Antti Ikonen. Nauhavalssaamon kelaimen sähkömoottorikäytöt

Transkriptio

1 Antti Ikonen Nauhavalssaamon kelaimen sähkömoottorikäytöt Opinnäytetyö KESKI-POHJANMAAN AMMATTIKORKEAKOULU Sähkövoimatekniikan koulutusohjelma Huhtikuu 2009

2 ALKUSANAT Tämä sähkövoimatekniikan insinöörityö on tehty Rautaruukki Oyj:n Raahen terästehtaalle. Haluan kiittää työni ohjaajaa kunnossapitoinsinööri Markku Kotajärveä tämän opinnäytetyön mahdollistamisesta, ohjauksesta ja saadusta avusta sekä erityisen suuret kiitokset kaikille kelaimen sähkökunnossapidon henkilöille. Lisäksi haluan kiittää yliopettajaamme Jari Halmea Keski-Pohjanmaan ammattikorkeakoulusta Ylivieskasta. Oulussa Antti Ikonen

3 TIIVISTELMÄ Yksikkö Aika Ylivieska Koulutusohjelma Sähkövoimatekniikka Työn nimi Nauhavalssaamon kelaimen sähkömoottorikäytöt Työn ohjaaja Jari Halme Tekijä/tekijät Antti Ikonen Sivumäärä 33 Työelämäohjaaja Markku Kotajärvi Tämä insinöörityö tehtiin Rautaruukki Oyj:n nauhavalssaamolle Raaheen. Työn tarkoituksena oli kartoittaa vanhan kelaimen modernisointitarvetta, ja verrata eri modernisointivaihtoehtoja niin tekniikan kuin kustannuksienkin osalta. Aluksi esiteltiin nauhavalssauslinja, josta siirryttiin sähkökoneisiin ja niitä ohjaaviin taajuusmuuttajiin ja moottorikäyttöihin. Lopuksi kerrottiin hieman kelaimesta ja sen toiminnasta. Tämän jälkeen pyrittiin vastaamaan opinnäytetyötä koskeviin kysymyksiin ja kirjattiin loppuyhteenveto. Asiasanat kelain, moottorikäyttö, taajuusmuuttaja, sähkökone

4 ABSTRACT CENTRAL OSTROBOTHNIA UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Ylivieska unit Degree programme Electrical Engineering Name of thesis Hot strip mill downcoiler motor drives Instructor Jari Halme Supervisor Markku Kotajärvi Date Author Antti Ikonen Pages 33 This thesis was made for Rautaruukki hot strip mill in Raahe. The main goal of this thesis was to survey the need for modernising the old downcoiler and compare the ways of modernization in terms of expenses and technique. First the hot strip mill is introduced, and after that some basic principals about electric motors and frequency converters are explained. At the end the downcoiler is introduced, question concerning the thesis are answered and a conclusion is made. Key words downcoiler, motordrive, frequency converter, inverter, electric motor

5 ALKUSANAT TIIVISTELMÄ ABSTRACT SISÄLLYSLUETTELO 1. JOHDANTO NAUHAVALSSAUSPROSESSI Askelpalkkiuunit Esivalssain Esinauhakelain Nauhavalssain Jäähdytysvyöhyke Kelaimet Kelakuljetin SÄHKÖMOOTTORIKÄYTTÖ Määritelmä Muuttaja Tasasuuntaaja Vaihtosuuntaaja Taajuusmuuttaja SÄHKÖKONE Yleinen toimintaperiaate Vaihtosähkökoneet Epätahtikoneet Tahtikoneet Tasasähkökoneet Sähkökoneen toiminta neljässä kvadrantissa KELAIN OPINNÄYTETYÖ Tuotannon asettamat vaatimukset Nykyisten laitteiden käytettävyys Modernisointitekniikka Eri toteutusvaihtoehtojen vertailu tekniikan ja kustannusten osalta Vaihtosähkötekniikka Tasasähkötekniikka Yhteenveto kustannuksista eri tekniikoiden osalta YHTEENVETO...32 LÄHTEET...33

6 1. JOHDANTO Teollisuuden ja sen erilaisten prosessien mahdollistajana toimivat erilaiset moottorit. Monipuolisten sähkömoottoreiden ansiosta prosessiteollisuus mahdollistaa monipuolisen ja kustannustehokkaan tuotannon. Suomessa teollisuus kuluttaa yli puolet kaikesta kulutettavasta sähköstä, josta taas yli 70 % käytetään erilaisissa sähkömoottoreissa, joten sähkömoottoreiden osuus käytetystä sähkön määrästä ei ole aivan mitätön. Tehoelektroniikka mahdollistaa sähkökäytöissä erilaisten sähkömoottoreiden laajan ohjattavuuden ja tehokkaan sähkönkäytön. Täten taajuusmuuttajat ovatkin yleistyneet teollisuuden sähkökäytöissä varsin nopeasti. Taajuusohjattuja sähkömoottoreita onkin laajassa kokoluokassa, aina muutamasta kilowatista useisiin megawatteihin. Moottoreiden syöttölaitteita onkin aina yksittäisestä taajuusmuuttajasta monimoottorikäyttöihin, joilla voidaan ohjata mm. kokonaista prosessipistettä joka koostuu useista moottoreista. Tässä opinnäytetyössä on tarkoitus esitellä hieman eri sähkökonetyyppejä sekä niitä ohjaavia tehoelektroniikalla toteutettuja moottorikäyttöjä. Opinnäytetyö alussa esitellään Rautaruukin Raahen terästehtaan nauhavalssaamon prosessia, jonka jälkeen siirrytään moottorikäyttöihin sekä moottoreihin. Tämän jälkeen esitellään tämän opinnäytetyön keskeinen prosessilaite eli kelain ja lopuksi vastataan opinnäytetyötä koskeviin kysymyksiin.

7 2. NAUHAVALSSAUSPROSESSI Rautaruukin Raahen terästehtaalla on kuumanauhavalssaamo, jossa teräsaihioista tehdään nauhakeloja. Tämä tarkoittaa sitä, että aihio kuumennetaan, valssataan ja kelataan halutun kokoiseksi nauhakelaksi. Valmis nauhakela jatkojalostetaan jatkojalostuslinjalla joksikin toiseksi tuotteeksi, tai myydään sellaisenaan asiakkaalle. Jatkojalostuslinjoja on nauhavalssaamolla ja ympäri Suomea. Nauhavalssauslinja koostuu monesta eri prosessipisteestä, jotka käydään läpi seuraavaksi prosessin mukaisessa järjestyksessä. Seuraavissa linjaesittelyissä on käytetty lähteenä tuotannon toimihenkilö Maarit Sippalalta suullisesti saatuja tietoja, joten lähdettä ei ole merkitty jokaisen kappaleen loppuun erikseen. 2.1 Askelpalkkiuunit Aihion matka kelaksi alkaa siitä, kun se lämmitetään neste- ja koksikaasukäyttöisillä askelpalkkiuuneilla haluttuun lämpötilaan. Kun aihio on saavuttanut halutun lämpötilan se nostetaan rullaradalle, josta sen matka jatkuu hilsepesurin läpi kohti seuraavaa prosessipistettä. Hilsepesurissa pestään paineistetulla vedellä kuumennetun aihion pinnasta irti lähtevä hilse pois TAULUKKO 1. Aihion lämpötila ja koko. (Sippala M. 2009) Lämpötila [ C] Pituus [mm] Leveys [mm] Paino [kg]

