Многополюсные электродвигатели: что это и как работают?

Многополюсные электродвигатели — это электрические машины, имеющие больше двух магнитных полюсов в статоре и роторе. В отличие от двухполюсных двигателей, они работают на более низких скоростях при той же частоте питания, но обеспечивают больший крутящий момент.

Принцип действия

1. Статор состоит из обмоток, расположенных так, чтобы формировать несколько пар магнитных полюсов (например, 4, 6, 8 и более).
2. Ротор может быть короткозамкнутым (в асинхронных двигателях) или с обмотками (в синхронных).
3. Переменный ток в статорных обмотках создает вращающееся магнитное поле, которое взаимодействует с ротором, вызывая его вращение.

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. 

Судовые электроприводы с двигателями последовательного возбуждения

Как видно из схемы включения двигателя постоянного тока последовательного возбуждения (рис. 1), ток якоря двигателя является его током возбуждения. Это обусловливает изменение магнитного потока в широком диапазоне, что оказывает существенное влияние на вид механической характеристики.

Считая магнитную цепь двигателя ненасыщенной и зависимость между током возбуждения и магнитным потоком линейной, можно написать:

Как видно из выражения, механическая характеристика двигателя последовательного возбуждения имеет гиперболический характер. В реальных машинах зависимость между током возбуждения и магнитным потоком нелинейна и определяется кривой намагничивания. В связи с этим выражение дает лишь общее представление о механической характеристике.

Управление электроприводами якорно-швартовных устройств

Назначение и классификация. Якорно-швартовные устройства, предназначенные для выполнения операций по постановке судна на якорь, съемки с якоря, швартовки, различаются: по расположению основного вала — шпили и брашпили, по выполняемым операциям — якорные, швартовные и якорно-швартовные. Брашпили предназначены для якорных и швартовных операций, шпили могут быть якорными, швартовными и якорно-швартовными. Для швартовных операций часто устанавливают специальные швартовные лебедки. Электроприводы этих механизмов различают по системе электропривода (контроллерные, контакторные, Г-Д), по роду тока, по степени автоматизации (обычные и автоматизированные).

На рис. 1, а представлена кинематическая: схема шпиля. Вращение электродвигателя 1 через червячный редуктор 2 передается вертикальному валу, на верхнем конце которого укреплен швартовный барабан 3, имеющий ленточный тормоз и стопор. В электроприводе брашпиля (рис. 1, б) вращение двух исполнительных двигателей 1 через цилиндрический редуктор 3 передается валу с двумя швартовными барабанами 4, далее — через цилиндрическую пару — валу цепных звездочек 6. 

Судовая светотехника и судовые осветительные приборы

Судовая светотехника занимается изучением комплекса вопросов, связанных с созданием источников света, осветительных приборов, а также проектированием и эксплуатацией судовых осветительных установок с учетом их специфики.

Источники света в судовых осветительных установках — лампы накаливания и газоразрядные лампы высокого и низкого давления (табл. 1).

В лампах накаливания (ЛН) электрическая энергия превращается в тепловую путем нагревания вольфрамовой нити электрическим током. Тепловая энергия нагретой до 2400—3000°К нити излучается в виде тепловых и световых лучей. На долю видимых лучей приходится в лучшем случае 3% затраченной энергии. Для нормальной осветительной лампы 15 Вт эта величина равна 1,1%, а для лампы 1500 Вт — 2,8%. Остальная энергия тратится, преимущественно, на тепловые потери.

Электроприводы грузоподъемных устройств на судне - управление, режимы работы, требования

Требования к электроприводу грузоподъемных устройств: обеспечение высокой производительности, надежности в работе и безопасности обслуживания; широкий диапазон регулирования скорости; плавность регулирования скорости; удобство формы механических характеристик для обеспечения как минимальной длительности, так и плавности разгона и торможения; удобство формы механических характеристик для обеспечения статических режимов; экономичность в работе в различных режимах, наличие конечных выключателей, ограничивающих подъем груза, поворот крана, подъем и спуск стрелы в допустимых пределах; надежность в условиях большой частоты включения (до 500 в час); надежность действия электромагнитных тормозов в условиях частых включений и больших динамических нагрузок, удобство и простота управления; минимальные габариты, масса и стоимость оборудования.

Широкий диапазон регулирования скорости создает большие удобства при обработке различных грузов, особенно требующих осторожного обращения, сокращает продолжительность каждого цикла и увеличивает производительность работ. 

