Elektromos hajók hajtási rendszere

1. e-Mobilitáse-Mobilitás a Balatonona Balatonon
Dr. TARNIK
István
okl.
villamosmérnök
Villamos hajók hajtási rendszereVillamos hajók hajtási rendszere
Balatonfenyves 2017
szeptember

2. Az elmúlt időszakban a Balatonon is megjelentek a
különböző elektromos meghajtású hajók. Tekintsük át ezek
hajtási rendszerének a felépítését és működését.

3. Vezérlés SzabályozásAkkutelep Munkagép
Villamos
energia
Mechanikai
energiaHajtás
Fékezés
Veszteségi
energia
Energia áramlás
Teljesítmény
egység
Villamos
motor
Visszacsatoló
egység
Visszatáplált
energia
Villamos hajtások általános
Hálózat
Akkumulátortelep
Stb.

4. A villamos energiát biztosító egység (jelen esetben az
akkumulátor telep) és a mechanikai energiát hasznosító
munkagépet hajtással kell összekapcsolni.
Az energiát a villamos motor alakítja át mechanikai
energiává. Az energiaáramlást a jeláram vezérli illetve sza-
bályozza. Lényeges a villamos motor és a hozzá tartozó
kapcsolódó szervek optimális illesztése a munkagéphez.
Ehhez szükséges a munkagép üzemi jellemzőinek az
ismerete.
A fordulatszám változtatás további különleges műszaki
megoldásokat igényel.
Munkagép, villamos motor kapcsolat

5. A mozgások vizsgálatához pl. menettulajdonságok kiszá-
mításához, a valóságos rendszert, egy a motor tengelyével
áttétel nélkül összekapcsolt rendszerrel helyettesíthetjük.
A helyettesítés (redukálás) után minden elem a motor ωm
szögsebességével forog.
A terhelőnyomatékokat és a tömegeket a motor tengelyére
kell átszámítani.
A nyomatékot (erőket) a teljesítmény változatlansága alapján
kell átszámítani !
A tehetetlenségi nyomatékot (tömeget) a mozgási energia
változatlansága alapján kell átszámítani a motor tengelyére !
νω ⋅==⋅= FállandóMP
22
2
1
2
1
νω ⋅==⋅Θ= mállandóEm

6. Ha a motor nyomatéka és a terhelőnyomaték különbözik
egymástól, a nagyobb motornyomatéknál a hajtás gyorsul,
míg a nagyobb terhelőnyomatéknál pedig fékeződik. A gyorsí-
tást illetve a fékezést a dinamikai nyomaték végzi.
A hajtás általános állapotegyenlete : ΣM(ω) = 0
Mm(ω) - Mt(ω) - Md (ω) = 0 ⇒ Md(ω) = Mm(ω) - Mt(ω)
Az Md dinamikai nyomaték a hajtás pillanatnyi mozgás-
állapotának megváltozását okozza. Ehhez ismernünk kell a
motor tengelyére redukált terhelő nyomaték és a motor
nyomatékának a függvényét is.
A menet során érvényes jellemzőket (menetdiagrammokat)
a mozgás egyenlet alapján számíthatjuk ki.

7. Terhelő nyomatékok : Mt(ω)
A fordulatszámfüggő terhelések négy különféle csoportját
különböztetjük meg, amelyek terhelési jelleggörbéit mate-
matikailag viszonylag egyszerűen írhatjuk le. Ezek közűl a
leggyakoribbak :
2. Az Mt terhelőnyomaték állandó és független a sebes-
ségtől, ill. a fordulatszámtól a tiszta emelőmunkát, súrlódási
munkát vagy anyagalakítási munkát végző munkagépeknél.
Pl. Emelőgépek, felvonók és csörlők terhelőnyomatékát egye-
dül az emelendő tömeg F súlya és a dob vagy a hajtótárcsa
átmérője határozza meg:
F = m ⋅ g és Pm= Mt ⋅ω ~ n.

8. 4. Ha lég- vagy folyadékellenállást kell legyőzni, a terhelő-
nyomaték a fordulatszám négyzetével nő:
Mt ~ n2
Mt ~ ω2
A szükséges mechanikai teljesítmény a fordulatszám harma-
dik hatványával nő:
Pm = Mt ⋅ ω ~ ω3
Pm~ n3
A munkagépek e csoportjába tartozik minden szellőző, a
centrifugálszivattyúk és kompresszorok, centrifugák és keve-
rőgépek. Ideális esetben ilyen a hajócsavar terhelő nyomatéka
is. (Ezek hajtására használhatóak az un. HVAC hajtások,
változó nyomatékú hajtások.)