8 KUVIO 1. Askelpalkkiuunit 4 ja 5. KUVIO 2. Askelpalkkiuunin ulos lastaus, kuuma aihio nostetaan rullaradalle.

9 2.2 Esivalssain Esivalssain käsittää sekä pysty-, että vaakavalssin, jossa tulevan esinauhan leveys sekä paksuus valssataan halutuksi. Pystyvalssit sisältävät vain työvalssit, jotka ovat kooltaankin huomattavasti vaakavalsseja pienemmät, pienemmän voiman tarpeen vuoksi. Näillä pystyvalsseilla tehdään lopullinen nauhan leveys. Pystyvalssin raonsäätö, eli esinauhan leveyden säätö, hoidetaan ruuvitunkein ja hydraulisin sylintereiden. Vaakavalssi sisältää yhden valssituolin jossa on työ- sekä tukivalssit, näistä vain työvalssit ovat kosketuksissa esinauhan kanssa, tukivalssien vain tukiessa työvalsseja. Tukivalssit sijaitsevat työvalssien ala- ja yläpuolella, ja ne estävät työvalssien liiallisen taipumisen valssauksen aikana. Työvalssien raonsäätö, eli halutun esinauhan paksuuden säätö hoidetaan ruuvitunkein. Aihiosta valssataan halutun paksuinen ja levyinen esinauha seitsemällä valssipistolla. Tällöin esivalssaimen tuote on seuraavanlainen: TAULUKKO 2. Esinauhan lämpötila ja koko. (Sippala M. 2009) Lämpötila [ C] Pituus [m] Leveys [mm] Paksuus [mm] Valssit kuluvat käytössä, joten niitä vaihdetaan tietyn ajomäärän jälkeen. Kuluneita valsseja hiotaan valssihiomossa, joissa valssien pinnasta hiotaan millimetrin kymmenesosia pois. Esinauhavalssauksen jälkeen esinauhan matkaa jatkuu pitkin rullarataa esinauhakelaimelle.

10 KUVIO 3. Esivalssaus. 2.3 Esinauhakelain Esinauhakelain kelaa esinauhan esinauhakelaksi, ja avaa sen uudelleen nauhan jatkaessa matkaa kohti nauhavalssainta. Esinauhakelain on tuurnaton, toisin kuin nauhakelain, eli kelain. Esinauha saadaan pyöritettyä kelalle taivutus- ja pyöritysrullien avulla. Esinauhakelaimen tarve johtuu siitä, että esivalssin ja nauhavalssaimen fyysinen etäisyys toisistaan on niin pieni, ettei esim. 100 m pitkä esinauha mahtuisi rullaradoille sellaisenaan, vaan se täytyy kelata kelaksi ennen nauhavalssainta. Myös nauhavalssain ja kelain ovat niin lähellä toisiaan, että kun esinauhakelaa vielä puretaan, on nauhan keula mennyt nauhavalssin läpi ja keula on jo kelaimella kelattavana. Tässä on muistettava myös se, että nauhan pituus kasvaa valtavasti, kun se nauhavalsseilla valssataan lopulliseen paksuuteensa. Toinen tämän prosessipisteen merkittävä tarve on lämpötilan hallinta, jossa koko esinauhalle saadaan tasattua sama lämpötila esinauhan ollessa kelalla.

11 Ennen nauhavalssainta heti esinauhakelaimen jälkeen sijaitsee päätyleikkuri sekä hilsepesuri. Päätyleikkurissa esinauhan entinen häntä eli nykyinen keula saa uuden muodon. Uudesta keulasta leikataan pätkä pois, jolloin siitä tulee tasainen. Hilsepesurissa taas pestään paineistetulla vedellä esinauhan pinnat hilseistä samoin kuin aikaisemminkin aihion kohdalla. KUVIO 4. Kelattu esinauha puretaan kohti nauhavalssia. 2.4 Nauhavalssain Nauhavalssaimella nauha valssataan lopulliseen paksuuteensa kuudella valssituolilla. Jokaisessa valssituolissa on kahdet työ- sekä tukivalssit jotka ovat toiminnaltaan samanlaisia kuin esivalssit. Vain työvalssit ovat kosketuksissa teräsnauhan kanssa, tukivalssien tukien näitä työvalsseja niiden ylä- sekä alapuolella nauhan kulkiessa työvalssien välistä. Työvalsseja vaihdetaan tietyn ajomäärän jälkeen, aivan kuten esivalssaimella, jolloin työvalssin pinnan katsotaan olevan tarpeeksi kulunut. Nauhavalsseista ulos tulevan valmiin nauhan paksuus on 1,5-20 mm pituuden ollessa jopa yli kilometrin riippuen nauhan paksuudesta sekä alkuperäisen aihion painosta.

12 Jokaisen valssituolin työvalssien raon säätö tapahtuu osittain samoin kuin esivalssaimessa, eli ruuvitunkeilla. Kolmessa jälkimmäisessä on lisäksi hydraulinen sylinterisäätö. Tärkeä osa nauhavalssaimia ovat valssituolien välissä sijaitsevat pingottimet, joilla kiristetään nauhaa valssituolien välillä. Tällä estetään nauhan löystyminen. KUVIO 5. Nauhavalssaimet, kuvan etualalla vaihdettavat työvalssit. 2.5 Jäähdytysvyöhyke Kuumanauhan jäähdytys on tärkeä osa nauhavalssausta, sillä siinä jäähdytysprosessin avulla luodaan metallille sen tärkeitä ominaisuuksia kuten lujuus. Jäähdytysvyöhyke on käytännössä vain pitkä jono suuttimia pitkin rullarataa, joista suihkutetaan vettä kovalla paineella tasaisesti kuuman nauhan ylä- ja alapinnoille nauhan mennessä sen lävitse pitkin rullarataa. Nauhavalssaimen jälkeen (valmis nauha) on useimmiten lämpötilaltaan C, josta sen lämpötilaa lasketaan useista sadoista asteista, jopa alle sataan asteeseen, riippuen