Диапазон скоростей определяется необходимостью иметь очень низкую скорость для безопасной посадки груза (4—6 м/мин) и максимальную при операциях с холостым гаком (120—180 м/мин). В приводах постоянного тока и гидравлических диапазон регулирования скорости достигает 1 : 40. 

Схемы управления рулевыми электроприводами

Управление электромеханическими приводами при непосредственном питании исполнительного электродвигателя (ИД) от цепи осуществляется по контакторной схеме. При переменном токе находят ограниченное применение полюсопереключаемые асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. 

При постоянном токе применяют контакторные схемы с резисторами в цепи якоря, обеспечивающие необходимую мягкую характеристику и возможность стоянки ИД под током. Однако такие схемы применяют при малых мощностях из-за их низкой надежности и неэкономичности, а также в связи с преимущественным распространением переменного тока.

Судовые рулевые электроприводы - виды приводов, режимы работы, требования

Рулевое устройство состоит из руля, передаточного механизма, электродвигателя или нескольких электрических машин и системы управления.

Классификация. Рулевые устройства различают по нескольким признакам.

По виду руля — обычные, активные и рули-насадки. Различают также рули некомпенсированные (простые) и компенсированные (балансирные и полубалансирные), а по профилю — пластинчатые и обтекаемые.

По виду передачи — приводы с механической и гидравлической передачей. Электромеханические (РЭМ) приводы могут быть секторными, винтовыми (рис. 1) и штуртросовыми.

Электрогидравлические (РЭГ) приводы различают по типу гидропривода (лопастные и поршневые) и по типу насоса (с насосами регулируемой и нерегулируемой производительности).

Система автоматического управления комбинированного котла на постоянном токе

Курсовая работа по дисциплине "Системы управления энергетическими и общесудовыми установками".

Тема: "Система автоматического управления комбинированного котла на постоянном токе"

• Аннотация
• Введение
• 1. Основная часть
• 1.1. Логика работы автоматики
• 1.2. Алгоритмизация функционирования схемы
• 2. Электрическая схема котельной автоматики
• 3. Характерные неисправности
• 4. Требования техники безопасности
• 5. Требования Регистра для автоматизированных котлов
• 6. Недостатки системы автоматизации
• Список литературы

В пояснительной записке дан обзор существующих в настоящее время систем и принципов автоматизации судовых технологических механизмов, их достоинства и недостатки. Также, дан анализ существующей системы автоматизации запуска и работы вспомогательного парового котла, рассмотрены логические принципы работы автоматики в различных режимах, в том числе и в аварийных. По существующей принципиальной схеме реального блока автоматики разработана логическая и функциональная схема. Также, рассмотрены современные тенденции автоматизации различных процессов управления технологическим оборудованием на судах. Сделано предложение о замене одного из узлов блока автоматики на узел, соответствующий современным технологиям и элементной базе и проанализированы положительные и отрицательные стороны подобной замены.

Выбор мощности судовых электродвигателей

Нормальная эксплуатация электропривода возможна только при правильном выборе мощности электродвигателя, который оказывает существенное влияние на его надежность и экономичность. Так, выбор двигателя завышенной мощности приводит к работе с малыми значениями к. п. д., а для асинхронных двигателей и с низкими значениями cos ф.

Выбор заниженной мощности электродвигателя ведет к перегреву и преждевременному выходу его из строя. В процессе эксплуатации электропривода возможны кратковременные пики нагрузки, которые могут привести к нарушению нормальной работы электродвигателя. В связи с этим при выборе его мощности исходят из двух основных факторов: мгновенной перегрузки и нагрева.

Судовые электроприводы с двигателями независимого возбуждения

Двигательный режим (рис. 1). Аналитическое выражение механической характеристики электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения можно получить из уравнения равновесия напряжений для цепи якоря. В установившемся режиме приложенное напряжение U уравновешивается э. д. с. Е, наведенной в обмотке якоря, и падением напряжения Ir в ее цепи

где I — ток в цепи якоря, А; r — сопротивление цепи якоря, Ом.

Подставив в выражение Е = сФw, получим выражение для угловой скорости электродвигателя постоянного тока, являющееся уравнением его электромеханической характеристики,

где с — постоянный коэффициент, определяемый конструктивными параметрами электрической машины; Ф — магнитный поток, Вб.