10. Motor nyomatékok : Mm(ω)
A motor nyomatékok négy különféle csoportját különböz-
tetjük meg. Ezek közűl a leggyakoribbak :
- Szinkron jelleg : n = állandó pl. szinkron motor
- Söntjelleg : n a terhelés hatására enyhén csökken
pl. a háromfázisú aszinkron motor üzemi
szakasza
egyenáramú külső gerjesztésű gép.
A következő ábrán együtt van feltüntetve egy szellőző (hajó-
csavar) terhelési jelleggörbéje és egy háromfázisú aszinkron
motor (M, n) jelleggörbéje, ideális esetben.
A mozgás során a terhelő- illetve a gyorsítónyomatékot a
rendelkezésre álló motornyomatékkal kell összevetni.

12. Ezen motorok bármelyikével stabil munkapont jön létre.
Az előbbi ábra tetszés szerinti üzemi pontjában:
Mm = Mt + Md
Amíg az Md dinamikai nyomaték pozitív, addig a hajtás
gyorsul. A névleges üzemi pontban a motor nyomatéka és a
terhelőnyomaték egyenlő és így a mozgásállapotban már
nem következik be változás:
Mm = Mt. (Munkapont)
Ekkor a hajtás felfutása befejeződött. (Állandó a fordulat.)
Ahhoz, hogy különböző fordulatszámokon alakuljon ki a
munkapont, a motorok fordulatszámát változtatni kell !
Ehhez különleges műszaki megoldások kellenek.

13. Alkalmazható villamos motorok jellemzői
Egyenáramú gép elvi felépítése és működése.
Kialakítása :
A kiálló pólusú állórészen
helyezkedik el a gerjesztő
tekercs.
p = 1 a póluspárok száma
A hengeres forgórészen
helyezkedik el az armatúra
tekercselés, melyhez az
áram hozzávezetés a kom-
mutátoron és a keféken ke-
resztűl történik.
Egyenáramú külső gerjesztésű
gép

14. Minden villamos motor - szerkezeti felépítésére nézve két
fő részbő, a forgórészből és az állórészből áll.
Az állórész a pólustörzsekből, a rajta levő pólustekercsek-
ből és az állórész-vastestből tevődik össze. A hengeres
forgórész kerületén levő hornyokban helyezkedik el a forgó-
rész-, vagy armaturatekercselés. Ugyancsak a forgórész
tengelyén található a forgórésztekercselés villamos hozzá-
vezetését biztosító kommutátor.
Az egyenáramú gép is - ugyanúgy mint minden másfajta
villamos forgógép – az áramtól átjárt vezető és a mágneses
tér erőkölcsönhatásának elve alapján működik.
Az állandó mágneses mezőt (fluxust), az állórész pólus-
tekercsén folyó állandó gerjesztőáram hozza létre.

15. A mágneses fluxus jele: Φ
Φ = kg ⋅Ig
Ez az összefüggés tehát azt mutatja, hogy a gép pólus-
fluxusa csak a gép konstrukciós adataitól azaz a kg állan-
dójától, valamint a gerjesztőtekercsen átfolyó áramtól függ.
A Φ pólusfluxus általában állandó. (Állandó gerjesztő áram,
vagy permanens mágnes.)
A forgórész kommutátorához csatlakozó keféken keresztül a
forgórész hornyaiban levő tekercselésen át Ia armaturaáram
folyik. Az áramtól átjárt vezetők és a mágnes tér között erő-
kölcsönhatás jön létre és ez nyomatékot fejt ki a motor for-
górész forgástengelyére.

16. Az egyenáramú külső gerjesztésű motornak nagy előnye,
hogy fordulatszáma, az UA armatúra feszültség változtatá-
sával könnyen változtatható, míg nyomatéka egyenesen
arányos az IA armatúra árammal. Szabályozástechnikailag
ideálisnak tekinthető. Kisebb hajóknál nem alkalmazzák,
mert a kommutátor és a kefék miatt a vízmentes kivitel
nehezen alakítható ki és relatív nagy a súlya is.
Kisebb motoroknál alkalmazzák az un. BLDC kommutátor
nélküli DC motorokat. Ezeknél a motor forgórésze állandó
mágnesű, az állórészén van a tekercselés, tehát valójában
szinkron motor. A meghajtása miatt nevezik elektronikus
kommutációjú, vagy kefe nélküli (vagy kommutátor nélküli)
egyenáramú motornak.