13 halutuista mekaanisista ominaisuuksista. Näitä alle 100 C jäähdytettyjä nauhoja kutsutaan suorasammutetuiksi, joihin käytännössä suihkutetaan niin paljon vettä kuin on mahdollista, tällöin voidaan puhua myös teräksen karkaisusta. Tämä erikoislaatuinen suorasammutettu teräs onkin nauhavalssaamon erikoislaatu ja tavaramerkki. 2.6 Kelaimet Kelaimet ovat rullaradan päätepiste ja niitä on kaksi; kelain 3 ja kelain 4. Kelaimen tarkoitus on kelata valmis teräsnauha kelalle varastointia, kuljetusta sekä sijoitusta varten. Valmiiden kelojen paino on noin kg, riippuen teräslaadusta ja sen pituudesta sekä paksuudesta. Kelainten numerointi tulee niiden järjestysnumerosta, eli kelain 3 on rakennettu ennen kelainta 4, joka on valmistunut vain reilut pari vuotta sitten. Kelaimet sijaitsevat peräkkäin rullaradalla, kulkusuuntaan nähden kelain 4 on ensin, ja kelain 3 sen perässä. Kelaimen valinta tapahtuu ohjausluukun avulla, jolla määritetään kummalla kelaimella seuraava nauha halutaan kelata, oletus on uusi kelain 4. Eräät tärkeät kelainten osat ovat niiden sitomakoneet joita on kaksi kappaletta, molemmalle kelaimelle omansa. Sitomakoneen tehtävä on sitoa metallisia pantoja (esim. 1-4 kpl tarpeesta riippuen) kelan ympärille, jottei kela pääsisi purkautumaan sen lastausvaiheessa eri kuljettimelta toiselle, tai jos kela on epäonnistunut kelausprosessin tai huonolaatuisen nauhan takia. Varsinkin suorasammutetut nauhat vaativat sitomista, sillä ne purkautuvat normaalilaatuja helpommin. Avautuva kela voi olla todella vaarallinen, ja aiheuttaa suurta tuhoa, varsinkin jos sen eteen sattuu ihminen. Kelaimen alue on aidattu sekä turvaporttien sisällä, eikä prosessin käynnissäoloaikana turvaporttien sisälle saa mennä.

14 KUVIO 6. Rullaratojen päätepiste, kelaimet. 2.7 Kelakuljetin Kelakuljetin huolehtii valmiista keloista jotka se siirtää kuljettimelta toiselle kohti sitomapaikkaa, jossa valmiin kelan kehälle sidotaan vielä lisää pantoja. Sitomakoneita on kaksi erilaista: kehä- ja silmäsitomakone. Kehäsitomakoneet ovat samankaltaisia kuin kelaimen sitomakoneet; ne sitovat pannat kelan ympäri. Silmäsitomakoneet sitovat pannat kelan keskireiästä eli kelan silmästä. Tämän jälkeen kela punnitaan ja merkitään. Merkkaus tapahtuu maalimerkkausrobotilla, joka maalaa kelan kylkeen sen tunnuksen ja muita tietoja, joita ovat mm. paino, reitti, varastointipaikka jne. Nyt kela on valmis asiakkaalle, varastoitavaksi tai siirrettäväksi suoraan jatkojalostuslinjalle.

15 KUVIO 7. Kelakuljetin.

16 3. SÄHKÖMOOTTORIKÄYTTÖ 3.1 Määritelmä Sähkömoottorikäyttö eli sähkökäyttö, on syöttöverkon ja prosessin välinen energiamuunnin, joka muuntaa verkon sähköenergiaa moottorikäytön käyttämän työkoneen avulla hyötykäytöksi prosessiin. (Niiranen, ) KUVIO 8. Sähkömoottorikäytön lohkokaavio. (Niiranen, ) 3.2 Muuttaja Muuttajan tarkoituksena on muuttaa sähköverkon vakiotaajuinen ja jännitteinen sähkö sähkömoottorin tarvitsemaan muotoon. Tämä edellyttää vähintään kykyä muuttaa jännitteen suuruutta koneen pyörimisnopeutta tai vuota vastaavaksi. Useimmiten tarvitaan myös kykyä muuttaa taajuutta portaattomasti jopa lähes nollaan. Tällöin kyseessä on jo tasasähkö. (Niiranen, ) Ensimmäisten portaattomasti säädettyjen sähkömoottorikäyttöjen muuttajat perustuivat pyörivillä sähkökoneilla tehtyihin laitteistoihin. Tunnetuin näistä, vuonna 1891 keksitty

17 tasasähkömoottoria ohjaava Ward Leonardin käyttö, käsitti tasasähkömoottoria syöttävän tasasähkögeneraattorin, jota pyöritettiin höyrykoneella tai sähköverkkoon kytketyllä tahtitai epätahtimoottorilla. Tasasähkögeneraattorin antamaa jännitettä ja siten myös moottorin ankkurivirtaa voitiin säätää muuttamalla generaattorin magnetointivirtaa. (Niiranen, ) Myöhemmin tehoelektroniikka tarjosi paremman vaihtoehdon. Vuonna 1902 tuli markkinoille elohopeahöyrytasasuuntaajat ja 1940 luvulla magneettiseen kyllästykseen perustuvat transduktorit. Nämä kuitenkin korvaantuivat 1950 luvun lopussa keksityillä puolijohdediodeilla, -transistoreilla ja -tyristoreilla. Tehoelektroniikan idea on elektronisten kytkinten käyttö jännitteen ohjaukseen. Koska sähkökoneiden käämityksissä on runsaasti induktanssia, voidaan niiden virtaa ohjata kytkemällä käämi vuorotellen kuhunkin syöttävän verkon kolmesta vaiheesta. (Niiranen, ) Kytkimien käytön merkittävin etu piilee niiden hyötysuhteessa. Ideaalisen kytkimen johtaessa sen yli oleva jännite on nolla, siten kytkimen häviöteho on myös nolla. Ideaalista kytkintä tosin ei ole vielä olemassakaan, mutta nykyiset kytkimet ovat varsin lähellä tätä. (Niiranen, ) Tasasuuntaaja Tasasuuntaus voidaan toteuttaa monella tavalla käyttötarpeen mukaan. Nyt vaihtoehdoista esitellään yleisimmät: diodit sekä tyristorit. Yksinkertaisimpia ja yleisimpiä ovat verkkokommutoituvat, diodeilla toteutetut 6- pulssitasasuuntaajat. Yläpuolen diodeista johtaa aina se, jonka vaihejännite on kaikkein positiivisin. Vastaavasta alapuolen diodeista johtaa aina se, jonka vaihejännite on kaikkein negatiivisin. Diodit päästävät virran kulun vain toiseen suuntaan, joten tämä estää 6- pulssisuuntaajaa syöttämästä tasasähköä vaihtosähköverkkoon. Diodisuuntaajan etuja on hyvä tehokerroin ja automaattinen toiminta johtuen verkkokommutoinnista. Huonoina puolina mainittakoon virran kulku vain toiseen suuntaan. (Niiranen, ) (Kyyrä, )

