv problem, saj mi podjetje Siemens ni hotelo posredovati nobenega kataloga potrebne opreme, s katerim bi si lahko pomagal pri izdelavi diplomske naloge in podatke primerjal pri različnih ponudnikih, zato sem izbral podjetje ABB, ki je bilo pripravljeno sodelovati in sem od njih dobil vse potrebne podatke o motorjih. Sedaj paralelno obratujeta dva enaka enosmerna motorja, ki skupaj poganjata reduktor. Pri zamenjavi motorja, bi bilo potrebno zamenjati tudi reduktor, saj je ta zaradi svoje starosti dotrajan. Pri izbiri asinhronskega pogonskega motorja sem predpostavil, da bo novi reduktor takšen, kot je na težki progi v Valjarni gredic, kjer ga poganja en motor, ter da ima reduktor enako prestavno razmerje, kot obstoječi, ki je 1 : 9,314. Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 23

Za takšno izbiro sem se odločil zaradi manj zapletenega pogona, manjših problemov pri regulaciji in usklajevanju paralelno obratujočih dveh motorjev, ter zaradi večjega izkoristka enega večjega motorja, kot dveh manjših. Izbira vrtljajev Za izbiro novega motorja za srednjo progo valjarne sem najprej izračunal koliko polni mora biti motor. Pri tem sem upošteval nazivne vrtljaje obstoječega motorja, ki so n 750 min 1, katerim se moram pri izbiri novega motorja najbolj približati. Izračun števila polovih parov novega motorja, pri katerem sem izbral sinhronsko hitrost vrtljajev n s 750 min 1 : p 60 f 6050 n 750 4 (4.1) s 2p 8 (4.2) Iz enačbe (4.2) je razvidno da bom za nov motor izbral 8 polni asinhronski motor. Izbira napajalne napetosti Iz ABB-jevega kataloga o asinhronskih motorjih, sem razbral, da izdelujejo motorje nizke napetosti do 1000 kw, motorje večjih moči pa izdelujejo za srednjo napetost, ki je standardizirana na 3, 6 in 10 kv. Ker je cena motorja pogojena z napajalno napetostnim nivojem in z višjo napetostjo cena drastično narašča, sem se odločil, da izberem asinhronski motor z nazivno napetostjo 3000 V. Ta napetostni nivo je tudi enak napetostnemu nivoju prenovljene težke proge v Valjarni gredic, ki se nahaja v neposredni bližini Valjarne profilov, kjer se nahaja srednja valjarska proga. Zaradi tega je priporočljivo izbrati napetostni nivo, ki se že uporablja zaradi raznih rezervnih in nadomestnih delov. Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 24

Izbira moči in momenta Podjetje ABB proizvaja motorje standardiziranih nazivnih moči in momentov. Za izbiro novega motorja je zame pomemben podatek moment motorja, ki pa mora biti večji od sedanjega skupnega momenta za približno 30 %, zaradi povečanja proizvodnje ter novih in trdnejših materialov. Moment, ki ga razvijeta obstoječa enosmerna motorja je 20,12 km (3.7). ovi asinhronski motor izbran iz ABB-jevega kataloga asinhronskih motorjev večjih moči, razvije moment 26,689 km. 4.5.3 Podatki novega asinhronskega motorja Iz dosedanjih izračunanih in izbranih podatkov sem izbral ABB-jev asinhronski motor z naslednjimi podatki: U I P n 0 3000 V 473 A 2000 kw 743 min cos 0,84 M I f 96,3 % 1 25,698 km 135 A 50 Hz I I z M M z M M max 75 % 4,6 0,6 1,8 cos 0,83 75 % 96,6 % 4.5.4 Primerjava izbranega novega asinhronskega motorja glede na obstoječega enosmernega ovi motor se napaja z napetostjo 3000 V, zaradi katere je napajalni tok motorja veliko manjši in je zaradi tega potreben manjši presek napajalnih kablov. 2 MW asinhronski motor razvije za 28 % (4.7) večji vrtilni moment, od obstoječega enosmernega pogona, ki bi moral zadostovati potrebam večje proizvodnje in trdnejših materialov. Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 25

Omahni moment asinhronskega motorja je kar za 80 % večji od njegovega nazivnega momenta. jegov izkoristek je 96,3 %, kar je za 10,7 % več (4.4) od nazivnega izkoristka obeh enosmernih motorjev. Pri takšnem izkoristku bi povprečno mesečno porabo delovne električne energije zmanjšali za 9,71 MWh (4.3). Slabost asinhronskega motorja je v veliki porabi jalove električne energije, ki ob nazivni obremenitvi znaša 1291,87 kvar (4.6), kar je za podjetje zelo velik strošek, zato bi bilo potrebno kompenzirati to jalovo energijo. Izračun privarčevane delovne energije na mesec v primerjavi z obstoječim pogonom 10,7 6 ASM % Wd 90,732 10 9,71 MWh (4.3) W 100 % % DCsk% 96,3 85,6 10,7 % (4.4) Izračun jalove energije pri nazivni obremenitvi motorja S P 2000 10 3 2380,95 kva (4.5) cos 0,84 2 2 3 2 3 2 9 2380,95 10 200010 1668,934 10 Q S P Q 1291,87 kvar (4.6) Primerjava vrtilnega momenta med izbranim asinhronskim in obstoječim enosmernim motorjem v procentih 3 M 25,698 10 % 1100 1 27,7 % 3 Msk 20,12 10 (4.7) Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 26

5 ZAMEJAVA POGOA S SIHROSKIM MOTORJEM V tem poglavju bom sprva na kratko predstavil sinhronski motor in njegove značilnosti, nato pa s pomočjo pridobljenih podatkov in izračunov izbral ustrezen sinhronski motor za glavni pogon na srednji progi v valjarni. 5.1 Splošno o sinhronskem motorju Vsak sinhronski motor lahko obratuje tudi kot generator, zato v splošnem srečujemo izraz sinhronski stroj. Sinhronski motorji se lahko uporabljajo za zelo male moči, le nekaj milivatov, in vse do srednjih moči, medtem ko se sinhronski generatorji uporabljajo predvsem za velike moči, tudi do dva gigavata. Sinhronski stroji so številčno manj zastopani od asinhronskih, vendar se z njimi proizvede večina električne energije. Poznamo dve različni konstrukcijski izvedbi sinhronskih strojev, in sicer stroj z izraženimi poli na rotorju, imenovan tudi hidro rotor, ki se uporablja predvsem kot večpolni generator v hidroelektrarnah. Druga izvedba rotorja je z neizraženimi poli ali cilindričnim rotorjem, imenovan tudi turbo rotor, ki se uporablja predvsem kot dva ali štiri polni generator v termo in jedrskih elektrarnah. Ker ima sinhronski motor vzbujalno navitje na rotorju, ki mu pravimo tudi primarno navitje, se rotor zmeraj vrti s sinhronskimi vrtljaji, ki so konstantni ne glede na obremenitev, kar je primerno za natančne pogone, ker lahko lažje nadziramo položaj rotorja. Slika 5.1: ABB-jev sinhronski motor in njegov rotor [12] in [13] Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 27