17. Az aszinkron vagy szinkron gépek lemezelt állórészének
hornyaiban többfázisú, a leggyakrabban háromfázisú teker-
cselés van. Ha ebben a térben eltolt tekercselésben meg-
felelő fázisszámú időben eltolt áram folyik, akkor forgó mág-
neses mező jön létre.
A fázisok egymástól villamosan 120°-ra helyezkednek el a
térben. Bennük egymástól időben 120°-ra eltolt áramok
folynak. Ebből adódóan a forgórész kerületén az eredő
mágneses mező "körbehalad", kialakul az úgynevezett forgó
mágneses mező.
A váltakozóáramú gépek elvi felépítése és működése.

18. Háromfázisú áram az időtartományban.
Időben eltolt szinuszos áramok

20. A forgó mágneses tér percenkénti fordulatszáma, azaz a
szinkron fordulatszám:
[ ] [ ]min1
60
1 1
0
1
0
p
f
ns
p
f
n
⋅
==
ahol p a póluspárok száma. (Pl. ha 2p=4, n0=1500 1/min)
A forgó mágneses mező fodulatszámát a frekvencia vál-
toztatásával lehet változtatni. A frekvenciával arányosan a
feszültséget is változtatni kell, hogy a fluxus állandó maradjon.
Ehhez bonyolult elektronikus berendezések szükségesek. Azt,
hogy szinkron- vagy aszinkron gépről beszélünk, azt a
forgórész kialakítása dönti el. Szinkron motornál a forgórész
fordulatszáma a forgómező fordulatszámával megegyezik,
míg aszinkronnál elmarad attól.

21. Kialakítása :
Az állórész (armatúra) három-
fázisú tekercsrendszerével az f1
frekvenciának megfelelően forgó
mágneses mezőt (pólusrend-
szert) létesítünk.
Ehhez a pólusrendszerhez kap-
csolódik a forgórész pólusrend-
szere, amit vagy a forgórészre
rögzített tekercs, vagy az állan-
dó mágnesek (PM) hoznak létre.
A szinkrongép szinkron fordulat-
számmal forog.
Szinkron gép elvi felépítése és működése.
Váltakozóáramú kiálló pólusú szinkron gép
vázlata
2 pólusú (p = 1)
Kiálló pólusú szinkrongép

22. A szinkronmotor állórészének felépítése ugyanolyan, mint
az aszinkronmotoré. Az állórész lemezkötegben háromfázi-
sú tekercselés helyezkedik el. Az ezen átfolyó háromfázisú
áram hatására forgó mágneses tér jön létre.
A tömör forgórészen helyezkednek el az állandó gerjesz-
tést létrehozó permanens mágnesek (PM). Az állórész és a
forgórész pólusszáma megegyezik. A tápláló frekvenciát
nulláról növelve az állórész forgómezejének fordulatszáma
a frekvenciának megfelelő. A forgórész pólusait az állórész
forgómezejének ellentétes pólusai vonzzák, míg a mege-
gyezők taszítják. A forgórész – bizonyos terhelési határok
között – követi a forgómezőt, attól nem marad el.

23. Szinkron permanens mágneses felvonómotor kialakítása.
Erőhatás a forgó
forgórészre.
Terhelés hatására, a
forgórész a terhelési
szöggel a forgómező
mögött marad.

24. 10kW-os permanens mágneses szinkron motorral (PMSM 3~)
kialakított direkt hajtás, aktív kormányzással.
(12 pólusú, Un=30VAC, In=200A, nn=1000f/min, 100Hz, 95Nm)

25. Teljesítmény egység
Feladata az akkumulátor egyenfeszültségének átalakítása oly
módon, hogy a motor tekercsére háromfázisú, - időben eltolt -,
szinuszos áram jusson, melynek frekvenciája változtatható.

26. Inverter felépítése
A váltakozóáramú teljesítmény egységeknél az akkumulá-
tor csoport egyenfeszültségét elektronikus kapcsolók kap-
csolják rá a motor egy-egy tekercsére, oly módon, hogy az
egyes fázisokban szinuszos áram alakuljon ki.
Akkumulátor csoport
48VDC
Motor
30VAC
A motor egy-egy tekercsére jutó feszültség egy impulzus
sorozat, mely az ohmos-induktív terhelésen szinuszos ára-
mot hoz létre, impulzus szélesség modulációval (PWM).