18 KUVIO 9. Diodeilla toteutettu tasasuuntaaja. Tyristoritasasuuntaaja on samannäköinen kuin diodi 6-pulssisuuntaaja, diodien tilalla ovat ohjattavat tyristorit. Tyristorin läpi voi kulkea virtaa vain yhteen suuntaan kuten diodissa, mutta virran kulkua tässä suunnassa voidaan ohjata. Tämä tarkoittaa sitä, että halutun tasajännitteen jännitetasoa voidaan muuttaa halutuksi muuttamalla aikaviivettä, eli ohjauskulmaa. Sopiva sytytysvirtapulssi hilalle aiheuttaa tyristorin johtavaan tilaan ja pysyy johtavana, kunnes läpimenevä virta muuttaa nollaksi tai vaihtaa suuntaansa. (Kyyrä, ) Vastarinnan kytketty (anti-parallel) tyristorisuuntaaja mahdollistaa nelikvadranttikäytön, sillä molempia siltoja voidaan ohjata toisistaan riippumatta. Ohjattavassa olevan koneen vääntömomentin etumerkki määrää tasavirran suunnan ja siten käytettävän sillan. (Niiranen, )

19 KUVIO 10. Tyristoreilla toteutettu vastarinnan kytketty suuntaaja. Tyristori- ja dioditasasuuntaajaa voidaan toteuttaa myös rinnankytketyin IGBT transistorein (Insulated Gate Bipolar Transistor; eristehilabipolaaritransistori) tai tyristorein (esim. kuvio 10.), joka mahdollistaa virran kulun takaisin vaihtosähköverkkoon. Tämä IGBT -vaihtoehto onkin nykyisin varsin usein käytettävä ratkaisu. KUVIO 11. Diodein ja IGBT -transistorein toteutettu tasasuuntaaja. Tyristorisillan etuja ovat säädettävyys ja vaihtosuuntausmahdollisuus. Haittoina huono tehokerroin lähtöjännitteen ollessa lähellä nollaa. Tällä on suurta merkitystä silloin, jos

20 tasasähkömoottorilta vaaditaan suurta momenttia pienillä kierrosnopeuksilla. (Niiranen, ) Vaihtosuuntaaja Vaihtosuuntaajan tarkoitus on muuttaa tasajännite sinimuotoiseksi vaihtojännitteeksi. Tämän toteuttamiseen on useita vaihtoehtoja, joista seuraavaksi käsitellään tyristorivaihtosuuntaus, sekä IGBT -vaihtosuuntaus. Ohjattavana komponenttina tyristoria voidaan ohjata niin, että se pilkkoo tasajännitettä halutun muotoiseksi siniaalloksi. Käytännössä jännite koostuu eri kokoisista tasajännitepulsseista, jolloin kyseessä on PWM-modulointi (Pulse-Width Modulation). (Niiranen, ) Vaihtosuuntauskomponentin kytkentätaajuus määrää sen, kuinka siniaaltoista jännitettä vaihtosuuntaaja pystyy tuottamaan. Mm. tyristoreiden toiminta-ajan (viiveen), toipumisajan sekä ohjattavuuden takia nämä komponentit eivät yllä kovin suureen kytkentätaajuuteen. IGBT transistorit pystyvät jopa 20 khz kytkentätaajuuteen. (ABB, ) Tämä tarkoittaa sitä, että komponentti on kykeneväinen muodostamaan lähes täydellisen sinimuotoisen ulostulojännitteen. KUVIO 12. Diodein ja IGBT -transistorein toteutettu vaihtosuuntaaja.

21 3.2.3 Taajuusmuuttaja Taajuusmuuttajia on kahta eri päätyyppiä, välipiirillisiä ja suoria. Välipiirilliset taajuusmuuttajat perustuvat sähkön muuttamiseen ensin tasasähköksi ja sitten taas vaihtosähköksi. Suorissa taajuusmuuttajissa syöttävän vaihtosähköverkon jännite pilkotaan puolijohdekytkimillä suoraan halutun taajuiseksi ja jännitteiseksi vaihtosähköksi. Välipiirilliset taajuusmuuttajat koostuvat kolmesta pääosasta, tasasuuntaajasta, tasajännitetai tasavirtavälipiiristä ja vaihtosuuntaajasta. Virtavälipiiri koostuu tasoituskuristimesta, jonka tarkoituksena on pienentää tasavirran aaltoisuutta. Jännitevälipiirissä taas on kondensaattori, jonka tarkoituksena on pienentää tasajännitteen aaltoisuutta. Usein jännitevälipiirissä on myös tasoituskuristin tasasuuntaajan ja kondensaattorin välissä. (Niiranen, ) Taajuusmuuttajan tarkempi rakenne ja ominaisuudet riippuvat paljolti siitä, millaiseen käyttöön taajuusmuuttaja tulee. Tässä tapauksessa haluamme nelikvadranttikäytön, sillä moottorien täytyy olla molempiin suuntiin ohjattavissa, sekä energian talteenoton on oltava mahdollista (moottorin generaattorikäyttö jarrutustilanteissa).. KUVIO 13. Tasajännitevälipiirillisen taajuusmuuttajan lohkokaavio.

22 4. SÄHKÖKONE Sähkökone on yleisnimitys sähkömoottorille ja generaattorille. Sähkömoottori on sähkökone, jonka pääasiallisena tarkoituksena on muuttaa sähköenergiaa mekaaniseksi energiaksi. Generaattori on taas kone, jonka tarkoitus on muuttaa mekaanista energiaa sähköiseksi energiaksi. Useissa tapauksissa kuitenkin sähkömoottoria voidaan käyttää myös generaattorina, jolloin mm. muutetaan jarrutusenergiaa sähköenergiaksi. Usein moottori ja generaattori ovatkin ulkoisesti täysin samannäköisiä ja toimintaperiaatteeltaan samanlaisia. Sähkökoneita on kahta eri tyyppiä, joita voidaan luokitella käytetyn sähkön laadun mukaan. Näitä ovat tasasähkö- sekä vaihtosähkökoneet. Ja näillä on taas alaluokkansa, joista kerrotaan hieman lisää myöhemmin. (Niiranen, ) Tässä opinnäytetyössä ei ole tarkoitus perehtyä tarkemmin moottoreiden toimintaan ja ominaisuuksiin, mutta kerrotaan silti hieman toimintaperiaatteista sekä esitellään yleisimpiä moottorityyppejä. 4.1 Yleinen toimintaperiaate Vaihtosähkömoottoreiden toiminta perustuu magneettikentässä olevan virrallisen johtimen ja magneettikentän väliseen voimavaikutukseen. Kolmivaiheisten vaihtosähkömoottoreiden tapauksessa tämä pyörivä magneettikenttä kehittyy itsestään symmetrisen kolmivaihekäämityksen ja siinä kulkevan symmetrisen vaihtovirran avulla. (Aura & Tonteri, ) (Kärnä & Saransaari, ) Vaihtosähkökone koostuu periaatteessa kahdesta osasta; paikallaan pysyvästä staattorista, sekä sen sisällä pyörivästä roottorista. Kun staattorin symmetriset kolmivaihekäämitykset tuottavat pyörivän magneettikentän, indusoituu roottorin käämeihin oma magneettikenttä, joka poikkileikatessaan staattorin magneettikentän aiheuttaa roottorin, ja täten moottorin akselin pyörimisen.(aura & Tonteri, ) (Danfoss, )