5.2 Princip delovanja sinhronskega motorja Pri sinhronskem motorju je rotorsko vzbujalno navitje napajano z enosmernim tokom, preko dveh drsnih obročev, ki vzbudi v rotorju enosmerno magnetno polje. Statorsko navitje je ekvivalentno kot pri asinhronskih motorjih. Ko na priključne sponke statorskega navitja sinhronskega motorja priključimo tri fazno napetost, se sinhronski motor ne bo samostojno zagnal. Vrtilno polje se vrti s sinhronskimi vrtljaji, zato rotor zaradi svoje mase ne more pospešiti na sinhronsko hitrost. Problem zagona rešimo s frekvenčnim pretvornikom, ki frekvenco počasi dviguje od nič navzgor, s tem se hitrost vrtilnega polja v statorju veča tako počasi, da ji lahko sledi rotor. Pri obremenitvi motorja nastane med inducirano in priključeno napetostjo kolesni kot, zaradi katerega nastane padec napetosti na sinhronski reaktanci motorja, ki požene skozi statorsko navitje, statorski tok, ki zaostaja za 90 za inducirano napetostjo, ki je skoraj v fazi s priključeno napetostjo. Sinhronski motor ima vse skozi konstantne vrtljaje ob spreminjanju obremenitve, spreminja se le kolesni kot, ki je sorazmeren z obremenitvijo motorja, vendar ko doseže kolesni kot 90 pride do padca iz sinhronizma, kar povzroči zaustavitev rotorja, pri čemer lahko pride do mehanskih poškodb motorja. Maksimalni ali kritični moment sinhronskega motorja je približno dva krat večji od nazivnega momenta motorja. 5.3 Prednosti sinhronskega motorja Sinhronski motor ima konstantne vrtljaje ne glede na obremenitev, ker imamo preko drsnih obročev dostop do rotorskega vzbujalnega navitja, lahko sinhronski motor lažje in bolj natančno vodimo od asinhronskih. ajvečja prednost sinhronskega motorja je ta, da lahko s povečanjem rotorskega vzbujalnega toka spreminjamo jalovo moč motorja. Tako lahko motor obratuje navzven s faktorju delavnosti, ki je enak 1, kar dosežemo s spremembo vzbujalnega toka rotorja. Motor lahko s povečanjem vzbujalnega toka rotorja prevzbudimo, zaradi česar bo statorski tok motorja za omrežje kapacitiven in tako lahko kompenziramo jalovo energijo omrežja. Motor lahko z zmanjšanjem vzbujalnega toka rotorja podvzbudimo, pri čemer motor porablja jalovo energijo iz omrežja. Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 28

5.4 Slabosti sinhronskega motorja jegova uporaba brez frekvenčnega pretvornika praktično ni mogoča, cena sinhronskega motorja je v primerjavi z asinhronskim in enosmernim motorjem bistveno večja. 5.4.1 Izbira sinhronskega motorja za glavni pogon srednje proge V tem podpoglavju bom s pomočjo pridobljenih podatkov iz obstoječega glavnega pogona srednje proge v valjarni poskušal izbrati najbolj primerljivo in optimalno rešitev zamenjave pogona s sinhronskim motorjem. 5.4.2 Podatki in pogoji za izbiro novega pogonskega motorja Podatki in pogoji za izbiro novega pogonskega sinhronskega stroja so enaki, kot pri izbiri asinhronskega motorja, ki sem jih navedel v prejšnjem poglavju pri izbiri asinhronskega motorja za glavni pogon srednje proge. 5.4.3 Izračun in izbira sinhronskega motorja Izračun in izbira sinhronskega motorja je bolj zapletena in kompleksna, kot je bila izbira asinhronskega motorja, kajti podjetje ABB za sinhronske motorje nima kataloških podatkov, ker vsak stroj posamezno izdelajo za točno določeno aplikacijo in režim obratovanja. Zaradi tega bom v nadaljevanju izbral sinhronski motor s podatki, ki sem jih pridobil od podjetja ABB za že obstoječi vendar primeren motor za naše potrebe. Za izbiro vseh ostalih parametrov za izbiro sinhronskega motorja bom izhajal iz izračunanih parametrov pri izbiri asinhronskega motorja. Izbira vrtljajev azivna vrednost vrtljajev sinhronskega motorja je enaka kot obstoječega pogona, torej n 750 min 1, zato bi izbral 8 polni sinhronski motor. Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 29

Izbira napajalne napetosti Za izbiro napajalne napetosti sinhronskega motorja, bi tudi v tem primeru izbral srednje napetostni nivo in sicer 3000 V, tako kot pri izbiri asinhronskega motorja. Izbira moči in momenta Minimalni potreben vrtilni moment, ki ga mora zagotavljati sinhronski motor je 20,12 km (3.7). Zaradi večanja proizvodnje in kvalitetnejših in trdnejših materialov ima podjetje željo, da bi novi motor razvil za približno 30 % večji vrtilni moment od obstoječega, zato sem se odločil za izbiro sinhronskega motorja, ki razvije vsaj 25 km. Izračun moči sinhronskega motorja P P m m M Pm M 2πn m 2πn (5.1) P P m m 750 60 1963,5 kw 3 3 25 10 2π 1963,5 10 W (5.2) Izračunana moč sinhronskega motorja je približno 2 MW (5.2), ker lahko sinhronski motor obratuje s faktorjem delavnosti, ki je enak 1, lahko rečemo, da je njegova moč 2 MVA. Ker bi se ta motor uporabljal tudi za kompenzacijo jalove energije, bi izbral temu primerno močnejši motor. Povprečna poraba jalove energije na uro v valjarni znaša 141 kvar (3.11), zato bi izbral sinhronski motor z močjo 2,2 MVA. Izračun nazivnega momenta motorja pri izbrani moči sinhronskega motorja 2,2 MW M M 6 P P 2,2 10 60 3 28,01110 m m 2πn 2π 750 28,011 km (5.3) Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 30