27. Inverter működése

28. Inverter működése

29. Inverter működése

30. U
+
_
t
t
+
_
U
Inverter működése

31. U
+
_
t
t
+
_
U
Inverter működése

32. U
+
_
t
t
+
_
U
Inverter működése

33. U
t
+
_
I
t
+
_
Inverter működése
Impulzus szélesség moduláció :

34. PWM (ISZM) inverterek vezérlése.
Ezekben a kialakítástól és a gyártótól függően igen
sokféle megoldás létezik, melyek nagymértékben befolyá-
solják az inverterek tulajdonságait és a táplált váltakozó-
áramú motorok jellemzőit.
A természetes mintavételezésű rendszerben egy állandó
frekvenciájú és amplitúdójú háromszögjelet változó frekven-
ciájú és amplitúdójú (alapjel jellegű) szinuszhullámmal kom-
parálunk és a metszéspontok határozzák meg az illető fázis
átkapcsolási pillanatait, ha a háromszögjel meghaladja a
szinuszjelet, akkor a fázist a negatív sínre, ellenkező
esetben a pozitívra kötjük.

35. PWM kimeneti
hullámforma
Kimeneti fe-
szültség alap-
harmonikusa
Vivő
frekvencia
PWM (ISZM) moduláció sematikus elve

36. A motor egy fázisára jutó feszültség és áram jelalakja az idő
függvényében mezőorientált szabályozásnál.
A három fázisáram pillanatértékéből
képzett forgó térvektor (Park vektor)
végpontja által leírt pályagörbe.
Annál jobb az inverter vezérlése, mi-
nél inkább megközelíti a kört.
(Komoly számítási munkát igényel.)

37. Korábban tranzisztorokat alkalmaztak, de ma már szinte
kizárólag csak IGBT (Isulated-Gate-Bipolate-Transistor) ele-
meket használnak. Ezek egyesítik a MOS- és a bipoláris
tranzisztorok előnyös tulajdonságait. Ezekből un. IPM
(Intelligent Power Modules) modult építenek fel, mely tartal-
mazza a hat IGBT elemet, a védődiódákat és a vezérlési és
védelmi kapcsolásokat is. Ez az inverterek gyártását nagy-
mértékben megkönnyíti, de a szervizt és a javítást
megdrágítja, mivel csak komplett IPM elemet lehet cserélni,
mely az inverterek egyik legdrágább építőeleme.
Inverterek kapcsoló elemei és azok
megbízhatósága

39. Inverteres hajtások megbízhatósága
Félvezetők kapcsolási tulajdonságai :
t
U
U = ~ 50 V
I = ~ 0
P = ~ 0
U = ~ 1 V
I = ~ 100 A
P = ~ 100 W

40. t
U
U = ~ 50 V
I = ~ 0
P = ~ 0
U = ~ 1 V
I = ~ 100 A
P = ~ 100 W
U = ~ 25 V
I = ~ 50 A
P = ~ 1,25 kW !!!
Frekvenciaváltós hajtások megbízhatósága
Félvezetők kapcsolási tulajdonságai :

41. t
U
U = ~ 50 V
I = ~ 0
P = ~ 0
U = ~ 1 V
I = ~ 100 A
P = ~ 100 W
t
P
U = ~ 25 V
I = ~ 50 A
P = ~ 1,25 kW !!!
Frekvenciaváltós hajtások megbízhatósága
Félvezetők kapcsolási tulajdonságai :

42. P
t
Frekvenciaváltós hajtások megbízhatósága
Félvezetők disszipációja :

43. P
T
t
t
Frekvenciaváltós hajtások megbízhatósága
Félvezetők disszipációja :

44. Inverteres hajtások megbízhatóságaInverteres hajtások megbízhatósága
Félvezetők (IPM modulok) várható élettartama
(nem időszakos üzemben :
t
Várható
élettartam
2-3 év 4-5 év 6-7 év0
10 kHz 7 kHz 5 kHz

45. Inverterek
kapcsolása
Feladata az akkumulátor egyenfeszültségének átalakítása oly
módon, hogy a motor tekercsére háromfázisú, - időben eltolt -,
szinuszos áram jusson, melynek frekvenciája változtatható. A
diódák a félvezetők védelmén kívül a visszatáplálást teszik
lehetővé. A félvezetők kapcsolásának a vezérlése (PWM)
komoly számítási feladatot igényel.