23 4.2 Vaihtosähkökoneet Vaihtosähkökoneet luokitellaan kahteen luokkaan sen mukaan, pyöriikö koneen roottori staattorin magneettikentän kanssa samalla pyörimisnopeudella. Samalla nopeudella pyöriviä kutsutaan tahtikoneiksi, ja eri nopeudella pyöriviä epätahtikoneiksi. (Aura & Tonteri, ) Epätahtikoneet Kun staattorin magneettikentästä indusoituu jännite roottorikäämeihin aiheuttaen käämeihin virran ja magneettikentän, on kyseessä epätahtimoottori. Epätahtimoottorit eroavat tahtimoottoreista siinä, että ne pyörivät jättämän verran tahtinopeutta jäljessä, sekä tahtimoottoreiden roottorit ovat erillismagnetoituja, tai varustettuja kestomagneeteilla, joten jättämää ei ole. Jättämän aiheuttaa energiahäviö, kun roottoripiirin jännite indusoituu staattorin pyörivästä magneettikentästä. Jättämä on yleensä ilmoitettu prosenttilukuna, joka vähennetään synkroninopeudesta. Synkroninopeudella tarkoitetaan sähköverkon pyörimisnopeutta (50 Hz) eli /min, josta vähennetään mahdollinen napaparien vaikutus roottorin pyörimisnopeuteen.(aura & Tonteri, ) (Niiranen, ) Napaparit tarkoittavat staattorin kolmivaihekäämityksien lukumäärää. Napaparien lukumäärällä voidaan suoraa vaikuttaa roottorin pyörimisnopeuteen, sillä mitä useampi napapari, sitä hitaammin pyörivän magneettikentän staattorikäämitykset luovat. Täten roottorin pyörimisnopeus on suoraan verrannollinen napaparien lukumäärään, jotka ovat kokonaislukuja. Yleisimmin käytetyt epätahtimoottoreiden pyörimisnopeudet ovatkin 3000, 1500 ja 750 1/min joista vähennetään jättämän osuus, joka on muutamia prosentteja synkroninopeudesta. (Aura & Tonteri, ) (Niranen, ) Epätahtikoneita ovat mm. oikosulkumoottori ja liukurengasmoottori. Liukurengasmoottori eroaa oikosuljetusta häkkikäämityksellisestä oikosulkumoottorista siten, että sen roottori on eristetty ja yhdistetty liukurenkaisiin joita laahaavat hiiliharjat. Tämä mahdollistaa mm. pitkän käynnistysvirran- sekä momentin säätämisen jota suuri käynnistysvirrallinen oikosulkumoottori ei kestäisi. Oikosulkumoottori on ylivoimaisesti eniten käytetty

24 vaihtosähkömoottori. Sen yksinkertainen ja vankka rakenne sekä luotettavuus ovat ylivoimaiset muihin verrattuna. Oikosulkumoottori on kustannustehokas ja helppo huollettava, sillä kuluvia osia ovat periaatteessa vain roottorin kannatinlaakerit. Haittapuolia ovat mm. suuri käynnistysvirta, joka voi olla peräti 7-kertainen nimellisvirtaan nähden sekä pieni käynnistysmomentti. Nämä haittapuolet ovat kuitenkin vältettävissä käytettäessä taajuusmuuttajaa. (Aura & Tonteri, ) (Niiranen, ) (ABB, ) Tahtikoneet Tahtikone on vaihtosähkökone, jonka roottori pyörii staattorin magneettikentän kanssa tarkalleen samalla nopeudella eli samassa tahdissa. Tahtikoneen staattori on lähes samanlainen kuin epätahtikoneessa, mutta roottori eroaa epätahtikoneen roottorista huomattavasti. Roottorin rakenne on joko umpi- tai avonaparakenteinen, riippuen halutusta pyörimisnopeudesta. (Danfoss, ) Umpirakenteisia käytetään nopeakäyntisissä, sekä avonapaista hitaissa tahtikoneissa. (Aura & Tonteri, ) Tahtikoneeseen on synnytettävä tasavirralla magneettikenttä eli päävuo, joka roottorin mukana pyöriessään indusoitu ankkurikäämiin tarvittavan päälähdejännitteen. Magnetoimismenetelmien perusteella tahtikoneet jaetaan harjallisiin ja harjattomiin tahtikoneisiin. Harjallisessa tahtikoneessa tuodaan magnetoimisvirta hiiliharjojen ja messingistä tai teräksestä tehtyjen liukurenkaiden avulla pyörivään roottorikäämiin. Magnetoimisteho otetaan joko ulkoisesta tasa- tai vaihtosähkölähteestä. Tasasähkölähteenä voi olla mm. pääkoneen kanssa samalle akselilla asennettu magnetointigeneraattori tai täysin erillinen tasasähkölähde. Pääkoneen magnetointi voidaan ottaa myös vaihtosähkölähteestä säätäjän kautta, joka säätää ja tasasuuntaa magnetointivirran sopivaan arvoonsa. Harjattomassa tahtikoneessa on pääkoneen kanssa samalla akselilla erillinen ulkonapainen vaihtosähkögeneraattori magnetointikoneena. (Aura & Tonteri, ) (Kärnä & Saransaari, )

25 Tahtikoneiden yleisimmät käyttökohteet ovat joko todella pienet (alle watin) tai todella suuret (yli megawatin) tarkkuutta vaativat sovellukset sekä voimalaitosten generaattorit. Tahtikonetta mekaanisesta pyörittämällä se toimii generaattorina oikosulkumoottorin tavoin. Tällöin on käytössä oltava magnetoinnin säätölaite, joka säätää generaattorin lähtöjännitettä halutuksi riippumatta generaattorin kuormituksen, lämpötilan tai taajuuden vaihteluista. (ABB, ) Tahtikoneiden haittana oikosulkumoottoreihin nähden on käämitystä tai kestomagnetoidusta roottorista johtuva korkeampi hinta. Liukurenkaiden haittana on vielä huollon tarve, tosin se on huomattavasti vähäisempää kuin kommutaattorilla ja sen harjoilla. (Niiranen, ) 4.3 Tasasähkökoneet Tasasähkökone on vanhin säädetyissä käytöissä käytössä ollut sähkökone. Sen staattoriin on sijoitettu napoja ympäröivä magnetointikäämitys, jolle tasasähkö syötetään. Tasasähkökoneen roottorin uriin taas on sijoitettu ankkurikäämitys, jota syötetään vaihtosähköllä. Vaihtosähkön ankkurikäämitykselle syöttää roottorin kanssa samalle akselille sijoitettu kommutaattori, joka vaihtosuuntaa kommutaattorin lamelleille harjojen välityksellä syötetyn tasasähkön. Täten tasasähkökonekin on vaihtosähkökone, vaikkei sillä käyttäjälle suurta merkitystä olekaan. Kommutaattorin ansiosta roottorikäämityksissä kulkevan virran taajuus on aina sama kuin sen pyörimisnopeus, joten tasasähkökoneen kaikki pyörimisnopeudet ovat tahtinopeuksia, eikä kone voi pudota tahdista. (Niiranen, ) Tasasähkökoneen suurimpia heikkouksia ovat kommutaattorin rajoittavat tekijät nopeuden, virran, tärinän ja ilman epäpuhtauksien suhteen. Lisäksi koneen valmistuksesta johtuvat kustannukset nostavat hankintahinnan varsin korkeaksi, verrattuna esim. oikosulkumoottoriin. (Niiranen, ) 4.4 Sähkökoneen toiminta neljässä kvadrantissa Kuten aikaisemmin on todettu, moottorit ja generaattorit ovat lähes samanlaisia sähkökoneita. Moottori pystyy toimimaan generaattorina ja generaattori halutessaan