5.4.4 Primerjava izbranega novega sinhronskega motorja glede na obstoječega enosmernega ovi motor se napaja z napetostjo 3000 V, zaradi katere je napajalni tok motorja manjši in je zaradi tega potreben manjši presek napajalnih kablov. 2,2 MW sinhronski motor razvije za 39 % (5.4) večji vrtilni moment, od obstoječega enosmernega pogona, ki bi moral zadostovati potrebam večje proizvodnje in trdnejših materialov. Zaradi zelo dobrega izkoristka novega sinhronskega motorja, bi veliko privarčevali pri električni energiji, saj pogon neprestano obratuje praktično 24 ur na dan. Sinhronski motor lahko obratuje s faktorju delavnosti 1, pri čemer ne porablja jalove energije tako kot asinhronski motor. Velika prednost sinhronskega motorja je kompenzacija jalove energije, pri čemer bi lahko bistveno zmanjšali strošek porabljene jalove energije v valjarni. Primerjava vrtilnega momenta med izbranim asinhronskim in obstoječim enosmernim motorjem v procentih 3 M 28,01110 % 1100 1 39,2 % 3 Msk 20,12 10 (5.4) Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 31

6 ZAMEJAVA POGOA Z EOSMERIM MOTORJEM V tem poglavju bom sprva na kratko predstavil enosmerni motor in njegove značilnosti, nato pa s pomočjo pridobljenih podatkov in izračunov izbral ustrezen enosmerni motor za glavni pogon na srednji progi v valjarni. 6.1 Splošno o enosmernem motorju Enosmerni komutatorski stroj je bil prvi elektromagnetni stroj, ki je pretvarjal mehansko energijo v električno. Prvi enosmerni motor se je napajal preko galvanskega člena in je bil izumljen že davnega leta 1838. Skozi čas so se enosmerni motorji konstrukcijsko le malo spreminjali, zato se od prejšnjega stoletja in vse do danes njihova oblika praktično ni spremenila. Včasih so se enosmerni motorji zaradi enostavnega principa delovanja in krmiljenja množično uporabljali, vendar jih danes skoraj ne srečamo več, saj jih ob uporabi frekvenčnega pretvornika enakovredno zamenjujejo asinhronski in sinhronski motorji. Danes srečamo enosmerne motorje še predvsem v starejših električnih lokomotivah in raznih robotskih rokah. Slika 6.1: ABB-jev enosmerni motor [14] Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 32

Poznamo več vrst izvedb enosmernih motorjev glede na vzbujanje, ki se med seboj razlikujejo predvsem pri obremenilnih karakteristikah: Tuje vzbujen motor, ki ima zelo trdo obremenilno karakteristiko, tak motor je lahko vzbujen preko trajnih magnetov ali vzbujalnega navitja, vzporedno vzbujen motor ima mehkejšo karakteristiko, kot tuje vzbujen motor, zaporedno oziroma serijsko vzbujen motor, ki razvije ob zagonu zelo velik moment, pri neobremenjenem motorju pa lahko motor celo pobegne, motor s sestavljenim navitjem, ki je zaporedno in vzporedno vzbujen, pri čemer lahko s kombinacijo obeh vzbujanj dosežemo različne obremenilne karakteristike. 6.2 Princip delovanja enosmernega motorja Če gre za tuje vzbujen enosmerni motor, je potrebno najprej vzbujalno navitje priključiti na enosmerno napetost, da se v motorju ustvari enosmerno mirujoče magnetno polje. Če gre za ostale tipe motorja, se magnetno polje v motorju ustvari, ko skozi rotorsko navitje steče tok. Ko na rotorske sponke priključimo enosmerno napetost, po rotorskih navitjih steče enosmerni tok in ker se ta navitja nahajajo v mirujočem magnetnem polju, na njih deluje sila, ki zavrti rotor. Rotorsko navitje se napaja preko ščetk, ki drsijo po drsnem kolektorju, tako ščetke razdelijo rotorsko navitje na dve vzporedni meji. Zaradi tega je smer rotorskega toka nasprotna pod severnim in južnim magnetnim polom, zato deluje sila na vodnike pod severnim polom nasproti, kot sila na vodnike pod južnim polom. Obe sili se podpirata, zato s polmerom rotorja povzročita vrtilni moment, ki vrti rotor. Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 33

6.3 Prednosti enosmernega motorja Enosmerni motor je imel včasih številne prednosti, vendar se ob uporabi frekvenčnega pretvornika njegove prednosti danes enačijo z asinhronskimi in sinhronskimi motorji. Prednosti so: Visoke hitrosti vrtenja in enostavno spreminjanje vrtljajev, različne obremenilne karakteristike motorjev, ki pokrivajo zelo široko področje uporabe, enostaven princip delovanja, kar omogoča enostavno krmiljenje motorja. 6.4 Slabosti enosmernega motorja Enosmerni motor ima kar nekaj bistvenih slabosti, zaradi katerih se zmeraj manj uporablja na trgu. Slabosti so: Iskrenje na ščetkah, zato se ne more uporabljati v eksplozijsko nevarnih prostorih, visoka cena stroškov obratovanja in vzdrževanja, zaradi nenehnega pregledovanja in menjave ščetk, ki se ob velikih obremenitvah zelo obrabljajo, 6.5 Izbira enosmernega motorja za glavni pogon srednje proge V tem podpoglavju bom s pomočjo pridobljenih podatkov iz obstoječega glavnega pogona srednje proge v valjarni poskušal izbrati najbolj primerljivo in optimalno rešitev zamenjave pogona z enosmernim motorjem. 6.5.1 Podatki in pogoji za izbiro novega pogonskega motorja Podatki in pogoji za izbiro novega pogonskega enosmernega motorja so enaki, kot pri izbiri asinhronskega motorja, ki sem jih navedel v pred prejšnjem poglavju pri izbiri asinhronskega motorja za glavni pogon srednje proge. Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 34