46. A váltakozóáramú gép tranziens üzemét a forgórész és a
vele kapcsolódó fluxus alakulása nagymértékben meg-
határozza. Emiatt precíziós, gyors működésű hajtásoknál
célszerű a gép forgórész fluxusát tranziens üzemben is a
maximálisan megengedhető értéken állandónak tartani. Ez
az un. mezőorientált szabályozási elv.
Ekkor az állórészáram szabályozását úgy kell megoldani,
hogy a Ψr forgórészfluxushoz rögzített (szinkron szögse-
bességgel forgó) koordináta rendszerben az áram valós
összetevője állandó értéken maradjon. Ez határozza meg a
forgórészfluxus nagyságát. A képzetes összetevője a kívánt
nyomatékkal legyen arányos.
Ψr = állandó vezérlési mód. (Forgórészköri fluxusvektor
szabályozás, mezőorientált szabályozás)

47. Ezzel a megoldással a váltakozóáramú motor szabályo-
zását szétcsatoltuk két független szabályozókörre, az egyik
az áramvektor valós (forgórészfluxus), a másik az áramvek-
tor képzetes összetevőjét (nyomaték) szabályozza. Ilyenkor
a motorban az elektromágneses tranziens folyamatokat
elkerüljük és a váltakozóáramú motor az egyenáramú külső
gerjesztésű motorhoz hasonlóan viselkedik.
A váltakozóáramú gép áram –
vektordiagramja, Ψr = állandó
táplálásnál a forgórész fluxus-
hoz rögzített szinkron szögse-
bességgel forgó, (α-β) „közös”
koordináta rendszerben.

48. Mezőorientált szabályozás elvi vázlata.
Az iα áram szabályozó (PI) a fluxust, az iβ áram szabályozó
(PI) a nyomatékot szabályozza.
Fluxus
szabályozó
Nyomaték
szabályozó
Koordináta
transzformáció
Inverz koordináta
transzformáció

49. Mezőorientált szabályozás közvetlen fluxus számítással.
Fluxus
szabályozó
Nyomaték
szabályozó
Szögsebesség
szabályozó
Fluxus
alapjel
Fordulatszám szabályozás alárendelt áram szabályozással

50. Sz
űrő
Fordulatszám szabályozás, alárendelt áram szabályozással
A szabályozási elv megértést segítő elvi blokkvázlat.
Erős
ítő
A hajtásszabályozó rendszer egy belső áramszabályozó hur-
kot is tartalmaz, amelyik az áram alapjelét a (UAI) fordulat-
számszabályozó korlátozott kimenetéről kapja. Az itt beál-
lított áramnál nagyobb nem tud kialakulni.

51. Az akkumulátorok a villamos hajók legdrágább elemei. Ún.
szekunder galvánelemek, amelyek a villamos energiát kémiai
energia formájában tárolják. Számtalan akkumulátor típus lé-
tezik. A villamos hajókon – az előnyös tulajdonságai miatt -,
általában savas ólomakkumulátorokat használunk, ahol az
elektrolit abszorbeáló üvegszövettel kötött (AGM).
Az AGM akkumulátorok a bennük lejátszódó belső gázre-
kombináció miatt kis vízfogyasztásúak, tehát gondozás-
mentesek. Rendkívül alacsony belső ellenállással rendel-
keznek, amely különösen alkalmassá teszi őket olyan fel-
használásokhoz, ahol a kisütés nagy áramerősséggel tör-
ténik, mint például inverterek, orrsugárkormányok, stb.
Villamos energia tároló egység (Akkumulátor)

52. Savas ólomakkumulátor feltöltött állapotban
A kénsav vizes oldatában a villamos töltést pozitív töltésű
hidrogén és negatív töltésű szulfát ionok szállítják. (Ezt diffúzi-
ónak is nevezik.) Egy feltöltött cella üresjárási feszültsége a
savsűrűségtől függően 2,12 - 2,16 V. (6 cella: 12,72 -12,96 V)

53. Savas ólomakkumulátor terhelési állapotban
Töltött állapotban a negatív lemez hatóanyag ólom, a pozitívé
ólomdioxid.
Kisütéskor mindkét lemez hatóanyaga ólomszulfáttá alakul,
miközben a kénsav sűrűsége csökken a víz keletkezése miatt.

54. Savas ólomakkumulátor kisütött állapotban
Kisütött állapotban mindkét lemez hatóanyag ólomszulfát. A
kénsav sűrűsége 1,12-1,14 kg/dm3
-re csökkent, a víz keletke-
zése miatt. A töltési és kisütési folyamat térfogatváltozással
jár, ami masszahullást eredményezhet. (Tárolóképesség
csökkenést eredményez.) Kisütési határfeszültség 10,8 V.

55. Savas ólomakkumulátor töltése
Töltéskor az akkumulátor fogyasztóként viselkedik. A feszült-
ség- és az áram iránya azonos.
Miközben a kisütés során ólomszulfáttá vált hatóanyagok
visszaalakulnak a negatív lemezen ólommá és a pozitívon
ólomdioxiddá, az elektrolit is töményebb lesz, sűrűsége 1,14
kg/dm3
–ről 1,28 kg/dm3
–re növekszik.
Egy 12 V-os névleges feszültségű savas ólomakkumulátor,
akkor feltöltött, ha a kivezetései között 13,2 V feszültséget
mérünk, miközben felvett töltőárama, a névleges áramerős-
ségéhez képest +/- 4.0 %, egy min. 4 perces „állandó
jellemzőjű” ellenőrzési idő alatt. A helytelen töltés az akku-
mulátor élettartam csökkenését eredményezi.