26 moottorina, käyttötavasta riippuen. Sillä usein on kyseessä täysin sama sähkökone. Monet sähkökäytöt pyörivät aina samaan suuntaan, eikä kuormaa tarvitse koskaan jarruttaa. Esimerkkejä tällaisista käytöistä ovat mm. puhallin- sekä pumppukäytöt. Sähkökoneen toiminta-alue voidaan jakaa neljään kvadranttiin, jotka ovat generaattorikäyttö kumpaankin pyörimissuuntaan, sekä moottorikäyttö molempiin pyörimissuuntiin. Varsin yleinen ja hyvä esimerkki tällaisesta käytöstä ovat hissikäytöt. Erilaiset nosturit sekä hissit ovat luonteeltaan sellaisia, että taakkaa nostettaessa moottorit toimivat moottoreina, ja taakkaa laskettaessa generaattoreina. Näissä tosin moottorin pyörimissuunta on aina yhteen suuntaan kuten myös generaattorikäytöllä. (Niiranen 1999, 25-26) Kelaimen tapauksessa jokaisella moottorilla on oltava pyörimissuunnat ja niiden säädöt molempiin suuntiin. Generaattorikäyttö tulee kyseeseen lähinnä vain ylä- sekä alavetorullan kohdalla, jotka jarruttavat tai vetävät nauhaa kelaustapahtuman tilanteesta riippuen. Täten osa tuurnan vaatimasta tehosta saadaan ylä- sekä alavetorullien moottoreilta, jotka uudemman kelaimen tapauksessa ovat molemmat 600 kw, tuurnan ollessa 1,4 MW.

27 5. KELAIN Kuten jo aikaisemmin todettiin, kelaimen tarve juontuu mm. teräsnauhojen pituuksista, jotka halutusta lopputuotteesta riippuen voivat olla yli kilometrin pituisia. Mikä onkaan helpompi tapa kuljettaa ja varastoida sen pituinen teräsnauha, kuin kelata se kelaksi. KUVIO 14. Valmiita keloja. Kelaimen pääkomponentteja ovat: vetorullat, käärijärullat (3 kpl) ja tuurna. Näiden eri rullien ja tuurnan avulla teräsnauha saadaan kelattua kelaksi eri laskennallisten ja mitattujen nauhatietojen avulla. Valmiin teräsnauhan saapuessa kohti kelainta ja sen vetorullia, paikoittaa automaatio valokennojen avulla teräsnauhan keulan rullaradalla. Teräsnauhan keulan saapuessa vetorullille, lähtevät ne vetämään nauhaa ja työntämään sitä kohti käärijärullia ja tuurnaa. Käärijärullien tehtävä on ohjata nauha tuurnan ympäri pari kierrosta, jonka jälkeen tuurna laajenee ja nauha jää puristettuna tuurnaan kiinni. Sillä hetkellä kun tuurna on laajentunut

28 ja teräsnauha on tuurnaan tarttunut, vetäytyvät käärijärullat tuurnalta ja tuurna lähtee vetämään eli kelaamaan nauhaa kelaksi. Tällä hetkellä vetorullat eivät enää vedä, vaan ne jarruttavat nauhaa kireälle vetorullien välissä. Tämä vetorullien toimintatapa muuttaa vetorullien sähkömoottorit generaattoreiksi ja tuottavat energiaa eli tässä tapauksessa sähköä. Myös rullaratojen pyörivien massojen jarrutusenergia käytetään hyödyksi verkkovaihtosuuntaajan avulla. Eli jarrutuksista saatava energia syötetään tasajännitevälipiirin kautta takaisin sähköverkkoon. (Määttä, J. 2009). Kun nauha on kelattu, tuurna supistuu ja hissivaunu vie valmiin kelan tuurnalta c-vaunulle. C-vaunu taas siirtää kelan sitomapaikan kautta pikakuljettimelle. KUVIO 15. Kelauksen alku. Oikeasta ylänurkasta kelaimeen saapuva nauha ohjataan käärijärullilla tuurnan ympärille, joka on kuvan keskellä.

29 KUVIO 16. Kelattu nauha on noin puolivälissä. Käärijärullat ovat vetäytyneet kotiasemiinsa heti nauhan tartuttua tuurnalle. KUVIO 17. Valmis kela siirrettynä sitomapaikalle, jossa siihen voidaan sitoa pantoja.

30 Kelain on täysin automatisoitu prosessilaite, joka hoitaa kelaustapahtuman automaattisesti, ellei prosessipisteen hoitajan eli kuljettajan ole tarve siihen puuttua. Tällaisia tapahtumia ovat mm. romut, jotka tarkoittavat kelaustapahtuman epäonnistumista syystä tai toisesta. Usein kuljettaja puuttuu kelaustapahtumaan havaittuaan esimerkiksi sen, että tulevan teräsnauhan keula on huonon muotoinen tai kurtussa, jolloin hän voi omilla toimenpiteillään varmistaa kelaustapahtuman onnistumisen. Aina tämä ei kuitenkaan ole mahdollista, ja teräsnauha tökkää ja ruttaantuu kelaimen sisälle, joka vaatii omat purkutoimenpiteensä. Epäonnistumisen laajuudesta ja teräslaadusta riippuen, nämä nauharomun purkutoimet vievät useita tunteja, ja tällöin tuotanto on pysäytettävä.

