Herziene derde druk - idtechnology.nl

1 1. Herziene derde druk Juli 2006. 2. Inhoud. 1. Inleiding 4. , voortstuwingssystemen en rendement 5. De scheepsschroef 5. Het rendement van de schroef 7. Elektrisch varen 10. Aanvullende informatie 11. 3. Vermogen en snelheid 13. Conclusies 15. Aanvullende informatie 16. De methode om het benodigde vermogen te berekenen 18. 4. De elektrische aandrijving 19. 5. De elektromotor 20. Aanvullende informatie 22. Vermogen, koppel en toerental 22. Toerental 23. Rendement 24. De gelijkstroommotor 24. Het toerental van de gelijkstroommotor 25. Gelijkstroommotoren en hun magnetisch veld 27. Achteruit varen 28. Welk type motor voor elektrisch varen 29. Motorgegevens interpreteren 30. Borstelloze motoren, de toekomst 32.

2 Samenvatting 34. 6. De regelaar 35. Voor en achteruit varen 36. Hoe zwaar kiezen we de regelaar 37. Aanvullende informatie 38. 7. De accu's 40. Geschiedenis 40. Verschillende soorten accu's 41. De Loodaccu 42. Levensduur van een loodaccu 42. Zelfontlading van accu's 43. Capaciteit van een accu 44. Meten van de accucapaciteit 45. Soorten loodaccu's 45. Welk accutype voor het elektrisch varen 47. 48. Hoeveel accu's heb ik nodig om hoe lang te kunnen varen? 49. De plaats van de accu's aan boord. 50. Aanvullende informatie 51. Serie schakeling van cellen en accu's 51. Parallel schakeling van accu's 52. De vaartijd afhankelijk van de accucapaciteit en snelheid 52. 8. De lader 53. Snelladers 54. 9. Rendement van de totale installatie 54.

3 10. Bekabeling 56. 11. Onderhoud 57. Onze elektrische aandrijving in de winter. 57. Aanvullende informatie 58. 12. Binnenboord en buitenboord 59. 13. Hybride systemen 62. Diesel met elektrische hulpmotor 62. Elektrische aandrijving met dieselgenerator 63. Aanvullende informatie 64. 14. Brandstofcellen, de toekomstdroom van elke watersporter 67. De brandstofcel 67. De reformer 68. 15. Kostenvergelijking elektrisch varen 70. 16. Elektrisch varen, wanneer wel en wanneer niet 71. 3. 1. Inleiding. Als je zo'n 20 jaar beroepsmatig met elektrische aandrijftechniek te maken hebt gehad en je aan het water komt te wonen, is de verleiding groot om elektrisch te willen gaan varen. In 1991 was het voor mij zo ver en hakte ik de knoop door.

4 Er moest een elektrische sloep bij het huis komen. Botenbouwers die ik in die tijd bezocht en over elektrisch varen aansprak, waren weliswaar ge nteresseerd maar erg terughoudend. Veelal kreeg ik opmerkingen te horen zoals: te duur, te moeilijk, te korte actieradius etc. De leveranciers van elektrische systemen voor bootjes, die toen op de markt waren, kwamen vrijwel allemaal uit de vorkheftruck markt. Een vorkheftruck gebruikt in principe dezelfde componenten, zoals gelijkstroommotor, snelheidsregelaar en batterijen. In feite werd een volledige aandrijving van een vorkheftruck, met al zijn specifieke toeters en bellen in een boot gebouwd, nu alleen voorzien van een industri le joystick voor voor-achteruit en regeling van snelheid.

5 Er was echter geen systeem te koop, dat werkelijk voor kleine schepen ontworpen was. Daarom besloot ik er zelf een te bouwen. De laagtoerige gelijkstroommotor werd door een fabrikant van elektromotoren volgens mijn specificatie gebouwd. Voor het regelen van het toerental koos ik een eenvoudige regelaar van het type, dat in elektrische golfcars wordt gebruikt. De joystick, compleet met schakelmechanisme en de schroefasinstallatie maakte ik zelf. Eenvoudige semi-tractie batterijen die voor verlichting in caravans en campers worden gebruikt completeerden het geheel. Silence Electrique, onze 5 meter lange sloep werd in 1992 officieel te water gelaten en heeft tot op heden al mijn verwachtingen ruimschoots overtroffen.

