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.

Характеристика системы управления электропривода швартовного шпиля фирмы “Сименс”

В нынешнее время система управления электроприводом является одной из важнейших в судовой электроэнергетической системе, и имеет  перспективы развития, так как нуждается в безотказной работе. Система управления, описанная в данной курсовой работе, находится на начальной стадии развития по сравнению с современными цифровыми системами.

Релейно-контакторное управление заменило управление, основанное на логических элементах, микроконтроллерах. При проектировании такой системы необходимо учитывать то, что электро мотор запускается от маломощного источника и должен работать безотказно. Поэтому вся система должна бить минимизирована, чтобы уменьшить возможность появления неисправности. Так же необходимо обеспечить плавный пуск асинхронного двигателя так, как пусковые токи при обычном пуске доходят до шестикратных величин нормального тока. Современные системы управления стали более компактными, многочисленные реле, контакты которых требуют постоянного ухода заменили электронные микросхемы, что в десятки раз минимизирует объём занимаемый данной системой. 

Логика не требует периодического обслуживания, единственным её недостатком является то, что блок логического управления всегда должен находится в определённом температурном режиме. Т.е. на судах, не имеющих системы регулирования температуры в машинном отделении, установка подобных систем не уместна. Но так как на судах нового поколения, изготавливают центральный пункт управления, в котором размещают системы управления всех механизмов, их сигнализации и защиты. Все эти блоки монтируются в главный распределительный щит, а выводы этих блоков подключаются к ЭВМ с которого ведётся либо ручное, либо программное управление. 

Основы управления электроприводами

Производственные механизмы состоят из: собственно механизма, выполняющего полезную работу; двигателя, приводящего в действие этот механизм, передаточного устройства, соединяющего двигатель с механизмом; устройства для управления двигателем. Совокупность двигателя, передаточного устройства и устройства для управления двигателем называется приводом механизма. Привод, выполненный при помощи электродвигателя, называется электрическим. На современных судах электроприводов десятки, а на крупных судах — сотни.

Работа электропривода при равномерном движении называется работой в установившемся режиме, а при неравномерном движении (ускорении, замедлении) — в неустановившемся или переходном режиме. Например, электроприводы насосов, вентиляторов работают в основном в установившемся режиме, а работа грузовых лебедок характеризуется частыми переходными режимами (пуск, остановка, спуск, подъем и т. д.).

Устройство и принцип действия асинхронных электродвигателей

Асинхронные электродвигатели просты по конструкции, экономичны и надежны в работе. На судах асинхронные двигатели применяют для привода различных машин, механизмов и устройств; они составляют 80—90% общего числа устанавливаемых на судне электродвигателей.

Принцип действия асинхронного трехфазного двигателя основан на использовании вращающегося магнитного поля. На рис. 1,а представлена модель, поясняющая работу двигателя. При вращении постоянного магнита с частотой n₁ в неподвижном замкнутом витке индуктируется э. д. с. Е и протекает ток I, направление которых определяется правилом правой руки.

Рис. 1. Принцип действия асинхронного двигателя:

А—X, B—Y, С—Z — соответственно начала и концы фазных обмоток статора; Ф - распределение силовых линий вращающегося магнитного поля; 1 — ротор; 2 — статор

В результате взаимодействия активных сторон витка, по которым протекает ток I, с вращающимся полем постоянного магнита создается пара сил F—F (правило левой руки), под действием которой возникает вращающий момент в направлении вращения поля. Виток будет вращаться с частотой n₂<n₁, т. е. асинхронно.

Контакторное управление электродвигателем

Контакторное управление применяется в тех же случаях, что и контроллерное, но для электродвигателей большей мощности или с более частыми пусками и остановками.

Схема контакторного управления, кроме пусков, остановок, торможения, регулирования скорости и реверсирования двигателя, предусматривает защиту его от перегрузки, понижения или исчезновения напряжения в сети и других ненормальных режимов.

При контакторном управлении достигается автоматизация процессов управления электродвигателем. Разберем некоторые принципы такой автоматизации и наиболее часто встречающиеся элементы схем контакторного управления.

Пуск электродвигателей постоянного тока сводится к постепенному выводу пусковых сопротивлений из цепи якоря. Автоматизация этого процесса может осуществляться в зависимости от изменения скорости вращения якоря электродвигателя, изменения тока в цепи якоря, величины э. д. с. или времени, истекшего от начала пуска.

Регулирование частоты вращения, пуск и торможение электродвигателей переменного тока

Регулирование частоты вращения. Электродвигатели переменного тока регулируют изменением: частоты тока питающей сети; числа пар полюсов обмотки статора; параметров цепи статора или ротора. Для асинхронных электродвигателей применяются все три способа регулирования, для синхронных — только первый.

У коллекторных электродвигателей переменного тока частоту вращения регулируют способом, указанным для электродвигателя постоянного тока с последовательным возбуждением.

Регулирование частоты вращения изменением частоты тока является наиболее экономичным, но для питания электродвигателя требуется отдельный генератор или преобразователь с регулируемыми частотой и напряжением. При этом способе необходимо стремиться, чтобы характеристики асинхронного электродвигателя обладали достаточной жесткостью, которую обеспечивают совместным регулированием частоты тока и напряжения.

При пропорциональном понижении частоты тока и напряжения жесткость механической характеристики 1 (рис. 1) и максимальный момент Мmах уменьшаются незначительно по сравнению с естественной характеристикой 0. К преимуществам частотного регулирования следует отнести широкий диапазон (до 12:1) и плавность.

Регулирование частоты вращения изменением числа пар полюсов применяют только для асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, так как у двигателей с фазным ротором потребовалось бы одновременное переключение обмотки ротора, усложняющее его схему и конструкцию.

Как рассчитать номинальный момент асинхронного двигателя?

Рассчёт номинального момента асинхронного двигателя производится по формуле:

Мн = 9,55(Рн/nн)

• Мн - номинальный момент асинхронного двигателя (Нм),
• Pн - номинальная мощность двигателя (Вт),
• nн - частота вращения номинальная (об/мин),

Плавный пуск асинхронного двигателя

Предмет: Судовой автоматизированный электропривод (САЭП).

Цель работы: в данной лабораторной работе необходимо изучить управление пуска асинхронного электродвигателя (АМ), описать лабораторный стенд, принцип действия, технические характеристики и другие сведения, необходимые для его правильной эксплуатации.