56. Savas ólomakkumulátorban létrejövő kémiai átalakulások

57. 12V-os, 260Ah kapacitású AGM savas ólomakkumulátor (77kg)
48V-os hajóhoz min. 4db (sorba 48V 260Ah, 308kg) vagy
8db. (48V 520Ah, 616kg) szükséges.

58. Zenith ZL1201145 típusú AGM savas ólomakkumulátor
paraméterei
A tárolóképességet meghatározott ideig tartó állandó értékű kisütő árammal
jellemzünk : Pl.: C10 = 234 Ah, azt jelenti, hogy 23,4 A áramerősséggel az
akkumulátor 10 óráig süthető ki. A töltéshez kb. 110% töltésmennyiség kell.

59. Savas ólomakkumulátorok töltési módjai
Formázó töltés: Az akkumulátor első, villamos energiával
való feltöltése, mely a gyártó által az akkumulátortípusra
megadott áramérték/ek/kel történik. A töltést a megengedett
megszakítási idők szigorú betartásával kell elvégezni.
Gyorstöltés: Egyes típusú akkumulátoroknál a kivett energia
visszatöltése a töltési szakasz elején – külön megadott –
nagyobb áramerősséggel történhet.
 Gyorstöltési feszültség: A gázfejlődési feszültség közelében
megválasztott, a telep kapcsaira vonatkoztatott töltőfeszültség érték.
 Gázfejlődési feszültség: A töltőfeszültségnek az az értéke,
amely-nél a gázfejlődés sebessége hirtelen megemelkedik.
(Pb~2,35V/cella, (14,1V) NiCd~1,5V/cella.)

60. Savas ólomakkumulátorok töltési módjai
Puffertöltés: Töltő - akkumulátor - fogyasztó párhuzamos
üzem. A töltő automatikus üzemben pótolja a fogyasztói
áramot. Ideális esetben az akkumulátor kapacitásából nem
veszít és túltöltve sincs. A gyártó az akkumulátor típusra a
pufferfeszültség értékét pontosan megadja.
Csepptöltés: Az akkumulátorok önkisülése miatti energia-
pótlás.
Elsősorban „pihenő” telepeknél kell alkalmazni. A töltés során
fogyasztó nélkül sem lehet az akkumulátor feszültsége
nagyobb, mint a csepptöltési feszültség értéke. A csepptöltési
feszültség értéke általában megegyezik a pufferfeszültség
értékével.

61. Ia Kis árammal 2,7V/cella feszültségig és lekapcsolás.
IOIa Két töltési szakasz, szakaszonként állandó áram.
Végén lekapcsol.
Wa A töltőfeszültség a növekvő áramerősséggel csökken.
Végén lekapcsol.
WOWa Két töltési szakaszban az áram eső jellegű. A két sza-
kasz között csökkenő áramugrás. Végén lekapcsol.
IU Állandó árammal tölt a beállított feszültség eléréséig.
Utána ezt a feszültségértéket tartja.
IUIa Állandó áramú töltés pl.: 2,4V/cella feszültségig, utána
állandó feszültségű töltési szakasz, majd töltőáram
csökkenés után állandó áramú töltés.
Végén lekapcsolás.
Savas ólomakkumulátorok töltési módjai, karakterisztikák

62. Savas ólomakkumulátorok töltése
Az akkumulátorok töltésekor szigorúan be kell tartani a
gyártó által megadott töltési karakterisztikát. Ez mikropro-
cesszorral vezérelt kapcsoló üzemű adaptív töltőkkel lehet-
séges. A hibás töltés az élettartam csökkenését eredményezi.
Adaptív funkciójánál fogva a töltési folyamatot mindig az
akkumulátor pillanatnyi állapotának és használati módjának
megfelelően optimalizálja az alábbiak szerint :
• a használattól és a töltési jellemzőktől függően változtatja
az abszorpciós időt,
• figyelembe veszi a telep pillanatnyi hőmérsékletét, (érzéke-
lővel, vagy számítással)

63. • ha az akkumulátor nincs használatban csepptöltési funkciót
alkalmaz, hogy ezzel „kiegyenlítse” az akkumulátort és mega-
kadályozza az elektrolit rétegződését és a szulfátosodást,
amely az akkumulátorok korai tönkremenetelének egyik
legfőbb oka.
Adaptív akkumulátortöltő töltési karakterisztikája

