Что такое электротехника. Электротехника в условиях судна

Электротехника — это область инженерии, которая занимается изучением и применением электрических, электронных и электромагнитных процессов и устройств. 

Она включает в себя широкий спектр тем, от разработки и производства электрических устройств до управления и оптимизации энергетических систем. Основные разделы электротехники включают:

1. Электрические машины и аппараты: изучение и разработка устройств, которые преобразуют электрическую энергию в механическую (например, электродвигатели) или наоборот (генераторы).

2. Электроэнергетика: исследование и разработка систем производства, передачи и распределения электрической энергии. Включает в себя работу с электрическими сетями, подстанциями и трансформаторами.

3. Электроника: область, связанная с разработкой и использованием электронных компонентов и схем, таких как транзисторы, диоды, интегральные схемы и микропроцессоры.

4. Системы управления и автоматизация: изучение методов и устройств для управления и автоматизации различных процессов, от производственных линий до робототехники.

5. Силовая электроника: разработка и применение устройств и систем для преобразования и управления электрической энергией высокого напряжения и мощности.

6. Сигналы и системы: изучение методов анализа и обработки сигналов, которые используются в связи, радиотехнике и других областях.

Электротехника играет ключевую роль в современном обществе, обеспечивая работу всех видов электрических и электронных устройств, от бытовой техники до сложных промышленных систем.

Приборы управления судном - машинные телеграфы, рулевые указатели, тахометры, датчики

Из всех систем синхронной передачи угла на современных судах наибольшее распространение получила индукционная самосинхронизирующаяся система синхронной связи на переменном токе. Она называется самосинхронизирующей (ССП) потому, что приемники самосогласуются с датчиком, т. е. при включении все приемники сами занимают такое положение, в каком находится датчик, поэтому датчик и приемник этой системы насвзывают сельсинами или самосинами.

Сельсин представляет собой асинхронную машину с первичной однофазной обмоткой возбуждения и трехфазной вторичной обмоткой синхронизации. Он состоит из статора и ротора. По конструкции ротора сельсины разделяют на контактные (с контактными кольцами) и бесконтактные (без контактных колец). На судах получили применение контактные сельсины серии «Нептун» с первичной обмоткой возбуждения на явнополюсном роторе и вторичной трехфазной обмоткой — на неявнополюсном статоре (рис. 1). 

Внутрисудовая телефонная связь. Автоматические телефонные станции на судне

Сущность телефонной связи заключается в том, что звуковые колебания, созданные голосом человека, преобразуются в подчиненные тому же закону электрические колебания и передаются по проводам на нужные расстояния, где после обратного преобразования воспроизводятся в виде звуковых колебаний. Поэтому, чтобы осуществить связь в обоих направлениях, необходимо в каждом пункте иметь передающее и принимающее устройства. Передающим устройством является микрофон, преобразующий звуковые колебания в электрические, а принимающим — телефон, преобразующий электрические колебания в звуковые.

На судах применяют батарейную и безбатарейную телефонную связь. На рис. 1, а приведена схема батарейной телефонной связи, состоящая из микрофона М, телефона Т, линии связи Л и источника тока Е. При замыкании контакта К в цепи потечет постоянный ток. Если разговаривать перед микрофоном, мембрана 3 будет колебаться, уплотняя и разрыхляя угольный порошок 2, помещенный в угольную колодку 1, что приведет к изменению величины сопротивления микрофона. Это вызовет в замкнутой цепи пульсирующий разговорный ток, который, протекая по обмотке телефона, создает в его сердечнике 4 пульсирующий магнитный поток. Под действием этого потока мембрана телефона будет колебаться, издавая звуки, переданные в микрофон.

Электронагревательные приборы на судне

В судовых условиях электронагревательные приборы применяют для отопления помещений, приготовления пищи, подогрева воды и масел, сушки изоляции и других целей. Электронагревательный прибор состоит из нагревательных элементов, конструкции для их крепления и кожуха или корпуса.

Нагревательный элемент (НЭ) — это часть нагревательного устройства, служащая для преобразования электрической энергии в тепловую. В приборе может быть один или несколько НЭ. В последнем случае для регулирования нагрева применяют последовательное, параллельное, смешанное включение НЭ, а также включение их треугольником и звездой. В судовых условиях применяют закрытые и герметичные НЭ. Закрытые НЭ бывают трех исполнений: спираль с керамическими бусами; спираль в асбоцементной массе; лента, намотанная на миканит и закрытая с обеих сторон миканитом. Срок службы закрытых НЭ — 1000 ч. Герметичные или трубчатые НЭ выполнены в виде спиралей из фехралевой или нихромовой проволоки, помещенных в стальную или медную трубку с наружным диаметром 10, 12 и 15 мм и толщиной стенки 1 мм. 