6.5.2 Izračun in izbira enosmernega motorja Tudi pri izbiri enosmernega motorja sem se povezal s podjetjem ABB, ki so mi poslali kataloške podatke enosmernih motorjev, vendar sem ugotovil, da ne izdelujejo tako velikih enosmernih motorjev, ki bi ga potrebovalo podjetje Metal Ravne za zamenjavo pogona na srednji progi v valjarni. Skupaj smo se odločili, da ta problem rešimo z rešitvijo paralelno obratujočih dveh enakih enosmernih motorjev, torej bi v tem primeru zamenjali pogon z enako rešitvijo kot se uporablja sedaj. Sprva se je podjetju Metal Ravne zdela ta rešitev nesmiselna, saj takšno vrsto pogona že imajo, vendar bi z takšno zamenjavo veliko pridobili pri večji zanesljivosti in učinkovitosti proizvodnje, ter bi zaradi nove opreme izboljšali izkoristek pogona. Izbira vrtljajev Pri izbiri vrtljajev novega motorja sem se moral najbolj približati vrtljajem obstoječega pogona in pri tem upoštevati vse ostale zahteve za izbiro novega pogona, zato sem iz ABB-jevega kataloga enosmernih motorjev izbral motor, ki ima nazivno število vrtljajev 1 743 min. Izbira napajalne napetosti Pri izbiri napajalne napetosti pri tem enosmernem motorju nisem mogel nič vplivati, saj imajo standardne vrednosti napetosti za določene vrtljaje in moči motorjev. Pri tem motorju je nazivna napetost 620 V. Izbira moči in momenta Ker podjetje ABB ne izdeluje enosmernih motorjev za momente 20 km, bom izbral dva enaka enosmerna motorja, ki bosta skupaj zagotovila vrtilni moment za približno 30 % večji od obstoječega pogona. Ker izbrani posamezni novi enosmerni motor razvije 12,516 km momenta, bosta skupaj zagotovila 25,032 km (6.1) momenta, kar bi moralo zadoščati novim potrebam proizvodnje v valjarni. Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 35

Iz dosedanjih izračunanih in izbranih podatkov sem izbral ABB-jev enosmerni motor z naslednjimi podatki: U I P n M 620 V 1681 A 974 kw 743 min 92,6 % 1 12,516 km U n I I max max max M M max 744 V 1887 min 200 % 195 % J 63,0 kgm 2-1 6.5.3 Primerjava izbranega novega enosmernega motorja, glede na obstoječega enosmernega Moment, ki ga bosta skupaj razvila nova enosmerna motorja bo za približno 25 % večji od obstoječih motorjev, maksimalni moment pa kar za 95 % večji od nazivnega, kar bi moralo zadoščati za nove proizvodnje potrebe v valjarni. Izkoristek novega motorja je bistveno boljši od obstoječega, vendar je zaradi dveh motorjev slabši, kot če bi uporabili samo en motor. Izračun skupnega vrtilnega momenta obeh novih izbranih enosmernih motorjev M M sk sk 3 3 2M 2 12,516 10 25,032 10 m 25,032 km (6.1) Primerjava vrtilnega momenta med izbranim in obstoječim enosmernim motorjem v procentih 3 M 25,032 10 % 1100 1 24,4 % 3 Msk 20,12 10 (6.2) Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 36

7 KRATKA AALIZA VSEH REŠITEV ZAMEJAV MOTORJA V tem poglavju bom na kratko poudaril bistvene prednosti in slabosti posameznih motorjev v primerjavi z obstoječim enosmernim motorjem, ter ugotovitve, zakaj je potrebno ob zamenjavi motorja zamenjati tudi napajalni kablovod, transformator in regulacijo motorja. 7.1 Analiza zamenjave pogona z asinhronskim motorjem Zamenjava glavnega pogona na srednji progi v valjarni z asinhronskim motorjem bi prinesla številne prednosti, kot tudi nekaj slabosti. ajvečja prednost v primerjavi z obstoječim enosmernim pogonom bi bili manjši stroški obratovanja in vzdrževanja asinhronskega motorja, ki bi zagotovil nemoteno proizvodnjo ne glede na zunanje temperaturne vplive in različne kvalitete materialov valjanja. Zaradi boljšega izkoristka motorja bi podjetje nekaj privarčevalo tudi pri porabi električne energije. ajvečja in tudi edina slabost asinhronskega motorja tako velike moči je zelo velika poraba jalove energije, ki bi za podjetje predstavljala zajeten strošek pri porabi jalove električne energije. Delna rešitev bi bila lastna kompenzacija jalove energije s kondenzatorskimi baterijami, s katerimi bi lahko le deloma kompenzirali nastalo jalovo energijo, saj motor obratuje s spremenljivim režimom obratovanja, zato se njegova obremenitev in posledična poraba tako delovne kot jalove energije nenehno spreminja. Podjetje ABB mi je posredovalo informativno ceno asinhronskega motorja, ki sem ga izbral za zamenjavo pogona na srednji progi v valjarni in znaša 180.000 EUR brez DDVja. Potrebno se je zavedati, da asinhronski motor ne more obratovati brez frekvenčnega pretvornika, ki pa je le malenkost cenejši od samega motorja. Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 37

7.2 Analiza zamenjave pogona s sinhronskim motorjem Zamenjava glavnega pogona na srednji progi v valjarni s sinhronskim motorjem bi prinesla ogromno prednosti, brez slabosti. Sinhronski motor ima vse številne prednosti, kot asinhronski motor. jegova največja prednost je, da lahko obratuje s faktorju delavnosti, ki je praktično enak 1, torej ne porablja jalove energije, ki bi za podjetje predstavljala dodaten strošek. Zaradi nenehnega obratovanja bi sinhronski motor lahko uporabili za kompenzacijo jalove energije, ki nastane predvsem ob obratovanju številnih asinhronskih motorjev v celotni valjarni. S tem bi si podjetje Metal Ravne omogočilo lastno kompenzacijo jalove energije, ogromno bi privarčevali, saj povprečna mesečna poraba jalove energije na srednji progi v valjarni sedaj znaša približno 100 MVArh. Z uporabo sinhronskega motorja bi podjetje veliko pridobilo pri zanesljivosti in učinkovitosti proizvodnje in pri izboljšanju izkoristka motorja. Podjetje bi zelo veliko privarčevalo pri porabi delovne električne energije in pri zmanjšanju porabe jalove električne energije, zato bi bila zamenjava pogona s sinhronskim motorjem zelo učinkovita tudi iz ekonomskega vidika. Podjetje ABB mi je posredovalo informativno ceno sinhronskega motorja, ki sem ga izbral za zamenjavo pogona na srednji progi v valjarni in znaša približno 400.000 EUR. Ta cena je zgolj informativnega značaja, ker podjetje ABB izdela vsak večji sinhronski motor posebej za posameznega naročnika in se zelo razlikuje od režima obratovanja motorja in dodatkov na motorju. Potrebno se je zavedati, da tudi sinhronski motor ne more obratovati brez frekvenčnega pretvornika, ki pa je le malenkost cenejši od samega motorja. 7.3 Analiza zamenjave z enosmernim motorjem Zamenjava glavnega pogona na srednji progi v valjarni z enosmernim motorjem ne bi prinesla toliko prednosti kot zamenjava z asinhronskim ali sinhronskim motorjem. Zaradi specifičnosti pogona podjetje ABB ne more zagotoviti enosmernega motorja tako velike moči, ki bi bila potrebna za pogon srednje proge, zato bi v tem primeru morala paralelno obratovati dva enaka enosmerna motorja, torej bi bil pogon zelo podoben obstoječemu. Zaradi dveh motorjev se posledično zmanjša skupni izkoristek obeh motorjev, kar je glede ekonomskega vidika zelo slabo. Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 38

