Расчет электропривода судна. 1. 4 Выбор основных параметров 1 Выбор рода тока
 Скачать 2.76 Mb.
|
|
1.4 Выбор основных параметров 1.4.1 Выбор рода тока Основным родом тока, является переменный, так как по сравнению с двигателем на постоянном токе, двигатель, работающий на переменном токе имеет меньшие массогабариты, стоимость и удобнее в эксплуатации благодаря отсутствию коллекторно-щеточного аппарата. 1.4.2 Выбор номинальной частоты Основной номинальной частотой тока, используемой на судах, является частота 50 Гц. 1.4.3 Выбор номинального напряжения Основным номинальным напряжением, используемым в судовых электроприводах, является напряжение 380В. 2. Расчетный раздел 2.1 Предварительный выбор электродвигателя Момент на валу электродвигателя при подъеме номинального груза,  , Н • м Момент на валу электродвигателя при спуске номинального груза,  , Н • м Скорость вращения электродвигателя на быстроходной обмотке, необходимой для обеспечения заданной скорости подъема номинального груза,   Определяем частоту вращения, n,   Скорость вращения двигателя на тихоходной обмотке, необходимой для обеспечения посадочной скорости груза,   Определяем частоту вращения,   Мощность двигателя при подъеме номинального груза на быстроходной обмотке,  , кВт Мощность двигателя при посадке на тихоходной обмотке,  , кВт Выбираем двигатель серии МАП 621-4/8/24 Таблица 2
Механическая характеристика электродвигателя серии МАП 621-4/8/24 приведена на рисунке 2 Определяем номинальный момент,   Построение механической и скоростной характеристики выбранного двигателя типа МАП 621 последующим паспортным данным: Таблица 3
Синхронная угловая скорость электродвигателя,   где f – частота сети,   Номинальное скольжение,   Критическое скольжение,   где  - перегрузочная способность двигателя по моменту  Задаваясь значениями скольжения S от 0 до 1 определяем соответствующие им значения моментов, М, Н  м Рассчитываем скорость двигателя по принятым значения скольжения,   Рассчитываем ток хода холостого хода электродвигателя,   Для всех принятых значений скольжения S определяем потребляемый двигателем ток,I,A  Данные расчетов по определению M, ω, I по соответствующим значениям скольжения S определяем в соответствии с формулами (13), (15), (16). Данные заносим в таблицу 4. По данным таблицы 4 строим механическую и скоростную характеристики, приведенные на рисунке 3. Таблица 4
2.2 Построение нагрузочной диаграммы Приведенный к валу двигателя момент инерции электропривода при подъеме груза,   где к – коэффициент, учитывающий момент инерции электропривода при подъеме груза (моментов установки, вращающихся на валу двигателя),  p – радиус приведения поступательно движущейся массы к валу двигателя,   Динамический момент при разгоне,   где  - пусковой момент на обмотке средней скорости Время разгона,    где  - определяется из кривой,  приведенной на рисунке 2 и соответствует  Расчетный тормозной момент,    где  - номинальная мощность механизма, Вт; - номинальная угловая скорость вращения механизма, Определяем тормозной момент,    где  - коэффициент запаса, КПД двигателя при номинальной нагрузке,    где U – напряжение сети, В Постоянные потери в электродвигателе,    где  - КПД электродвигателяТормозной момент, обусловленный постоянными потерями в электродвигателе,   Суммарный тормозной момент,   Время остановки двигателя при поднимании груза при отключении, t1Т, с  Установившаяся скорость при подъеме груза,   Путь пройденный грузом при разгоне и торможении,   Время подъема груза при установившемся режиме,   Ток потребляемый двигателем,   Тормозной спуск груза Угловая скорость рекуперативного торможения,    г  де – угловая скорость двигательного режима, , берется из графика приведенного на рисунке 2 для  Ток тормозного режима,   Время разгона двигателя, при опускании груза,  с включенным двигателем Тормозной момент при отключении двигателя,   Время остановки опускаемого груза,   Скорость опускания груза,   Путь пройденный грузом при разгоне и торможении,   Время опускания груза при установившемся режиме,   Подъем холостого гака Момент на валу электродвигателя при подъеме холостого гака,     Моменту  соответствует угловая скорость двигателя, Приведенный к валу двигателя момент инерции электропривода,  без груза Время разгона при подъеме холостого гака,   Тормозной момент при