Электроприводы траловых лебедок рыбодобывающих судов

Электропривод траловых лебедок рыбодобывающих судов является одним из самых мощных и сложных в управлении судовых приводов, от удобства эксплуатации, надежности и качества работы которого зависит экономическая эффективность работы судна на промысле. 

Поэтому электропривод при максимальной производительности лебедки должен: иметь защиту от возможных длительных перегрузок; обеспечивать надежное и безопасное травление ваеров с помощью электродвигателя; не превышать частоты вращения выше максимально допустимой; иметь контрольно-измерительные устройства натяжения и длины вытравленных ваеров, удобное дистанционное управление.

Нагрузка на электропривод имеет сложный колебательный характер и в общем случае зависит от скорости движения трала в воде, длины вытравленных ваеров, состояния моря и величины улова. 

По мере выбирания ваеров, нагрузка возрастает из-за увеличения диаметра барабана за счет увеличения числа слоев навивки выбираемого ваера.

Электроприводы судовых насосов, вентиляторов и компрессоров

Судовые нагнетатели по числу и общей мощности являются основной группой потребителей электроэнергии. Укрупненно их можно разделить на две большие группы: судовые вспомогательные механизмы, которые обслуживают главную силовую установку, и механизмы судовых систем.

Судовые насосы различают: по принципу действия — центробежные, осевые, поршневые, ротационные, электромагнитные; по назначению — охлаждающие, циркуляционные, питательные, балластные, пожарные, креновые, санитарные, грузовые и т. д.; по роду обрабатываемой среды — водяные (забортной, пресной, горячей, холодной, питьевой, мытьевой воды), топливные, масляные; по величине давления; по производительности; по способу установки — вертикальные, горизонтальные, стационарные и переносные.

Аппаратура управления электроприводами и ее эксплуатация

Реостаты и контроллеры

Реостаты представляют собой аппараты, конструктивно объединяющие резисторы и устройство для их регулирования. В судовых электроприводах постоянного тока применяют пусковые, пускорегулирующие реостаты и реостаты возбуждения с металлическими резисторами. Ступенчатое изменение величины сопротивления реостата осуществляется перемещением рычага с контактной щеткой. Пусковые реостаты рассчитаны на кратковременную работу. 

Длительная остановка контактного рычага на каком-либо пусковом положении с введенными сопротивлениями недопустима.

Рис. 1. Схема работы контактного элемента кулачкового контроллера типа КВ1

При осмотрах реостатов в процессе эксплуатации проверяют нажатие щеток на контакты, отсутствие замыканий между витками и секциями проволочных резисторов, надежность контактных соединений. Производят чистку контакторов и реле защиты.

Механическая и угловая характеристика синхронного двигателя

Синхронный двигатель обладает абсолютно жесткой механической характеристикой. В определенных пределах изменение нагрузки на его валу не приводит к изменению частоты вращения. Механическая характеристика представляет собой горизонтальную прямую. 

Изменение момента сопротивления приводит к изменению угла 0 между векторами напряжения U₁ и э. д. с. Е₁ определяемого угловым положением ротора относительно результирующего вращающегося магнитного потока статора.

Обозначение угла 0 между векторами напряжения и э. д. с.

Выражение для угловой характеристики:

синхронного двигателя с неявно выраженными полюсами найдем, воспользовавшись его упрощенной векторной диаграммой (рис. 1, а). 

Судовые электроприводы с асинхронными двигателями

Двигательный режим. Для вывода уравнения механической характеристики асинхронного двигателя воспользуемся зависимостью между его электромагнитной мощностью Р_м, передаваемой со статора на ротор вращающимся магнитным полем, механической мощностью Р_мех и потерями в обмотке ротора р_м2:

где М — электромагнитный момент, Н*м;

w₁ — угловая скорость магнитного поля, рад/с; f₁ — частота тока статора, Гц; р — число пар полюсов; w₂ — угловая скорость ротора, рад/с; m₁ — число фаз обмотки статора; r₂' — приведенное значение активного сопротивления обмотки ротора, Ом; I₂' — приведенное значение тока ротора, А.

Судовые электроприводы с двигателями смешанного возбуждения

У двигателей постоянного тока смешанного возбуждения магнитный поток создается в результате совместного действия обмоток последовательного и независимого возбуждения (рис. 1, а). Это обусловливает вид их механических характеристик. Наличие обмотки независимого возбуждения обеспечивает работу двигателя в режиме холостого хода. 

Влияние обмотки последовательного возбуждения приводит к изменению магнитного потока и частоты вращения двигателя, особенно значительному в зоне малых моментов.

Для построения искусственных механических характеристик используют методы, применяемые для расчета характеристик двигателей последовательного возбуждения.