64. Zenith ZL1201145 típusú AGM savas ólomakkumulátor kedvező töltési
karakterisztikája pl. szünetmentes tápegységnél (IU+hold)
In = Programozott (Kapacitás/10, max.52A) If = Programozott végső töltőáram
U0 = 1,9V/cella (11,4V) U1 = Programozott érték (max. 2,43V/cella max.14,58V)
U2 = 2,1V/cella (12,6V) U3 = 2,3V/cella (13,8V)
T0 = Max 1 óra, T1 = Max 12 óra, T2 = T1 (de min 2 óra - Max 5 óra) T3 = korlátlan
23,4A
11,7A
4,7A
11,4V
14,4V max. 14,58V
13,8V
12,6V
13,2V
>10,8V határfeszültség

65. Zenith ZL1201145 típusú AGM savas ólomakkumulátor kedvező töltési
karakterisztikája sorbakötött akkumulátoroknál. (IUIa+hold)
In = Programozott (Kapacitás/10, max.52A) If = Progr. végső töltőáram (2,5A)
U0 = 1,9V/cella (11,4V) U1 = Programozott érték (max.14,4V) U2 = (max.14,58V)
U3 = 2,1V/cella (12,6V) U4 = 2,3V/cella (13,8V)
T0 = Max.1 óra, T1 = Max.12 óra, T2 = T1+6 óra (vagy I=If), T3 = Max.4 óra
23,4A
11,7A
4,7A
11,4V
14,2V max. 14,58V
13,8V
12,6V
23,4A
2,5A
11,7A
4,7A
11,4V
14,4V
14,58V
12,6V
13,8V
13,2V
>10,8V határfeszültség

66. Az akkumulátor élettartamát lecsökkenti
• ha lemerített állapotban tároljuk,
• ha rendszeresen túl alacsony szintre töltünk
(túl kicsi a töltőáram),
• ha túl magas a töltési feszültség,
• ha túl sokáig töltjük az abszorpciós szakaszban,
• ha extrém kiürítést (mélykisütés) hozunk létre,
• ha túl gyors (hosszú, nagy áramú) kisütést alkalmazunk,
• ha túl magasra emelkedik a telep hőmérséklete.
Nagyon fontos, hogy betartsuk a akkumukátor gyártó által
előírt ideális töltési karakterisztikát. Ez csak korszerű, mikro-
processzoros töltőkkel lehetséges.

67. Hálózattól nem elválasztott nagyfrekvenciás töltő elvi kialakítása
Hálózattól elválasztott nagyfrekvenciás töltő elvi kialakítása

68. Nagyfrekvenciás oldalon elválasztott töltő elvi kialakítása

69. 8 x ZL1201145 48VDC, 520Ah
AGM Savas ólomakkumulátor
SAC4-60R1 inverter
OUT 200/280A AC
IN 24-75V DC
Adaptív akkumulátor töltő
2 x ZHF4830
IN 230V AC
OUT 48V 30A

70. Vezérlés és kijelzés
Feladata a hajtási rendszer engedélyezése, parancsok adása
és a mért paraméterek kijelzése. Ezek történhetnek párhuza-
mos jelekkel illetve busz kommunikációval.

71. GD2 Vezérlő és kijelző egység „Fő képernyő”
1 Fordulatszám érték [rpm]
2 Fordulatszám, irány, Economi kijelzés
3 Akkumulátor töltöttségi állapot
4 Még igénybe vehető idő [óra : perc]
5 Akkumulátor árama
6 Státusz kijelzés

72. GD2 Vezérlő és kijelző egység „Akku imformáció”
1 Teljes feltöltöttség [Ah]
2 Akkumulátor töltöttségi szint kijelzése (SOC, névleges hány %-a)
3 Felhasznált töltés [Ah]
4 Hálózati töltés kijelzése
5 Akkumulátor feszültség alacsony
6 Akkumulátor töltöttségi állapot kijelzése (SOC %)
7 Akkumulátoron mért pillanatnyi értékek P[kW], U[V], I[A]

73. GD2 „Akku imformáció” visszatöltési állapotban
Akkumulátor töltöttségi állapot kijelzése (SOC %)
Akkumulátoron mért pillanatnyi értékek
P[kW] teljesítmény, (negatív, mert a feszültség és az áram iránya ellentétes
U[V] akkumulátor feszültsége
I[A] akkumulátor töltés árama, melyet az inverter szolgáltat