Tudi pri novem enosmernem motorju je potrebno nenehno pregledovati in menjavati ščetke, kar je za podjetje velik strošek, predvsem pa je velik izpad proizvodnje ob zaustavitvi pogona. Vse prednosti, ki jih imajo enosmerni motorji, glede krmiljenja in regulacije, ter zagotavljanja določenih obremenilnih karakteristik, se ob uporabi frekvenčnega pretvornika pri asinhronskem in sinhronskem motorju praktično izničijo. Podjetje ABB mi je posredovalo informativno ceno enosmernega motorja, ki sem ga izbral za zamenjavo pogona na srednji progi v valjarni in znaša 80.000 EUR brez DDV-ja. Ker bi za pogon potrebovali dva enaka enosmerna motorja, ki bi obratovala paralelno je strošek nabave enosmernega motorja 160.000 EUR brez DDV-ja. Potrebno se je zavedati, da enosmerni motor ne more obratovati brez regulatorja, ki pa je le malenkost cenejši od samega motorja. 7.4 Analiza zamenjave napajalnega kablovoda Zaradi zamenjave celotnega pogona na srednji progi v valjarni bi bilo potrebno zaradi dotrajanosti izolacije in povečanja proizvodnih zmogljivosti zamenjati tudi 20 kv napajalni kablovod, ki napaja srednjo progo valjarne iz centralne TP v Železarni Ravne. 7.5 Analiza zamenjave napajalnega transformatorja Ob zamenjavi motorja na srednji progi v valjarni bi bilo potrebno zamenjati napajalni transformator, saj sedanji usmerniški transformator ne bi mogel zagotoviti potrebnega napetostnega nivoja za obratovanje novega motorja, poleg tega ima usmerniški transformator zaradi starosti kritično prebojno trdnost izolacije med ovoji navitja, in tudi tesnjenje kotla je velik problem. 7.6 Analiza zamenjave regulacije Obstoječa tiristorska Simoreg-ova regulacija enosmernih motorjev na srednji progi v valjarni je že zelo zastarela in ne omogoča natančne regulacije vrtljajev, ki so zelo pomembni ob valjanju specialnih jekel. Ob zamenjavi motorja na srednji progi bi se v celoti morala zamenjati tudi regulacija, ki bi bila popolnoma avtomatizirana in bi veliko prinesla pri učinkovitosti proizvodnje. Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 39

8 SKLEP Pri pisanju diplomske naloge sem naletel na veliko vprašanj in problemov, ki sem jih uspešno rešil s pomočjo podjetja Metal Ravne in podjetja ABB. Pri izbiri novih motorjev za glavni pogon srednje proge sem upošteval vse zahteve in želje uporabnikov in podjetja Metal Ravne. ajboljša, najprimernejša, najbolj racionalna in najbolj ekonomsko upravičena rešitev bi bila izbira sinhronskega motorja. Ta izbira ima številne prednosti v primerjavi z asinhronskim ali enosmernim motorjem. Težava pri asinhronskem motorju je velika poraba jalove energije, ki bi za podjetje predstavljala dodaten strošek pri porabi električne energije. Težava enosmernega motorja je manjši skupni izkoristek motorjev zaradi dveh potrebnih paralelno obratujočih motorjev, ter visoki obratovalni stroški in izpad proizvodnje zaradi nenehne menjave in pregledovanja ščetk. Kot sem omenil, bi najprimernejša rešitev za zamenjavo glavnega motorja bila izbira sinhronskega motorja ob katerem bi bilo potrebno zamenjati tudi dotrajan srednje napetostni napajalni kablovod iz centralne TP v Železarni Ravne do TP valjarna, dotrajan usmerniški transformator z novim močnejšim napajalnim transformatorjem ustreznega napetostnega nivoja in vso pripadajočo regulacijo za nov sinhronski motor, ki bi omogočala tudi regulirati motor z možnostjo kompenzacije jalove energije. Gledano iz mehanskega vidika bi bilo potrebno zamenjati tudi reduktor, ki bi bil konstrukcijsko narejen tako, da ga bi poganjal samo en motor. Moral bi imeti predstavno razmerje 1 : 9,314, da bi se izračunani podatki in izbira motorja skladali s potrebam proizvodnje. Sinhronski motor bi s primerjavo z obstoječim enosmernim motorjem imel boljši izkoristek, poleg tega bi z njim lahko dodatno kompenzirali jalovo energijo v valjarni, obenem bi imela nova regulacija in napajalni transformator tudi boljši izkoristek glede na obstoječega, in ker proizvodnja obratuje praktično vseskozi, bi s tem podjetje Metal Ravne ogromno privarčevalo pri porabi električne energije, za kar bi bila ta zamenjava zelo racionalna. Poleg tega zagotavlja novi sinhronski motor vse lastnosti obstoječega pogona s številnimi prednostmi in izboljšavami, ki bi omogočile nemoteno, zanesljivo in učinkovito proizvodnjo v valjarni. Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 40

