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.

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.

Что такое механическая характеристика электропривода?

Механической характеристикой называется зависимость частоты вращения (угловой скорости) электродвигателя от развиваемого им момента. Она определяет электромеханические свойства двигателя, характер протекания процессов при его пуске, торможении, регулировании частоты вращения, изменении нагрузки.

Выбор электродвигателя с механической характеристикой, соответствующей требованиям рабочего механизма, во многом определяет его производительность и экономичность. Почти все механические характеристики носят падающий характер. Увеличение нагрузки на валу двигателя приводит к снижению частоты вращения. Степень изменения частоты вращения при изменении момента характеризуется жесткостью механической характеристики.

Различают механические характеристики: абсолютно жесткие, при которых частота вращения остается постоянной; жесткие, при которых возрастание момента до номинального приводит к снижению частоты вращения не более 10% номинальной; мягкие, при которых возрастание момента до номинального приводит к снижению частоты вращения более чем на 10% номинальной.

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. 

Эксплуатация и обслуживание электродвигателей в судовых условиях

В процессе эксплуатации электрооборудования проводят работы по обслуживанию, профилактике и уходу за электродвигателями. Эти работы, связанные с включением, пуском в ход, отключением, остановкой, наблюдением за работающими электродвигателями, а также систематические осмотры, профилактические чистки и ремонты направлены на содержание их в хорошем состоянии и постоянной готовности к действию.

При подготовке электродвигателя к пуску осматривают электродвигатель и пусковое устройство. Пусковое устройство должно находиться в положении «Стоп». После пуска двигателя убеждаются в отсутствии ненормальных шумов, искрения под щетками, вибрации. В процессе работы электродвигателя периодически следят: за его нагревом, работой коллектора (контактных колец) и его чистотой; за отсутствием стука и нагрева подшипников; перегревом контактных соединений; вибрацией электродвигателя. 

Принципиальные схемы силовых цепей ГЭУ

Схема электрического соединения якорей главных генераторов и гребных электродвигателей называется схемой силовых цепей. Выбор принципиальной схемы силовых цепей зависит от количества генераторов и гребных электрических двигателей, работающих на один гребной вал.

В гребных электрических установках постоянного тока генераторы и двигатели могут независимо работать друг на друга, соединяться последовательно и параллельно, при этом последовательное соединение генераторов предпочтительнее, так так не требует тщательного согласования внешних характеристик. Кроме того, снижение частоты вращения одного из дизелей и вызванное этим уменьшение напряжения его генератора приводит к уменьшению тока, протекающего через генераторы, т. е. второй генератор разгружается, а не перегружается, как это наблюдается при параллельном соединении.

Управление электроприводами грузовых лебёдок и лифтов

Рассмотрим схему управления электроприводом шлюпочной лебедки с асинхронным короткозамкнутым электродвигателем (рис. 1).

Подготовка электропривода к действию осуществляется включением автоматического выключателя Q1, при этом загорается сигнальная лампа Н.

Двигатель включают нажатием на кнопку S1 «Подъем» или S2 «Спуск»; при этом получает питание соответствующая катушка реверсивного контактора К1 или К2. Контактор срабатывает, замыкая силовые контакты в цепи статора электродвигателя и вспомогательный контакт в цепи катушки линейного контактора К3; последний, замыкая свои силовые контакты, подает питание электродвигателю и электромагниту Y тормоза.

Пусковой ток в двигателе постоянного тока: устройства для ограничения

В статье приведены примеры устройств, которые помогают сделать запуск двигателя более плавным. Контроллеры и пр. устройства позволяют обеспечить нужный крутящий момент без высокого пускового тока.

Пусковой ток – это ток, который потребляется двигателем при его непосредственном запуске. Важной особенностью пускового тока является то, что он может в несколько раз превосходить номинальный ток. Слишком высокий пусковой ток негативно влияет на двигатель, в конечном итоге он может попросту сгореть.

Именно поэтому существуют специальные приспособления для ограничения пускового тока.

Определение вращающего момента и мощности электродвигателя грузовой лебёдки

Работа грузоподъемного механизма грузовой лебедки характеризуется цикличностью процессов и повторно-кратковременным режимом работы электродвигателя.

Весь цикл работы электродвигателя может быть разделен на следующие этапы: подъем груза, поворот стрелы, спуск груза, выгрузка, подъем гака без груза, поворот стрелы, спуск гака, погрузка.

Принципиальная схема электропривода топливного насоса

На судах топливные насосы служат для заполнения топливом расходных цистерн. Автоматическое управление работой насоса обеспечивает необходимый уровень топлива в цистерне, откуда оно поступает к главным двигателям, дизель-генераторам и вспомогательным котлам.

Схема управления электроприводом топливного насоса приведена на рис. 1. Электропривод работает на переменном токе и имеет следующее оборудование: электродвигатель трехфазный с короткозамкнутым ротором мощностью 2,2 кВт, напряжением 220 В, частотой вращения 1420 об/мин; магнитный пускатель ПМ-1112, 220 В; пакетный выключатель ПК2-10 на ток 10 А, 250 В; пакетный переключатель режима работы ГППМ2-10/Н2 на ток 10 А, 250 В; поплавковые реле РП-52.

Выбор электродвигателей по эквивалентным параметрам

Под эквивалентной нагрузкой подразумевается такая неизменная по значению нагрузка, при которой за время работы двигателя выделяется такое же количество тепловой энергии, какое фактически выделяется при изменяющейся нагрузке за тот же промежуток времени.

При расчетах мощности электродвигателей эквивалентное количество выделившейся тепловой энергии для упрощения заменяют эквивалентными параметрами. Такими параметрами могут быть ток, мощность, вращающий момент, мощность потерь.

Специфика работы самовыгружающихся балкеров

На сегодняшний день в мировом торговом флоте балкера являются одними из самых востребованых судов. Из всех типов балкеров можно особо выделить самовыгружающиеся балкера. Канадской компании CSL Group принадлежит 80% из всего мирового флота судов этого класса. Основанная в 1845 году она стала ведущей компанией в перевозках навалочных грузов в Канаде, Северной Америке, Европе, Азии и Австралии. Успех ей принесли самовыгружающиеся балкера, наиболее удачный тип сухогрузов для быстрой доставки и выгрузки любого навалочного груза в минимальные сроки.

Balder

Сегодня известны такие новые самовыгружающиеся балкера, как Alice Oldendorff (2000 года постройки, водоизмещением 50000 тонн, с конвейером и собственными кранами), Balder (2002 года постройки, водоизмещением 48000 тонн), Barkald (2002 года постройки, водоизмещением 49000 тонн), Harmen Oldendorff (2006 года постройки, водоизмещением 66000 тонн), Sophie Oldendorff (2000 года постройки, водоизмещением 70000 тонн), CSL Spirit (2001 года постройки, водоизмещением 70000 тонн).

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.).

Электроприводы металлорежущих станков. Аппаратура управления станками

Для металлорежущих станков в целях приближения к валу рабочего механизма изготовляют электродвигатели специальных конструктивных форм: фланцевые двигатели, снабженные фланцем, при помощи которого двигатель крепится к корпусу станка; шпидельные двигатели, обладающие полым валом; встроенные двигатели, поставляемые заводом-изготовителем в виде отдельных частей — стали статора с обмоткой и ротора. Сталь статора устанавливают в специальную расточку станка и в ней закрепляют. Таким образом, достигают полного слияния электрической и механической частей станка в единое целое.

Токарные станки

Для привода токарных станков применяют одно-, двух- и трехскоростные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Регулирование частоты вращения шпинделя осуществляется электрическим (изменение числа пар полюсов) и механическим (коробка передач) способами. Управление двигателями — при помощи барабанных или кулачковых переключателей, либо кнопочное, с помощью магнитных станций.

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.

Уход за подшипниками

Подавляющее большинство современных электрических машин оборудуется шариковыми или роликовыми подшипниками качения.

Уход за ними сводится к периодическому их осмотру, промывке и смене смазки.

Выбор сорта смазки для подшипников качения производится по рекомендациям заводов-изготовителей. Обычно для отечественных подшипников используется смазка УТВ (жировая) по ГОСТ 1631— 52, для подшипников, работающих в условиях тропического климата, применяется смазка ЦИАТИМ-221.

Смену смазки и промывку подшипников производят:

1) при первом пуске вновь устанавливаемой машины, если есть опасения, что смазка до установки машины не менялась свыше трех лет;
2) через каждые 3000—4000 час работы машины, но не реже одного раза в 3 года;
3) после ремонта, связанного с полной разборкой машины.

При смене смазки внутренняя полость подшипника качения в машинах, работающих при скорости вращения до 1500 об/мин должна заполняться не более чем на 2/3 объема, а при 3000 об/мин — не более чем на 1/2 объема. Следует помнить, что тугая набивка смазки может вызвать перегрев подшипника, а также выдавливание смазки внутрь электрической машины и последующее загрязнение ее обмоток.

Вал электродвигателя после набивки подшипника смазкой должен легко проворачиваться от руки.

Осмотр подшипников качения производится при их промывке. При осмотре проверяют отсутствие трещин, раковин или других неровностей внутренней поверхности подшипника и шариков, отсутствие коррозии, недопустимых зазоров, а также целость сепараторов шариков или роликов. При обнаружении каких-либо повреждений подшипник подлежит замене.

Электропривод брашпиля и шпиля

На большинстве морских судов брашпили и шпили имеют электрический привод.

Обычно для электродвигателей брашпилей и шпилей применяются следующие системы управления: а) контроллерная, б) контакторная и в) система генератор — двигатель. Наиболее целесообразными являются контакторная и контроллерная системы управления.

При сравнительно небольших мощностях электродвигателей брашпилей или шпилей (порядка 10 кВт) часто применяются системы контроллерного управления. В комплект электропривода брашпиля или шпиля с контроллерным управлением входят: электродвигатель смешанного возбуждения, барабанный контроллер, пускорегулировочные, разрядные и другие сопротивления, тормозной электромагнит и аппараты защиты (максимальной и минимальной).

Общее представление о взаимной связи и взаимодействии всех частей электропривода с контроллерным управлением можно получить из схемы, приведенной на рис. 1.

Схема управления системой генератор — двигатель

Cистема управления "генератор — двигатель" применяется в тех случаях, когда требуется очень широкая и плавная регулировка скорости электродвигателя (например, для электродвигателей рулевых приводов).

Рис. 1. Схема управления системой генератор — двигатель

Схема управления системой генератор — двигатель показана на рис. 1. На этом рисунке приняты следующие обозначения:

Д1 — двигатель параллельного возбуждения, которым приводится в движение генератор Г;
Д2 — электродвигатель независимого возбуждения для привода механизма (мы будем дальше называть его рабочим электродвигателем);
П — пост управления, служащий для изменения величины и направления тока в обмотке возбуждения генератора Г;
R — пусковой реостат двигателя Д1;
R1 и R2 — реостаты на посту управления;
НОГ — независимая обмотка возбуждения генератора Г;
НОД — независимая обмотка возбуждения двигателя Д2.