6 Enthousiast over elektrisch varen word je pas echt, als je het een keer gedaan hebt. En dat gebeurde ook met mij, en vanzelfsprekend wilde ik mijn enthousiasme ook met anderen delen. Helaas stel ik daarbij ook nu in 2003 nog steeds vast, dat er veel onbegrip heerst, in het algemeen veroorzaakt door een onvoldoende fundamentele kennis van voortstuwingstechniek voor schepen en elektrische aandrijftechniek. Tel hier een overdosis wildwest verhalen bij op en we hebben de huidige situatie aardig omschreven. Opmerkingen als met mijn 23 pk diesel kan ik dus minstens 4 maal zo snel als jij met je 5 PK elektromotor en je kunt alleen maar van die hele dure tractie batterijen gebruiken die maar 3 jaar mee gaan hoor ik nog vaak.

7 Het wordt pas een interessante discussie, als ik dan ook nog beweer, dat een moderne hoog rendement elektrische aandrijving goedkoper is dan een kleine diesel en dat de totale onderhoudskosten en afschrijvingen ook nog eens lager uitvallen. In dit boekje zullen een aantal onderwerpen behandeld worden, die helpen een beter inzicht in elektrisch varen te krijgen. 4. Aan de meeste hoofdstukken is een deel toegevoegd met aanvullende informatie voor de technisch ingestelde liefhebbers. Voor elektrisch varen geldt zeker: Als je het een keer gedaan hebt, wil je nooit meer wat anders. Mobiele elektrische aandrijvingen bestaan al heel lang. Rond 1910 was van alle auto's elektrisch. Dit kwam doordat de meeste vrouwen het met de hand aanslingeren van de motor te zwaar of gewoon niet Lady like vonden.

8 Deze elektrische auto's hadden een zeer primitieve snelheidsregeling met weerstanden en ondanks de reusachtige accu's een zeer beperkte actieradius. Met de uitvinding van de elektrische startmotor voor benzinemotoren stierf de elektrische auto. Met de nieuwe trend van elektrische of hybride auto's, scooters en motoren zal ook het elektrisch varen gestimuleerd worden, doordat gelijke componenten in beide toepassingen gebruikt worden. Ook zullen er nieuwe impulsen gegeven worden aan de ontwikkeling en massa- productie van nieuwe batterijen. Zo word aangenomen dat lithium ionen batterijen, die een vijf maal hogere capaciteit hebben als loodaccu's van gelijke afmetingen en gewicht, binnen vijf tot acht jaar prijstechnisch aantrekkelijk worden voor elektrisch varen.

9 Ook wordt er momenteel gewerkt aan hele nieuwe unieke aandrijf concepten, die ook bij elektrisch varen hun toepassingen zullen vinden. Het elektrisch varen op zich is ook zeker niet nieuw. Alle onderzee rs varen elektrisch. Zo ook vele grote zeeschepen waarbij een diesel of turbine een generator aandrijft, die op zijn beurt de elektriciteit voor de elektrische aandrijving levert. Door de hoge prijs, de beperkte actieradius en de onbekendheid met de mogelijkheden, was elektrisch varen voor kleine schepen in het verleden niet erg populair. Dit is de laatste jaren snel aan het veranderen 2. Schepen, voortstuwingssystemen en rendementen. Voordat we specifiek het elektrisch varen bespreken, moeten eerst een aantal belangrijke punten over de theorie van scheepsvoortstuwing verklaard worden.

10 De scheepsschroef Een schroefachtig apparaat, voor het voortstuwen van water, is niet nieuw. In 945 gebruikten de Egyptenaren al een schroefachtig apparaat voor irrigatie van hun akkers. 5. Archimedes (287-212 ) was de eerste die de schroef als voortstuwingsmechanisme wetenschappelijk beschreef. Leonardo da Vinci (1452-1519) maakte tekeningen van schroeven voor waterpompen. Zijn tekeningen van een helikopter, met een rotor die veel weg heeft van de eerste scheepsschroeven, zijn alom bekend. In het begin van de 19e eeuw was het schoepenrad de gebruikelijke manier van voortstuwen. De scheepsschroef, zoals die heden ten dage wordt toegepast, werd uitgevonden door Francis Petit Smith, die dit in 1836 vastlegde in een patent.