9 LITERATURA I VIRI [1] I. Zagradišnik, B. Slemnik, Električni rotacijski stroji, Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko Univerze v Mariboru, Maribor 2009 [2] I. Zagradišnik, Električni in elektromehanski pretvorniki, Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko Univerze v Mariboru, Maribor 2008 [3] P. Jereb, Osnove električnih strojev, Fakulteta za elektrotehniko Univerze v Ljubljani, Ljubljana 1977 [4] R. Turk, P. Fajfar, V. Ameršek, V. ardin, A. Buhvald, F. Grešovnik, F. Hartman, V. Ramšak, Š. Skitek, Vpliv preoblikovalnih trdnosti valjancev na preobremenitve valjalnega stroja, Oddelek za materiale in tehnologijo, aravoslovno tehnična fakulteta Univerze v Ljubljani, Ljubljana 1995 [5] Uradna internetna stran podjetja Metal Ravne d.o.o., dostopna na: http://www.metalravne.com [junij 2012] [6] Uradna internetna stran podjetja ABB, dostopna na: http://www.abb.si/ [junij 2012] [7] Fotografije iz arhiva Metal Ravne d.o.o. [8] http://www.sij.si/images/logotipi/sij_skupina.jpg [oktober 2012] [9] http://www.metalravne.com/images/stories/metal/tehnoloska_shema_slo.jpg [oktober 2012] [10] http://www.umo.de/images/header/kabel1.jpg [oktober 2012] [11] http://www04.abb.com/global/seitp/seitp202.nsf/c71c66c1f02e6575c125711f00466 0e6/e4a65a7f060ecd9ec1256fdd004d9de3/$FILE/HM05-08A.jpg [oktober 2012] [12] http://www.emworks.com/media/images/testimonials/large/35f4a8d465e6e1edc05f 3d8ab658c551_2.jpg [oktober 2012] Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 41

[13] http://www05.abb.com/global/scot/scot234.nsf/veritydisplay/822ae96e598fd891c12 5796f0032e75d/$file/Brochure_Synchronous_motors_9AKK105576_E_122011_ FIAL_LR.pdf [oktober 2012] [14] http://www.binkelman.com/media/1416/abb%20dc%20motor.jpg [oktober 2012] [15] Uradna internetna stran podjetja Petrol Energetika d.o.o. Ravne na Koroškem, dostopna na: http://www.petrol-energetika.si/index.php?sv_path=6566 [oktober 2012] Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 42

10 PRILOGE Priloga A: Tabela izkoristkov motorja pri različnih obremenitvah [4]. Material: CK60 Material: OCR12VM P kw el P kw m % i Prevlek P kw el kw m % i 1 197 111 56,3 1 674 423 62,8 2 696 426 61,2 2 753 296 39,3 3 866 638 73,7 3 639 183 28,6 4 831 564 67,9 4 788 319 40,5 5 773 439 56,8 5 331 164 49,5 6 754 399 52,9 6 1564 1340 85,7 7 641 339 52,9 7 805 289 35,9 8 486 237 48,8 8 959 645 67,3 9 410 196 47,8 9 743 322 43,3 10 621 319 51,4 10 976 715 73,3 Prevlek P 57,0 DC1 % 52,6 DC2 % Material: OH237 Material: ICROFERR6020HMo P kw el P kw m % i Prevlek P kw el kw m % i 1 1487 692 46,5 1 150 92 61,3 2 1456 1269 87,2 2 864 682 78,9 3 923 430 46,6 3 1605 852 53,1 4 1600 1222 76,4 4 1591 584 36,7 5 824 240 29,1 5 699 319 45,6 6 1261 680 53,9 6 850 612 72,0 7 605 133 22,0 7 816 383 46,9 8 1487 692 46,5 8 1569 722 46,0 Prevlek P 51,7 DC3 % Material: PK3 55,1 DC4 % Material: EC80 Prevlek P P Prevlek P P kw el kw m % i kw el kw m % i 1 633 575 90,8 1 236 176 74,6 2 1034 710 68,7 2 870 730 83,9 3 975 679 69,6 3 962 726 75,5 4 936 617 65,9 4 928 608 65,5 5 807 483 59,9 5 855 494 57,8 6 768 420 54,7 6 816 455 55,8 7 652 364 55,8 7 702 378 53,8 8 556 218 39,2 8 529 321 60,7 9 176 112 63,6 9 217 89 41,0 10 272 223 82,0 10 297 220 74,1 11 176 90 51,1 11 237 110 46,4 12 612 342 55,9 12 660 337 51,1 13 401 242 60,3 13 429 217 50,6 62,9 DC5 % 60,8 DC6 % Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 43

Priloga B: Tabela porabe delovne električne energije usmerniškega transformatorja srednje proge za leto 2006 in 2007. Leto 2006 Mesec KT [kwh] VT [kwh] T [kwh] Skupaj [kwh] 1. 0 0 0 0 2. 0 0 0 0 3. 0 0 0 0 4. 0 0 0 0 5. 0 0 0 0 6. 0 0 0 0 7. 14.493,00 39.041,00 62.444,00 115.978,00 8. 8.343,00 24.181,00 24.307,00 56.831,00 9. 13.550,00 35.645,00 58.995,00 108.190,00 10. 19.623,00 35.725,00 69.565,00 124.913,00 11. 22.528,00 35.396,00 64.472,00 122.396,00 12. 15.667,00 27.683,00 53.736,00 97.086,00 Skupaj 94.204,00 197.671,00 333.519,00 625.394,00 Leto 2007 Mesec KT [kwh] VT [kwh] T [kwh] Skupaj [kwh] 1. 21.327,00 38.318,00 64.105,00 123.750,00 2. 21.015,00 33.691,00 58.574,00 113.280,00 3. 22.198,00 39.320,00 62.955,00 124.473,00 4. 12.713,00 32.155,00 63.772,00 108.640,00 5. 13.212,00 37.792,00 62.236,00 113.240,00 6. 13.239,00 40.663,00 68.782,00 122.684,00 7. 9.388,00 29.464,00 35.990,00 74.842,00 8. 14.389,00 47.269,00 70.039,00 131.697,00 9. 14.019,00 34.459,00 70.567,00 119.045,00 10. 19.981,00 40.679,00 65.720,00 126.380,00 11. 19.811,00 37.389,00 60.500,00 117.700,00 12. 21.723,00 32.170,00 61.372,00 115.265,00 Skupaj 203.015,00 443.369,00 744.612,00 1.390.996,00 Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 44

Tabela porabe delovne električne energije usmerniškega transformatorja srednje proge za leto 2008 in 2009. Leto 2008 Mesec KT [kwh] VT [kwh] T [kwh] Skupaj [kwh] 1. 20.488,00 35.024,00 64.395,00 119.907,00 2. 19.731,00 33.835,00 66.606,00 120.172,00 3. 19.114,00 33.842,00 66.799,00 119.755,00 4. 15.903,00 39.214,00 62.963,00 118.080,00 5. 13.254,00 39.880,00 60.877,00 114.011,00 6. 10.453,00 35.209,00 55.336,00 100.998,00 7. 4.479,00 11.194,00 16.505,00 32.178,00 8. 7.299,00 25.121,00 33.578,00 65.998,00 9. 15.017,00 37.812,00 49.712,00 102.541,00 10. 19.694,00 34.451,00 62.604,00 116.749,00 11. 15.499,00 28.872,00 52.683,00 97.054,00 12. 14.045,00 24.499,00 42.261,00 80.805,00 Skupaj 174.976,00 378.953,00 634.319,00 1.188.248,00 Leto 2009 Mesec KT [kwh] VT [kwh] T [kwh] Skupaj [kwh] 1. 11.740,00 21.766,00 21.738,00 55.244,00 2. 20.333,00 33.741,00 26.969,00 81.043,00 3. 16.036,00 24.681,00 23.430,00 64.147,00 4. 8.818,00 19.663,00 21.020,00 49.501,00 5. 9.166,00 23.555,00 21.368,00 54.089,00 6. 7.969,00 25.570,00 24.902,00 58.441,00 7. 6.885,00 25.062,00 20.750,00 52.697,00 8. 4.443,00 11.042,00 9.986,00 25.471,00 9. 9.920,00 29.773,00 27.017,00 66.710,00 10. 13.798,00 24.131,00 25.406,00 63.335,00 11. 12.307,00 23.293,00 23.307,00 58.907,00 12. 11.634,00 22.285,00 23.199,00 57.118,00 Skupaj 133.049,00 284.562,00 269.092,00 686.703,00 Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 45

Tabela porabe delovne električne energije usmerniškega transformatorja srednje proge za leto 2010 in 2011. Leto 2010 Mesec KT [kwh] VT [kwh] T [kwh] Skupaj [kwh] 1. 14.090,00 27.931,00 28.013,00 70.034,00 2. 16.767,00 29.123,00 28.444,00 74.334,00 3. 22.571,00 37.425,00 33.420,00 93.416,00 4. 13.377,00 32.155,00 28.132,00 73.664,00 5. 13.310,00 33.324,00 29.611,00 76.245,00 6. 12.299,00 34.208,00 39.181,00 85.688,00 7. 13.669,00 40.736,00 38.711,00 93.116,00 8. 6.981,00 22.742,00 19.119,00 48.842,00 9. 16.745,00 43.690,00 46.179,00 106.614,00 10. 21.339,00 37.911,00 47.185,00 106.435,00 11. 27.011,00 38.491,00 39.220,00 104.722,00 12. 17.559,00 30.839,00 36.170,00 84.568,00 Skupaj 195.718,00 408.575,00 413.385,00 1.017.678,00 Leto 2011 Mesec KT [kwh] VT [kwh] T [kwh] Skupaj [kwh] 1. 20.343,00 33.563,00 38.283,00 92.189,00 2. 18.193,00 35.190,00 49.472,00 102.855,00 3. 23.547,00 37.389,00 39.274,00 100.210,00 4. 11.317,00 38.205,00 44.121,00 93.643,00 5. 10.917,00 23.602,00 20.758,00 55.277,00 6. 0 0 0 0 7. 0 0 0 0 8. 0 0 0 0 9. 0 0 0 0 10. 0 0 0 0 11. 0 0 0 0 12. 0 0 0 0 Skupaj 84.317,00 167.949,00 191.908,00 444.174,00 Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 46

Priloga C: Tabela porabe jalove električne energije usmerniškega transformatorja srednje proge za leto 2006 in 2007. Leto 2006 Mesec KT [kvarh] VT [kvarh] T [kvarh] Skupaj [kvarh] 1. 0 0 0 0 2. 0 0 0 0 3. 0 0 0 0 4. 0 0 0 0 5. 0 0 0 0 6. 0 0 0 0 7. 16.135,00 45.160,00 72.525,00 133.820,00 8. 9.084,00 26.930,00 26.694,00 62.708,00 9. 14.705,00 39.829,00 62.452,00 116.986,00 10. 22.137,00 39.126,00 75.395,00 136.658,00 11. 25.026,00 39.017,00 71.569,00 135.612,00 12. 17.949,00 30.409,00 62.699,00 111.057,00 Skupaj 105.036,00 220.471,00 371.334,00 696.841,00 Leto 2007 Mesec KT [kvarh] VT [kvarh] T [kvarh] Skupaj [kvarh] 1. 23.910,00 41.619,00 69.322,00 134.851,00 2. 23.031,00 36.666,00 67.344,00 127.041,00 3. 24.667,00 43.164,00 71.555,00 139.386,00 4. 14.698,00 37.384,00 70.329,00 122.411,00 5. 15.050,00 42.641,00 68.109,00 125.800,00 6. 14.702,00 45.282,00 75.811,00 135.795,00 7. 10.679,00 32.792,00 41.355,00 84.826,00 8. 15.859,00 50.804,00 75.353,00 142.016,00 9. 15.709,00 39.986,00 77.417,00 133.112,00 10. 22.785,00 44.654,00 73.297,00 140.736,00 11. 22.648,00 40.676,00 67.566,00 130.890,00 12. 25.725,00 35.401,00 68.912,00 130.038,00 Skupaj 229.463,00 491.069,00 826.370,00 1.546.902,00 Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 47

Tabela porabe jalove električne energije usmerniškega transformatorja srednje proge za leto 2008 in 2009. Leto 2008 Mesec KT [kvarh] VT [kvarh] T [kvarh] Skupaj [kvarh] 1. 23.432,00 39.641,00 73.340,00 136.413,00 2. 22.317,00 37.039,00 74.936,00 134.292,00 3. 21.325,00 36.471,00 74.753,00 132.549,00 4. 17.099,00 43.242,00 67.538,00 127.879,00 5. 14.255,00 42.413,00 66.043,00 122.711,00 6. 11.883,00 39.531,00 64.611,00 116.025,00 7. 4.808,00 12.323,00 18.970,00 36.101,00 8. 8.377,00 28.166,00 39.306,00 75.849,00 9. 16.211,00 42.717,00 57.811,00 116.739,00 10. 22.542,00 38.263,00 68.355,00 129.160,00 11. 18.068,00 32.033,00 59.302,00 109.403,00 12. 15.724,00 27.267,00 49.669,00 92.660,00 Skupaj 196.041,00 419.106,00 714.634,00 1.329.781,00 Leto 2009 Mesec KT [kvarh] VT [kvarh] T [kvarh] Skupaj [kvarh] 1. 12.949,00 22.942,00 28.302,00 64.193,00 2. 23.213,00 38.318,00 32.932,00 94.463,00 3. 17.032,00 28.094,00 27.736,00 72.862,00 4. 9.143,00 22.922,00 26.871,00 58.936,00 5. 9.664,00 25.898,00 24.451,00 60.013,00 6. 8.927,00 28.199,00 28.000,00 65.126,00 7. 8.178,00 28.435,00 23.947,00 60.560,00 8. 4.730,00 12.633,00 12.268,00 29.631,00 9. 11.671,00 34.468,00 32.454,00 78.593,00 10. 16.290,00 27.225,00 30.514,00 74.029,00 11. 14.644,00 26.110,00 26.084,00 66.838,00 12. 13.372,00 25.057,00 27.422,00 65.851,00 Skupaj 149.813,00 320.301,00 320.981,00 791.095,00 Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 48