отключении двигателя в конце подъема гака,   Время остановки поднимаемого гака,   Скорость подъема холостого гака,   Путь пройденный гаком при разгоне и торможении,   Время установившегося режима при подъеме холостого гака,   Силовой спуск холостого гака Момент на валу электродвигателя при опускании холостого гака,   Моменту  , соответствует угловая скорость двигателя, по характеристикам, приведенным на рисунке 2Время разгона при опускании холостого гака,   Тормозной момент при отключении двигателя,   Скорость опускания холостого гака,   Время остановки опускаемого гака,   Путь пройденный гаком при разгоне и торможении,   Время установившегося режима при опускании холостого гака,   Расчетные данные пунктов 2.1.1 – 2.2.17.8 сводим в таблицу 5, пользуясь ей можно построить нагрузочную диаграмму. Таблица 5
Нагрузочные диаграммы М=f(t) и I=f(t) приведены на рисунках 3 и 4 соответственно 2.3 Проверка двигателя на обеспечение производительности Полная производительность цикла, Т, с  T=81,98+143,2=225,5 где  - рабочее время,   - время, когда лебедка не работает,  Число циклов в час,  штук 2.4 Проверка выбранного электродвигателя на нагрев Расчетная продолжительность включений, ПВ%, процент или   Эквивалентный ток,   Номинальный эквивалентный ток,  , А ,  где - относительная продолжительность включения - номинальная продолжительность включенияТаким образом,  то есть в заданном режиме работы двигатель перегреваться не будет.3. Технологический раздел 3.1 Выбор схемы управления и принцип её работы электропривод судно грузоподъемный Схемы релейно-контакторного типа обеспечивают плавный пуск и быстрое торможение, ограничение пусковых и тормозных токов заранее установленными значениями, широкую регулировку скорости при подъеме якоря и ограничение скорости при отдаче его на больших глубинах. Релейно-контакторная схема на переменном тока укомплектована двигателем типа МАП с пристроенным дисковым тормозом типа МТМ, магнитным контроллером и командоконтроллером с одним нулевым и тремя рабочими положениями для вращения в каждую сторону. Подготовка схемы к действию сводится к включению питающего фидера и замыканию контакта SA1 выключателя цепей управления. Если маховичек командоконтроллера при этом находится в нулевом положении, то через контакт командоконтроллера K3 и размыкающие контакты нулевого реле KV4 напряжение будет подано на выпрямитель VD1-VD4. Выпрямленное напряжение через размыкающие контакты контактора KM3 тепловых реле КК1-КК5 в этом случае поступает на нулевое реле KV4 которое, сработав, шунтирует контакт К3, обеспечивая питание своей катушки и остальных цепей управления в рабочих положениях командоконтроллера. Одновременно через закрытый контакт К13 и размыкающие контакты грузового реле КК6 и промежуточного реле KV2 питание получает катушка промежуточного реле KV1, которое при этом своими замыкающими контактами шунтирует К13 и подготавливает к работе контактор скорости КМ6. Размыкающий контакт KV1 размыкается. Через контакт К4 получает питание реле ускорения KV3 и изменяет положение своих контактов в цепях контакторов скорости. При размыкании контакта SA1 получает питание сигнальная лампа HL, сигнализирующая о подаче напряжения на цепи управления. Будучи симметричной, эта схема работает на положениях командоконтроллера в направлении “Травить” так же, как и в направлении “Выбирать”. Поэтому рассмотрим лишь ее работу при подъеме якоря. С поворотом маховичка командоконтроллера в первое рабочее положение “Выбирать” замыкаются контакты К5, К11 и К7, остается замкнутым контакт К13 и размыкаются контакты К3 и К4. Замкнувшиеся контакты К5 и К11 обеспечивают срабатывание соответственно контакторов направления КМ1 и тормозного КМ3 что снимает механическое торможение и подготавливает двигатель к работе. Через замыкающий контакт контактора КМ3 подается напряжение на цепи всех контакторов скорости. Замыкание контакта К7 вызывает срабатывание контактора малой скорости КМ4, который обеспечивает подключение к сети тихоходной (16-полюсной) обмотки статора. Замыкание замыкающих контактов КМ1 в цепях катушке реле KV3 и KV4 предупреждает их обесточивание. Между контакторами направления КМ1 и КМ2 а также контакторами скорости КМ4 – КМ6 осуществляется электрическая блокировка от одновременного включения. При переводе маховичка командоконтроллера во второе положение замыкается контакт К8, остаются замкнутыми контакты К5, К11 и К13, размыкается контакт К7. С размыкание контакта К7 теряет питание контактор КМ4 который отключает тихоходную обмотку статора от сети. Но до этого замыкание контакта К8 приведет к срабатыванию контактора скорости КМ5 подключающего к питающей сети обмотку средней скорости (8-полюсную). Обесточивание катушки контактора КМ4 вызывает размыкание его замыкающих контактов в цепи катушки реле KV4 (уже зашунтированного контактом КМ5) и в цепи катушки реле KV3 которое, потеряв питание, обусловливает замыкание с выдержкой времени контакта KV3 в цепи контактора КМ6 и размыкание KV3 в цепи контактора КМ5. Выдержка времени обеспечивает плавный перевод двигателя с малой скорости на большую при резком переводе командоконтроллера в третье (крайнее) положение. При переводе командоконтроллера в третье положение замыкается контакт К10, остаются замкнутыми контакты К5, К11 и размыкаются контакты К8 и К13. Через замкнувшийся контакт К10, размыкающий контакт KV3 и замыкающий KV1 получает питание контактор большой скорости КМ6 после срабатывания которого напряжение сети подается на зажимы быстроходной обмотки статора (4-полюсной). Замыкающий блок-контакт КМ6 сохраняет замкнутой цепь нулевого реле KV4. Командоконтроллер устроен так, что при переводе маховичка из одного положения в другое сначала замыкается цепь контактора большей скорости, а затем уже отключается контактор меньшей скорости. Благодаря этому обмотки двигателя остаются обесточенными только в течении времени срабатывания контактора (0,05 – 0,07 с), вследствие чего почти постоянно сохраняется электромагнитный момент и не допускается наложение механического тормоза. Для остановки двигателя маховичок командоконтроллера переводится в нулевое положение. При этом размыкаются контакты командоконтроллера, разрывая цепи питания катушек контакторов скорости, направления и тормозного. Двигатель отключается от сети и затормаживается механическим тормозом. Схемой предусматривается защита от коротких замыканих и перегрузок; имеются также минимальная, нулевая и грузовая защиты двигателя. Цепи главного тока защищаются от коротких замыканий автоматом на щите питания, а вспомогательные цепи – предохранителями FU1 и FU2. Минимальную и нулевую защиты осуществляет нулевое реле РН, которое, срабатывая, обесточивает все цепи управления, вызывая тем самым остановку двигателя. Защиту от перегрузок выполняют тепловые реле KK1 – KK5 контакты которых при срабатывании реле размыкают цепь нулевого реле KV4. Повторный пуск производится из нулевого положения командоконтроллера после самовозврата тепловых реле в исходное положение. В экстренных случаях двигатель можно пустить, не ожидая остывания нагревательных элементов тепловых реле. Для этого небоходимо вернуть маховичок в нулевое положение, замкнуть контакт SA2, переводя рукоятку выключателя цепей управления в нефиксированное положение А. Тогда получает питание и срабатывает промежуточное реле KV2 шунтируя контакты тепловых реле KK1-KK5 в цепи KV4 и контакт KK6 в цепи KV1. Разомкнутая цепь контактора КС3 не позволяет при этом двигателю работать на большой скорости. Грузовую защиту от перегрузок при работе на быстроходной обмотке осуществляет реле КК6 которое в результате срабатывания размыкает цепь катушки промежуточного реле KV1. Потеряв питание, реле KV1 отключает контактор большой скорости КМ6 и включает контактор средней скорости КМ5. Двигатель переводится на работу со средней скоростью, о чем сигнализирует погасание лампы HL. После спадания нагрузки перевод двигателя на большую скорость осуществляется вслед за возвратом маховичка командоконтроллера во второе положение, так как в третьем положении контакт К13 разомкнут. С увеличением мощности установки (свыше 100 кВт) релейно-контакторные схемы становятся громоздкими и малонадежными. Поэтому в специальных установках большой мощности все еще находит применение система Г – Д. 3.2 Выбор аппаратов управления для схемы электрической принципиальной Расчет и выбор питающего кабеля Большая скорость. Расчет и выбор кабеля от ГРЩ до электродвигателя, Iраб, А.     Выбираем кабель серии КНР и проверяем его на потери напряжения ,процент, режим работы повторно-кратковременный, ПВ=40%    где γ – удельная проводимость материала проводника, для меди γ=48 Кабель КНР , режим работы повторно-кратковременный, ПВ=40% Т  ретья скорость. Определяем рабочий ток, Iраб, А, выбираем кабель и определяем потери напряжения в нём, , процент Кабель КНР, режим работы повторно-кратковременный, ПВ=40%  Выбираем автоматический выключатель I н.р≥Iраб Iраб=59 А I н.р=63 А 63А>59А Выбираем автоматический выключатель серии А324Ср со следующими номинальными данными: - номинальный ток выключателя – I н.в=80 А - номинальный ток расцепителя – I н.р=63 А - предельно допустимый ударный ток – I у.д.д=15 кА - тип расцепителя – полупроводниковый расцепитель камбинированный. Определяем ток трогания расцепителя, Iтр.р, А Iтр.р=к∙Iн.р где к – коэффициент кратности тока, протекающего по расцепителю, для серии А3700Ср к=2:10, выбираем к=8, Iтр.р=8∙63=504 Проверяем автоматический выключатель на устойчивость к пусковым токам из условия. Iтр.р>1.2:1.3 – Iкц Iтр.р ≥1.3∙30 =390 А 504А>390A Таким образом, АВ А3724Ср устойчив к пусковым токам. Выбор предохранителей для схемы управления Предохранители выбирают из условия Iпл.вст ≥ Iраб Для цепи управления Iраб=4А. Выбираем предохранитель ПДС – I, Iн.пр=6А, Iн.пл.вст=6А. Ток перегрузки в кратностях к номинальному тока плавкой вставки.  Время перегорания плавкой вставки при большем токе (2.1) – 1 час. Выбор защиты двигателя от перегрузки (тепловое реле) Тепловые реле предназначены для защиты электродвигателей переменного тока от перегрузок. Выбираем реле по току номинальному для каждой фазы где они установлены. Для большей скорости электродвигателя Iн.д = 63.0 А Для защиты электродвигателя от перегрузки выбираем реле типа ТРТ-130 исполнения ТРТ-138 с номинальным током тепловых элементов Iн.р = 71.0 А. Номинальный ток защищаемого электродвигателя должен отличаться от номинального тока реле не более, чем на ±15% Iн.д = 63.0 А 63.0∙1.15=72.5 71А< 72.5А Таким образом это условие выполняется. Для меньшей скорости Iн.д = 29.0 А Для защиты электродвигателя от перегрузки выбираем кабель типа ТРТ-130 исполнения ТРТ-134 с номинальным током тепловых элементов Iн.р = 28.0 А с учетом регулировки ±15% Iн.р = 32.2 А Выбор тепловых реле сводим в таблицу 6. Таблица 6 - Выбранные тепловые реле
3.3 Эксплуатация и техническое обслуживание проектируемого электропривода При ТО ЭП палубных механизмов и СТС, установленных в помещениях с повышенной влажностью, особое внимание следует обращать на обеспечение водонепроницаемости ЭО. Для этого необходимо: а) проверять состояние уплотнений б) обжимать болты, гайки, барашки или замки и поджимать гайки сальников (равномерно и без лишних усилий) в) удалять масло и конденсат из корпусов электрических машин и аппаратов. При подготовке к действию ЭП грузоподъемных, якорно-швартовных и буксирных устройств, траловых и шлюпочных лебедок и других палубных механизмов необходимо: - расчехлить ЭО, убедиться внешним осмотром в его исправности, измерить сопротивление изоляции и спустить конденсат - установить рукоятки командоаппаратов в нулевые положения; при наличии муфт переключения редуктора установить их рукоятки на требуемую грузоподъемность - открыть вентиляционные отверстия на ЭД и пусковых резисторах; - включить вентиляцию в помещениях аппаратуры управления. - включить питание на ГРЩ и РЩ, а также средства ДУ брашпилем и регистрации длины вытравленной якорной цепи - проверить в действии светильники на стрелах и в кабинах кранов - опробовать ЭП в действии, в том числе электромагнитные и механические тормоза, конечные выключатели и блокировки. При проверках в действии шлюпочных лебёдок не реже одного раза в месяц необходимо проверять правильность срабатывания аварийных выключателей безопасности. Рекомендуется не реже одного раза в неделю проверять: - состояние электромагнитных муфт в ЭП всех назначений - правильность действия устройств регулирования скорости вытравливания и регистрации длины вытравленной якорной цепи - исправность взвешивающих устройств в ЭП автоматических швартовных и буксирных лебёдок. Литература 1. К.А. Чекунов, Ленинград ,,Судостроение”. «Судовые электроприводы и электродвижение судов» 1969. 2. Богословский и др. «Судовые электроприводы» 1976. 3. Г.С.Яковлев, Ленинград «Судовые электроэнергетические системы» 1967. 4. Г.И. Китаенко том 2. «Справочник судового электротехника» 1980. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
, кВт