31 6. OPINNÄYTETYÖ Tämän opinnäytetyön tarkoitus on tehdä selvitys käyttöjen nykytilasta ja modernisointitarpeesta sekä vastata seuraaviin kysymyksiin: - millaiset vaatimukset tuotanto asettaa kelaimelle nyt ja lähitulevaisuudessa? - mikä on nykyisten laitteiden käytettävyys tulevina vuosina? - millä tekniikalla modernisointi kannattaa tehdä? uusitaanko vain syöttölaitteet vai myös moottorit? - eri toteutusvaihtoehtojen vertailu tekniikan ja kustannusten osalta 6.1 Tuotannon asettamat vaatimukset Nykyään kelaimella 3 ei pystytä kelaamaan paksuimpia suorasammutettuja nauhoja. Tämä tarkoittaa sitä, ettei kelain kykene suoriutumaan koko tuotevalikoimasta, ja modernisointitarve täten on varmasti perusteltu. Tuotteiden painottuminen enemmälti erikoisteräksiin lähitulevaisuudessa takaa tarpeen tehokkaammalle kelaimelle. Uudempi, vain pari vuotta sitten valmistunut kelain 4 on mitoitettu silmälläpitäen nykyisiä ja tulevia teräslaatuja, tämän mitoittamisperiaatteita voinemme täten käyttää myös kelaimen 3 modernisoinnin kanssa. Tuurnan sekä ylä- ja alavetorullan moottorit ovat mekaaniselta teholtaan lähes kaksi kertaa niin tehokkaita kuin kelain 3 vastaavat moottorit, käärijärullien tehojen ollessa samat. Käärijärullilta ei tosin vaadita tehoa läheskään samoissa määrin kuin edellä mainituilta. 6.2 Nykyisten laitteiden käytettävyys Käytettävyys sinällään on hyvä, laitteet ovat toimintakuntoisia ja käytössä uudemman kelaimen rinnalla. Ongelmia voi tosin tulla, kun jotakin menee rikki. Osa komponenteista on korvattavissa varastosta löytyvillä vara-osilla. Mm. tyristoreja, ohjauskortteja ym. on rajoitetusti saatavilla omasta varastosta. Osa ohjaukseen liittyvistä komponenteista ja osakokonaisuuksista ovatkin sitten sellaisia, ettei niitä löydy omasta, eikä todennäköisesti valmistajankaan varastosta. (Määttä J. 2009)

32 Toinen merkittävä huolenaihe tämän ikäisissä laitteissa ja laitteistoissa on tietotaito.ei aina ole niin yksinkertaista löytää henkilöä, jolta löytyy hyvää tuntemusta ja kokemusta vanhoista tyristori-syöttölaitteista. Tämä ei ole välttämättä mahdollista lyhyellä varoitusajalla edes kyseisen laitevalmistajan kautta, sillä eläköitymisten ym. myötä tietotaito katoaa saatavilta. KUVIO 18. Kelaimen 3 sähkömoottorikäyttöjä. 6.3 Modernisointitekniikka Eri toteutusvaihtoja on käytännössä kaksi. Ensimmäinen on se, että uusitaan vain vanhat syöttölaitteet, jolloin pysyttäisiin tasasähkökäytöissä ja koneissa. Tämä tarkoittaisi sitä, että kelain pysyisi suorituskyvyltään (moottoritehoiltaan) samana, ja kelattava tuotevalikoima samana kuin nyt. Tämän vaihtoehdon suurin etu ovat kustannukset, jotka pystyttäisiin minimoimaan uusimalla vain syöttölaitteet. Se, kuinka kauaskantoista ja järkevää tämä on riskeeraamalla tuotannon jatkumista on asia erikseen. Kahden kelaimen käyttö nopeuttaa prosessia jonkun verran, kun uloslastaamiseen käytetty aika voidaan

33 ohittaa ohjaamalla seuraava tuleva teräsnauha toiseen kelaimeen. Toinen seikka on se, että toisen kelaimen häiriötilassa ollessa on toinen aina käytettävissä ja valmiina tuotannon jatkumiseen. Jos kelaimen suorituskykyä ei nosteta, eli moottoritehoja kasvateta, on muistettava, ettei tuotevalikoiman laajuutta ja prosessin jatkuvuutta voida pitää yhtä hyvänä ns. heikomman kelaimen voimin. Totta kai on mahdollista ajoittaa kelaimelta enemmän voimaa vaativat tuotteet jollekin tietylle jaksolle, joka ajetaan vahvemmalle kelaimelle heikomman lepuutellessa laakereitaan, mutta miten tulevaisuudessa? Missä suhteessa silloin ajetaan kelaimelta tehoa vaativia tuotteita nykytilaan verrattuna? Yleinen syy DC-syöttölaitteiden uusimiseen usein on se, että vanhat moottoreiden aikana asennetut syöttölaitteet ovat tulossa elinkaarensa päähän. Myös syöttölaitetekniikka ja sen ohjattavuus on parantunut vuosien myötä, DC-moottoreiden pysyessä lähes samoina. Suuret sähkömoottorit ovat huollettavia ja pitkäikäisiä sähkökoneita, kunhan ne ovat mitoitetut oikein ja soveltuvat valittuun tehtävään oikealla tavalla. Moottoreiden ollessa megawattiluokkaa, on perusteltua pysyä DC-tekniikassa ja uusia vain syöttölaitteet, sillä suuret koneet maksavat suhteessa syöttölaitteisiin todella paljon. Moottoreiden kokoluokat sekä hinnat kun eivät etene lineaarisesti moottorikokojen kasvaessa. Eräs vaihtoehto DC-tekniikan saralta tässä tapauksessa luonnollisesti olisi myös se, että uusittaisiin syöttölaitteet sekä moottorit, ja kasvatettaisiin samalla moottorikokoja. Tämä ei mielestäni silti ole kovin perusteltu vaihtoehto, sillä mm. uudemman kelain 4 syöttölaitteet ja moottorit ovat AC-tekniikkaa, eikä kahden eri tekniikan ylläpitäminen lähes samanlaisissa kelaimissa olisi perusteltua. Jo varaosien / varaston ja kunnossapidon kannalta olisi suotavaa, jotta syöttölaitteet ja järjestelmät olisivat samanlaisia ja mieluiten jopa saman valmistajan tuoteperheestä.

34 KUVIO 19. Uudemman kelaimen 4 sähkökäyttöjä. 6.4 Eri toteutusvaihtoehtojen vertailu tekniikan ja kustannusten osalta Budjettitarjous molemmista varteenotettavista vaihtoehdoistamme on ABB Oy:ltä, joka on johtava sähkövoima- ja automaatioteknologiayhtymä maailmassa. (ABB 2009) Tämän opinnäytetyön tarkoituksena ei ole perehtyä tarkemmin kokonaisiin modernisointiprojekteihin eikä niiden hinnoitteluihin, vaan tarkoituksena on tuoda ilmi sähköisten pääkomponenttien (moottorit sekä niiden syöttölaitteet) hintasuhteet, ja antaa lukijalle hieman kuvaa siitä millaisista hintaeroista on kyse Vaihtosähkötekniikka Moottoreiden osalta ABB tarjoaa laadukkaita sähkökoneitaan. Ne ovat, kuten kelaimen 4 tapauksessa luotettavia ja pitkäikäisiä oikosulkumoottoreita.

35 Käyttöjen osalta ABB:n tuotevalikoimista löytyy ACS800 Industrial MultiDrives. Kyseistä monimoottorikäyttöä löytyy 1,5 kw kw teholuokassa, joka kattaa tarpeemme kelaimen osalta varsin hyvin. Multidrive koostuu industrial drive moduuleista, jotka on kytketty yhteiseen tasajännitevälipiiriin. Yhteinen tasajännitevälipiiri syöttää vaihtosuuntaajamoduuleihin tasajännitettä, jota saadaan samaan multidrive -kokonaisuuteen kuuluvasta syöttöyksiköstä. Asennuksen yksinkertainen rakenne tuo monia etuja, kuten vähemmän kaapeleita, pienemmät asennus- ja ylläpitokustannukset ja pienemmän verkkovirran kulutuksen. (ABB 2009) Tässä opinnäytetyössä esiteltävät hinnat esitellään prosenttilukuina. Jolloin jokaisen komponentin hintaa verrataan kalleimpaan yksittäiseen komponenttiin joka on tuurnan moottorin syöttölaite. Täten tämän laitteen hinta on 100 %, ja muut ovat alle sen. Kustannusten osalta ABB Oy:ltä on saatu budjettitarjouksena seuraavaa tietoja: TAULUKKO 3. Vaihtosähkökomponenttien hinnasto. Komponentti Hinta [%] Tuurnan moottori 1400 kw 92 Tuurnan syöttölaite 100 Ylävetorullan moottori 600 kw 30 Ylävetorullan syöttölaite 46 Alavetorullan moottori 600 kw 30 Alavetorullan syöttölaite 46 Käärijärullien moottorit 3x 132 kw 16 Käärijärullien syöttölaitteet 18 Moottorit 170 Syöttölaitteet 210 Muuntaja 75 Yhteensä 460 Moottoritehoja kasvattamalla myös uuden päämuuntajan hankkiminen on välttämätöntä. ABB:n nimellisteholtaan 3,2 MVA oleva muuntaja kustantaa noin 75 % -yksikköä.

36 6.4.2 Tasasähkötekniikka ABB:n tasasähkökäyttöjen tuoteperheestä löytyy DCS800-A enclosed converters, joka mahdollistaa monimoottorikäytön tasasähkökoneille. Käytöt ovat joko 6- tai 12-pulssillisia 2- tai 4-kvadranttikäyttöjä. Maksimivirrat yltävät jopa A riippuen syöttöjännitteestä. Kustannusten osalta ABB Oy:ltä on saatu budjettitarjouksena seuraavaa tietoja: TAULUKKO 4. Tasasähkösyöttölaitteiden hinnasto. Komponentti Hinta [%] Tuurnan syöttölaite 2x370 kw 20 Ylävetorullan syöttölaite 300 kw 15 Alavetorullan syöttölaite 300 kw 15 Käärijärullien syöttölaite 3x132 kw 23 Yhteensä Yhteenveto kustannuksista eri tekniikoiden osalta Nämä edellä mainitut budjettiluontoiset kustannusarviot (kohdat ja 6.4.2) antavat hyvän kuvan siitä millaisissa hintasuhteissa liikutaan, kun uusitaan moottoreita ja käyttöjä. Toki on muistettava, etteivät koko modernisoinnin kustannukset ole nämä. Sillä tarkemmat suunnitelmat, mekaaniset muutokset, uudistukset, asennukset, kaapeloinnit jne. eivät kuulu näihin summiin. Puhumattakaan modernisointiin osallistuvien henkilöiden palkkioista ja muista sosiaalisista ym. kuluista. Lisäksi on vielä hyvä huomioida mekaaniset lisämuutokset ja niiden kustannukset verrattuna vanhaan mekaniikkaan, jos myös moottoritehoja kasvatettaisiin. Jos näiden kahden modernisointitapojen kustannuksia verrataan prosenttilukuina suoraan keskenään, luvut ovat: vaihtosähkö 100 %, tasasähkö 16 %.

37 7. YHTEENVETO Tämän työn aiheena oli kelaimen sähkömoottorikäytöt ja niitä koskevat kysymykset. Työssä perehdyttiin sähkömoottoreiden toimintaan ja niitä pyörittäviin laitteisiin, eli sähkömoottorikäyttöihin. Sähkömoottorikäyttöjen eli tapauksessamme taajuusmuuttajien teorian pääperiaatteet ja -tehokomponentit käytiin läpi, jotka selventävät lukijaa näiden laitteiden toiminnasta. Modernisointivaihtoehtoja tapauksessamme oli käytännössä kaksi. Nämä vaihtoehdot esiteltiin kustannusten ja tekniikan osalta, ja kerrottiin syyt miksi näihin vaihtoehtoihin oli päädytty. Esitellyt kustannukset koskevat vain sähköisiä pääkomponentteja eivätkä anna kuin kuvan suunnasta, millaisista kustannuseroista on kyse. Todellisuudessa vaihtoehtojemme välinen kustannusero tulee kasvamaan vielä entisestään uusittaessa mekaanisia laitteita kestämään suurempi kelaimen mekaaninen teho. Se, mihin lopputulokseen haluamme aiheessamme päästä modernisointitavan päättämisen suhteen, riippuu melkeinpä vaan yhdestä asiasta; kustannuksista. Tärkeimmät kysymykset ovat silti lähes kokonaan kiinni kahdesta asiasta: haluammeko mm. laajentaa kelattavaa tuotevalikoimaa ja varmentaa prosessia, vai haluammeko ns. tekohengittää vanha kelain uuden veroiseksi vain käyttöjen osalta joka taas takaisi kelattavuuden vuosiksi eteenpäin. Molemmissa modernisointitavoissa on etunsa ja nyt vastattiin vain esillä oleviin kysymyksiin. Pelkkien syöttölaitteiden uusimisen puolesta puhuu oikeastaan vain kustannukset. Vaihtosähkötekniikkaan siirtymisen puolella olevat edut ovat tulevaisuuden kannalta suotuisemmat. Kustannukset ovat silti tapauksessamme varsin merkittävät, jopa pelkkien sähköisten pääkomponenttien välinen ero on peräti kuusinkertainen. Eräs vähemmän esille tuotu seikka on kelaimen käyttö- sekä kunnossapitohenkilöstön mielipide aiheesta, joka on tullut työn tekemisen aikana varsin selväksi. On taas asia erikseen, millä painoarvolla tämän viimeisen seikan haluaa huomioida. On silti huomioitava se tosiasia, että he ovat monessakin määrin tämän aiheen todelliset ammattilaiset.

38 LÄHTEET ABB Oy Teknisiä tietoja ja taulukoita. Vaasa: ABB Oy ABB Oy kotisivu. Luettavissa: Luettu Aura, L. & Tonteri, A Sähkökoneet ja tehoelektroniikan perusteet. Porvoo: WSOY Danfoss Tietämisen arvoista asiaa taajuudenmuuttajista. Skive: Laursen Grafisk Kyyrä, J Suuntaajatekniikka. Helsinki: Teknillinen korkeakoulu Kärnä, J. & Saransaari P Tehoelektroniikka. Espoo: Otakustantamo Määttä, J Työntekijähaastattelu. Raahe: Rautaruukki Oyj Niiranen, J Sähkömoottorikäytön digitaalinen ohjaus. Helsinki: Otatieto. Sippala, M Toimihenkilöhaastattelu. Raahe: Rautaruukki Oyj