Tabela porabe jalove električne energije usmerniškega transformatorja srednje proge za leto 2010 in 2011. Leto 2010 Mesec KT [kvarh] VT [kvarh] T [kvarh] Skupaj [kvarh] 1. 16.603,00 30.702,00 32.547,00 79.852,00 2. 18.655,00 31.500,00 32.633,00 82.788,00 3. 24.731,00 40.741,00 36.056,00 101.528,00 4. 14.685,00 35.816,00 32.080,00 82.581,00 5. 14.185,00 37.581,00 33.063,00 84.829,00 6. 13.559,00 37.932,00 43.705,00 95.196,00 7. 15.619,00 46.576,00 45.860,00 108.055,00 8. 8.365,00 25.963,00 21.586,00 55.914,00 9. 18.146,00 47.999,00 51.176,00 117.321,00 10. 25.049,00 41.910,00 51.525,00 118.484,00 11. 29.275,00 42.214,00 44.987,00 116.476,00 12. 19.935,00 33.883,00 39.407,00 93.225,00 Skupaj 218.807,00 452.817,00 464.625,00 1.136.249,00 Leto 2011 Mesec KT [kvarh] VT [kvarh] T [kvarh] Skupaj [kvarh] 1. 22.904,00 36.839,00 43.262,00 103.005,00 2. 21.148,00 38.839,00 52.647,00 112.634,00 3. 25.955,00 41.733,00 45.648,00 113.336,00 4. 12.791,00 41.964,00 49.047,00 103.802,00 5. 10.844,00 24.326,00 22.858,00 58.028,00 6. 0 0 0 0 7. 0 0 0 0 8. 0 0 0 0 9. 0 0 0 0 10. 0 0 0 0 11. 0 0 0 0 12. 0 0 0 0 Skupaj 93.642,00 183.701,00 213.462,00 490.805,00 Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 49

Priloga D: Tabela 3000 V, 8 polnih asinhronskih motorjev iz ABB-jevega kataloga [6]. Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 50

Priloga E: Tabela enosmernih motorjev iz ABB-jevega kataloga [6]. Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 51

PODATKI ŠTUDETA Ime in priimek: Aleš Rožman aslov: Brdinje 35 A, 2394 Kotlje Kraj in datum rojstva: Ljubljana, 05.07.1989 e pošta: inz.ales.rozman@gmail.com Šolanje: OSOVA ŠOLA (1996 2004): Osnovna šola Koroški jeklarji, Ravne na Koroškem SREDJA ŠOLA (2004 2008): Šolski center Velenje, Poklicna, tehnična elektro in računalniška šola, smer energetika FAKULTETA (2008 2012): Univerza v Mariboru, Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko, visokošolski izobraževalni program, smer močnostna elektrotehnika Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 52

I Z J A V A O A V T O R S T V U Spodaj podpisani z vpisno številko Aleš Rožman E1011739 sem avtor diplomskega dela z naslovom: ZAMEJAVA POGOA A SREDJI PROGI V VALJARI S svojim podpisom zagotavljam, da: sem diplomsko delo izdelal samostojno pod mentorstvom red. prof. dr. Mladen Trlep so elektronska oblika diplomskega dela, naslov (slov., angl.), povzetek (slov., angl.) ter ključne besede (slov., angl.) identični s tiskano obliko diplomskega dela. soglašam z javno objavo elektronske oblike diplomskega dela v DKUM. V Mariboru, dne 22.11.2012 Podpis avtorja: Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 53

IZJAVA O USTREZOSTI DIPLOMSKEGA DELA Spodaj podpisani Mladen Trlep izjavljam, da je (ime in priimek mentorja) študent Aleš Rožman izdelal diplomsko (ime in priimek študenta) delo z naslovom: ZAMEJAVA POGOA A SREDJI PROGI V VALJARI (naslov diplomskega dela) v skladu z odobreno temo diplomskega dela, avodili za pisanje diplomskih del na dodiplomskih študijskih programih UM FERI in mojimi navodili. Kraj in datum: Maribor, 22.11.2012 Podpis mentorja: Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 54

IZJAVA O ISTOVETOSTI TISKAE I ELEKTROSKE VERZIJE ZAKLJUČEGA DELA I OBJAVI OSEBIH PODATKOV DIPLOMATOV Ime in priimek avtorja: Vpisna številka: Študijski program: aslov zaključnega dela: Aleš Rožman E1011739 Močnostna elektrotehnika VS Zamenjava pogona na srednji progi v valjarni Mentor: red. prof. dr. Mladen Trlep Podpisani Aleš Rožman izjavljam, da sem za potrebe arhiviranja oddal elektronsko verzijo zaključnega dela v Digitalno knjižnico Univerze v Mariboru. Zaključno delo sem izdelal sam ob pomoči mentorja. V skladu s 1. odstavkom 21. člena Zakona o avtorskih in sorodnih pravicah dovoljujem, da se zgoraj navedeno zaključno delo objavi na portalu Digitalne knjižnice Univerze v Mariboru. Tiskana verzija zaključnega dela je istovetna z elektronsko verzijo elektronski verziji, ki sem jo oddal za objavo v Digitalno knjižnico Univerze v Mariboru. Podpisani izjavljam, da dovoljujem objavo osebnih podatkov, vezanih na zaključek študija (ime, priimek, leto in kraj rojstva, datum zaključka študija, naslov zaključnega dela), na spletnih straneh in v publikacijah UM. Kraj in datum: Brdinje, 22.11.2012 Podpis avtorja: Diplomsko delo, Maribor, FERI, 2012 55