74. GD2 „Fő képernyő” visszatöltési állapotban
Fordulatszám érték [rpm], Fordulatszám és iránya
Akkumulátor töltöttségi állapot
„Gázkar” állása [%]
Akkumulátor töltés árama, melyet az inverter szolgáltat (negatív)
Státusz kijelzés „REG” visszatáplálás

75. GD2 „Hajtásszabályozó és motor képernyő”
1 Hajtásszabályozó (inverter) bekapcsolt állapot jelző
2 „Gázkar” pozíció [%]
3 Hajtásszabályozó (inverter) hőmérséklet [ºC]
4 Motor fotgásirány
5 Motoron mért adatok, fordulatszám [rpm], hőmérséklet [ºC],
motor egy fázisában mért áram [A]

77. Következtetések, tapasztalatok
Egy villamos hajtású hajótól nem szabad elvárni azt a
menetélményt, melyet egy több száz kilowattos benzinmotoros
hajó tud nyújtani.
Az elektromos hajók modelltől függően, 20-80A áramfelvétel
mellett 6-12km/óra (3-6,5csomó) sebességgel tudnak haladni.
A rendelkezésre álló akkumulátor kapacitások általában 5-10
óra utazást tesznek lehetővé, megfelelő irányítás és időjárás
mellett. (Becsülhető : az I5=C5/5=426Ah/5h=85A esetén, 5óra,
a 10,8V-os alsó határfeszültség eléréséig, SOC kb. 20-25%.)
Javaslat : teljesen feltöltött akkumulátorokkal, menet közben
meg kell keresni azt az optimális sebességet a - legkisebb
áramerősség felvétele mellett -,

78. amikor a hajó szépen, könnyedén úszik, nem húz hullámokat
és még megvan az utazás élménye is. Próbáljuk ki, hogy a
hajó mennyi ideig tudja teljesíteni ezt az üzemmódot. Ezt
ismerve, a továbbiakban biztonságosan hajózhatunk.
A hajó könnyed úszása feletti sebességnövelés már nagyon
le tudja csökkenteni az időt, mivel tapasztalatok szerint kb. 1-2
km/h sebességnövelés, 2-3-szor több energiát, áramot igényel,
mint az optimális értéken történő hajózás. (Az ener-giaigény a
3. hatvány szerint növekszik, egészen addig, amíg a hajó el
nem éri a siklási pontot, ahol az áramfelvétel vissza-eshet akár
30 - 40 százalékkal is.) A 48V-os rendszerrel mű-ködő hajók
általában nem hozhatók siklásba, ahhoz kicsi a
motornyomaték. (A terhelő nyomaték a 2. hatvány szerint nő.)

79. Forrás : https://www.stickl-yachts.com/cikkek/kulonbsegek-a-szamok-nyelven/
6,6m félsikló test 8m úszó test 5m sikló test 7m sikló test

80. Köszönöm a türelmüket !Köszönöm a türelmüket !
Dr. TARNIK
István
okl.
villamosmérnök
Jó hajózást kívánokJó hajózást kívánok
Balatonfenyves 2017
szeptember

82. Forrás : https://www.stickl-yachts.com/cikkek/kulonbsegek-a-szamok-nyelven/
6,6m félsikló test 8m úszó test 5m sikló test 7m sikló test

83. A veszélyesnek minősített érintési feszültség határértéke
(ULimit) UL :
Általános esetben
ipari frekvenciás (50 Hz) váltakozóáram esetén 50VAC,
egyenáram esetén 120VDC.
Fokozott veszély esetén (pl. nagy fémrészek, fodrászat,
kozmetika és gyermekjátékok)
ipari frekvenciás (50 Hz) váltakozóáram esetén 25VAC,
egyenáram esetén 60VDC.
Fokozott veszély esetén (pl. orvostechnika)
ipari frekvenciás (50 Hz) váltakozóáram esetén 12VAC,
egyenáram esetén 30VDC.
Közvetett érintés elleni védelem (MSZ HD 60364-4-41:2007)

85. Önvezérelt áramirányító R-L-Ub
terheléssel, egynegyedes üzem-
ben, állandósult állapotban.
Feszültség csökkentő kapcsolás
(BOOST konverter, hajtás)
A középértékekre felírható :
Az áram növekedését és csök-
kenését lineárisnak tekintve az
Imin és az IMAX között.
bkk URIU +⋅=
minmin)(: It
L
UU
It
R
UU
L
R
tialattidőT bb
BE +⋅
−
=+⋅
−
⋅=
MAX
b
MAX
b
KI It
L
U
It
R
U
L
R
tialattidőT +⋅
−
=+⋅




 −
⋅=)(: